AC ワイヤの損失

交流電流が導体を流れると、導体の周囲と内部に交流磁束が形成され、eが誘導されます。 d. s、ワイヤの誘導抵抗を決定します。

通電部分のセクションをいくつかの基本導体に分割すると、そのセクションの中心に位置しそれに近い基本導体は、磁束全体で覆われているため、最大の誘導抵抗を持ちます。外部と内部。表面にある基本導体は外部磁束のみによってカバーされるため、誘導抵抗が最も低くなります。

したがって、導体の要素誘導抵抗は、導体の表面から中心に向かって増加します。

交流磁束、表面効果、または表皮効果の作用により、外側の象では導体の軸から表面まで磁束と電流が変位します。個々の層の電流は大きさと位相が異なります。

表面から Z0 の距離では、電界と磁界の振幅と電流密度は e = 2.718 倍減少し、表面での初期値の 36% に達します。この距離は現在のフィールドの侵入深度と呼ばれ、次と等しくなります。

ここで、ωは交流の角周波数です。 γ — 比導電率、1 / オーム・cm、銅の場合 γ = 57・104 1 / オーム・cm。 μ = μ0 • μr μ0 = 4 • π • 10-9 gn / cm — 磁気定数。 μr は比透磁率で、銅とアルミニウムの場合は 1 に相当します。

実際には、電流の主要部分は浸透深さ Z0 に等しい厚さの導体の表層を通過し、残りの部分、断面の内部部分には実際には電流が流れず、電流が流れると考えられます。エネルギー伝達には使用されません。

図では。図１は、導体半径と貫通深さの様々な比における円形導体の電流密度分布を示す。

フィールドは、表面から 4 - 6 Z0 に等しい距離で完全に消えます。

以下は、周波数 50 Hz における一部の導体の浸透深さ Z0 の値 (mm) です。

銅 — 9.44、アルミニウム — 12.3、鋼 (µr = 200) — 1.8

導体の断面に沿った電流の不均一な分布により、実際の通電部分の断面積が大幅に減少し、その結果、アクティブ抵抗が増加します。

導体の有効抵抗 Ra が増加すると、その熱損失 I2Ra が増加します。そのため、同じ電流値でも、交流による導体の損失とその加熱の温度は、直接の場合よりも常に大きくなります。現在。

表面効果の尺度は表面効果係数 kp であり、導体のアクティブ抵抗 Ra とそのオーミック抵抗 R0 (直流で) の比を表します。

導体の有効抵抗は次のとおりです。

表面効果現象はワイヤの断面積が大きいほど強くなり、 透磁率 より高い 交流周波数.

巨大な非磁性導体では、供給周波数であっても、表面効果が非常に顕著になります。たとえば、50 Hz 交流における直径 24 cm の丸い銅線の抵抗は、直流における抵抗よりも約 8 倍高くなります。

表皮効果係数は小さくなり、導体のオーミック抵抗は大きくなります。たとえば、アルミニウムの抵抗は銅より 70% 高いため、銅線の kn は同じ直径 (断面) のアルミニウムよりも大きくなります。加熱すると導体の抵抗が増加するため、温度が上昇すると浸透深さが増加し、knが減少します。

磁性材料（鋼、鋳鉄など）で作られたワイヤでは、抵抗が高いにもかかわらず、透磁率が高いため、表面効果が非常に強く現れます。

このようなワイヤの表面効果係数は、断面が小さい場合でも 8 ～ 9 です。さらに、その値は流れる電流の値に依存します。抵抗変化の性質は透磁率曲線に対応します。

断面に沿った電流再分配の同様の現象が、隣接するワイヤの強い磁場によって引き起こされる近接効果によって発生します。近接効果の影響は、両方の現象である近接係数 kb (追加損失の係数) を使用して考慮できます。

相間の距離が十分に大きい高電圧設備の場合、この場合は近接効果が非常に弱いため、追加損失の係数は主に表面効果によって決まります。したがって、以下では、通電導体に対する表面効果のみの影響を考慮します。

米。図 1 は、中実導体ではその中央部分が電気目的に完全に使用されないため、大きな断面の場合は管状または中空の導体のみを使用する必要があることを示しています。

米。 1. さまざまな比率 α / Z0 における円形導体の電流密度の分布

これらの結論は、高電圧開閉器の通電部分、断路器の設計、高電圧開閉装置の母線および母線の設計に使用されます。

アクティブ抵抗 Ra の決定は、さまざまな形状の通電部品やバスバーの実際の計算に関連する重要な問題の 1 つです。

導体のアクティブ抵抗は、測定された総電力損失に基づいて、電流の二乗に対する総損失の比率として経験的に決定されます。

導体のアクティブ抵抗を解析的に決定することは困難であるため、実際の計算には、解析的に構築され、実験的に検証された計算曲線が使用されます。通常、導体の特性から計算された設計パラメータの関数として表皮効果係数を見つけることができます。

図では。図２は、非磁性導体の表面効果を決定するための曲線を示す。これらの曲線からの表面効果係数は、計算されたパラメーター k1 の関数である kn = f (k1) として定義されます。

ここで、α はワイヤの半径です。を参照してください。

米。 2. 交流における導体の有効抵抗と誘導抵抗

工業用周波数 50 Hz では、銅導体 d <22 mm およびアルミニウム導体 d <30 mm の表面効果は、kp <1.04 であるため無視できます。

電気エネルギーの損失 外部交流磁界にさらされる非通電部分で実行される可能性があります。

通常、電気機械、装置、開閉装置では、AC 導体を磁性材料 (鋼鉄、鋳鉄など) で作られた構造物の特定の部分に近接して配置する必要があります。このような部品には、電気機器の金属フランジやバスバーの支持構造、配電装置、バスの近くにある鉄筋コンクリート部​​品の補強などが含まれます。

交流磁束の影響により、電流が流れない部分に多くの電流が発生します。 渦電流 そして磁化反転が起こります。したがって、周囲の鋼構造物では渦電流や熱によるエネルギー損失が発生します。 ヒステリシス完全に熱に変換されます。

磁性材料内の交番磁束は、知られているように、数ミリメートルで測定される小さな深さ Z0 まで浸透します。この場合、渦損失も薄い外層 Z0 に集中し、ヒステリシス損失も同層で発生します。

これらの損失およびその他の損失は、さまざまな、ほとんどが半経験的な式を使用して、個別に、または一緒に説明できます。