Vad är närhetseffekt?

Definition: När ledare bär höga alternerande spänningar är strömmarna ojämnt fördelade över ledarens tvärsnitt. Detta fenomen kallas närhetseffekt. Närhetseffekten orsakar en ökning av den upplevda resistansen i en ledare på grund av närheten till andra strömledande ledare.

När två eller flera ledare placeras nära varandra interagerar deras elektromagnetiska fält. Som ett resultat av denna interaktion omfördelas strömmen i varje ledare. Specifikt samlas en högre strömtäthet i den del av ledaren som ligger längst ifrån den störande ledaren.

Om ledarna bär ström i samma riktning neutraliserar de magnetiska fälten från de intilliggande halvdelen av ledarna varandra. Därför flyter ingen ström genom dessa intilliggande halvdelen av ledarna, och strömmen trängs istället in i de fjärran halvdelen.

När ledare bär ström i motsatta riktningar förstärker de magnetiska fälten i de närmare delarna av ledarna varandra, vilket leder till en högre strömtäthet i dessa intilliggande regioner. Å andra sidan neutraliserar de magnetiska fälten i de fjärran halvdelen av ledarna varandra, vilket resulterar i minimal eller noll strömförflyttning i dessa fjärran områden. Därför koncentreras strömmen i de närmare delarna av ledarna, medan de fjärran halvdelen visar betydligt minskad strömförflyttning.

Om likström flyter genom en ledare är strömmen jämnt fördelad över ledarens tvärsnitt. Därför uppstår ingen närhetseffekt på ledarens yta.

Närhetseffekten är endast betydande för ledare med ett tvärsnitt större än 125 mm². För att ta hänsyn till detta måste korrekturfaktorer tillämpas.

När man tar hänsyn till närhetseffekten blir ledarens AC-resistans:

Beteckningar:

• Rdc: Okorrigerad DC-resistans i ledaren.

• Ys: Ytfalteffektsfaktor (det fraktionella ökningen av resistansen på grund av ytfalteffekten).

• Yp: Närhetseffektsfaktor (det fraktionella ökningen av resistansen på grund av närhetseffekten).

• Re: Effektiv eller korrigerad ohmisk resistans i ledaren.

DC-resistansen Rdc kan erhållas från tabeller över strängda ledare.

Faktorer som Påverkar Närhetseffekten

Närhetseffekten beror huvudsakligen på faktorer som ledarmaterial, diameter, frekvens och struktur. Dessa faktorer beskrivs nedan:

• Frekvens – Närhetseffekten intensifieras när frekvensen ökar.

• Diameter – Större ledardiametrar leder till en mer uttalad närhetseffekt.

• Struktur – Denna effekt är mer betydande i fasta ledare jämfört med strängda ledare (t.ex., ASCR). Strängda ledare har en mindre effektiv yta än fasta ledare, vilket minskar strömpressen.

• Material – Ledare gjorda av material med hög ferromagnetisk egenskap visar en starkare närhetseffekt på sina ytor på grund av magnetfältinteraktioner.

Metoder för att Minska Närhetseffekten

En effektiv metod för att minska närhetseffekten är att använda ACSR (Aluminiumledare förstärkt med stål). I en ACSR-ledare:

• Stål placeras i kärnan för att ge mekanisk styrka.

• Aluminiumtrådar omger stålkärnan och bildar det yttre ledande lagret.

Denna design minimerar den yta som exponeras för magnetfältinteraktioner. Resultatet blir att strömmen huvudsakligen flyter genom de yttre aluminiumlagen, medan stålkärnan bär liten eller ingen ström. Denna konfiguration minskar betydligt närhetseffekten i ledaren.