อะไรคือ Proximity Effect

บทนิยาม: เมื่อสายนำไฟฟ้ามีแรงดันสลับสูง กระแสไฟฟ้าจะไม่กระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นที่ขวางของสายนำไฟฟ้า ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าผลใกล้ชิด (proximity effect) ผลใกล้ชิดทำให้ความต้านทานที่เห็นได้ของสายนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเนื่องจากมีสายนำไฟฟ้าที่พากระแสน้ำหนักอยู่ในบริเวณใกล้เคียง

เมื่อมีสองหรือมากกว่าสายนำไฟฟ้าอยู่ใกล้กัน สนามแม่เหล็กของพวกมันจะส่งผลต่อกัน ผลจากการส่งผลต่อกันนี้ กระแสไฟฟ้าในแต่ละสายนำจะถูกกระจายใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าจะสะสมอยู่ในส่วนของสายนำที่ห่างไกลที่สุดจากสายนำที่ส่งผลรบกวน

หากสายนำพากระแสไฟฟ้าไปในทิศทางเดียวกัน สนามแม่เหล็กของส่วนครึ่งที่อยู่ใกล้กันของสายนำจะยกเลิกกันเอง ดังนั้น ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านส่วนครึ่งที่อยู่ใกล้กันของสายนำ และกระแสจะกระจุกตัวอยู่ในส่วนครึ่งที่อยู่ห่างไกล

เมื่อสายนำพากระแสไฟฟ้าไปในทิศทางตรงข้าม สนามแม่เหล็กในส่วนที่อยู่ใกล้กันของสายนำจะเสริมกัน ส่งผลให้มีความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าสูงขึ้นในส่วนที่อยู่ใกล้กัน ในทางกลับกัน สนามแม่เหล็กในส่วนที่อยู่ห่างไกลของสายนำจะยกเลิกกันเอง ทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหลน้อยหรือไม่มีเลยในส่วนที่อยู่ห่างไกล ดังนั้น กระแสจะกระจุกตัวอยู่ในส่วนที่อยู่ใกล้กันของสายนำ ในขณะที่ส่วนที่อยู่ห่างไกลจะมีกระแสลดลงอย่างมาก

หากกระแสไฟฟ้าตรงไหลผ่านสายนำ กระแสจะกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นที่ขวางของสายนำ ดังนั้น ไม่มีผลใกล้ชิดเกิดขึ้นบนผิวของสายนำ

ผลใกล้ชิดมีความสำคัญสำหรับขนาดของสายนำที่ใหญ่กว่า 125 มม.² เพื่อคำนึงถึงสิ่งนี้ ต้องใช้ปัจจัยแก้ไข

เมื่อคำนึงถึงผลใกล้ชิด ความต้านทานสลับของสายนำจะเป็น:

เครื่องหมาย:

• Rdc: ความต้านทานตรงที่ไม่ได้แก้ไขของสายนำ

• Ys: ปัจจัยผลผิว (สัดส่วนการเพิ่มขึ้นของความต้านทานเนื่องจากผลผิว)

• Yp: ปัจจัยผลใกล้ชิด (สัดส่วนการเพิ่มขึ้นของความต้านทานเนื่องจากผลใกล้ชิด)

• Re: ความต้านทานโอห์มที่มีผลหรือได้รับการแก้ไขของสายนำ

ความต้านทานตรง Rdc สามารถได้มาจากตารางสายนำชนิดลวด

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อผลใกล้ชิด

ผลใกล้ชิดขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น วัสดุของสายนำ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ความถี่ และโครงสร้าง ปัจจัยเหล่านี้มีรายละเอียดดังนี้:

• ความถี่ – ผลใกล้ชิดจะเพิ่มขึ้นเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น

• ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง – สายนำที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่จะมีผลใกล้ชิดที่ชัดเจนมากขึ้น

• โครงสร้าง – ผลใกล้ชิดมีความสำคัญมากขึ้นในสายนำที่เป็นของแข็งเมื่อเทียบกับสายนำที่เป็นลวด (เช่น ASCR) สายนำที่เป็นลวดมีพื้นที่ผิวที่มีผลจริงน้อยกว่าสายนำที่เป็นของแข็ง ทำให้การกระจุกตัวของกระแสลดลง

• วัสดุ – สายนำที่ทำจากวัสดุที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กสูงจะมีผลใกล้ชิดที่ชัดเจนมากขึ้นบนผิวของมันเนื่องจากการส่งผลต่อกันของสนามแม่เหล็ก

วิธีการลดผลใกล้ชิด

วิธีที่มีประสิทธิภาพในการลดผลใกล้ชิดคือการใช้ ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced conductors) ในสายนำ ACSR:

• เหล็กถูกวางไว้ที่แกนกลางเพื่อให้ความแข็งแรงทางกล

• เส้นอลูมิเนียมล้อมรอบแกนเหล็ก สร้างชั้นนำไฟฟ้าด้านนอก

การออกแบบนี้ลดพื้นที่ผิวที่สัมผัสกับการส่งผลต่อกันของสนามแม่เหล็ก ดังนั้น กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านชั้นอลูมิเนียมด้านนอกเป็นหลัก ในขณะที่แกนเหล็กจะพากระแสไฟฟ้าน้อยหรือไม่มีเลย การออกแบบนี้ลดผลใกล้ชิดในสายนำอย่างมาก