趨膚效應(yīng)概述

　　當(dāng)導(dǎo)體中有交流電或者交變電磁場時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的電流分布不均勻，電流集中在導(dǎo)體的“皮膚”部分，也就是說電流集中在導(dǎo)體外表的薄層，越靠近導(dǎo)體表面，電流密度越大，導(dǎo)體內(nèi)部實(shí)際上電流較小。結(jié)果使導(dǎo)體的電阻增加，使它的損耗功率也增加。這一現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)（skin effect）。

　　在計(jì)算導(dǎo)線的電阻和電感時(shí)，假設(shè)電流是均勻分布于它的截面上。嚴(yán)格說來，這一假設(shè)僅在導(dǎo)體內(nèi)的電流變化率（di/dt）為零時(shí)才成立。另一種說法是，導(dǎo)線通過直流（dc）時(shí)，能保證電流密度是均勻的。或者電流變化率很小，電流分布仍可認(rèn)為是均勻的。對于工作于低頻的細(xì)導(dǎo)線，這一論述仍然是可確信的。

　　但在高頻電路中，電流變化率非常大，不均勻分布的狀態(tài)甚為嚴(yán)重。高頻電流在導(dǎo)線中產(chǎn)生的磁場在導(dǎo)線的中心區(qū)域感應(yīng)出最大的電動勢。由于感應(yīng)的電動勢在閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，在導(dǎo)線中心的感應(yīng)電流最大。因?yàn)楦袘?yīng)電流總是在減小原來電流的方向，它迫使電流只限于靠近導(dǎo)線外表面處。效應(yīng)產(chǎn)生的原因主要是變化的電磁場在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生了渦旋電場，與原來的電流相抵消。

　　趨膚效應(yīng)的產(chǎn)生原因

　　趨膚效應(yīng)產(chǎn)生的根本原因是因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)。

　　如上圖所示，這是一根導(dǎo)線，導(dǎo)線中的小圓表示電流。當(dāng)導(dǎo)線通電以后，電流會順著這根導(dǎo)線流動，我們把電流路徑稱為“電流線”。為了便于理解，我暫時(shí)用兩根電流線來分析說明。

　　如上圖所示：假設(shè)導(dǎo)線電流是從左向右流動，那么電流線I1和I2的方向都從左向右。那么電流線I1產(chǎn)生的磁場方向是怎么樣呢？

　　根據(jù)右手螺旋定則，電流線I1上方的磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲猓ㄓ脠A點(diǎn)表示），下方的磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶铮ㄓ貌姹硎荆��?/P>

　　由于交流電流是一直變化的，所以它產(chǎn)生的磁場也是一直變化的。根據(jù)電磁感應(yīng)，電流線I1產(chǎn)生的磁場會在I2導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個(gè)感應(yīng)電動勢會阻礙I2的電流變化。

　　越往導(dǎo)體中心電流線越密，它受到的磁場也就越強(qiáng)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也就越大，電流也就越小。

　　當(dāng)電流變化越快、頻率越高時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也越多，所以趨膚效應(yīng)在高頻電路中很明顯。如果電流一直不變，那么就沒有感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生，也就不會有趨膚效應(yīng)，所以趨膚效應(yīng)只存在于交流電路。

　　趨膚效應(yīng)的應(yīng)用

　　1. 最常見的典范應(yīng)用就是室外電視天線，室外電視天線接收的無線電波頻率很高，一般達(dá)幾百M(fèi)HZ。這么高頻率的電流信號，它的趨膚效應(yīng)就非常明顯。為了降低材料成本、減輕重量、滿足趨膚效應(yīng)，所以電視室外天線一般都是采用空心鋁管制作而成。

　　2. 我們常用的電力電纜線有單股線和多股線，但是信號傳輸電纜線都是采用多股，這是因?yàn)樾盘栯娏黝l率一般都比較高，趨膚效應(yīng)明顯，為了增加電線表面積、提高利電線用率，所以信號傳輸電纜線都是采用多股線。

　　注意：趨膚效應(yīng)并不是說導(dǎo)體中心沒有電流。只是由于趨膚效應(yīng)的作用，導(dǎo)體表面電流最多，越往導(dǎo)體中心電流越小。

　　一般來說在交流50HZ的頻率下，趨膚效應(yīng)的穿透深度大約為6mm。當(dāng)導(dǎo)線直徑大于12mm時(shí)，導(dǎo)體中心的電流幾乎為零。所以你可以觀察一下，低壓電柜里的矩形母線排（銅排）厚度都不超過10mm。

高壓電線分多股的原因

一、多股設(shè)計(jì)

高壓電線為了增加安全性能，避免斷股或者折斷，采用了多股分開的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方式可以分?jǐn)倶蚴竭B接器和電纜支架對電纜的受力，提高其承載能力。若采用單股設(shè)計(jì)，維護(hù)電線的成本會更高，因?yàn)槿菀讛嗔焉踔潦�效，還容易影響電能傳輸效率。

 高壓電線的多股電線

二、減少電阻

電線在傳輸電能時(shí)會產(chǎn)生一定的電阻，影響電量傳輸效率。高壓電線采用多股設(shè)計(jì)可以增加電線的表面積，從而減少電線的電阻，提高電能傳輸效率。而且，多股設(shè)計(jì)的高壓電線抗拉強(qiáng)度更高，更加適合在惡劣的自然環(huán)境條件下使用，比如風(fēng)暴、大雨等。

三、增加絕緣性能

多股設(shè)計(jì)的高壓電線除了可以分?jǐn)傠娎|支架對電纜的受力，還能有效增加電線的絕緣性能。因?yàn)槎喙煞珠_布置的高壓電線可以在散熱的同時(shí)，讓壓力更均勻地作用在每個(gè)股上。在一定程度上，增加了電線的可靠性，使得電線能夠更好的承受惡劣的運(yùn)行環(huán)境和危險(xiǎn)。

總之，設(shè)計(jì)高壓電線為多股分開的結(jié)構(gòu)是出于多個(gè)方面考慮的。它不僅能夠增加電線的安全性能，還能夠提高電能傳輸效率和絕緣性能，是為了更好地滿足人們的對電力能源的需求。

高壓輸電線使用多股線的主要作用包括提高輸電能力、限制電暈產(chǎn)生及其帶來的危害、提高經(jīng)濟(jì)效益和改善電磁環(huán)境‌。

首先，‌使用分裂導(dǎo)線（多股線）能夠提高輸電能力‌。與單根導(dǎo)線相比，分裂導(dǎo)線能使輸電線的電感減小、電容增大，從而減小對交流電的波阻抗，提高線路的輸電能力。研究表明，當(dāng)每相導(dǎo)線的截面恒定時(shí)，從單根導(dǎo)線過渡到分裂導(dǎo)線，線路的輸送能力隨之增加，每相分裂為兩根導(dǎo)線時(shí)增加21%，分裂為三根時(shí)增加33%‌。

其次，‌分裂導(dǎo)線可以限制電暈的產(chǎn)生及其帶來的危害‌。電暈是在高壓輸電線路中常見的現(xiàn)象，會產(chǎn)生電磁輻射和噪聲，影響電磁環(huán)境的正常狀態(tài)。電暈的產(chǎn)生主要取決于導(dǎo)線表面的電場強(qiáng)度，而分裂導(dǎo)線可以顯著降低導(dǎo)線表面的電場強(qiáng)度，從而減少電暈的產(chǎn)生及其帶來的危害‌。

此外，‌使用分裂導(dǎo)線能夠提高經(jīng)濟(jì)效益‌。分裂導(dǎo)線技術(shù)能夠有效減小電暈損耗，并且在相同的電場強(qiáng)度下，允許使用更小截面的導(dǎo)線，從而降低輸電成本‌。

最后，‌多股線在高壓輸電中的應(yīng)用還包括其物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)‌。高壓輸電線通常由多股絞線擰成，中心是機(jī)械強(qiáng)度較大的鋼線，周圍是導(dǎo)電性能好的鋁線。這種設(shè)計(jì)既保證了導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度，又確保了良好的導(dǎo)電性能‌。