Transmission Lines ಗಳಲ್ಲಿನ Skin Effect ಅನ್ನು ತಿಳಿಯುವುದು

ಒಂದು ಸಂವಹನ ಲೈನ್ ಎಂದರೆ ಒಂದು ನಿರ್ವಹಕ ಯಾವುದೇ ಒಂದು ಬಿಂದುವಿಂದ ಮತ್ತೊಂದು ಬಿಂದುವಿಗೆ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅಥವಾ ಚಿಹ್ನೆಗಳನ್ನು ವಹಿಸುವ ನಿರ್ವಹಕ. ಸಂವಹನ ಲೈನ್‌ಗಳು ವಿಭಿನ್ನ ಪ್ರಕಾರದ ಪದಾರ್ಥಗಳಿಂದ, ರಚನೆಗಳಿಂದ ಮತ್ತು ಪ್ರದೇಶಗಳಿಂದ ತಯಾರಿಸಲಾಗಿರುತ್ತವೆ, ಉಪಯೋಗ ಮತ್ತು ದೂರ ಅನುಸಾರವಾಗಿ. ಆದರೆ, ಜೋಡಿತ ವಿದ್ಯುತ್ (AC) ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಾಗಿ ಸಂವಹನ ಲೈನ್‌ಗಳನ್ನು ಉಪಯೋಗಿಸಲಾಗಿದ್ದರೆ, ಅವು ಸಂವಹನ ಲೈನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಒಂದು ಘಟನೆಯನ್ನು ಕಾಣಬಹುದು, ಇದು ಅವುಗಳ ಪ್ರದರ್ಶನ ಮತ್ತು ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಪ್ರಭಾವಿಸುತ್ತದೆ, ಇದನ್ನು ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವ ಎಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ.

ಸಂವಹನ ಲೈನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವ ಎನ್ನುವುದು ಯಾವುದು?

ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವ ಎಂದರೆ AC ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹ ನಿರ್ವಹಕದ ಛೇದ ಮೇಲೆ ಸಮನಾಗಿ ವಿತರಿಸುವ ಪ್ರವಾಹದ ಪ್ರವೃತ್ತಿಯನ್ನು ವಿವರಿಸುವ ಪದ. ಇದರಿಂದ ಪ್ರವಾಹದ ಘನತೆ ನಿರ್ವಹಕದ ಮೇಲ್ಕಡೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನದಾಗಿ ಮತ್ತು ಅಂತರ್ ಭಾಗದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿ ವಿತರಿಸುತ್ತದೆ. ಇದರ ಅರ್ಥ, ನಿರ್ವಹಕದ ಅಂತರ್ ಭಾಗವು ಬಹಿರಭಾಗಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಪ್ರವಾಹ ಹರಡುತ್ತದೆ, ಇದರ ಫಲಿತಾಂಶವಾಗಿ ನಿರ್ವಹಕದ ಕಾರ್ಯಕಾರಿ ವಿರೋಧವು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.

ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವ ನಿರ್ವಹಕದ ಪ್ರವಾಹ ಹರಡುವ ಕಾರ್ಯಕಾರಿ ಛೇದ ಮೇಲೆ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದ ಶಕ್ತಿ ನಷ್ಟ ಮತ್ತು ನಿರ್ವಹಕದ ಉಷ್ಣತೆಯು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವ ಸಂವಹನ ಲೈನ್‌ನ ವಿರೋಧವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮತ್ತು ಪ್ರವಾಹದ ವಿತರಣೆಯನ್ನು ಪ್ರಭಾವಿಸುತ್ತದೆ. ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವವು ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವೃತ್ತಿಯನ್ನು, ಹೆಚ್ಚಿನ ವ್ಯಾಸವನ್ನು ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಚಾಲನೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ನಿರ್ವಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿ ಕಾಣಬಹುದು.

ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವವು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪ್ರವಾಹದಲ್ಲಿ (DC) ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವುದಿಲ್ಲ, ಏಕೆಂದರೆ ಪ್ರವಾಹ ನಿರ್ವಹಕದ ಛೇದ ಮೇಲೆ ಸಮನಾಗಿ ಹರಡುತ್ತದೆ. ಆದರೆ, AC ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ, ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವೃತ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ರೇಡಿಯೋ ಮತ್ತು ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ, ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವವು ಸಂವಹನ ಲೈನ್‌ಗಳ ಮತ್ತು ಇತರ ಘಟಕಗಳ ಡಿಸೈನ್ ಮತ್ತು ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರಭಾವ ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ.

ಸಂವಹನ ಲೈನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವ ಯಾವುದಿಂದ ಉತ್ಪನ್ನವಾಗುತ್ತದೆ?

ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವವು AC ಪ್ರವಾಹದಿಂದ ಉತ್ಪನ್ನವಾದ ಚುಮ್ಬಕೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ ಮತ್ತು ನಿರ್ವಹಕದ ನಡುವಿನ ಪರಸ್ಪರ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯಿಂದ ಉತ್ಪನ್ನವಾಗುತ್ತದೆ. ಕೆಳಗಿನ ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ದೃಷ್ಟಿಸಬಹುದಾಗಿ, ಜೋಡಿತ ಪ್ರವಾಹ ಸಿಲಿಂದ್ರಾಕಾರದ ನಿರ್ವಹಕದ ಮೂಲಕ ಪ್ರವಹಿಸುವಾಗ, ಅದು ನಿರ್ವಹಕದ ಸುತ್ತಮುತ್ತ ಮತ್ತು ಅಂದರೆ ಚುಮ್ಬಕೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ರಚಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಚುಮ್ಬಕೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ದಿಕ್ಕೆ ಮತ್ತು ಪ್ರಮಾಣವು AC ಪ್ರವಾಹದ ಆವೃತ್ತಿ ಮತ್ತು ಆಯಾಮಕ್ಕೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಫಾರಡೇನ ವಿದ್ಯುತ್ ಚುಮ್ಬಕೀಯ ಸಂಯೋಜನ ನಿಯಮಕ್ಕೆ ಅನುಸರಿಸಿ, ಬದಲಾಯಿಸುವ ಚುಮ್ಬಕೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ ನಿರ್ವಹಕದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಉತ್ಪನ್ನ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಈ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು, ನಿರ್ವಹಕದಲ್ಲಿ ವಿರೋಧಿ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಉತ್ಪನ್ನ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದನ್ನು ಎಡೀ ಪ್ರವಾಹ ಎಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ. ಈ ಎಡೀ ಪ್ರವಾಹಗಳು ನಿರ್ವಹಕದ ಒಳಗೆ ಚುರುಕುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಮೂಲ AC ಪ್ರವಾಹದ ವಿರುದ್ಧ ಕೆಲಸ ಮಾಡುತ್ತವೆ.

ಎಡೀ ಪ್ರವಾಹಗಳು ನಿರ್ವಹಕದ ಕೇಂದ್ರದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನದಾಗಿ ಉತ್ಪನ್ನವಾಗುತ್ತವೆ, ಇಲ್ಲಿ ಅವು ಮೂಲ AC ಪ್ರವಾಹದ ಚುಮ್ಬಕೀಯ ಫ್ಲಕ್ಸ್ ಲಿಂಕೇಜ್ ಹೆಚ್ಚಿನದಾಗಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಅವು ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿರೋಧಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ರಚಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಕೇಂದ್ರದಲ್ಲಿ ನೇತ್ರ ಪ್ರವಾಹದ ಘನತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತವೆ. ಇದರ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ನಿರ್ವಹಕದ ಮೇಲ್ಕಡೆಯಲ್ಲಿ, ಮೂಲ AC ಪ್ರವಾಹದ ಚುಮ್ಬಕೀಯ ಫ್ಲಕ್ಸ್ ಲಿಂಕೇಜ್ ಕಡಿಮೆ ಇದ್ದಾಗ, ಕಡಿಮೆ ಎಡೀ ಪ್ರವಾಹಗಳು ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ವಿರೋಧಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಉತ್ಪನ್ನ ಮಾಡುತ್ತವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಮೇಲ್ಕಡೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ನೇತ್ರ ಪ್ರವಾಹದ ಘನತೆ ಇರುತ್ತದೆ.

ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ನಿರ್ವಹಕದ ಛೇದ ಮೇಲೆ ಪ್ರವಾಹದ ಅಸಮಾನ ವಿತರಣೆಯನ್ನು ಉತ್ಪನ್ನ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಮೇಲ್ಕಡೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹ ಮತ್ತು ಕೇಂದ್ರದಲ್ಲಿ ಕಡಿಮೆ ಪ್ರವಾಹ ಹರಡುತ್ತದೆ. ಇದನ್ನು ಸಂವಹನ ಲೈನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವ ಎಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ.

ಸಂವಹನ ಲೈನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವವನ್ನು ಹೇಗೆ ಕೊನೆಗೊಳಿಸಬಹುದು?

ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವವನ್ನು ಕೊನೆಗೊಳಿಸಲು ಒಂದು ಪಾರಮೀಟರನ್ನು ಬಳಸಬಹುದು, ಇದನ್ನು ಸ್ಕಿನ್ ಗಾತ್ರ ಅಥವಾ δ (ಡೆಲ್ಟಾ) ಎಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ. ಸ್ಕಿನ್ ಗಾತ್ರ ಎಂದರೆ, ನಿರ್ವಹಕದ ಮೇಲ್ಕಡೆಯಿಂದ ಪ್ರವಾಹದ ಘನತೆಯು 1/e (ಮೋದಕದಂತೆ 37%) ಸ್ತರಕ್ಕೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುವ ಗಾತ್ರ. ಸ್ಕಿನ್ ಗಾತ್ರವು ಕಡಿಮೆಯಾದಂತೆ, ಸ್ಕಿನ್ ಪ್ರಭಾವವು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.

ಸ್ಕಿನ್ ಗಾತ್ರವು ಕೆಲವು ಕಾರಣಗಳ ಮೇಲೆ ಆಧಾರವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಈ ಕಾರಣಗಳು:

• AC ಪ್ರವಾಹದ ಆವೃತ್ತಿ: ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವೃತ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿದಂತೆ ಚುಮ್ಬಕೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಎಡೀ ಪ್ರವಾಹಗಳು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಆವೃತ್ತಿ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ ಸ್ಕಿನ್ ಗಾತ್ರವು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

• ನಿರ್ವಹಕದ ಚಾಲನೆ: ಹೆಚ್ಚಿನ ಚಾಲನೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದಂತೆ ವಿರೋಧ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಎಡೀ ಪ್ರವಾಹಗಳು ಸುಲಭವಾಗಿ ಹರಡುತ್ತವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಚಾಲನೆ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ ಸ್ಕಿನ್ ಗಾತ್ರವು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

• ನಿರ್ವಹಕದ ಪ್ರವೇಶ್ಯತೆ: ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವೇಶ್ಯತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದಂತೆ ಚುಮ್ಬಕೀಯ ಫ್ಲಕ್ಸ್ ಲಿಂಕೇಜ್ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಎಡೀ ಪ್ರವಾಹಗಳು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಪ್ರವೇಶ್ಯತೆ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ ಸ್ಕಿನ್ ಗಾತ್ರವು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

• ನಿರ್ವಹಕದ ಆಕಾರ: ವಿಭಿನ್ನ ಆಕಾರಗಳು ವಿಭಿನ್ನ ಜ್ಯಾಮಿತೀಯ ಕಾರಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದರಿಂದ, ಚುಮ್ಬಕೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ವಿತರಣೆ ಮತ್ತು ಎಡೀ ಪ್ರವಾಹಗಳನ್ನು ಪ್ರಭಾವಿಸುತ್ತವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ನಿರ್ವಹಕದ ವಿಭಿನ್ನ ಆಕಾರಗಳಿಗೆ ಸ್ಕಿನ್ ಗಾತ್ರವು ವಿಭಿನ್ನ ಆಗುತ್ತದೆ.

ಸಿಲಿಂದ್ರಾಕಾರದ ನಿರ್ವಹಕದ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಛೇದ ಮೇಲೆ ಸ್ಕಿನ್ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕಲು ಬಳಸುವ ಸೂತ್ರವು:

ಇದಲ್ಲಿ: