Что такое эффект близости?

Определение: Когда проводники несут высокие переменные напряжения, токи неравномерно распределяются по сечению проводника. Это явление известно как эффект близости. Эффект близости вызывает увеличение кажущегося сопротивления проводника из-за наличия других проводников, несущих ток, в его окрестности.

Когда два или более проводника расположены близко друг к другу, их электромагнитные поля взаимодействуют. В результате этого взаимодействия ток в каждом проводнике перераспределяется. Конкретно, большая плотность тока накапливается в части проводника, которая находится дальше всего от мешающего проводника.

Если проводники несут ток в одном направлении, магнитные поля соседних половин проводников компенсируют друг друга. В результате через эти соседние половины проводников не проходит ток, и он вместо этого скапливается в удаленных половинных частях.

Когда проводники несут ток в противоположных направлениях, магнитные поля в ближайших частях проводников усиливают друг друга, что приводит к большей плотности тока в этих соседних областях. Напротив, магнитные поля в дальних половинных частях проводников компенсируют друг друга, что приводит к минимальному или нулевому потоку тока в этих удаленных областях. В результате ток концентрируется в ближайших частях проводников, тогда как дальние половины показывают значительное уменьшение тока.

Если через проводник течет постоянный ток, то ток равномерно распределяется по сечению проводника. В результате эффект близости на поверхности проводника не возникает.

Эффект близости значителен только для проводников размером больше 125 мм². Для учета этого необходимо применять корректирующие коэффициенты.

При учете эффекта близости сопротивление проводника переменному току становится:

Обозначения:

• Rdc: Неисправленное сопротивление проводника постоянному току.

• Ys: Фактор кожного эффекта (дробное увеличение сопротивления из-за кожного эффекта).

• Yp: Фактор эффекта близости (дробное увеличение сопротивления из-за эффекта близости).

• Re: Эффективное или исправленное омическое сопротивление проводника.

Сопротивление постоянному току Rdc можно получить из таблиц для многожильных проводников.

Факторы, влияющие на эффект близости

Эффект близости в основном зависит от таких факторов, как материал проводника, диаметр, частота и структура. Эти факторы подробно описаны ниже:

• Частота – Эффект близости усиливается с увеличением частоты.

• Диаметр – Более крупные диаметры проводников приводят к более выраженному эффекту близости.

• Структура – Этот эффект более значителен для сплошных проводников по сравнению с многожильными проводниками (например, ASCR). Многожильные проводники имеют меньшую эффективную площадь поверхности, чем сплошные проводники, что снижает скучивание тока.

• Материал – Проводники, изготовленные из высокоферромагнитных материалов, демонстрируют более сильный эффект близости на их поверхности из-за взаимодействия магнитных полей.

Методы снижения эффекта близости

Один из эффективных способов снижения эффекта близости — использование проводников ACSR (алюминиевые проводники с стальным сердечником). В проводнике ACSR:

• Сталь размещена в сердечнике для обеспечения механической прочности.

• Алюминиевые жилы окружают стальной сердечник, образуя внешний проводящий слой.

Такая конструкция минимизирует площадь поверхности, подверженной взаимодействию магнитных полей. В результате ток преимущественно течет через внешние алюминиевые слои, в то время как стальной сердечник несет мало или вообще не несет тока. Такая конфигурация значительно снижает эффект близости в проводнике.