轉載。

一 集膚效應以及產(chǎn)生原因

先說(shuō)什么叫集膚效應：當交變電流通過(guò)導體或導體中有交變磁場(chǎng)時(shí)，導體內部實(shí)際上沒(méi)有任何電流，電流集中在臨近導體外表的一薄層 ，這一現象稱(chēng)為集膚效應。也就是說(shuō)集膚效應只出現在交變磁場(chǎng)中，對于恒定的電流是均勻分布的。

那集膚效應如何產(chǎn)生的呢？我們知道根據楞次定律：感應電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。如果將流過(guò)導體截面的交變電流看成是由無(wú)數電流線(xiàn)組成的，則每根電流線(xiàn)都會(huì )在其周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng)。據此，對于交變電流，以圓形截面的導體為例，越靠近導體中心處,受到磁力線(xiàn)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢愈大，越靠近表面處則不受其內部磁力線(xiàn)的影響。這就導致趨近導體表面處電流密度較大。由于自感電動(dòng)勢隨著(zhù)頻率的提高而增加，趨膚效應亦隨著(zhù)頻率提高而更顯著(zhù)，當頻率很高的電流通過(guò)導線(xiàn)時(shí)，可以認為電流只在導線(xiàn)表面上很薄的一層中流過(guò)，這等效于導線(xiàn)的截面減小，電阻增大，大大降低了導體材料的有效利用率。

二 基于應用談集膚效應

其實(shí)談集膚效應，如果刨根問(wèn)底，我想可能想破頭也不一定能思考明白，理論的事情就讓科研人員去解決吧，我們工程技術(shù)人員就基于理論談應用，站在巨人肩膀上能解決問(wèn)題即可。為了讓大家對理論死心，先展示幾個(gè)公式，讓我一下子回到大學(xué)《電磁場(chǎng)導論》這門(mén)課程了，真是太難了！

回歸正題，給大家總結了幾個(gè)實(shí)際工程中有用的知識點(diǎn)：

1. 平常一提集膚效應，大家第一反應總是頻率，會(huì )說(shuō)我們的工頻電流太小，可以忽略不計，實(shí)際不一定，因為造成電纜發(fā)熱除了頻率以外，還有另外一個(gè)詞：穿透深度，即光或其他電磁輻射對某材料的穿透能力的量度，其定義為進(jìn)入材料內部的電磁輻射強度減弱為表面上最初強度的1/e（約37%）距離材料表面的深度。定義我們就看看行了，看多了燒腦。以下照片也可以幫助我們理解穿透深度。

為什么這里要說(shuō)，這么復雜定義的詞，確實(shí)與我們實(shí)際有關(guān)：集膚效應大多數人會(huì )意識到50Hz低頻下的導體產(chǎn)生發(fā)熱線(xiàn)損忽略。然而，集膚效應對導電材料產(chǎn)生的穿透深度，即使是50Hz工頻下也有確定的值，若導體的厚度或者半徑超過(guò)對應的穿透深度，其中心部位電流密度必然大幅度降低。因此，研究工頻下的集膚效應是很有意義的。

基于以上基礎，我們再記住一個(gè)結論：

對于銅導體，在50Hz交流電下的穿透深度大約是9.3毫米，因此銅導體的直徑不超過(guò)2x9.3=18.6≈20mm。講到這里，有沒(méi)有恍然大悟，為什么我們常見(jiàn)的銅排厚度≤10mm，這樣才能保證當兩根銅排搭接時(shí)，其搭接厚度不得超過(guò)20mm，以此避免集膚效應

發(fā)熱。同理，若母線(xiàn)采用銅棒制作，若銅棒的直徑超過(guò)20mm，則必須采用壁厚為10mm的銅管來(lái)制作，因為穿透深度以外的導體電流密度會(huì )很低，作用不大。

2. 家用電為什么不需要考慮交流電的集膚效應？

對于家用電來(lái)說(shuō)，導線(xiàn)截面大多采用1.5到4mm2，直徑很小，哪怕6mm2截面的導線(xiàn)，其直徑也才為2.73mm，遠小于50Hz交流電下的穿透深度9.3mm。據說(shuō)有人理論計算家用電常用電線(xiàn)，其載流量因為集膚效應的影響充其量3%，所以可以忽略不計啦！

3. 多股線(xiàn)是可以防集膚效應的。

有人做過(guò)研究，1根1.5mm直徑的圓銅線(xiàn)，傳送100kHz 10A電流時(shí)，電流密度是直流的2.085倍，交流電阻是直流電阻的2.1倍，交流損耗也是直流損耗的2.1倍；但使用13根0.42mm直徑的圓導線(xiàn)并聯(lián)來(lái)代替1.5mm的單根導線(xiàn)時(shí)，交流電阻，電流密度，交流損耗和直徑1.5mm的導線(xiàn)的直流電阻，直流電流密度和損耗相當。

以上文字，若有不足還請包涵！