چیست اثر نزدیکی؟

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

هنگامی که دو یا چند رسانا به یکدیگر نزدیک قرار می‌گیرند، میدان‌های الکترومغناطیسی آنها با یکدیگر تعامل می‌کنند. به عنوان نتیجه این تعامل، جریان در هر رسانا مجدداً توزیع می‌شود. به طور خاص، چگالی جریان بیشتر در بخشی از رسانا که دورتر از رسانای مداخله‌کننده است تجمع می‌یابد.

اگر رساناها جریان را در یک جهت حمل کنند، میدان‌های مغناطیسی نیمه‌های مجاور رساناها یکدیگر را خنثی می‌کنند. بنابراین، هیچ جریانی از طریق این نیمه‌های مجاور رساناها عبور نمی‌کند و جریان به جای آن در نیمه‌های دورتر تجمع می‌یابد.

هنگامی که رساناها جریان را در جهات مخالف حمل می‌کنند، میدان‌های مغناطیسی در نواحی نزدیک‌تر رساناها یکدیگر را تقویت می‌کنند، که منجر به چگالی جریان بیشتر در این نواحی مجاور می‌شود. بر عکس، میدان‌های مغناطیسی در نیمه‌های دورتر رساناها یکدیگر را خنثی می‌کنند و نتیجتاً جریان کم یا صفر در آن نواحی دورتر وجود دارد. بنابراین، جریان در نواحی نزدیک‌تر رساناها تمرکز می‌یابد، در حالی که نیمه‌های دورتر جریان کمتری دارند.

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

اثر نزدیکی فقط برای اندازه‌های رسانا بزرگ‌تر از ۱۲۵ میلی‌متر مربع معنادار است. برای در نظر گرفتن این اثر، باید عوامل اصلاحی اعمال شوند.

هنگام در نظر گرفتن اثر نزدیکی، مقاومت متناوب (AC) رسانا به صورت زیر می‌شود:

نمادها:

• Rdc: مقاومت مستقیم (DC) بدون اصلاح رسانا.

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

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

• Re: مقاومت اهمی مؤثر یا اصلاح شده رسانا.

مقاومت مستقیم (DC) Rdc می‌تواند از جداول رساناهای پیچیده به دست آید.

عوامل موثر بر اثر نزدیکی

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

• فرکانس – با افزایش فرکانس، اثر نزدیکی تشدید می‌شود.

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

• ساختار – این اثر در رساناهای جامد بیشتر از رساناهای پیچیده (مانند ACSR) قابل مشاهده است. رساناهای پیچیده دارای سطح مؤثر کمتری نسبت به رساناهای جامد هستند که منجر به کاهش تجمع جریان می‌شود.

• ماده – رساناهای ساخته شده از مواد فرومغناطیسی بالا دارای اثر نزدیکی قوی‌تر روی سطح خود به دلیل تعاملات میدان مغناطیسی هستند.

روش‌های کاهش اثر نزدیکی

یک روش موثر برای کاهش اثر نزدیکی استفاده از رساناهای آلومینیومی با تقویت فولادی (ACSR) است. در یک رسانای ACSR:

• فولاد در مرکز قرار می‌گیرد تا استحکام مکانیکی فراهم کند.

• سلب‌های آلومینیوم اطراف هسته فولادی قرار می‌گیرند و لایه رسانای بیرونی را تشکیل می‌دهند.

این طراحی سطح معرض به تعاملات میدان مغناطیسی را کاهش می‌دهد. بنابراین، جریان عمده از طریق لایه‌های بیرونی آلومینیوم عبور می‌کند، در حالی که هسته فولادی کم یا هیچ جریانی را حمل نمی‌کند. این پیکربندی اثر نزدیکی را در رسانا به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.