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，不均勻分布的狀態甚為嚴重。高頻電流在導線中產生的磁場在導線的中心區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象，會產生電磁輻射和噪聲，影響電磁環境的正常狀態。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‌。