磁场是由电荷流动产生的。根据“右手定则”，磁场沿着电荷的方向“流动”。当在t = 0时刻施加电压降在导体上时，磁场强度增加，导致电流稳定的速率减慢。一旦电流稳定到一个恒定值(直流)，虽然磁场仍然存在，但它不随时间变化，因此对电流没有后续影响。

在交流电流(AC)的情况下，施加的电压降从+ve到-ve值呈正弦变化，磁场总是在变化，因此对导体内的电流流动有持久的影响。这就是所谓的“皮肤效应”。

直流均匀性

让我们先来看一个简单的直流电的例子，焦耳加热是由于电损耗和矩形截面导体内的温度分布而产生的。Simcenter FLOEFD它具有在一次模拟中对电、电磁、热和流体行为进行建模的能力。

铜排为50mm × 25mm的矩形截面，长400mm，一端输入电流1800A，另一端输入固定电压0。杆是水平安装的，在自由空气中自由浮动。

稳态Simcenter FLOEFD模拟预测了棒材内电流和焦耳加热功率密度的分布，棒材内和周围空气中产生的温度变化，以及冷却棒材的自然对流气流。

中央垂直切面用于绘制这些模拟属性。横截面上的电流分布是均匀的，因此焦耳加热(I²R)功率损耗也是如此，因此不出所料，在棒内产生的温度变化是非常均匀的。到目前为止，很简单!

交流的复杂性

采用相同的Simcenter FLOEFD模型，现在让我们在条的末端施加交流电。

将交流电流施加为有效值，考虑其正弦变化的平均值，振荡等效电流到稳态1800 A值。它还被设置为以100 Hz的频率变化(导致交流从+ve到-ve值的施加电压每秒100次)。

在交流情况下比在直流情况下有更多的事情发生!让我们来分析一下……

更改B字段

磁通密度(B)场随电流的变化在方向、形状和时间上都有变化。在某个时间点，它沿着顺时针方向在棒材内部和周围流动，在另一个时间点，它沿着逆时针方向流动。2b场矢量图显示了一个周期中两个时间点的磁通量，间隔90°。

这个B场随时间变化的事实引起了反向电动势(EMF)，这是一种作用在电荷上的力，它的方向与电荷运动的方向相反，从而导致了B场的变化。关键是这个反电动势在导体的中心是最大的。大到可以“抵消”电荷的移动。因此，唯一留给施加电流流动的地方就是导体的外围。

电流和焦耳加热场

看看上面显示的RMS电流分布图，导体中间非常低的RMS电流的蓝色区域是由于这种抵消效应。高电流的红色区域，特别是在矩形截面的角落，是大多数施加电流的地方有流。

电流产生焦耳热。当电流密度高时，焦耳加热功率密度将非常高(与电流密度的平方成正比)。

温度分布

由于如此多的功率在导体的外围(在“皮肤”中)消散，为什么温度如此均匀?为什么温度分布不与焦耳热分布成正比，即在外围边缘，特别是在角落更高?

铜是一种很好的热导体，它有很高的导热性。热量在固体中流动得如此之快，以至于产生了近乎均匀的温度分布，即使是在热量传递到周围环境的表面

导线上任何尖角的弯道都会使电流在弯道的内角处更加拥挤。这将增加局部焦耳加热功率耗散，这可能导致局部温度的显着增加，特别是如果导体具有较低的导热系数。非常难以分析预测，这是使用模拟来识别与母线设计相关的风险的一个很好的例子。

皮肤深度

回想起来，使用圆形截面导体来演示集肤效应会更简单!有效值电流和焦耳热分布的外围偏置将在外围显示一个恒定的“深度”，而不是像矩形截面示例中那样在角落里聚集。

蒙皮深度正式定义为圆形导体的外环厚度，其中总电流的1-1/e(~63%)流过。在皮肤深度的4倍处，超过98%的电流将流过该区域。导体内部的其余部分变得多余。实际上，导体变成了一根壁厚约为皮肤深度4倍的管子:

为什么皮肤深度不好

由于所有电流被迫在导体外围的环空中流动，其有效横截面积减小。随着电流流过的面积减小，导体的有效电阻增加，因此电压降和由此产生的焦耳热损失也增加。

与直流情况相比，在条形示例中，尽管携带相同的电流，但总焦耳加热功率增加了83%，温度上升了60%。

集肤深度随交流频率的变化

交流振荡越快，磁通密度随时间的变化率越大，电流被迫向导体外围移动的越多，趋肤深度越小，电阻、焦耳热损耗和温升的有效增加越大。

趋肤深度δ的一般近似值为:

地点:

因此，趋肤深度与。频率增加一倍，皮肤深度减少29%。

导体尺寸和类型

对于固体导体，你会希望趋肤深度等于导体半径。这样就不会有“未使用”的导体中心部分，并且可以将有效电阻的增加降至最低。因此，所需的半径主要是它将携带的交流频率的函数。

再进一步，把许多导体捆在一起，每个导体的半径都小于皮肤深度，并且每个导体都是绝缘的，然后你就可以“并联”携带额外的电流。这是丽兹电线的基础:

或者，接受大截面导体的中心部分是多余的，只是使用管状结构。虽然在较长的跨度上难以弯曲和遭受机械下垂，但可以实现重量的大量节省。

或者，在管的中间填充一些类似钢的东西，虽然不是良导体(它不需要是，中间几乎没有电流要携带)，但它非常强。可以实现更长的无支撑跨度，这就是为什么铝导体钢增强电缆(ACSR)是架空电力线的常用方法。

Anecjoke

虽然奥利弗·赫维赛德不是第一个观察到集肤效应的人，但他在1885年对任何导体形状的集肤效应进行了概括描述。虽然他的正规教育在14岁就结束了，但他在19世纪的电磁学、数学和通信领域做出了一些最重要的贡献。

1884年，他用更现代的矢量符号将麦克斯韦最初的20个方程中的12个改写为4个微分方程。这些就是我们今天所说的“麦克斯韦方程”。

此外，他还为同轴电缆申请了专利，发展了传输线模型，并以此为基础建立了电报员方程，发明了Heaviside阶梯函数，预测了电离层中后来被称为kennelley - Heaviside层的存在，并创造了以下术语:电导、阻抗、电感、磁导率、介电常数(现在称为电容)、介电常数和磁阻。

他于1925年2月3日在德文郡的托基去世，他的贡献直到死后才得到广泛的认可。