Hiệu ứng cận kề là gì?

Định nghĩa: Khi dây dẫn mang điện áp xoay chiều cao, dòng điện không phân bố đều trên diện tích mặt cắt của dây dẫn. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng lân cận. Hiệu ứng lân cận làm tăng điện trở biểu kiến của dây dẫn do sự hiện diện của các dây dẫn khác mang dòng điện gần đó.

Khi hai hoặc nhiều dây dẫn được đặt gần nhau, trường điện từ của chúng tương tác. Kết quả của sự tương tác này, dòng điện trong mỗi dây dẫn được phân bố lại. Cụ thể, mật độ dòng điện lớn hơn tập trung ở phần của sợi dây dẫn xa nhất so với dây dẫn gây nhiễu.

Nếu các dây dẫn mang dòng điện cùng chiều, trường từ của nửa gần nhau của các dây dẫn sẽ triệt tiêu lẫn nhau. Do đó, không có dòng điện nào chảy qua các nửa gần nhau của các dây dẫn, và dòng điện thay vào đó tập trung vào các nửa xa nhau.

Khi các dây dẫn mang dòng điện ngược chiều, trường từ ở các phần gần nhau của các dây dẫn bổ sung cho nhau, dẫn đến mật độ dòng điện lớn hơn ở các vùng gần nhau. Ngược lại, trường từ ở các nửa xa nhau của các dây dẫn triệt tiêu lẫn nhau, kết quả là dòng điện tối thiểu hoặc bằng không ở những vùng xa. Do đó, dòng điện tập trung ở các phần gần nhau của các dây dẫn, trong khi các nửa xa nhau có dòng điện giảm đáng kể.

Nếu dòng điện một chiều chạy qua dây dẫn, dòng điện được phân bố đồng đều trên diện tích mặt cắt của dây dẫn. Do đó, không có hiệu ứng lân cận xảy ra trên bề mặt của dây dẫn.

Hiệu ứng lân cận chỉ đáng kể đối với kích thước dây dẫn lớn hơn 125 mm². Để tính toán điều này, cần áp dụng các hệ số hiệu chỉnh.

Khi tính toán hiệu ứng lân cận, điện trở xoay chiều của dây dẫn trở thành:

Ký hiệu:

• Rdc: Điện trở một chiều chưa hiệu chỉnh của dây dẫn.

• Ys: Hệ số hiệu ứng da (tăng tỷ lệ phần trăm của điện trở do hiệu ứng da).

• Yp: Hệ số hiệu ứng lân cận (tăng tỷ lệ phần trăm của điện trở do hiệu ứng lân cận).

• Re: Điện trở ohmic hiệu quả hoặc đã hiệu chỉnh của dây dẫn.

Điện trở một chiều Rdc có thể được lấy từ bảng dây dẫn đan.

Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Ứng Lân Cận

Hiệu ứng lân cận chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố như vật liệu dây dẫn, đường kính, tần số và cấu trúc. Các yếu tố này được chi tiết dưới đây:

• Tần số – Hiệu ứng lân cận gia tăng khi tần số tăng.

• Đường kính – Đường kính dây dẫn lớn hơn dẫn đến hiệu ứng lân cận rõ rệt hơn.

• Cấu trúc – Hiệu ứng này rõ rệt hơn ở dây dẫn rắn so với dây dẫn đan (ví dụ: ACSR). Dây dẫn đan có diện tích bề mặt hiệu dụng nhỏ hơn so với dây dẫn rắn, giảm sự tập trung dòng điện.

• Vật liệu – Dây dẫn làm bằng vật liệu từ tính cao thể hiện hiệu ứng lân cận mạnh mẽ hơn trên bề mặt do sự tương tác của trường từ.

Các Phương Pháp Giảm Hiệu Ứng Lân Cận

Một cách hiệu quả để giảm hiệu ứng lân cận là sử dụng dây dẫn ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced). Trong dây dẫn ACSR:

• Thép được đặt ở lõi để cung cấp sức mạnh cơ học.

• Các sợi nhôm bao quanh lõi thép, tạo thành lớp dẫn điện bên ngoài.

Thiết kế này giảm diện tích bề mặt tiếp xúc với sự tương tác của trường từ. Do đó, dòng điện chủ yếu chảy qua các lớp nhôm bên ngoài, trong khi lõi thép hầu như không mang dòng điện. Cấu hình này giảm đáng kể hiệu ứng lân cận trong dây dẫn.