Hva er nærhetseffekt?

Definisjon: Når ledere bærer høye alternerende spenninger, er strømmene ikke jevnt fordelt over ledernes tverrsnitt. Dette fenomenet kalles nærhetseffekten. Nærhetseffekten fører til en økning i den synlige motstand til en leder på grunn av tilstedeværelsen av andre strømbærere i nærheten.

Når to eller flere ledere plasseres nær hverandre, interagerer deres elektromagnetiske felt. Som et resultat av denne interaksjonen, omdistribueres strømmen i hver leder. Spesifikt akkumulerer det en høyere strømtetthet i den delen av ledertråden som ligger lengst unna den forstyrrende ledere.

Hvis ledere bærer strøm i samme retning, nuller de magnetfeltene fra de naboende halvdelen av ledere hverandre ut. Dermed flyter det ingen strøm gjennom disse naboende halvdelene av ledere, og strømmen presser seg isteden inn i de fjernere halvdelene.

Når ledere bærer strøm i motsatt retning, styrker de magnetfeltene i de nærmeste delene av ledere hverandre, noe som fører til en høyere strømtetthet i disse naboende områdene. Omvendt nuller de magnetfeltene i de fjernere halvdelen av ledere hverandre ut, noe som resulterer i minimal eller ingen strømflyt i disse fjerne områdene. Dermed blir strømmen koncentrert i de nærmere delene av ledere, mens de fjerne halvdeler viser betydelig redusert strøm.

Hvis DC strøm går gjennom en leder, er strømmen jevnt fordelt over leders tverrsnitt. Dermed oppstår det ingen nærhetseffekt på leders overflate.

Nærhetseffekten er bare betydelig for lederstørrelser større enn 125 mm². For å ta hensyn til dette, må korrigeringsfaktorer brukes.

Når man tar hensyn til nærhetseffekten, blir den alternerende motstanden til lederen:

Forklaring av symboler:

• Rdc: Ukorrigert DC-motstand til lederen.

• Ys: Overfladeeffektfaktor (den fraksjonelle økningen i motstand på grunn av overfladeeffekten).

• Yp: Nærhetseffektfaktor (den fraksjonelle økningen i motstand på grunn av nærhetseffekten).

• Re: Effektiv eller korrigert ohmsk motstand til lederen.

DC-motstanden Rdc kan hentes fra tabeller over strandede ledere.

Faktorer som påvirker nærhetseffekten

Nærhetseffekten avhenger hovedsakelig av faktorer som ledermateriale, diameter, frekvens og struktur. Disse faktorene er detaljert under:

• Frekvens – Nærhetseffekten intensiveres når frekvensen øker.

• Diameter – Større lederdiametre fører til en mer markant nærhetseffekt.

• Struktur – Denne effekten er mer signifikant i solide ledere sammenlignet med strandede ledere (f.eks., ASCR). Strandede ledere har en mindre effektiv overflate enn solide ledere, noe som reduserer strømpressingen.

• Materiale – Ledere laget av høyferromagnetiske materialer viser en sterkere nærhetseffekt på overflaten på grunn av magnetfeltinteraksjoner.

Metoder for å redusere nærhetseffekten

En effektiv måte å redusere nærhetseffekten er ved å bruke ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced)-ledere. I en ACSR-leder:

• Stål plasseres i kjernen for å gi mekanisk styrke.

• Aluminiumstråder omslutter stålkjernen, danner det ytre strømførende laget.

Denne designen minimerer overflaten som er utsatt for magnetfeltinteraksjoner. Dermed flyter strømmen hovedsakelig gjennom de ytre aluminiumslagene, mens stålkjernen bærer lite eller ingen strøm. Denne konfigurasjonen reduserer betydelig nærhetseffekten i lederen.