Tổn thất điện xoay chiều do hiệu ứng bề mặt

Hiệu ứng bề mặt là một dạng tổn thất năng lượng xảy ra ở dòng điện xoay chiều, bên cạnh tổn thất Corona. Chú ý tổn thất này có nghĩa là sẽ mất nhiều năng lượng điện sử dụng cho cùng công suất thực tế của thiết bị điện.

Hiệu ứng bề mặt là gì?

Hiệu ứng bề mặt được định nghĩa là dòng điện “chạy” ở bề mặt của dây nhiều hơn ở lõi của dây, nghĩa là hiệu quả truyền tải điện của dây điện đó chủ yếu tập trung ở bề mặt.

(Xem hình dưới) Hiện tượng này xảy ra là do chính từ trường của dòng điện xoay chiều gây ra: Dòng điện xoay chiều nghĩa là từ trường biến thiên (H) với cường độ dòng điện và tần số liên tục thay đổi, dây dẫn điện (I) tương tác với từ trường (H) đã tạo ra một “dòng điện xoáy” I _W  (dòng điện Foucalt) nhằm chống lại sự thay đổi của từ trường. Ở lõi dây, dòng điện xoáy này ngược chiều với dòng điện chính (I) còn ở bề mặt thì lại cùng chiều nên dòng điện xoáy đã “ép” một phần dòng điện chính dần ra bề mặt của dây.

Hiệu ứng này khiến cho tiết diện dẫn điện hiệu quả của dây bị giảm xuống, đồng nghĩa là điện trở hiệu quả tăng lên nên tổn thất điện xảy ra khi sử dụng thiết bị điện.

Cách giảm thiểu hiệu ứng bề mặt

Các nhà sản xuất dây cáp điện ứng dụng dây Litz hoặc dây điện rỗng lõi nhằm hạn chế tổn thất điện do hiệu ứng bề mặt gây ra.

Ứng dụng vô tuyến (ăng-ten) sử dụng dây lõi rỗng là ví dụ rõ ràng nhất vì dòng điện xoay chiều tần số vô tuyến (“RF”) sẽ không đi qua giữa dây dẫn nên dây sẽ được làm rỗng. Dây Litz là dây gồm nhiều sợi bện với nhau và có thể có bọc cách điện cho mỗi sợi.

Một số thông tin ngoài lề

1. Hiệu ứng bề mặt là không đáng kể nếu tần số của dòng điện nhỏ hơn 50Hz và đường kính của ruột dẫn điện nhỏ hơn 10mm.
2. Trong các cáp bện như cáp nhôm lõi thép ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced), dòng điện chủ yếu chạy ở các lớp ngoài làm bằng nhôm, trong khi lõi thép ở trung tâm không mang dòng điện với mục đích duy nhất là mang lại độ bền kéo cho cáp.