趨膚效應概述

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

　　在計算導線的電阻和電感時，假設電流是均勻分布于它的截面上。嚴格說來，這一假設僅在導體內的電流變化率（di/dt）為零時才成立。另一種說法是，導線通過直流（dc）時，能保證電流密度是均勻的。或者電流變化率很小，電流分布仍可認為是均勻的。對于工作于低頻的細導線，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)甚為嚴重。高頻電流在導線中產生的磁場在導線的中心區(qū)域感應出最大的電動勢。由于感應的電動勢在閉合電路中產生感應電流，在導線中心的感應電流最大。因為感應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線外表面處。效應產生的原因主要是變化的電磁場在導體內部產生了渦旋電場，與原來的電流相抵消。

　　趨膚效應的產生原因

　　趨膚效應產生的根本原因是因為電磁感應。

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

　　如上圖所示：假設導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產生的磁場方向是怎么樣呢？

　　根據右手螺旋定則，電流線I1上方的磁場方向為垂直紙面向外（用圓點表示），下方的磁場方向為垂直紙面向里（用叉表示）。

　　由于交流電流是一直變化的，所以它產生的磁場也是一直變化的。根據電磁感應，電流線I1產生的磁場會在I2導體上產生感應電動勢，這個感應電動勢會阻礙I2的電流變化。

　　越往導體中心電流線越密，它受到的磁場也就越強，所產生的感應電動勢也就越大，電流也就越小。

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

　　趨膚效應的應用

　　1. 最常見的典范應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，一般達幾百MHZ。這么高頻率的電流信號，它的趨膚效應就非常明顯。為了降低材料成本、減輕重量、滿足趨膚效應，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，這是因為信號電流頻率一般都比較高，趨膚效應明顯，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：趨膚效應并不是說導體中心沒有電流。只是由于趨膚效應的作用，導體表面電流最多，越往導體中心電流越小。

　　一般來說在交流50HZ的頻率下，趨膚效應的穿透深度大約為6mm。當導線直徑大于12mm時，導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、多股設計

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計。這種設計方式可以分攤橋式連接器和電纜支架對電纜的受力，提高其承載能力。若采用單股設計，維護電線的成本會更高，因為容易斷裂甚至失效，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

電線在傳輸電能時會產生一定的電阻，影響電量傳輸效率。高壓電線采用多股設計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，多股設計的高壓電線抗拉強度更高，更加適合在惡劣的自然環(huán)境條件下使用，比如風暴、大雨等。

三、增加絕緣性能

多股設計的高壓電線除了可以分攤電纜支架對電纜的受力，還能有效增加電線的絕緣性能。因為多股分開布置的高壓電線可以在散熱的同時，讓壓力更均勻地作用在每個股上。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行環(huán)境和危險。

總之，設計高壓電線為多股分開的結構是出于多個方面考慮的。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、限制電暈產生及其帶來的危害、提高經濟效益和改善電磁環(huán)境‌。

首先，‌使用分裂導線（多股線）能夠提高輸電能力‌。與單根導線相比，分裂導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，當每相導線的截面恒定時，從單根導線過渡到分裂導線，線路的輸送能力隨之增加，每相分裂為兩根導線時增加21%，分裂為三根時增加33%‌。

其次，‌分裂導線可以限制電暈的產生及其帶來的危害‌。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)。電暈的產生主要取決于導線表面的電場強度，而分裂導線可以顯著降低導線表面的電場強度，從而減少電暈的產生及其帶來的危害‌。

此外，‌使用分裂導線能夠提高經濟效益‌。分裂導線技術能夠有效減小電暈損耗，并且在相同的電場強度下，允許使用更小截面的導線，從而降低輸電成本‌。

最后，‌多股線在高壓輸電中的應用還包括其物理結構的設計‌。高壓輸電線通常由多股絞線擰成，中心是機械強度較大的鋼線，周圍是導電性能好的鋁線。這種設計既保證了導線的機械強度，又確保了良好的導電性能‌。