Co to jest efekt bliskości?

Definicja: Gdy przewodniki przesyłają wysokie napędy przemiennego, prądy są nierównomiernie rozłożone na przekroju przewodnika. Ten zjawisko nazywane jest efektem bliskości. Efekt bliskości powoduje wzrost pozornej oporności przewodnika z powodu obecności innych przewodników przesyłających prąd w jego pobliżu.

Gdy dwa lub więcej przewodniki są umieszczone blisko siebie, ich pola elektromagnetyczne oddziałują na siebie. W wyniku tego oddziaływania, prąd w każdym przewodniku jest redystrybuowany. Konkretnie, wyższa gęstość prądu akumuluje się w części przewodnika, która znajduje się najdalej od interferującego przewodnika.

Jeśli przewodniki przesyłają prąd w tej samej kierunku, pola magnetyczne południowych części przewodników anulują się nawzajem. W konsekwencji, żaden prąd nie płynie przez te południowe części przewodników, a prąd skupia się w dalszych południowych częściach.

Gdy przewodniki przesyłają prąd w przeciwnych kierunkach, pola magnetyczne w bliższych częściach przewodników wzmacniają się nawzajem, prowadząc do wyższej gęstości prądu w tych sąsiednich obszarach. Z kolei, pola magnetyczne w dalszych połowie przewodników anulują się nawzajem, prowadząc do minimalnego lub zerowego przepływu prądu w tych dalszych obszarach. W konsekwencji, prąd staje się skoncentrowany w bliższych częściach przewodników, podczas gdy dalsze połowy wykazują znacznie zmniejszony prąd.

Jeśli prąd stały płynie przez przewodnik, prąd jest równomiernie rozłożony na przekroju przewodnika. W rezultacie, nie występuje efekt bliskości na powierzchni przewodnika.

Efekt bliskości jest istotny tylko dla przewodników o powierzchni przekroju większej niż 125 mm². Aby uwzględnić to, muszą być zastosowane współczynniki korekcyjne.

Uwzględniając efekt bliskości, oporność przemienna przewodnika staje się:

Oznaczenia:

• Rdc: Niepoprawiona oporność przewodnika na prąd stały.

• Ys: Czynnik efektu skórnego (frakcyjny wzrost oporu spowodowany efektem skórnym).

• Yp: Czynnik efektu bliskości (frakcyjny wzrost oporu spowodowany efektem bliskości).

• Re: Skuteczna lub poprawiona oporność ohmiczna przewodnika.

Opór stały Rdc może być uzyskany z tabel przewodników drutowanych.

Czynniki wpływające na efekt bliskości

Efekt bliskości zależy głównie od czynników takich jak materiał przewodnika, średnica, częstotliwość i struktura. Te czynniki są szczegółowo omówione poniżej:

• Częstotliwość – Efekt bliskości nasila się, gdy częstotliwość rośnie.

• Średnica – Większe średnice przewodników prowadzą do bardziej zauważalnego efektu bliskości.

• Struktura – Ten efekt jest bardziej znaczący w przewodnikach jednorodnych w porównaniu do przewodników drutowanych (np. ASCR). Przewodniki drutowane mają mniejszą skuteczną powierzchnię niż przewodniki jednorodne, co zmniejsza skupienie prądu.

• Materiał – Przewodniki wykonane z materiałów o wysokim ferromagnetyzmie wykazują silniejszy efekt bliskości na swojej powierzchni ze względu na oddziaływania pól magnetycznych.

Metody zmniejszania efektu bliskości

Jednym skutecznym sposobem zmniejszenia efektu bliskości jest użycie przewodników ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced). W przewodniku ACSR:

• Stal jest umieszczona w rdzeniu, aby zapewnić mechaniczną wytrzymałość.

• Druty aluminium otaczają stalowy rdzeń, tworząc zewnętrzną warstwę przewodzącą.

Ta konstrukcja minimalizuje powierzchnię narażoną na oddziaływania pól magnetycznych. W rezultacie, prąd przepływa głównie przez zewnętrzne warstwy aluminium, podczas gdy stalowy rdzeń przewodzi mało lub żadnego prądu. Ta konfiguracja znacznie zmniejsza efekt bliskości w przewodniku.