趋肤效应概述

　　当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。这一现象称为趋肤效应（skin effect）。

　　在计算导线的电阻和电感时，假设电流是均匀分布于它的截面上。严格说来，这一假设仅在导体内的电流变化率（di/dt）为零时才成立。另一种说法是，导线通过直流（dc）时，能保证电流密度是均匀的。或者电流变化率很小，电流分布仍可认为是均匀的。对于工作于低频的细导线，这一论述仍然是可确信的。

　　但在高频电路中，电流变化率非常大，不均匀分布的状态甚为严重。高频电流在导线中产生的磁场在导线的中心区域感应出最大的电动势。由于感应的电动势在闭合电路中产生感应电流，在导线中心的感应电流最大。因为感应电流总是在减小原来电流的方向，它迫使电流只限于靠近导线外表面处。效应产生的原因主要是变化的电磁场在导体内部产生了涡旋电场，与原来的电流相抵消。

　　趋肤效应的产生原因

　　趋肤效应产生的根本原因是因为电磁感应。

　　如上图所示，这是一根导线，导线中的小圆表示电流。当导线通电以后，电流会顺着这根导线流动，我们把电流路径称为“电流线”。为了便于理解，我暂时用两根电流线来分析说明。

　　如上图所示：假设导线电流是从左向右流动，那么电流线I1和I2的方向都从左向右。那么电流线I1产生的磁场方向是怎么样呢？

　　根据右手螺旋定则，电流线I1上方的磁场方向为垂直纸面向外（用圆点表示），下方的磁场方向为垂直纸面向里（用叉表示）。

　　由于交流电流是一直变化的，所以它产生的磁场也是一直变化的。根据电磁感应，电流线I1产生的磁场会在I2导体上产生感应电动势，这个感应电动势会阻碍I2的电流变化。

　　越往导体中心电流线越密，它受到的磁场也就越强，所产生的感应电动势也就越大，电流也就越小。

　　当电流变化越快、频率越高时，所产生的感应电动势也越多，所以趋肤效应在高频电路中很明显。如果电流一直不变，那么就没有感应电动势的产生，也就不会有趋肤效应，所以趋肤效应只存在于交流电路。

　　趋肤效应的应用

　　1. 最常见的典范应用就是室外电视天线，室外电视天线接收的无线电波频率很高，一般达几百MHZ。这么高频率的电流信号，它的趋肤效应就非常明显。为了降低材料成本、减轻重量、满足趋肤效应，所以电视室外天线一般都是采用空心铝管制作而成。

　　2. 我们常用的电力电缆线有单股线和多股线，但是信号传输电缆线都是采用多股，这是因为信号电流频率一般都比较高，趋肤效应明显，为了增加电线表面积、提高利电线用率，所以信号传输电缆线都是采用多股线。

　　注意：趋肤效应并不是说导体中心没有电流。只是由于趋肤效应的作用，导体表面电流最多，越往导体中心电流越小。

　　一般来说在交流50HZ的频率下，趋肤效应的穿透深度大约为6mm。当导线直径大于12mm时，导体中心的电流几乎为零。所以你可以观察一下，低压电柜里的矩形母线排（铜排）厚度都不超过10mm。

高压电线分多股的原因

一、多股设计

高压电线为了增加安全性能，避免断股或者折断，采用了多股分开的设计。这种设计方式可以分摊桥式连接器和电缆支架对电缆的受力，提高其承载能力。若采用单股设计，维护电线的成本会更高，因为容易断裂甚至失效，还容易影响电能传输效率。

 高压电线的多股电线

二、减少电阻

电线在传输电能时会产生一定的电阻，影响电量传输效率。高压电线采用多股设计可以增加电线的表面积，从而减少电线的电阻，提高电能传输效率。而且，多股设计的高压电线抗拉强度更高，更加适合在恶劣的自然环境条件下使用，比如风暴、大雨等。

三、增加绝缘性能

多股设计的高压电线除了可以分摊电缆支架对电缆的受力，还能有效增加电线的绝缘性能。因为多股分开布置的高压电线可以在散热的同时，让压力更均匀地作用在每个股上。在一定程度上，增加了电线的可靠性，使得电线能够更好的承受恶劣的运行环境和危险。

总之，设计高压电线为多股分开的结构是出于多个方面考虑的。它不仅能够增加电线的安全性能，还能够提高电能传输效率和绝缘性能，是为了更好地满足人们的对电力能源的需求。

高压输电线使用多股线的主要作用包括提高输电能力、限制电晕产生及其带来的危害、提高经济效益和改善电磁环境‌。

首先，‌使用分裂导线（多股线）能够提高输电能力‌。与单根导线相比，分裂导线能使输电线的电感减小、电容增大，从而减小对交流电的波阻抗，提高线路的输电能力。研究表明，当每相导线的截面恒定时，从单根导线过渡到分裂导线，线路的输送能力随之增加，每相分裂为两根导线时增加21%，分裂为三根时增加33%‌。

其次，‌分裂导线可以限制电晕的产生及其带来的危害‌。电晕是在高压输电线路中常见的现象，会产生电磁辐射和噪声，影响电磁环境的正常状态。电晕的产生主要取决于导线表面的电场强度，而分裂导线可以显著降低导线表面的电场强度，从而减少电晕的产生及其带来的危害‌。

此外，‌使用分裂导线能够提高经济效益‌。分裂导线技术能够有效减小电晕损耗，并且在相同的电场强度下，允许使用更小截面的导线，从而降低输电成本‌。

最后，‌多股线在高压输电中的应用还包括其物理结构的设计‌。高压输电线通常由多股绞线拧成，中心是机械强度较大的钢线，周围是导电性能好的铝线。这种设计既保证了导线的机械强度，又确保了良好的导电性能‌。