Що таке ефект близькості?

Визначення: Коли провідники переносять високі альтернативні напруги, струми нерівномірно розподілені по площі поперечного перерізу провідника. Це явище відоме як ефект близькості. Ефект близькості призводить до збільшення очевидного опору провідника через наявність інших провідників, що переносять струм, у його околицях.

Коли два або більше провідники розташовані поруч один з одним, їхні електромагнітні поля взаємодіють. В результаті цієї взаємодії, струм у кожному провіднику переопиняється. Зокрема, більша густина струму накопичується в тій частині провідника, яка найдалі від інтерферуючого провідника.

Якщо провідники переносять струм у одному напрямку, магнітні поля суміжних половин провідників знищують один одного. В результаті, струм не проходить через ці суміжні половини провідників, а замість цього сконцентрований у віддалених половинах.

Коли провідники переносять струм у протилежних напрямках, магнітні поля в ближчих частинах провідників підсилюють один одного, що призводить до більшої густини струму в цих суміжних ділянках. Навпаки, магнітні поля в віддалених половинах провідників знищують один одного, що призводить до мінімального або нульового потоку струму в цих віддалених ділянках. В результаті, струм концентрується в ближчих частинах провідників, тоді як віддалені половини мають значно зменшений струм.

Якщо постійний струм (DC) проходить через провідник, струм рівномірно розподілений по площі поперечного перерізу провідника. В результаті, ефект близькості не відбувається на поверхні провідника.

Ефект близькості є значним лише для розмірів провідників, більших за 125 мм². Для врахування цього, повинні застосовуватися коефіцієнти корекції.

При врахуванні ефекту близькості, опір провідника при альтернативному струмі (AC) стає:

Позначення:

• Rdc: Некорегований опір постійного струму (DC) провідника.

• Ys: Фактор ефекту оболонки (часткова збільшена опір через ефект оболонки).

• Yp: Фактор ефекту близькості (часткова збільшена опір через ефект близькості).

• Re: Ефективний або скоригований омівський опір провідника.

Опір постійного струму (DC) Rdc можна отримати з таблиць стрічкових провідників.

Фактори, що впливають на ефект близькості

Ефект близькості в основному залежить від таких факторів, як матеріал провідника, діаметр, частота та структура. Ці фактори детально описані нижче:

• Частота – Ефект близькості зростає зі зростанням частоти.

• Діаметр – Більші діаметри провідників призводять до більш вираженого ефекту близькості.

• Структура – Цей ефект більш значущий для цілих провідників порівняно з стрічковими провідниками (наприклад, ASCR). Стрічкові провідники мають меншу ефективну поверхню, ніж цільні провідники, що зменшує концентрацію струму.

• Матеріал – Провідники, виготовлені з матеріалів високої ферромагнетичної провідності, мають більший ефект близькості на своїй поверхні через взаємодію магнітних полів.

Методи зниження ефекту близькості

Один ефективний спосіб зменшення ефекту близькості — використання ACSR (Алюмінієві провідники з сталевим армуванням). У ACSR провіднику:

• Сталь розташована в середині, щоб забезпечити механічну міцність.

• Алюмінієві стрічки оточують сталевий сердечник, формуючи зовнішній провідний шар.

Цей дизайн мінімізує поверхню, відкриту для взаємодії магнітних полів. В результаті, струм переважно проходить через зовнішні алюмінієві шари, тоді як сталевий сердечник несе мало або взагалі не несе струм. Ця конфігурація значно зменшує ефект близькості в провіднику.