AC 전선의 손실
교류 전류가 도체를 통해 흐르면 그 주위와 내부에 교류 자속이 형성되어 e를 유도합니다. 디. s는 와이어의 유도 저항을 결정합니다.
통전 부분의 섹션을 여러 기본 도체로 나누면 섹션의 중앙에 있고 가까이에있는 섹션은 전체 자속으로 덮여 있기 때문에 가장 큰 유도 저항을 갖습니다. 외부 및 내부. 표면에 위치한 기본 도체는 외부 자속으로만 덮여 있으므로 유도 저항이 가장 낮습니다.
따라서 도체의 원소 유도 저항은 표면에서 도체 중심으로 갈수록 증가합니다.
교류 자속, 표면 효과 또는 표피 효과의 작용으로 인해 외부 코끼리에서 도체의 축에서 표면으로 플럭스와 전류가 변위됩니다. 개별 레이어의 전류는 크기와 위상이 다릅니다.
표면에서 Z0 거리에서 전기장과 자기장의 진폭과 전류 밀도는 e = 2.718배 감소하고 표면에서 초기 값의 36%에 도달합니다. 이 거리는 현재 필드의 침투 깊이라고 하며 다음과 같습니다.
여기서 ω는 교류의 각 주파수입니다. γ — 구리 γ = 57 • 104 1 / ohm • cm에 대한 특정 전도도, 1 / ohm • cm; µ = µ0 • µr µ0 = 4 • π • 10-9 gn/cm — 자기 상수; μr은 상대 자기 투자율이며 구리와 알루미늄의 경우 1과 같습니다.
실제로, 전류의 주요 부분은 침투 깊이 Z0와 동일한 두께로 도체의 표면층으로 통과하고 단면의 나머지 부분, 내부 부분은 실제로 전류를 전달하지 않으며 에너지 전달에 사용되지 않습니다.
무화과에서. 도 1은 관통 깊이에 대한 도체 반경의 다양한 비율에서 원형 도체의 전류 밀도 분포를 보여준다.
필드는 표면에서 4 - 6 Z0과 같은 거리에서 완전히 사라집니다.
다음은 50Hz의 주파수에서 일부 도체의 침투 깊이 Z0 값(mm)입니다.
구리 — 9.44, 알루미늄 — 12.3, 강철(µr = 200) — 1.8
도체 단면을 따라 전류가 고르지 않게 분포되면 실제 전류 전달 부분의 단면이 크게 감소하여 활성 저항이 증가합니다.
도체 Ra의 활성 저항이 증가함에 따라 I2Ra의 열 손실이 증가하므로 동일한 전류 값에서 도체의 손실과 교류로 인한 가열 온도는 항상 직접보다 큽니다. 현재의.
표면 효과의 척도는 도체 Ra의 활성 저항과 저항 저항 R0(직류에서)의 비율을 나타내는 표면 효과 계수 kp입니다.
도체의 활성 저항은
표면 효과 현상은 와이어의 단면적이 클수록 강하고 투자율 이상 교류 주파수.
거대한 비자성 전도체에서는 공급 주파수에서도 표면 효과가 매우 두드러집니다. 예를 들어, 50Hz 교류에서 직경 24cm의 둥근 구리선의 저항은 직류에서의 저항보다 약 8배 더 높습니다.
표피 효과 계수는 작을수록 도체의 옴 저항이 커집니다. 예를 들어, 구리 와이어의 kn은 동일한 직경(단면)의 알루미늄보다 클 것입니다. 알루미늄의 저항이 구리보다 70% 더 높기 때문입니다. 도체의 저항은 가열에 따라 증가하므로 침투 깊이는 온도가 증가함에 따라 증가하고 kn은 감소합니다.
자성체(강철, 주철 등)로 만들어진 전선은 높은 저항에도 불구하고 높은 자기 투자율로 인해 표면 효과가 극한의 강도로 나타납니다.
단면이 작은 경우에도 이러한 와이어의 표면 효과 계수는 8-9입니다. 또한 그 값은 흐르는 전류 값에 따라 달라집니다. 저항 변화의 특성은 자기 투자율 곡선에 해당합니다.
인접한 와이어의 강한 자기장으로 인해 발생하는 근접 효과로 인해 단면을 따라 유사한 전류 재분배 현상이 발생합니다. 근접 효과의 영향은 근접 계수 kb를 사용하여 고려할 수 있습니다. 두 현상 모두 추가 손실 계수입니다.
위상 사이의 거리가 충분히 큰 고전압 설치의 경우 추가 손실 계수는 주로 표면 효과에 의해 결정됩니다. 이 경우 근접 효과가 매우 약하기 때문입니다. 따라서 다음에서는 전류 전달 도체에 대한 표면 효과의 영향만 고려합니다.
쌀. 1은 단선 도체에서 중간 부분이 전기 목적으로 완전히 사용되지 않기 때문에 큰 단면의 경우 관형 또는 속이 빈 도체만 사용해야 함을 보여줍니다.
쌀. 1. 다양한 비율 α / Z0에서 원형 도체의 전류 밀도 분포
이러한 결론은 고전압 스위치 기어의 모선 및 모선 설계에서 고전압 스위치, 단로기의 통전 부품 설계에 사용됩니다.
능동 저항 Ra의 결정은 프로파일이 다른 전류 전달 부품 및 모선의 실제 계산과 관련된 중요한 문제 중 하나입니다.
도체의 활성 저항은 전류의 제곱에 대한 총 손실의 비율로 측정된 총 전력 손실을 기반으로 경험적으로 결정됩니다.
도체의 활성 저항을 분석적으로 결정하는 것은 어렵기 때문에 실제 계산을 위해 분석적으로 구성되고 실험적으로 검증된 계산된 곡선이 사용됩니다.일반적으로 도체 특성에서 계산된 일부 설계 매개변수의 함수로 표피 효과 계수를 찾을 수 있습니다.
무화과에서. 도 2는 비자성 전도체의 표면 효과를 결정하기 위한 곡선을 나타낸다. 이러한 곡선의 표면 효과 계수는 계산된 매개변수 k1의 함수인 kn = f(k1)로 정의됩니다.
여기서 α는 와이어의 반경입니다. 참조
쌀. 2. 교류에서 도체의 능동 및 유도 저항
50Hz의 산업 주파수에서 구리 도체 d <22mm 및 알루미늄 도체 d <30mm에 대한 표면 효과를 무시할 수 있습니다. 왜냐하면 kp <1.04이기 때문입니다.
전기 에너지 손실 외부 교류 자기장에 떨어지는 비 전류 운반 부품에서 수행 될 수 있습니다.
일반적으로 전기 기계, 장치 및 스위치기어에서 AC 도체는 자성 재료(강철, 주철 등)로 만들어진 구조물의 특정 부분에 매우 근접하게 위치해야 합니다. 이러한 부품에는 전기 장비의 금속 플랜지 및 모선의지지 구조, 분배 장치, 버스 근처에 위치한 철근 콘크리트 부품의 보강재 등이 포함됩니다.
교류 자속의 영향으로 전류가 흐르지 않는 부분에 흐르는 전류가 많이 발생합니다. 맴돌이 전류 그리고 그들의 자화 역전이 일어난다. 따라서 주변 철골 구조물에서는 맴돌이 전류와 히스테리시스완전히 열로 변환됩니다.
자성 재료의 교류 자속은 알려진 바와 같이 몇 밀리미터로 측정되는 작은 깊이 Z0까지 침투합니다.이와 관련하여 맴돌이 손실도 얇은 외층 Z0에 집중되며 히스테리시스 손실도 같은 층에서 발생합니다.
이러한 손실과 기타 손실은 대부분 반경험적인 다양한 공식을 사용하여 개별적으로 또는 함께 설명할 수 있습니다.