چه چیزی اثر مجاورت است

تعریف: هنگامی که رساناهای الکتریکی ولتاژ متناوب بالا را منتقل می‌کنند، جریان به صورت نامتعادل در سطح مقطع رسانا توزیع می‌شود. این پدیده به عنوان اثر مجاورت شناخته می‌شود. اثر مجاورت باعث افزایش مقاومت ظاهری رسانا می‌شود زیرا رساناهای دیگری که جریان می‌رسانند در نزدیکی آن قرار دارند.

وقتی دو یا چند رسانا به هم نزدیک قرار می‌گیرند، میدان‌های الکترومغناطیسی آنها با یکدیگر تعامل می‌کنند. به علت این تعامل، جریان در هر رسانا تجدید توزیع می‌یابد. به طور خاص، چگالی جریان بیشتر در بخشی از رسانا که دورتر از رسانای مداخله‌کننده است تجمع می‌یابد.

اگر رساناهای جریان را در جهت یکسان منتقل می‌کنند، میدان‌های مغناطیسی نیمه‌های مجاور رسانا یکدیگر را خنثی می‌کنند. در نتیجه، هیچ جریانی از طریق این نیمه‌های مجاور رسانا عبور نمی‌کند و جریان به جای آن در نیمه‌های دورتر تجمع می‌یابد.

وقتی رساناهای جریان را در جهت‌های مخالف منتقل می‌کنند، میدان‌های مغناطیسی در نیمه‌های نزدیک رسانا یکدیگر را تقویت می‌کنند، که منجر به افزایش چگالی جریان در این نواحی مجاور می‌شود. بر عکس، میدان‌های مغناطیسی در نیمه‌های دورتر رسانا یکدیگر را خنثی می‌کنند، که نتیجتاً جریان کم یا صفر در آن نواحی دورتر رخ می‌دهد. بنابراین، جریان در نواحی نزدیک رسانا تجمع می‌یابد، در حالی که نیمه‌های دورتر جریان کمتری دارند.

اگر جریان مستقیم (DC) از یک رسانا عبور کند، جریان به صورت یکنواخت در سطح مقطع رسانا توزیع می‌شود. در نتیجه، هیچ اثر مجاورتی روی سطح رسانا رخ نمی‌دهد.

اثر مجاورت فقط برای اندازه‌های رسانا بزرگتر از ۱۲۵ میلی‌متر مربع معنی‌دار است. برای در نظر گرفتن این امر، باید عوامل تصحیح اعمال شوند.

هنگام در نظر گرفتن اثر مجاورت، مقاومت AC رسانا به صورت زیر می‌شود:

نشانه‌ها:

• Rdc: مقاومت DC بدون تصحیح رسانا.

• Ys: عامل اثر پوستی (افزایش کسری مقاومت به دلیل اثر پوستی).

• Yp: عامل اثر مجاورت (افزایش کسری مقاومت به دلیل اثر مجاورت).

• Re: مقاومت اهمی مؤثر یا تصحیح شده رسانا.

مقاومت DC Rdc می‌تواند از جداول رساناهای stranded بدست آید.

عوامل موثر بر اثر مجاورت

اثر مجاورت عمدتاً به عواملی مانند ماده رسانا، قطر، فرکانس و ساختار بستگی دارد. این عوامل در زیر توضیح داده شده‌اند:

• فرکانس – اثر مجاورت با افزایش فرکانس شدت می‌یابد.

• قطر – قطرهای بزرگتر رسانا منجر به اثر مجاورت بیشتر می‌شود.

• ساختار – این اثر در رساناهای جامد نسبت به رساناهای stranded (مانند ACSR) بیشتر است. رساناهای stranded سطح مؤثر کوچکتری نسبت به رساناهای جامد دارند، که منجر به کاهش تجمع جریان می‌شود.

• ماده – رساناهای ساخته شده از مواد فرومغناطیسی بالا اثر مجاورت بیشتری روی سطح آنها دارند به دلیل تعاملات میدان مغناطیسی.

روش‌های کاهش اثر مجاورت

یک روش مؤثر برای کاهش اثر مجاورت استفاده از رساناهای ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced) است. در یک رسانای ACSR:

• استیل در مرکز قرار داده می‌شود تا قدرت مکانیکی فراهم کند.

• رشته‌های آلومینیومی اطراف هسته استیل قرار می‌گیرند و لایه رسانای بیرونی را تشکیل می‌دهند.

این طراحی سطح معرض تعاملات میدان مغناطیسی را کاهش می‌دهد. در نتیجه، جریان عمده از طریق لایه‌های بیرونی آلومینیوم عبور می‌کند، در حالی که هسته استیل جریان کم یا بدون جریان است. این ساختار اثر مجاورت را در رسانا به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.