集肤效应

什么是集肤效应

直流电流在导线截面分布是均匀的，导线通过交流电流时，电流在导线截面的分布是不均匀的，中心处电流密度小，而靠近表面电流密度大，这种交流电流通过导线时趋于表面的现象叫趋表效应，也叫集肤效应。为了有效地利用导体材料和使之散热，大电流母线常做成槽形或菱形，另外，在高压输配电线路中，利用钢芯绞线代替铝绞线，这样既节省了铝导体，又增加了导线的机械强度。

集肤效应成因

首先，电子在导体内总是沿着阻力最小的路线流动。在导体表面及近表层的结构元与导体表面基本平行，电子在其间换位流动阻力较小。而在导体内部结构元呈上下、左右、前后空间排列，电子在其间定向流动要受到五个方向的阻力，（而在表面只有三个方向的阻力）可见电子在导体表层附近运行的阻力要比在内部小得多，这样就导致了电流的集肤效应。

其二，当电子在导线内移动时，在其运动的垂直方向伴生着磁场，（右手定则）其它电子在磁场的作用下向逐步向周边发散移动，于是移向了导线的表层附近，形成了电流的集肤效应。

其三，当然还有温度的影响：在导体内部，电阻产生的热不易散发，温度较高，价和电子运转的速率高，线路不是很扁平，这样就导致了电子通路相对窄小，电阻就高。在导体的表面，散热快、温度低，价和电子运转的速率低，线路扁平，这样就导致了电子通路相对宽大，而故导体表面电阻小，外来电子运行较快，这也是电流集肤的原因之一。 尖端放电 当导体的某部分做得很细很尖时，尖端部分的表面积相对较大，换位移动到此的电子密度相对较大，在尖端部分甚至有些拥挤，有部分电子在拥挤中从尖端溢出，于是就导致了尖端放电现象。

集肤效应的应用

一、金属表面淬火

感应加热表面淬火就是在一个感应线圈中通以一定频率的交流电（有高频，中频。工频三种），是感应圈周围产生频率相同的交变磁场，置于磁场之中的工件就会产生与感应线圈频率相同，方向相反的感应电流，这个电流叫涡流。由于集肤效应，涡流主要集中在工件的表层。 由涡流所产生的电阻热使工件表层被迅速加热到淬火温度，随即向工件喷水，将工件表层淬硬。

感应电流的频率愈高，集肤效应也愈强烈，故高频感应加热用途最广。高频感应加热常用频率是200~300kHz，其加热速度极快，通常只有几秒种，淬硬层深度一般为0.5~2mm。主要用于要求淬硬层较薄的中，小型零件，如齿轮，轴等。

二、管道集肤效应电伴热（加热）技术

集肤效应伴热英文应该是“SKIN ELECTRIC CORRENT TRACING”，SECT集肤效应伴热技术长期以来因其研究涉及的工程规模较大。在我国，管道集肤效应电伴热技术是最近几年来出现的一种新的金属管道加热方法，是大型石油化工等企业热输管道加热保温的新技术、新工艺，国外简称SECT法。此种加热技术具有效率高，适应所有长、中、短距离金属输液管道的伴热和加热，而且具有安全可靠，使用寿命长，安装维修方便等优点，因此广泛用于各种不同性质的液态物质的管道伴热。

这种加热技术除了基于交流电的“集肤效应”外，还应用了另外一种特性“邻近效应”。邻近效应是一对通以反向等电流电体间的一种电磁现象，在加热管中的电缆和热管间通过电流时，加热管上电流逐渐趋肤在加热管内壁，而正是这薄薄的内壁产生的焦耳热来满足伴热的需要。