प्रसारण लाइन एक चालक हो जसले विद्युत शक्ति वा संकेतलाई एउटै बिन्दुबाट अर्को बिन्दुमा पठाउँछ। प्रसारण लाइनहरू भिन्न भिन्न सामग्री, आकार र आकारमा बन्न सकिन्छ, जो अनुप्रयोग र लागि भएको दूरी बाट निर्धारित हुन्छ। तर, जब प्रसारण लाइनहरू परिवर्ती विद्युत (AC) प्रणालीहरूको लागि प्रयोग गरिन्छ, त्यहाँ एउटा घटना देखिन्छ जसलाई चामडा प्रभाव भनिन्छ, जसले उनीहरूको प्रदर्शन र कार्यक्षमतामा प्रभाव गर्छ।
चामडा प्रभावलाई एउटा AC विद्युत धाराले चालकको अनुप्रस्थ काटमा असमान वितरण गर्ने झुकाव भनिन्छ, जसमा धारा घनत्व चालकको चामडाको नजिक अधिकतम र अन्तः भागमा घातांकीय रूपमा घट्छ। यो अर्थ हुन्छ कि चालकको अन्तः भाग बाह्रा भागबाट अलिकै धारा लिन्छ, जसले चालकको प्रभावी प्रतिरोध बढाउँछ।
चामडा प्रभावले चालकमा धारा प्रवाहको लागि उपलब्ध प्रभावी अनुप्रस्थ क्षेत्रफल घटाउँछ, जसले शक्ति नुकसान र चालकको गर्मी बढाउँछ। चामडा प्रभावले प्रसारण लाइनको प्रतिबाधा मा परिवर्तन भइन्छ, जसले लाइनमा विद्युत वोल्टेज र धारा वितरणमा प्रभाव गर्छ। चामडा प्रभाव उच्च आवृत्तिमा, ठूलो व्यास र चालकको निम्न चालनशीलतामा अधिक प्रकट हुन्छ।
चामडा प्रभाव सीधा विद्युत (DC) प्रणालीहरूमा देखिन्छ न, किनभने धारा चालकको अनुप्रस्थ काटमा समान रूपमा प्रवाह गर्छ। तर, AC प्रणालीहरूमा, विशेष गरी उच्च आवृत्तिमा काम गर्ने रेडियो र माइक्रोवेव प्रणालीहरूमा, चामडा प्रभावले प्रसारण लाइन र अन्य घटकहरूको डिजाइन र विश्लेषणमा महत्वपूर्ण प्रभाव गर्छ।
चामडा प्रभाव AC धाराले उत्पन्न गरिएको चुंबकीय क्षेत्र र चालकको बीचको प्रतिक्रियाले उत्पन्न हुन्छ। निम्न चित्रमा देखाएको छ, जब एक AC धारा एक बेलनाकार चालकमा प्रवाह गर्छ, यो चालकको चारिदिक र अन्तः भागमा एउटा चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न गर्छ। यो चुंबकीय क्षेत्रको दिशा र परिमाण AC धाराको आवृत्ति र आयाम बाट फेरिन्छ।
फाराडेको विद्युत चुंबकीय प्रेरणको नियम अनुसार, एक बदल्दो चुंबकीय क्षेत्रले एउटा चालकमा एउटा विद्युत क्षेत्र प्रेरित गर्छ। यो विद्युत क्षेत्रले चालकमा एउटा विपरीत धारा प्रेरित गर्छ, जसलाई विपरीत धारा भनिन्छ। यो विपरीत धाराहरू चालकको अन्तः भागमा परिक्रमा गर्छ र असली AC धारालाई विपरीत गर्छ।
विपरीत धाराहरू चालकको केन्द्र नजिक अधिक मजबूत छन्, जहाँ तिनीहरू असली AC धारासँग अधिक चुंबकीय फ्लक्स लिङ्केज छन्। यसले अधिक विपरीत विद्युत क्षेत्र र चालकको केन्द्रमा नेट धारा घनत्व घटाउँछ। तर, चालकको सतह नजिक, जहाँ असली AC धारासँग अलिकै चुंबकीय फ्लक्स लिङ्केज छ, त्यहाँ अलिकै मजबूत विपरीत धाराहरू र निम्न विपरीत विद्युत क्षेत्र छ। यसले चालकको सतहमा अधिक नेट धारा घनत्व बढाउँछ।
यो घटना चालकको अनुप्रस्थ काटमा धारा असमान वितरण गर्छ, जहाँ चालकको सतह नजिक अधिक धारा फ्लाउ गर्छ र केन्द्र नजिक अलिकै धारा फ्लाउ गर्छ। यो प्रसारण लाइनहरूमा चामडा प्रभावलाई जानिन्छ।
प्रसारण लाइनहरूमा चामडा प्रभावलाई मापने एक तरिका यो हो, जसलाई चामडा गहिराइ वा δ (डेल्टा) भनिन्छ। चामडा गहिराइलाई चालकको सतह नजिक एक गहिराइ भनिन्छ, जहाँ धारा घनत्व चालकको सतहमा अपनो मानको 1/e (लगभग 37%) घट्छ। चामडा गहिराइ छोटो हो, त्यो चामडा प्रभाव अधिक गम्भीर हुन्छ।
चामडा गहिराइ धेरै तत्वहरू बाट निर्भर छ, जस्तै:
AC धाराको आवृत्ति: उच्च आवृत्तिले चुंबकीय क्षेत्रमा त्वरित परिवर्तन र मजबूत विपरीत धाराहरू उत्पन्न गर्छ। त्यसैले, चामडा गहिराइ आवृत्ति बढ्दा घट्छ।
चालकको चालनशीलता: उच्च चालनशीलताले निम्न प्रतिरोध र विपरीत धाराहरूको आसान प्रवाह गर्छ। त्यसैले, चामडा गहिराइ चालनशीलता बढ्दा घट्छ।
चालकको परमाणुकता: उच्च परमाणुकताले अधिक चुंबकीय फ्लक्स लिङ्केज र मजबूत विपरीत धाराहरू उत्पन्न गर्छ। त्यसैले, चामडा गहिराइ परमाणुकता बढ्दा घट्छ।
चालकको आकार: भिन्न आकारहरूमा भिन्न ज्यामितिक तत्वहरू चुंबकीय क्षेत्र वितरण र विपरीत धाराहरूमा प्रभाव गर्छ। त्यसैले, चालकहरूको भिन्न आकारहरूमा चामडा गहिराइ फरक पर्छ।
वृत्ताकार अनुप्रस्थ काट भएको बेलनाकार चालकको लागि चामडा गहिराइ मापने सूत्र यो हो:
जहाँ:
δ चामडा गहिराइ हो (मीटरमा)
ω AC धाराको कोणीय आवृत्ति हो (सेकेन्ड प्रति रेडियनमा)
μ चालकको परमाणुकता हो (हेनरी प्रति मीटरमा)
σ चालकको चालनशीलता हो (सिमेन्स प्रति मीटरमा)
उदाहरणका लागि, 10 MHz आवृत्तिमा काम गर्ने वृत्ताकार अनुप्रस्थ काट भएको तामा चालकको लागि, चामडा गहिराइ यो हुन्छ:
यो अर्थ हुन्छ कि यस आवृत्तिमा चालकको सतह नजिक 0.066 mm गहिराइको एउटा पतलो लेयरले धेरै धारा फ्लाउ गर्छ।
प्रसारण लाइनहरूमा चामडा प्रभावले धेरै समस्याहरू उत्पन्न गर्छ, जस्तै:
चालकको शक्ति नुकसान र गर्मी बढाउँछ, जसले प्रणालीको कार्यक्षमता र विश्वसनीयता घटाउँछ।
प्रसारण लाइनको प्रतिबाधा र
