خطوط انتقال و توزیع, مقالات
اثر پوسته ای
خرداد
اثر پوسته ای
توزیع غیریکنواخت جریان الکتریکی بر روی سطح یا پوسته رسانای حامل جریان متناوب، اثر پوسته‌ای نامیده می‌شود.
به عبارت دیگر، مقدار بار در مقایسه با هسته رسانا در نزدیکی سطح بیشتر‌است. مقاومت اهمی هادی به دلیل غلظت جریان در سطح هادی افزایش می‌یابد.اثر پوسته‌ای با افزایش فرکانس، افزایش پیدا می‌کند. در فرکانس پایین، مانند 50 هرتز، افزایش اندکی در چگالی جریان در نزدیکی سطح هادی وجود دارد.اما در فرکانس‌های بالا، مانند فرکانس رادیویی، عملاً کل جریان‌ها روی سطح هادی جریان می‌یابد.اگر جریان dc (فرکانس=0) در یک هادی عبور داده‌شود، جریان به طور یکنواخت در سطح مقطع هادی‌ها توزیع می‌شود.
چرا اثر پوسته ای رخ می دهد؟
بیایید در نظر بگیریم که هادی از تعدادی استوانه متحدالمرکز تشکیل‌شده‌است.
وقتی جریان ac از یک هادی عبور می‌کند، شار مغناطیسی در آن القا می‌شود. شار مغناطیسی که یک عنصر استوانه‌ای را در نزدیکی مرکز به هم وصل می‌کند،بیشتر از شار مغناطیسی است که یک عنصر استوانه‌ای دیگر را نزدیک سطح رسانا به هم وصل می‌کند.
این به دلیل این واقعیت است که عنصر استوانه‌ای مرکزی توسط شار داخلی و خارجی احاطه شده‌است،در حالیکه، عنصر استوانه‌ای خارجی فقط توسط شار خارجی احاطه شده‌است.
خود القایی در عنصر استوانه‌ای داخلی بیشتر است و بنابراین، راکتانس القایی بیشتری نسبت به عنصر استوانه‌ای بیرونی ارائه می‌دهد.
این تفاوت در راکتانس القایی باعث می‌شود، جریان به سمت سطح یا پوسته هادی متمرکز شود.چگالی جریان در سطح هادی حداکثر و در مرکز هادی حداقل است. این اثر معادل کاهش سطح مقطع هادی است و بنابراین مقاومت موثر هادی افزایش پیدا می‌کند.
عوامل موثر بر اثر پوسته ای
- 1- فرکانس – اثر پوستی با افزایش فرکانس افزایش می‌یابد.
- 2- قطر – با افزایش قطر هادی افزایش می‌یابد.
- 3- شکل هادی – اثر پوستی در هادی جامد بیشتر و در هادی رشته‌ای کمتر‌است زیرا سطح هادی جامد بیشتر‌است.
- 4- نوع ماده – اثر پوستی با افزایش نفوذپذیری ماده افزایش می‌یابد (نفوذپذیری توانایی مواد برای حمایت از تشکیل میدان مغناطیسی‌است).
نکات قابل یادآوری
1- اگر فرکانس کمتر از 50 هرتز و قطر هادی کمتر از 1 سانتی متر باشد، اثر پوسته ای ناچیز‌است.
2- در هادی‌های رشته‌ای مانند ACSR ( Aluminium Conductor Steel Reinforced) جریان بیشتر در لایه بیرونی ساخته شده از آلومینیوم جریان دارد،
در حالیکه، فولاد نزدیک مرکز جریانی ندارد و استحکام کششی بالایی به هادی می‌دهد. غلظت جریان در نزدیکی سطح استفاده از هادی ACSR را امکان پذیر کرد.