اثرپوستی

توزیع یکنواخت جریان الکتریکی روی سطح یا پوست رسانای حامل جریان AC را اثر پوستی می نامند. اثر پوستی پدیده‌ای است که در خطوط انتقال برق جریان متناوب رخ داده و منجر به کاهش چگالی جریان در مرکز سیم و افزایش آن در لایه‌های بیرونی یا پوسته سیم می‌شود. زمانی که جریان متناوب از یک سیم عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی در دور سیم ایجاد می‌گردد. با تغییر جهت جریان متناوب، جهت میدان ایجاد شده نیز تغییر می‌کند.

در این زمان طبق قانون لنز جریانی در جهت مخالف جریان عادی، در سیم ایجاد می‌شود تا با تغییر میدان مخالفت کند. جریان ایجاد شده در لایه‌های مرکزی سیم بیشتر و در لایه‌های بیرونی کمتر است. به شکلی که گاهی جریان خالص در مرکز سیم برابر صفر شده و در لایه‌های بیرونی یا پوسته تمرکز بیشتری پیدا می‌کند. به همین سبب به آن اثر پوستی یا Skin Effect گفته می‌شود. در فرکانس پایین، مانند 50 هرتز، افزایش کمی در چگالی جریان در نزدیکی سطح هادی وجود دارد. اما، در فرکانسهای بالا، مانند فرکانس رادیویی، عملاً کل جریانات روی سطح هادی جریان می یابد.

enlightenedبرای خرید کابل های برق و خرید انواع تجهیزات برق میتوانید از طریق سایت اقدام نمایید و در صورت وجود مشکل با ما تماس بگیرید.

 

عوامل موثر بر اثر پوستی

فرکانس: اثر پوست با افزایش دفعات افزایش می یابد.

قطر: با افزایش قطر هادی افزایش می یابد.

شکل رسانا: اثر پوستی بیشتر در رسانای جامد و کمتر در هادی رشته ای است زیرا سطح هادی جامد بیشتر است.

نوع ماده: با افزایش نفوذپذیری مواد، اثر پوست افزایش می یابد.

 

کاهش اثر پوستی

در فرکانس‌های پایین بین چند کیلوهرتز تا حدود یک مگاهرتز، برای کم کردن اثر پوستی از یک نوع کابل به نام «سیم لیتز» (Litz wire) استفاده می‌شود. این سیم، شامل تعدادی رشته سیم عایق‌دار است که با طراحی دقیقی به یکدیگر بافته شده‌اند. بنابراین، میدان مغناطیسی، رفتاری مشابه رفتار روی سیم‌ها دارد. به این ترتیب، توزیع جریان روی سیم یکنواخت است. تاثیر اثر پوستی روی هریک از رشته سیم‌ها بسیار ناچیز است. بنابراین در این سیم، افزایش مقاومت AC روی نخواهد داد (برخلاف یک سیم تکی با قطر مشابه). در سیم‌پیچی ترانسفورماتورهای فرکانس بالا، با حذف یا کاهش اثر پوستی و اثر مجاورتی، بازده زیاد می‌شود.

در این حالت، سیم لیتز به کار برده می‌شود. ترانسفورماتورهای توان بزرگ، از سیم لیتز استفاده می‌کنند، اما در این ترانسفورماتورها، استفاده از سطح مقطع بزرگتر، منجر به ایجاد اثرات عمق نفوذ بزرگتر در فرکانس برق شهری می‌شود. در آنتن‌ها، برای فرکانس‌های میانی تا مایکروویو از رشته‌های رسانا مانند نانوتیوپ‌های کربنی استفاده می‌شود که ابعاد آنها برخلاف هادی‌های رشته‌ای، از عمق نفوذ کمتر است. به این ترتیب، از تمام سطح مقطع رشته سیم استفاده می‌شود. این موضوع منجر به طراحی آنتن‌هایی با وزن بسیار کم خواهد شد نکاتی که باید به خاطر سپرد اگر فرکانس کمتر از 50 هرتز و قطر رسانا کمتر از 1 سانتی متر باشد، اثر پوست ناچیز است. در هادی های رشته ای مانند ACSR آلومینیوم هادی فولادی تقویت شده جریان بیشتر در لایه بیرونی ساخته شده از آلومینیوم جریان دارد، در حالی که فولاد نزدیک مرکز هیچ جریانی را حمل نمی کند و استحکام کششی بالایی به هادی می بخشد. غلظت جریان در نزدیکی سطح، استفاده از هادی ACSR را امکان پذیر می کند.

همچنین برای کاهش اثر پوستی در خطوط انتقال نیرو، از باندل کردن یا گروه‌بندی خطوط استفاده می‌شود. به شکلی که به جای یک خط انتقال، از چند خط برای انتقال همان انرژی استفاده می‌گردد.