Mikä on läheisyysvaikutus?

Määritelmä: Kun johtimet kuljettavat korkeaa vaihtovirtaa, virta ei ole tasaisesti jakautunut johtimen poikkileikkausalueella. Tätä ilmiötä kutsutaan läheisyysvaikutukseksi. Läheisyysvaikutus aiheuttaa johtimen näennäisen vastuksen kasvun sen läheisyydessä olevien virtajakavan johtimien vuoksi.

Kun kaksi tai useampi johtin sijoitetaan lähelle toisiaan, niiden sähkömagneettiset kentät vaikuttavat toisiinsa. Tämän vuoksi jokaisen johtimen virta uudelleenjakautuu. Erityisesti suurempi virtennitys kertyy sellaiselle osalle johtimen särmää, joka on kaukana häiriöjohtimesta.

Jos johtimet kuljettavat virtaa samansuuntaisesti, niiden vieressä olevien puolikoiden magneettikentät kumoavat toisensa. Seurauksena tälle on, että näissä vieressä olevissa puolikuissa ei virtaa ja virta tiivistyy kauempana oleviin puolikiin.

Kun johtimet kuljettavat virtaa vastakkaisiin suuntiin, niiden lähellä olevien osien magneettikentät vahvistavat toisiaan, mikä johtaa suurempaan virtennitykseen näillä alueilla. Toisaalta, kauempana olevat puolikset kumppojen magneettikentät kumoavat toisensa, mikä johtaa vähäiseen tai nollaan virtaan näillä kauemmissa alueilla. Tämän seurauksena virta keskittyy lähempänä oleviin osiin, kun taas kauempana olevat puolikset näyttävät huomattavan vähäisen virran.

Jos johtimeen kulkee jatkuvavirtaa, virta on tasaisesti jakautunut johtimen poikkileikkausalueella. Tämän seurauksena läheisyysvaikutusta ei esiinny johtimen pinnalla.

Läheisyysvaikutus on merkittävä vain johtimille, joiden pinta-ala ylittää 125 mm². Tätä varten on sovellettava korjaustekijöitä.

Läheisyysvaikutuksen huomioon ottaessa johtimen vaihtovirtaristeeksi tulee:

Merkit:

• Rdc: Korjattamaton jatkuvavirran vastus johtimessa.

• Ys: Pinnoitusvaikutustekijä (vastuksen fraktionaalinen kasvu pinnoitusvaikutuksen vuoksi).

• Yp: Läheisyysvaikutustekijä (vastuksen fraktionaalinen kasvu läheisyysvaikutuksen vuoksi).

• Re: Johtimen tehokas tai korjattu ohminen vastus.

Jatkuvavirtariste Rdc voidaan saada monisärmäisten johtimien taulukoista.

Tekijät, jotka vaikuttavat läheisyysvaikutukseen

Läheisyysvaikutus riippuu pääasiassa tekijöistä, kuten johtimateriaali, halkaisija, taajuus ja rakenne. Nämä tekijät on yksityiskohtaisemmin esitetty alla:

• Taajuus – Läheisyysvaikutus voimistuu, kun taajuus kasvaa.

• Halkaisija – Suuremmilla johtimen halkaisijoilla läheisyysvaikutus on selvästi havaittavampi.

• Rakenne – Tämä vaikutus on merkittävämpi kiinteissä johtimissa verrattuna monisärmäisiin johtimiin (esim. ACSR). Monisärmäisillä johtimilla on pienempi tehokas pinta-ala kuin kiinteillä johtimilla, mikä vähentää virran tiivistymistä.

• Materiaali – Korkeaferrimagneettisista materiaaleista valmistetut johtimet näyttävät vahvempaa läheisyysvaikutusta niiden pinnalla magneettikenttien vuoksi.

Menetelmiä läheisyysvaikutuksen lievittämiseksi

Yksi tehokas tapa vähentää läheisyysvaikutusta on käyttää ACSR (Alumiini-Kuivasto-Vahvistettuja johtimia). ACSR-johtimessa:

• Teräs on sijoitettu ytimeen tarjotakseen mekaanista vahvuutta.

• Alumiinisärmät ympäröivät teräsytimen muodostaen ulkoisen johtavan kerroksen.

Tämä suunnitelma vähentää pinta-alaa, joka altistuu magneettikenttien vuorovaikutukselle. Tämän seurauksena virta kulkee pääasiassa ulkoisissa alumiinkerroksissa, kun taas teräsydin kuljettaa vähän tai ei lainkaan virtaa. Tämä konfiguraatio vähentää huomattavasti läheisyysvaikutusta johtimessa.