ভূমিকা
বিদ্যুতের ট্রান্সমিশন বা পরিবহন লাইনে স্কিন ইফেক্ট খুবই গুরুত্বপূর্ণ। তবে এটি শুধু এসি (AC) ট্রান্সমিশন লাইনের ক্ষেত্রেই প্রযোজ্য।
এসি (AC) বিদ্যুৎ প্রবাহ কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হওয়ার সময় পরিবাহীর ভিতর দিয়ে প্রবেশ না করে এর উপরিতল দিয়ে প্রবাহিত হতে চেষ্টা করে, এটিই মূলত স্কিন ইফেক্ট। স্কিন ইফেক্টের কারনে সার্বিকভাবে পরিবাহীর রেজিস্ট্যান্স বৃদ্ধি পায় এবং বিদ্যুতের লস বৃদ্ধি পায়।
৫০ হার্জ সাইকেলের ফ্রিকুয়েন্সিতে স্কিন ইফেক্ট খুবই কম থাকে কিন্তু রেডিও ফ্রিকুয়েন্সিতে (RF) স্কিন ইফেক্ট এর প্রভাব অনেক বেশি দেখা করা যায়। তবে ডিসি (DC) বিদ্যুৎ সিস্টেমে স্কিন ইফেক্ট হয় না।
এক নজরে সম্পূর্ণ লেখাটি পড়ুন
স্কিন ইফেক্ট কী?
যখন কোনো কন্ডাক্টরে ডিসি (DC) কারেন্ট প্রবাহিত হয় তখন পরিবাহী তারের সমস্ত জায়গা জুড়ে সমানভাবে এই কারেন্ট প্রবাহিত হয়।
কিন্তু যদি ঐ একই পরিবাহী তারের মধ্যে এসি (AC) কারেন্ট প্রবাহিত করা হয় তবে এই এসি (AC) কারেন্ট সমানভাবে পরিবাহী তারের সমস্ত জায়গা জুড়ে বিতরন হয় না, পরিবাহীর সারফেসে ঘনীভূত হতে থাকে মূলত এই ঘটনাকেই স্কিন ইফেক্ট (skin effect) বলে।
এক কথায় আমরা বলতে পারি, এসি (AC) বিদ্যুৎ প্রবাহ কোনো পরিবাহীর মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময়, পরিবাহী তারে ভিতর দিয়ে না গিয়ে এর উপর দিয়ে বা এর সারফেস দিয়ে যাওয়া বা প্রবাহিত হওয়ার চেষ্টা করে, আর এটাকেই স্কিন ইফেক্ট (skin effect) বলে ।
আরো পড়ুনঃ রশিতে গিট বাঁধার ৫টি সেরা কৌশল
স্কিন ইফেক্টের কারণ
কোনো পরিবাহীতে এসি (AC) বিদ্যুৎ প্রবাহিত হওয়ার সময় পরিবাহীর কেন্দ্রে এর সারফেসের তুলনায় বেশি পরিমান ফ্লাক্স দ্বারা পরিপূর্ণ থাকে।
এজন্য কেন্দ্রে সারফেসের তুলনায় ইন্ডাকট্যান্স বেশি থাকে, যার কারণে ফ্রিকুয়েন্সি বৃদ্ধি পেলে উৎপন্ন ব্যাক EMF কেন্দ্র দিয়ে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হতে দেয় না। ফলে বিদ্যুৎ প্রবাহ পরিবাহীর উপরিতল দিয়ে প্রবাহিত হতে থাকে, এটাই স্কিন ইফেক্টের কারণ।
স্কিন ইফেক্টের কারণগুলোকে চারটি ভাবে বর্ণনা করা যায়, যথাঃ-
- ইন্ডাকটিভ রি-অ্যাক্ট্যান্স (Inductive Reactance): উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির এসি কারেন্ট প্রবাহিত হলে পরিবাহকের কেন্দ্রের তুলনায় বাইরের স্তরে স্ব-ইন্ডাকশন (Self-Induction) বেশি হয়, যা কারেন্টকে বাইরের দিকে ঠেলে দেয়।
- এডি কারেন্ট (Eddy Current) গঠন): পরিবর্তনশীল চৌম্বকক্ষেত্রের কারণে পরিবাহকের মধ্যে এডি কারেন্ট তৈরি হয়, যা মূল কারেন্টের সঙ্গে প্রতিক্রিয়া করে এবং এটি বাইরের স্তরের দিকে সীমাবদ্ধ রাখে।
- কারেন্ট ঘনত্বের পরিবর্তন : ফ্রিকোয়েন্সি বাড়ার সাথে সাথে পরিবাহকের ভেতরে কারেন্ট কমতে থাকে এবং বাইরের দিকে বেশি ঘনত্ব তৈরি হয়, যার ফলে প্রতিরোধ (Resistance) বৃদ্ধি পায়।
- চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের প্রতিক্রিয়া : পরিবাহকের বিভিন্ন স্তরে চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের ভিন্ন ভিন্ন প্রতিক্রিয়া তৈরি হয়, যা কারেন্টকে পৃষ্ঠের দিকে সরিয়ে দেয়।
ফ্রিকোয়েন্সি ও স্কিন ইফেক্টের সম্পর্ক
- নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সিতে (50-60Hz) :– স্কিন ইফেক্টের প্রভাব কম থাকে, তাই সাধারণ বৈদ্যুতিক লাইনগুলিতে এটি তেমন সমস্যা সৃষ্টি করে না।
- উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতে (RF & MHz-GHz রেঞ্জে) :– স্কিন ইফেক্ট খুব বেশি হয়ে যায়, ফলে কন্ডাক্টরের কার্যকরী ব্যবহার কমে যায়।
স্কিন ইফেক্টের কারনে লাইনের সার্বিক রেজিস্ট্যান্স বেড়ে যায়। ফলে লাইনে যখন কারেন্ট প্রবাহিত হয় তখন লাইন লস বৃদ্ধি পায়।
আরো পড়ুনঃ পল্লী বিদ্যুতের ট্রান্সফরমার এর দাম ও অন্যান্য গুরুত্বপূর্ণ তথ্য
ট্রান্সমিশন লাইনে স্কিন ইফেক্টের প্রভাব
স্কিন ইফেক্টের কারণে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির এসি (AC) কারেন্ট পরিবাহকের কেন্দ্রের পরিবর্তে বাইরের স্তরে বেশি প্রবাহিত হয়। এর ফলে বিভিন্ন সমস্যা দেখা দিতে পারে।
- স্কিন ইফেক্টের কারণে লাইনে পাওয়ার হয়ে থাকে।
- অধিক ফ্রিকুয়েন্সিতে লাইনে স্কিন ইফেক্টের প্রভাব বৃদ্ধি পায়।
- লাইন পরীবাহীর ব্যাস বৃদ্ধি পেলে স্কিন ইফেক্টের ও বৃদ্ধি পায়।
- ট্রান্সমিশন লাইনে কন্ডাক্টরের আকারের উপর এই ইফেক্ট নির্ভর করে । যেমন, সলিড কন্ডাক্টর ব্যবহার করলে এই ইফেক্ট বৃদ্ধি পেয়ে থাকে।
- স্কিন ইফেক্টের কারণে পরিবাহকের বাইরের স্তরে বেশি কারেন্ট প্রবাহিত হয়, যা তাপ উৎপন্ন করে এবং কখনো কখনো তারের আবরণ বা নিরোধক (Insulation) ক্ষতিগ্রস্ত করতে পারে।
- ট্রান্সমিশন লাইনে ব্যবহৃত কন্ডাক্টর পদার্থের বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে। যেমনঃ কপার কন্ডাক্টরের চেয়ে অ্যালুমিনিয়াম কন্ডাক্টরে স্কিন ইফেক্ট কম হয় ইত্যাদি।
ট্রান্সমিশন লাইনে স্কিন ইফেক্ট পাওয়ার লস, ভোল্টেজ ড্রপ ও তাপ উৎপন্ন করে, যা বিদ্যুৎ সঞ্চালন ব্যবস্থার দক্ষতা কমিয়ে দেয়। এটি বিশেষ করে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি ও দীর্ঘ দূরত্বের এসি পাওয়ার ট্রান্সমিশনে সমস্যা সৃষ্টি করে। তবে, উপযুক্ত কন্ডাক্টর এবং আধুনিক প্রযুক্তির ব্যবহার করে স্কিন ইফেক্টের নেতিবাচক প্রভাব কমানো সম্ভব।
স্কিন ইফেক্টের জন্য বিবেচ্য ফ্যাক্টর
স্কিন ইফেক্টের মাত্রা এবং এর প্রভাব নির্ভর করে বেশ কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ ফ্যাক্টরের উপর। এর মধ্যে ০৬ টি বিষয়কে প্রধান হিসেবে বিবেচনা করা হয়। এগুলো হলোঃ ১. পরিবাহীর আকার ২. পরিবাহীর ব্যাস ৩. পরিবাহীর কন্ডাকটিভিটি ৪. ফ্রিকুয়েন্সি ৫. পরিবাহীর পারমিয়েবিলিটি এবং ৬. তাপমাত্রা ইত্যাদি।
নিচে স্কিন ইফেক্টের জন্য বিবেচ্য প্রধান ফ্যাক্টরগুলো আলোচনা করা হলোঃ—
- ব্যবহৃত কান্ডাক্টর পদার্থের গুনগত মানের উপর এই ইফেক্ট নির্ভর করে।
- কন্ডাক্টর ব্যাসের উপর এটি নির্ভর করে অর্থাৎ ব্যাস বৃদ্ধির সাথে সাথে স্কিন ইফেক্টও বৃদ্ধি পায়।
- ফ্রিকোয়েন্সি যত বেশি হবে, স্কিন ইফেক্ট তত বেশি হবে।
- গোলাকার পরিবাহকের তুলনায় পুরু ও চ্যাপ্টা পরিবাহকের স্কিন ইফেক্ট বেশি হয়। এবং গহ্বরযুক্ত বা মাল্টি-স্ট্র্যান্ডেড তার (Hollow or Stranded Conductors) ব্যবহার করলে স্কিন ইফেক্ট কম হয়।
- ডিসি (DC) কারেন্টে স্কিন ইফেক্ট হয় না, কারণ এটি একটি স্থির কারেন্ট।
- ফেরোম্যাগনেটিক পদার্থ (যেমন লোহা, নিকেল) ব্যবহারে স্কিন ইফেক্ট বেশি হয়। এবং নন-ম্যাগনেটিক পদার্থ (যেমন তামা, অ্যালুমিনিয়াম) ব্যবহার করলে স্কিন ইফেক্ট কম হয়।
- যদি লোড ভারসাম্যপূর্ণ হয়, তাহলে স্কিন ইফেক্টের প্রভাব কিছুটা কম হতে পারে।এবং যদি লোড অসম হয়, তাহলে স্কিন ইফেক্ট বেশি সমস্যা সৃষ্টি করতে পারে।
স্কিন ইফেক্ট কমানোর উপায়
স্কিন ইফেক্ট কমাতে বিভিন্ন প্রযুক্তি ও কৌশল ব্যবহার করা হয়, যা পরিবাহকের নকশা, উপাদান ও ফ্রিকোয়েন্সির উপর নির্ভর করে। নিচে স্কিন ইফেক্ট কমানোর কার্যকর উপায়গুলো তুলে ধরা হলো—
- লিটজ তার একাধিক পাতলা ইনসুলেটেড তারের সমন্বয়ে গঠিত, যা স্কিন ইফেক্ট কমায়।
- এটি উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির ক্ষেত্রে কার্যকর এবং ইলেকট্রনিক ও রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি (RF) অ্যাপ্লিকেশন-এ বহুল ব্যবহৃত হয়।
- মাল্টি-স্ট্র্যান্ডেড (Stranded) তারের প্রতিটি তারের উপর পৃথকভাবে কারেন্ট প্রবাহিত হয়, যা স্কিন ইফেক্ট কমায়।
- গহ্বরযুক্ত (Hollow) কন্ডাক্টর ব্যবহার করলে কেন্দ্রের অংশের অপ্রয়োজনীয় প্রতিরোধ এড়ানো যায়, ফলে কার্যকর বিদ্যুৎ পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায়।
- তামা (Copper) ও রূপা (Silver) স্কিন ইফেক্ট কমাতে কার্যকর, কারণ এদের পরিবাহিতা বেশি।
- রূপা প্রলেপযুক্ত (Silver-Coated) কপার তার উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত হয়।
- ডিসি (DC) কারেন্টে স্কিন ইফেক্ট হয় না, কারণ এটি পরিবর্তনশীল নয়।
- উচ্চ ভোল্টেজ ডিসি (HVDC) ট্রান্সমিশন স্কিন ইফেক্ট এড়াতে সহায়ক, যা দীর্ঘ দূরত্বের পাওয়ার ট্রান্সমিশনে ব্যবহৃত হয়।
- নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সির এসি (AC) ব্যবহারে স্কিন ইফেক্ট কম হয়।
- যদি উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি প্রয়োজন হয়, তবে লিটজ তার বা বিশেষ কন্ডাক্টর ডিজাইন ব্যবহার করা হয়।
- গোলাকার বা টিউব আকৃতির পরিবাহকের তুলনায় সমতল ও ফিতার মতো পরিবাহক স্কিন ইফেক্ট কমিয়ে দিতে পারে।
- কিছু ক্ষেত্রে চ্যাপ্টা বা ফিতা আকৃতির পরিবাহক (Ribbon Conductors) ব্যবহারে স্কিন ইফেক্ট হ্রাস পায়।
- ফেরোম্যাগনেটিক উপাদান (যেমন লোহা, নিকেল) বেশি ব্যবহৃত হলে স্কিন ইফেক্ট বাড়ে।
- নন-ম্যাগনেটিক উপাদান (যেমন কপার, অ্যালুমিনিয়াম) ব্যবহার করলে স্কিন ইফেক্ট কম হয়।
স্কিন ইফেক্ট কমাতে লিটজ তার, মাল্টি-স্ট্র্যান্ডেড তার, উচ্চ পরিবাহিতা সম্পন্ন ধাতু, ডিসি ট্রান্সমিশন ও সঠিক ফ্রিকোয়েন্সি ব্যবহারের কৌশল গুরুত্বপূর্ণ। বিশেষ করে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির ক্ষেত্রে এই প্রযুক্তিগুলি ব্যবহার করলে পাওয়ার লস কমানো ও বিদ্যুৎ সঞ্চালনের দক্ষতা বৃদ্ধি করা সম্ভব।
উপসংহার
স্কিন ইফেক্ট একটি গুরুত্বপূর্ণ বৈদ্যুতিক ঘটনা, যা উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির এসি (AC) কারেন্ট প্রবাহের ক্ষেত্রে পরিবাহকের কেন্দ্রের পরিবর্তে বাইরের স্তরে কারেন্টকে সীমাবদ্ধ রাখে। এর ফলে পরিবাহকের কার্যকর প্রতিরোধ বৃদ্ধি পায়, তাপ উৎপন্ন হয়, পাওয়ার লস ঘটে এবং ট্রান্সমিশন লাইনের দক্ষতা হ্রাস পায়।
এসি পাওয়ার সিস্টেম, রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি (RF) এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ট্রান্সমিশন লাইনে স্কিন ইফেক্টের প্রভাব সুস্পষ্ট। তবে, লিটজ তার, মাল্টি-স্ট্র্যান্ডেড কন্ডাক্টর, উচ্চ পরিবাহিতা সম্পন্ন ধাতু ব্যবহার এবং ডিসি (DC) ট্রান্সমিশনে রূপান্তর এর মতো প্রযুক্তি ও কৌশল অনুসরণ করে স্কিন ইফেক্ট কমানো সম্ভব।
সঠিক উপাদান ও প্রযুক্তি ব্যবহার করে স্কিন ইফেক্টের নেতিবাচক প্রভাব কমিয়ে বিদ্যুৎ সঞ্চালনের কার্যকারিতা বৃদ্ধি করা সম্ভব, যা দীর্ঘমেয়াদে শক্তি অপচয় হ্রাস করে এবং বিদ্যুৎ ব্যবস্থার দক্ষতা উন্নত করে।
স্কিন ইফেক্ট সম্পর্কিত কিছু সাধারণ প্রশ্ন (FAQ)
১. স্কিন ইফেক্ট কী?
স্কিন ইফেক্ট হল এমন একটি বৈদ্যুতিক ঘটনা, যেখানে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির এসি (AC) কারেন্ট পরিবাহকের কেন্দ্রের পরিবর্তে বাইরের স্তরে বেশি প্রবাহিত হয়, ফলে কার্যকর প্রতিরোধ (Resistance) বৃদ্ধি পায়।
২. ডিসি (DC) কারেন্টে কি স্কিন ইফেক্ট ঘটে?
না, ডিসি (DC) কারেন্টে স্কিন ইফেক্ট ঘটে না, কারণ এটি একটি স্থির (Steady) কারেন্ট এবং এতে ফ্রিকোয়েন্সি থাকে না।
৩. স্কিন ইফেক্ট বেশি দেখা যায় কোথায়?
স্কিন ইফেক্ট সাধারণত উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির এসি (AC) পাওয়ার ট্রান্সমিশন, রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি (RF) এবং ইলেকট্রনিক সার্কিটে বেশি দেখা যায়।
৪. স্কিন ইফেক্ট পাওয়ার ট্রান্সমিশনের উপর কী প্রভাব ফেলে?
স্কিন ইফেক্টের কারণে পরিবাহকের কার্যকরী প্রতিরোধ বৃদ্ধি পায়, যার ফলে পাওয়ার লস হয়, তাপ উৎপন্ন হয় এবং ট্রান্সমিশন লাইনের দক্ষতা কমে যায়।
৫. স্কিন ইফেক্ট কীভাবে কমানো যায়?
স্কিন ইফেক্ট কমানোর জন্য নিচের কৌশলগুলো ব্যবহার করা হয়—
- লিটজ তার (Litz Wire) ব্যবহার।
- কন্ডাক্টরের ব্যাসার্ধ কমিয়ে।
- নন-ম্যাগনেটিক পদার্থ ব্যবহার করে।
- অ্যালুমিনিয়াম কন্ডাক্টর ব্যবহার করে।
- মাল্টি-স্ট্র্যান্ডেড বা গহ্বরযুক্ত পরিবাহক ব্যবহার
- উচ্চ পরিবাহিতা সম্পন্ন ধাতু (যেমন রূপা বা তামা) ব্যবহার
- উচ্চ ভোল্টেজ ডিসি (HVDC) ট্রান্সমিশন প্রযুক্তি ব্যবহার
৬. স্কিন ইফেক্ট কেন ঘটে?
উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির এসি (AC) কারেন্টের কারণে পরিবাহকের কেন্দ্রে ইন্ডাকট্যান্স বেশি হয়ে যায়, যার ফলে ব্যাক EMF উৎপন্ন হয় এবং এটি কারেন্টকে পরিবাহকের বাইরের স্তরের দিকে ঠেলে দেয়।
৭. ৫০-৬০ হার্জ (Hz) ফ্রিকোয়েন্সিতে কি স্কিন ইফেক্টের প্রভাব বেশি?
না, কম ফ্রিকোয়েন্সিতে (৫০-৬০Hz) স্কিন ইফেক্টের প্রভাব খুবই কম থাকে, তবে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি (MHz-GHz) এর ক্ষেত্রে এটি অত্যন্ত বেশি হয়।
৮. কোন ধরনের পরিবাহকে স্কিন ইফেক্ট কম হয়?
মাল্টি-স্ট্র্যান্ডেড, লিটজ তার এবং গহ্বরযুক্ত পরিবাহকে স্কিন ইফেক্ট কম হয়, কারণ এতে কারেন্টের বণ্টন সমানভাবে ছড়িয়ে পড়ে।
৯. স্কিন ইফেক্ট কি এসি (AC) ট্রান্সমিশনে কোনো সমস্যা সৃষ্টি করে?
হ্যাঁ, এটি পাওয়ার লস বৃদ্ধি করে, তাপ উৎপন্ন করে এবং দীর্ঘ দূরত্বের এসি ট্রান্সমিশনে বিদ্যুৎ সঞ্চালনের দক্ষতা কমিয়ে দেয়।
১০. ট্রান্সমিশন লাইনে স্কিন ইফেক্ট কিভাবে কমানো যায়?
ট্রান্সমিশন লাইনে উচ্চ ভোল্টেজ ডিসি (HVDC) ব্যবহার, মাল্টি-স্ট্র্যান্ডেড কন্ডাক্টর, গহ্বরযুক্ত কন্ডাক্টর এবং রূপা বা তামার মতো উচ্চ পরিবাহিতা সম্পন্ন ধাতু ব্যবহার করলে স্কিন ইফেক্ট কমানো যায়।
১১. কী কী বিষয়ের উপর স্কিন ইফেক্ট নির্ভর করে?
স্কিন ইফেক্টের মাত্রা এবং এর প্রভাব নির্ভর করে বেশ কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ ফ্যাক্টরের উপর। এর মধ্যে ০৬ টি বিষয়কে প্রধান হিসেবে বিবেচনা করা হয়। এগুলো হলোঃ ১. পরিবাহীর আকার ২. পরিবাহীর ব্যাস ৩. পরিবাহীর কন্ডাকটিভিটি ৪. ফ্রিকুয়েন্সি ৫. পরিবাহীর পারমিয়েবিলিটি এবং ৬. তাপমাত্রা ইত্যাদি।
১২. স্কিন ইফেক্টের কারনে কী হয়?
স্কিন ইফেক্টের কারনে লাইনের সার্বিক রেজিস্ট্যান্স বেড়ে যায়। ফলে লাইনে যখন কারেন্ট প্রবাহিত হয় তখন লাইন লস বৃদ্ধি পায়।
অনেক গুরুত্বপূর্ণ তথ্য দিলেন ভাইয়া ধন্যবাদ আপনাকে।