표피효과와 근접효과 계수

표피효과와 근접효과

교류 도체에서 나타나는 현상은 표피효과와 근접효과 두 가지다.

표피효과는 자기 도체의 와전류 때문에, 근접효과는 인접 도체의 자계 때문에 생긴다.

두 효과 모두 교류 실효저항을 직류저항보다 크게 만든다.

표피효과의 원리

표피효과는 교류 전류가 도체 표면 쪽으로 몰리는 현상이다.

그래서 같은 도체라도 단면 일부만 쓰이고 유효 단면적이 줄어든다.

전류가 흐르는 면적이 줄면 저항이 커지므로 그 증가 비율로 크기를 나타낸다.

이 현상이 교류 저항을 키우는 핵심 원인이다.

표피두께와 계산식

표피두께는 전류밀도가 표면에서 1/e, 약 37%로 떨어지는 깊이다.

식을 보면 δ는 주파수의 제곱근, 도전율과 투자율의 제곱근에 반비례한다.

주파수가 높을수록, 도전율과 투자율이 클수록 δ는 작아진다.

구리 60Hz의 표피두께는 계산상 수 mm에서 수십 mm 범위다.

근접효과와 비교

두 효과는 원인이 다르다. 표피효과는 자기 도체, 근접효과는 인접 도체에서 생긴다.

근접효과는 인접 도체 자계가 전류를 한쪽으로 몰아 실효 단면을 줄인다.

도체 간격이 좁고 주파수가 높을수록 근접효과계수가 커진다.

두 효과 모두 실효 단면을 줄여 교류저항을 키운다.

실효저항 계산 절차

실효저항은 직류저항에 두 효과의 계수를 반영해 구한다.

먼저 직류저항을 구하고, 주파수와 재질로 표피두께를 계산한다.

이어서 표피효과계수와 근접효과계수를 구해 함께 종합한다.

계수의 형태는 적용 기준서마다 다르므로 해당 기준에 맞춰 쓴다.

시험에서 자주 틀리는 점

가장 많은 실수는 표피효과와 근접효과를 같은 현상으로 쓰는 것이다.

표피두께는 주파수 제곱근에 반비례하고, 도전율과 투자율에도 반비례한다.

실효저항을 계산할 때는 직류저항을 빼먹지 않아야 한다.

정리

표피효과는 표면 쪽 전류 집중, 근접효과는 인접 도체 자계가 원인이다.

두 효과 모두 실효저항을 직류저항보다 크게 만드는 원인이다.

그래서 케이블 선정과 송배전선 손실 계산의 출발점이 된다.