تأثير القرب في الموصلات - Proximity Effect

تعريف تأثير القرب في الموصلات – Proximity Effect:

لفهم تأثير القرب يجب أن نتحدث عن الحث الكهرومغناطيسي، على سبيل المثال تعمل جميع محركات التيار المتردد الكهربائية وفقًا لهذا المبدأ، يخلق الموصل الحامل للتيار تدفقًا مغناطيسيًا، عند قطع التدفق المغناطيسي بواسطة موصل يعني أنّ التيار يبدأ في التدفق، نفس التأثير في خط النقل والتوزيع يسمّى “تأثير القرب”، يؤدي التدفق المغناطيسي المتناوب في الموصل الناجم عن تدفق التيار الكهربائي في موصل مجاور إلى ظهور تيارات متداولة تؤدي إلى عدم انتظام التيار وتزيد من المقاومة الظاهرة للموصل، يسمّى هذا التأثير “تأثير القرب في الموصلات”.

تأثير القرب هو ظاهرة توزيع التيار غير المنتظم على سطح الموصل الحامل للتيار المجاور نتيجة لتأثير موصل حمل تيار آخر على مقربة منه، نظرًا لأنّ الموصلات في الكابلات قريبة جدًا من بعضها البعض، فإنّ هذا التأثير هو السائد، بينما في الخطوط العلوية مثل الخطوط المتباعدة عند مقارنتها بالكابل، يمكن إهمال هذا التأثير.

سبب حدوث تأثير القرب في الموصلات:

السبب الرئيسي لتأثير القرب هو إنتاج مجال مغناطيسي في محيط الموصل الحامل للتيار الكهربائي، نحن نعلم أنّ أي موصل حامل للتيار ينتج مجالًا مغناطيسيًا في محيطه وفقًا لقانون بيوت – سافارت (Biot Savart)، عندما يرتبط هذا المجال المغناطيسي بالموصل المجاور، فإنّه يؤدي إلى تيار دائري أو دوامة فيه، بسبب هذا “التيار الدوامي” (eddy current)، يصبح توزيع التيار على الموصل القريب غير منتظم، هذا يؤدي إلى مقاومة إضافية لتدفق التيار في الموصل القريب، ومن ثمّ، بسبب تأثير القرب هذا، تزداد مقاومة التيار المتردد الصافية للموصل.

شرح تأثير القرب في الموصلات:

افترض وجود موصلان يحملان تيار كهربائي في نفس الاتجاه، المجال المغناطيسي الذي تمّ إنشاؤه بواسطة الموصل (A) سيرتبط بالموصل (B)، وبالمثل، فإنّ المجال المغناطيسي الذي تمّ إنشاؤه بواسطة الموصل (B) سيرتبط بالموصل (A)، اتجاه المجال المغناطيسي في أي نقطة (P) داخل الموصل (B) سوف يدخل داخل مستوى الجهاز على سبيل المثال.

نظرًا لأنّ التيار يتدفق في اتجاه تصاعدي، فهذا يعني أنّ الإلكترونات الحرة تتحرك في اتجاه هبوطي، سيتم إعطاء اتجاه القوة على الإلكترونات الحرة بسبب المجال المغناطيسي للموصل (A) بواسطة منتج المتجه المتقاطع لمتجه السرعة للإلكترون وناقل المجال المغناطيسي عند النقطة (P)، من حاصل الضرب المتجهي، فإنّ الإلكترونات الحرة للموصل (B) سوف تنجرف نحو السطح الداخلي، أي باتجاه الموصل (A)، وبالتالي فإنّ التيار سوف يتدفق في الغالب في أبعد سطح للموصل (B).

نفس المنطق عند تطبيقه على الموصل (A)، يمكن ملاحظة أنّ التيار في الموصل (A) سيتدفق في الغالب في أبعد سطح، يسمّى هذا التأثير لإعادة توزيع التيار على سطح الموصل “بتأثير القرب”، يسمّى هذا بتأثير القرب لأنّ هذا يرجع إلى تأثير القرب “القريب” من الموصل، أي أنّه عندما يحمل موصلان تيارًا في نفس الاتجاه، يتم توزيع التيار إلى النصف الأبعد لكلا الموصلان، وبالمثل، عندما يحمل موصلان تيارًا في الاتجاه المعاكس، يتركز التيار في الموصلات باتجاه السطح الداخلي المواجه لكلا الموصلات.

العوامل المؤثرة في تأثير القرب في الموصلات:

فيما يلي العوامل التي يعتمد عليها تأثير القرب:

• يزداد هذا التأثير مع زيادة التردد، هذا هو السبب، لا يتم ملاحظة هذا التأثير في حالة التيار المستمر (DC)، في حالة التيار المستمر، حيث يتم توزيع التيار بشكل موحد على المقطع العرضي بأكمله للموصل، تكون القوة المغناطيسية على الإلكترونات الحرة داخل الموصل أقل بروزًا، ومن ثمّ لن يتم ملاحظة هذا التأثير.

• كلما زاد قطر الموصل زاد هذا التأثير.

• يعتمد هذا التأثير أيضًا على مادة الموصل، إذا كانت المادة ذات طبيعة مغناطيسية حديدية (ferromagnetic)، فسيكون تأثير القرب أكبر.

• يكون تأثير القرب أكثر في حالة الموصل الصلب، هذا هو السبب، يتم استخدام الموصلات المجدولة أو (ACSR) لتقليل هذا التأثير.

كيفية تقليل تأثير القرب في الموصلات؟

• يجب تصغير حجم الموصل.

• وأيضًا زيادة المسافة بين الموصلين، أي في تصنيع الكابلات، وذلك لتقليل زيادة المسافة بين الموصل، نستخدم ال (dummies).

• تقليل التردد وزيادة الجهد يمكننا تقليل تأثير القرب، عمليًا غير ممكن، ومع ذلك، لا يمكن تغيير تردد التيار المتردد، لكن يمكننا زيادة الجهد بخطوات أخرى.