একটি ট্রান্সমিশন লাইন হল একটি পরিবাহী যা একটি বিন্দু থেকে অন্য বিন্দুতে তড়িৎশক্তি বা সিগনাল পরিবহন করে। ট্রান্সমিশন লাইনগুলি প্রয়োজনীয় প্রয়োগ এবং দূরত্বের উপর নির্ভর করে বিভিন্ন উপকরণ, আকৃতি এবং আকারে তৈরি করা হতে পারে। তবে, যখন ট্রান্সমিশন লাইনগুলি পরিবর্তনশীল বিদ্যুৎ (AC) ব্যবস্থায় ব্যবহৃত হয়, তখন তারা একটি ঘটনা দেখাতে পারে যাকে স্কিন ইফেক্ট বলা হয়, যা তাদের পারফরম্যান্স এবং দক্ষতার উপর প্রভাব ফেলে।
স্কিন ইফেক্ট হল AC বিদ্যুতের পরিবাহীর অনুভূমিক অংশে অমুলিখিত ভাবে বিতরণের প্রবণতা, যেখানে পরিবাহীর স্কিনের সাথে সবচেয়ে কাছাকাছি স্থানে সবচেয়ে বেশি বিদ্যুৎ ঘনত্ব থাকে এবং কেন্দ্রের দিকে চলে যাওয়ার সাথে সাথে সূচকীয়ভাবে কমে যায়। এর মানে হল পরিবাহীর অভ্যন্তরীণ অংশ বাহ্যিক অংশের তুলনায় কম বিদ্যুৎ পরিবহন করে, যা পরিবাহীর প্রভাবশালী প্রতিরোধ বৃদ্ধি করে।
স্কিন ইফেক্ট পরিবাহীর উপলব্ধ বিদ্যুৎ প্রবাহের জন্য প্রভাবশালী অনুভূমিক অংশ হ্রাস করে, যা শক্তি হার এবং পরিবাহীর তাপ বৃদ্ধি করে। স্কিন ইফেক্ট ট্রান্সমিশন লাইনের প্রতিরোধ পরিবর্তনও করে, যা লাইনের বিদ্যুৎ এবং বিদ্যুৎ পরিবহনের উপর প্রভাব ফেলে। স্কিন ইফেক্ট উচ্চ কম্পাঙ্ক, বড় ব্যাস এবং পরিবাহীর কম পরিবাহকতায় বেশি প্রকাশ পায়।
স্কিন ইফেক্ট সরাসরি বিদ্যুৎ (DC) ব্যবস্থায় ঘটে না, কারণ বিদ্যুৎ পরিবাহীর অনুভূমিক অংশে সমানভাবে প্রবাহিত হয়। তবে, AC ব্যবস্থায়, বিশেষ করে রেডিও এবং মাইক্রোওয়েভ ব্যবস্থায় যেখানে উচ্চ কম্পাঙ্ক ব্যবহৃত হয়, স্কিন ইফেক্ট ট্রান্সমিশন লাইন এবং অন্যান্য উপকরণের ডিজাইন এবং বিশ্লেষণে বেশ গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব ফেলতে পারে।
স্কিন ইফেক্ট হল AC বিদ্যুতের দ্বারা তৈরি হওয়া চৌম্বক ক্ষেত্র এবং পরিবাহী এর মধ্যে প্রভাবের ফল। নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে, যখন একটি AC বিদ্যুৎ একটি বৃত্তাকার পরিবাহীর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়, তখন পরিবাহীর চারপাশে এবং অভ্যন্তরে একটি চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি হয়। এই চৌম্বক ক্ষেত্রের দিক এবং পরিমাণ AC বিদ্যুতের কম্পাঙ্ক এবং আম্পলিটিউডের উপর নির্ভর করে পরিবর্তিত হয়।
ফ্যারাডের ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক প্রবাহের নিয়ম অনুসারে, একটি পরিবর্তিত চৌম্বক ক্ষেত্র একটি পরিবাহীতে একটি বিদ্যুৎ ক্ষেত্র উৎপাদন করে। এই বিদ্যুৎ ক্ষেত্র, পরিবাহীতে একটি বিপরীত বিদ্যুৎ উৎপাদন করে, যাকে এডি কারেন্ট বলা হয়। এডি কারেন্ট পরিবাহীর মধ্যে প্রবাহিত হয় এবং মূল AC বিদ্যুতের বিপরীতে কাজ করে।
এডি কারেন্ট পরিবাহীর কেন্দ্রের কাছাকাছি বেশি শক্তিশালী হয়, যেখানে তারা মূল AC বিদ্যুতের সাথে বেশি চৌম্বক ফ্লাক্স লিঙ্কেজ রয়েছে। তাই, তারা একটি বেশি বিপরীত বিদ্যুৎ ক্ষেত্র তৈরি করে এবং কেন্দ্রে নেট বিদ্যুৎ ঘনত্ব হ্রাস করে। অন্যদিকে, পরিবাহীর পৃষ্ঠের কাছাকাছি, যেখানে মূল AC বিদ্যুতের সাথে কম চৌম্বক ফ্লাক্স লিঙ্কেজ রয়েছে, তারা দুর্বল এডি কারেন্ট এবং কম বিপরীত বিদ্যুৎ ক্ষেত্র তৈরি করে। তাই, পৃষ্ঠে বেশি নেট বিদ্যুৎ ঘনত্ব থাকে।
এই ঘটনা পরিবাহীর অনুভূমিক অংশে বিদ্যুৎ পরিবহনের অমুলিখিত বিতরণ তৈরি করে, যেখানে পৃষ্ঠের কাছাকাছি বেশি বিদ্যুৎ পরিবাহিত হয় এবং কেন্দ্রের কাছাকাছি কম বিদ্যুৎ পরিবাহিত হয়। এটি ট্রান্সমিশন লাইনের স্কিন ইফেক্ট হিসাবে পরিচিত।
ট্রান্সমিশন লাইনে স্কিন ইফেক্ট পরিমাপ করার একটি উপায় হল স্কিন ডেপথ বা δ (ডেল্টা) নামক একটি প্যারামিটার ব্যবহার করা। স্কিন ডেপথ হল পরিবাহীর পৃষ্ঠের নিচের গভীরতা যেখানে বিদ্যুৎ ঘনত্ব পৃষ্ঠের মানের 1/e (প্রায় 37%) হয়। স্কিন ডেপথ যত কম, স্কিন ইফেক্ট তত বেশি গুরুত্বপূর্ণ।
স্কিন ডেপথ নিম্নলিখিত কারণগুলির উপর নির্ভর করে:
AC বিদ্যুতের কম্পাঙ্ক: উচ্চ কম্পাঙ্ক বোঝায় চৌম্বক ক্ষেত্রের দ্রুত পরিবর্তন এবং শক্তিশালী এডি কারেন্ট। তাই, কম্পাঙ্ক বৃদ্ধির সাথে সাথে স্কিন ডেপথ হ্রাস পায়।
পরিবাহীর পরিবাহকতা: উচ্চ পরিবাহকতা বোঝায় কম প্রতিরোধ এবং এডি কারেন্টের সহজ প্রবাহ। তাই, পরিবাহকতা বৃদ্ধির সাথে সাথে স্কিন ডেপথ হ্রাস পায়।
পরিবাহীর প্রবনতা: উচ্চ প্রবনতা বোঝায় বেশি চৌম্বক ফ্লাক্স লিঙ্কেজ এবং শক্তিশালী এডি কারেন্ট। তাই, প্রবনতা বৃদ্ধির সাথে সাথে স্কিন ডেপথ হ্রাস পায়।
পরিবাহীর আকৃতি: বিভিন্ন আকৃতি বিভিন্ন জ্যামিতিক কারণের উপর নির্ভর করে যা চৌম্বক ক্ষেত্রের বিতরণ এবং এডি কারেন্টের উপর প্রভাব ফেলে। তাই, পরিবাহীর বিভিন্ন আকৃতির সাথে স্কিন ডেপথ পরিবর্তিত হয়।
বৃত্তাকার অনুভূমিক অংশের সাথে একটি বৃত্তাকার পরিবাহীর জন্য স্কিন ডেপথ গণনার সূত্র হল:
যেখানে:
δ হল স্কিন ডেপথ (মিটারে)
ω হল AC বিদ্যুতের কৌণিক কম্পাঙ্ক (রেডিয়ান প্রতি সেকেন্ডে)
μ হল পরিবাহীর প্রবনতা (হেনরি প্রতি মিটারে)
σ হল পরিবাহীর পরিবাহকতা (সিমেন্স প্রতি মিটারে)
উদাহরণস্বরূপ, 10 MHz কম্পাঙ্কে পরিচালিত একটি বৃত্তাকার অনুভূমিক অংশের সাথে একটি তামা পরিবাহীর জন্য স্কিন ডেপথ হল:
এটি বোঝায় যে, এই কম্পাঙ্কে পরিবাহীর পৃষ্ঠের কাছাকাছি 0.066 mm পৃষ্ঠের একটি পাতলা স্তর বেশিরভাগ বিদ্যুৎ পরিবহন করে।
ট্রান্সমিশন লাইনে স্কিন ইফেক্ট নিম্নলিখিত সমস্যাগুলি তৈরি করতে পারে:
