1. Giriş
Alternatif akım (AC) sistemlerinde iletken üzerinden geçen akım, doğru akım (DC) sistemlerindeki gibi kesit boyunca homojen dağılmaz. Frekans yükseldikçe akım, iletkenin dış yüzeyine doğru ‘kaçma’ eğilimi gösterir. Bu olaya skin efekti (deri etkisi) denir. Aynı zamanda çok damarlı kablolarda iletkenler birbirine manyetik olarak etkileşir; bu da çeper (proximity) etkisi olarak tanımlanır.
2. Skin (Deri) Efekti Nedir?
AC akımı bir iletkenden geçerken, iletkenin merkezinde indüklenen manyetik alan, merkez bölgesinde daha yüksek reaktif direnç oluşturur. Bunun sonucu olarak akım, merkez yerine yüzeyden akmayı tercih eder.
3. Çeper (Proximity) Etkisi Nedir?
Birden fazla iletken birbirine yakın olduğunda, her birinin oluşturduğu manyetik alan diğerinde girdap akımları oluşturur. Bu çeper etkisi, akımın bazı bölgelerde yoğunlaşmasına, bazı bölgelerde zayıflamasına neden olur. Sonuç: iletkenin etkin direnci artar ve ısı kayıpları yükselir. Belirgin olduğu durumlar:
– Çok damarlı kablolar
– Bara sistemleri
– Yüksek akım taşıyan paralel kablolar
– Sık demetlenen güç kabloları
4. Olumsuz Etkileri
– Direnç artışı: Akımın dar bir yüzeye sıkışması, iletkenin efektif kesitini azaltır.
– Güç kayıpları: I²R kayıpları artar, özellikle yüksek frekansta enerji kaybı ciddi hale gelir.
– Isınma: Yüzeysel akım yoğunluğu kablo sıcaklığını artırır, izolasyon ömrü kısalır.
– Gerilim düşümü: Etkin direnç artışı nedeniyle kablo boyunca gerilim kaybı oluşur.
– Verim düşüşü: Transformatör, motor ve bara sistemlerinde verim azalır.
5. Azaltma Yöntemleri
– Çok telli (litz) iletken kullanımı: Tel kalınlığı skin derinliğinden küçükse, akım homojen dağılır.
– Düz baralar yerine ince çoklu baralar: Paralel ve aralıklı baralar çeper etkisini azaltır.
– Kablo demetlerinin uygun yerleşimi: Fazlar arası simetri korunmalı, manyetik etkileşim azaltılmalı.
– Frekans düşürme: 50/60 Hz’te etkiler sınırlı olsa da, inverter sistemlerinde önemlidir.
– Soğutma ve uygun kesit seçimi: Akım yoğunluğu ve ısınma kontrol altına alınmalıdır.
6. Sonuç
Skin ve çeper etkileri genellikle görünmez kayıplardır. Ancak yüksek akım, yüksek frekans veya uzun mesafeli güç iletiminde enerji verimliliğini doğrudan etkiler. Mühendislik tasarımında yalnızca akım taşıma kapasitesine değil, bu iki etkiye bağlı etkin direnç artışına da dikkat edilmelidir.
Prome Elektrik Güvenlik Taahhüt AŞ. Genel Müdürü – Turgay Pekgirgin