Het Skin effect op bedrading onder de modelbaan.

[Martin Domburg]

Noot van de moderator: dit bericht werd aangedragen als een aardige samenvatting van het lange gedetaileerde draadje.

Skin effect, een discussie die je vast vaker langs hebt zien komen in een van de topics. Een leuke discussie vind ik zelf, omdat dit onderwerp in mijn dagelijks werk al vaker de oorzaak bleek van storingen.

Nu zijn er best wel veel discussies geweest over dit onderwerp. En ik ben daar eens wat meer in gaan duiken met de hulp van ChatGPT. Wie dat niet kent, dit is AI (Artificiële Intelligentie) die we veel gebruiken bij het bouwen van websites en ook andere toepassingen. Deze AI stelt je in staat om met een simpele vraag een feit te checken aan de hand van alle beschikbare informatie op het wereldwijde web.

Nu heb ik dit topic eens onderworpen aan de AI. Die een antwoord geeft op basis van het combineren van vele bronnen.

De vraag aan ChatGPT:
Leg het fenomeen skin effect uit in lekentaal, en de invloed hiervan op digitale modelspoorbanen met een DCC spanning.

Hier komt dit uit:

### Uitleg van het Skin Effect en de Invloed op Digitale Modelspoorbanen met DCC Spanning

#### Wat is het Skin Effect?

Het skin effect is een natuurkundig fenomeen waarbij wisselstroom (AC) de neiging heeft om voornamelijk aan de buitenkant van een geleider te stromen, in plaats van gelijkmatig door de gehele doorsnede van de draad. Dit gebeurt omdat de snel wisselende stroom een magnetisch veld creëert dat tegenwerkende krachten opwekt in het midden van de geleider, waardoor de stroom naar de buitenkant wordt geduwd.

Vergelijk het met een brede waterleiding waarin het water alleen langs de binnenkant van de buis stroomt en niet door het midden, waardoor de pijp minder efficiënt wordt gebruikt.

#### Invloed van het Skin Effect op DCC Spanning

Digital Command Control (DCC) maakt gebruik van een digitale signaaloverdracht om treinen en accessoires op een modelspoorbaan te besturen. Deze signalen zijn eigenlijk een vorm van wisselspanning die snel schakelt tussen hoog en laag, wat pulsen vormt.

**Frequentie en Skin Effect:**
- **Frequentie van DCC:** DCC-signalen hebben een frequentie van ongeveer 5 kHz tot 9 kHz [[❞]](https://www.nmra.org/dcc-manufacturers) [[❞]](https://www.nmra.org/dcc-introduction). Bij deze frequenties wordt het skin effect relevant.
- **Diepte van de Stroompenetratie:** Bij hogere frequenties stroomt de elektriciteit alleen in de buitenste laag van de draad. Bijvoorbeeld, bij 60 kHz heeft koper een skin depth van ongeveer 0,25 millimeter [[❞]](https://en.wikipedia.org/wiki/Skin_effect). Dit betekent dat de stroom voornamelijk door de buitenste 0,25 mm van de draad zal stromen, wat kan leiden tot hogere effectieve weerstand en warmteontwikkeling.

**Praktische Invloed:**
- **Verhoogde Weerstand:** Door het skin effect wordt minder effectief gebruik gemaakt van de hele doorsnede van de draad. Dit verhoogt de elektrische weerstand en kan leiden tot energieverlies en warmteontwikkeling.
- **Efficiëntie van de Bedrading:** Voor modelspoorbanen betekent dit dat dikkere draden of speciaal ontworpen draden, zoals Litz-draad, efficiënter kunnen zijn. Litz-draad bestaat uit vele dunne, geïsoleerde draadjes die samen zijn gevlochten, wat helpt om het skin effect te minimaliseren omdat elke draad een kleinere diameter heeft en dus minder last heeft van het skin effect [[❞]](https://en.wikipedia.org/wiki/Litz_wire).

### Samenvatting

Het skin effect zorgt ervoor dat bij de hogere frequenties die gebruikt worden bij DCC in modelspoorbanen, de stroom voornamelijk aan de buitenkant van de draden stroomt. Dit kan leiden tot verhoogde weerstand en minder efficiënte stroomoverdracht. Het gebruik van geschikte bedradingstechnieken, zoals het gebruik van Litz-draad, kan helpen om de nadelige effecten van het skin effect te minimaliseren, wat resulteert in een betrouwbaardere en efficiëntere modelspoorbaan.

Meer informatie kan je vinden op:
- [Skin Effect - Wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/Skin_effect)
- [Litz Wire - Wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/Litz_wire)
- [NMRA DCC Introduction](https://www.nmra.org/dcc-introduction)

ChatGPT kan je trouwens gratis gebruiken, installeer de OpenAI app op je mobiel en maak een account aan. Het is best leuk om te gebruiken.

[Sven]

Nog nooit van gehoord, skin effect, maar interessant en eigenlijk logisch. Dus dat betekent dat we beter meeraderig draad kunnen gebruiken dan een dikke koperen kabel.

[Menno]

Skin effect, een discussie die je vast vaker langs hebt zien komen in een van de topics. Een leuke discussie vind ik zelf, omdat dit onderwerp in mijn dagelijks werk al vaker de oorzaak bleek van storingen.

In je dagelijks werk wel, maar in de modelbouw zal dit echt geen storingsoorzaak zijn.

Wie dat niet kent, dit is AI (Artificiële Intelligentie) die we veel gebruiken bij het bouwen van websites en ook andere toepassingen.

Gelukkig gebruiken de meeste mensen die ik ken en met websites in de weer zijn nog gewoon hun eigen hoofd, verstand en echte handleidingen op internet in plaats van een database die z'n eigen graf kan graven (immers: de antwoorden komen van de informatie op internet en hoe meer onzin er op komt, hoe slechter het antwoord wordt).

**Frequentie en Skin Effect:**
- **Frequentie van DCC:** DCC-signalen hebben een frequentie van ongeveer 5 kHz tot 9 kHz [[❞]](https://www.nmra.org/dcc-manufacturers) [[❞]](https://www.nmra.org/dcc-introduction). Bij deze frequenties wordt het skin effect relevant.
- **Diepte van de Stroompenetratie:** Bij hogere frequenties stroomt de elektriciteit alleen in de buitenste laag van de draad. Bijvoorbeeld, bij 60 kHz heeft koper een skin depth van ongeveer 0,25 millimeter [[❞]](https://en.wikipedia.org/wiki/Skin_effect). Dit betekent dat de stroom voornamelijk door de buitenste 0,25 mm van de draad zal stromen, wat kan leiden tot hogere effectieve weerstand en warmteontwikkeling.

Dit vind ik dus altijd zo mooi van dat ChatGPT: onvolledigheid en tegenstrijdigheid. De frequentie is 5 tot 9 kHz afhankelijk van de informatie die verstuurd wordt, men noemt alleen 'significant' voor het skin-effect en komt vervolgens met een skin-effect-diepte horend bij een voorbeeldfrequentie die 12 tot pakweg 6,5 keer hoger is dan de frequentie van het DCC systeem, met een respectievelijke diepte van bijna een millimeter (5 kHz) en bijna 0,7 millimeter (9 kHz).

Het gebruik van geschikte bedradingstechnieken, zoals het gebruik van Litz-draad, kan helpen om de nadelige effecten van het skin effect te minimaliseren, wat resulteert in een betrouwbaardere en efficiëntere modelspoorbaan.

In lekentaal: onzin en verwaarloosbaar in ons toepassingsgebied.

Ik zie de meerwaarde van dit topic niet.

[Marc tramt]

In je dagelijks werk wel, maar in de modelbouw zal dit echt geen storingsoorzaak zijn.

Martin zijn dagelijks werk is de modelbouw en dan met name de elektronica en automatisering.   

[hmmglaser]

Ik ben het niet met je eens Menno zeker omdat er naar veel zaken helemaal geen uitgebreid onderzoek is gedaan het zijn allemaal aannamen.
Het is vergelijkbaar met al die klimaat uitspraken, zo goed als niks is gebaseerd op uitgebreid gedegen onderzoek, maar het zijn vooral aannamen en rekenmodellen.

[RBlok]

Heeft dit Skin Effect (natuurkundig) ook te maken met de interferentie tussen bedrading van met name terugmelders? Wanneer die te dicht tegen elkaar liggen kunnen die signalen kennelijk 'overspringen' waardoor terugmeldingen onbetrouwbaar worden.

Rian

NB. Wanneer we op grote schaal in teksten op het web in zouden voeren dat katten kunnen vliegen dan wordt dat klakkeloos overgenomen in AI. Dus ook gewoon blijven nadenken en om je heen kijken. Wel zo plezierig ook.

[Martin Domburg]

In je dagelijks werk wel, maar in de modelbouw zal dit echt geen storingsoorzaak zijn.

Dit is al ruim 10 jaar mijn dagelijkse werk. Je conclusie is hierin foutief.

Ik heb veel storingen in banen weten te verhelpen door de massieve draden te vervangen voor soepele draden. In eerste instantie legde ik de oorzaak bij de manier van aanleg, en niet bij skineffect. Ook ik dacht dat de frequenties van DCC verwaarloosbaar waren.

Tot ik een bepaalde casus niet kon verklaren en ik hier Karst Drenth bij betrok. Na extensief onderzoek van zijn kant kwam het skineffect duidelijk aan het licht. Dit verklaarde ook gelijk diverse andere tot fan onverklaarbare storingen. Deze zijn sindsdien ook verholpen en niet weer terug gekeerd.

Sindsdien weten we feitelijk dat dit effect wel degelijk een factor is. Gebaseerd op theorie die bewezen is in de praktijk.

Je mag het er uiteraard niet mee eens zijn, of het onzin vinden. Echter, tenzij je zelf ook de techniek op grote schaal ontwikkeld zoals Karst. Of meerdere middelgrote tot grote modelbanen storingsvrij weet automatiseren met meerdere systemen, kan je je afvragen of je theorie feitelijk is of gebaseerd op een mening. Dit wil niet zeggen dat je niet weet waar je over praat, maar als zelfreflectie of je mening omgezet kan worden naar een feitelijke constatering.

Resultaat weegt zwaarder dan de theorie. Er is dus wel degelijk een grondig onderzoek geweest over dit onderwerp van mijn zijde. Echter het staat je vrij om aan te tonen dat het niet zo is, op basis van resultaten.

Wat betreft je opmerking over AI en websites: ChatGPT bouwt geen website voor je en maakt ook geen documenten. Die kan je alleen helpen met het voorstellen van suggesties en opmaken van artikelen. Je zult zelf dit nog moeten verwerken in een document of je website. Dus ja, allen blijft menselijk.

Welke bronnen ChatGPT gebruikt kan je zelf opgeven. In de tekst staan ook de bronnen die deze gebruikt heeft zoals NMRA.org en Wikipedia. Dit zijn zeer betrouwbare bronnen om te gebruiken voor dit onderwerp.

Ik ben het niet met je eens Menno zeker omdat er naar veel zaken helemaal geen uitgebreid onderzoek is gedaan het zijn allemaal aannamen.
Het is vergelijkbaar met al die klimaat uitspraken, zo goed als niks is gebaseerd op uitgebreid gedegen onderzoek, maar het zijn vooral aannamen en rekenmodellen.

Ook dit is een aanname zonder eigen onderzoek  naar hoe dit tot stand is gekomen.

Ik heb een hekel aan met statistieken gooien. Echter in het geval van deze aanname een weerlegging.

In de afgelopen 10 jaar heb ik ruim:
18 modelspoorbanen zelf gebouwd en geautomatiseerdvan klein tot zeer groot.
12 grote modelbanen door anderen gebouwd geautomatiseerd.
28 modelbanen opnieuw voorzien van infrastructuur na klachten van storingen
Het aantal storingen opgelost aan modelbanen is niet zo te tellen, zeker meer dan 100 in mijn huidige registratie die gestart is in 2020.
Daarnaast zijn er veel klanten overgestapt naar soepele draden ipv massieve draden aan de hand van de trainingen.

Feitelijk:
- Alle banen die gebouwd, of geautomatiseerd zijn, werken tot op de dag van vandaag stabiel en storingsvrij.
- Bij alle klanten die van de massieve ringleiding zijn overgestapt op sterbedrading met soepele aders zijn alle storingen weggebleven.

De klachten en constateringen die hierbij vaak aan de orde waren:
- onnodig booster gebruik, want treinen rijden er anders niet goed.
- kortsluiting word telaat gedetecteerd, of helemaal niet.
- kapotte decoders na een kortsluitstroom die te hoog werd
- bij gebruik van meerdere treinen (nog wel minder dan de booster aan zou moeten) reageren decoders niet meer overal

En zo kan ik nog wel even doorgaan. In meer dan de helft van deze gevallen bleken massieve aders de oorzaak te zijn. Na dit aan te passen met soepel aders, in combinatie met sterbedrading waren de storingen verholpen.

De vinger werd echter altijd gewezen naar het ontbreken van een sterbedrading. Echter wist Karst hier destijds ook het Skineffect aan te koppelen. En eerlijk gezegd, die heeft er wel wat meer kennis van dan wij allen bij elkaar.

Daarnaast, als ik zo brutaal mag zijn, ben ik van mening dat mijn ervaring met het toepassen van installatietechniek op modelspoor zeker niet amateuristisch is.

Heeft dit Skin Effect (natuurkundig) ook te maken met de interferentie tussen bedrading van met name terugmelders? Wanneer die te dicht tegen elkaar liggen kunnen die signalen kennelijk 'overspringen' waardoor terugmeldingen onbetrouwbaar worden.

Rian

NB. Wanneer we op grote schaal in teksten op het web in zouden voeren dat katten kunnen vliegen dan wordt dat klakkeloos overgenomen in AI. Dus ook gewoon blijven nadenken en om je heen kijken. Wel zo plezierig ook.

Interferentie ligt niet in relatie tot skineffect, maar met magnetische inductie en de capacitaire werking van aders.

Elektromagnetische inductie:
Wanneer een stroom door een draad loopt, creëert deze een magnetisch veld. Als een naburige draad in dit magnetische veld komt, kan het veld een stroom in die draad induceren. Dit geïnduceerde signaal kan de informatie in de naburige draad verstoren.

Capacitieve koppeling:
Wanneer twee draden dicht bij elkaar liggen, kunnen ze fungeren als de platen van een condensator. Dit kan ertoe leiden dat een verandering in spanning in de ene draad een verandering in spanning in de andere draad veroorzaakt, waardoor een signaal overspringt van de ene draad naar de andere.

In de modelspoor kan je dit voorkomen door:
- draden niet strak naast elkaar te leggen, maar los in een gootje of bindrug
- draden niet langer dan 3 a 4 meter naast elkaar te leggen.

Wat betreft AI: dat Valt wel mee, dat is vaak de angst voor het onbekende. In het begin van de trein dacht men ook dat dit de dood zou betekenen voor vee en dieren....

Met AI moet je wel altijd goed opletten of het klopt en je boerenverstand gebruiken. Aan de andere kant, AI zit meer om je heen dan je denkt. Je telefoon, algoritmes en Google maken er allemaal gebruik van. Veel bedrijven gebruiken het ook voor SEO en marktonderzoeken.

[Hasenwald]

Interessant onderwerp vind ik dit Martin. Mooi dat jij je ervaringen wil delen.
Ik gebruik alleen maar meeraderige bedrading onder mijn modelbaan variërend van 0,13mm2  - 0,5 mm2. Gelukkig heb ik nul storingen op mijn modelbaan. Wellicht heeft eea met elkaar te maken ;-)

[Martin Welberg]

En Oil of Ulaz helpt ook?

[Martin Domburg]

En Oil of Ulaz helpt ook?

Dat heb jij toch niet nodig, met dat goddelijke lijf van je 
Jij hebt geen rimpels

[Ben]

Martin (Domburg),

Ben je op de hoogte van dit: 

Een soort kabel genaamd litzendraad (van het Duitse Litzendraht , gevlochten draad) wordt gebruikt om het skin-effect te verminderen voor frequenties van enkele kilohertz tot ongeveer één megahertz. Het bestaat uit een aantal geïsoleerde draadstrengen die in een zorgvuldig ontworpen patroon zijn samengeweven, zodat het algehele magnetische veld gelijkmatig op alle draden inwerkt en ervoor zorgt dat de totale stroom gelijkmatig over de draden wordt verdeeld. Omdat het skin-effect weinig effect heeft op elk van de dunne strengen, ondergaat de bundel niet dezelfde toename in AC-weerstand als een massieve geleider met hetzelfde dwarsdoorsnedeoppervlak als gevolg van het skin-effect.

Bron: https://en-m-wikipedia-org.translate.goog/wiki/Skin_effect?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=nl&_x_tr_hl=nl&_x_tr_pto=rq

Gr, Ben.

[Martin Domburg]

Yep, en hierin steek ik de hand in eigen boezem, ik had de term meeraderige kern moeten gebruiken.

Alhoewel meeraderige kern minder efficiënt is tegen skineffect als Litze waarbij de aders geïsoleerd zijn, is de reductie hiervan bij de door ons gebruikte frequentie en vooral afstanden een aanzienlijke verbetering als met massieve kern.

Persoonlijk denk ik dat Litze alleen nuttig is bij afstanden langer als 25 meter, lengtes die we bij goede toepassing onder de modelspoorbaan bij lange na niet halen. Deels door de toepassing van een ster ipv de "ring"

[Ben]

Het is wat betreft ons gebruikt montagedraad marginaal Martin, je lost er geen grote skineffect problemen mee op en kleine doen er niet toe. Handiger is gewoon te werken met meerdere DCC lijnen vanuit de centrale, dan is er al helemaal geen probleem. 

[Martin Domburg]

Ik ben het deels mee ke eens,  bij kleine banen is het effect echt wel verwaarloosbaar. Hierin heb je absoluut gelijk. Maar bij grote modelbanen met veel rijlengte, of met veel treinen die tegelijk rijden word het verhaal wel relevant. Denk ook aan klimspiralen en schaduwstations.

Zolang je niet in een traditionele ringleiding werkt bij Digitaal, maar in stervormige bedraad. In dat geval zijn de afstanden sowieso al te kort om skineffect te krijgen.

Bij de problemen die we hebben opgelost lag er vaak een "ringleiding" van massief VD draad met een lengte van meer dan 5 meter.

Iets wat nog steeds aangeprezen word op diverse plekken op het internet overigens.

In feite kan je het advies dan ook inkorten naar
- Gebruik geen massief VD draad
- Bouw geen ringleiding maar een stervormige installatie met meerdere centrale verdeelkasten.


Misschien had ik duidelijker moeten vermelden dat het vooral betrekking heeft op grotere geautomatiseerde lay-outs. Aan de andere kant, de voorlichting begint al vanaf het begin.

[Klaas Zondervan]

Martin, de problemen die je tegenkwam als gevolg van het skin-effect, op welke manier uitten die zich?
Het gevolg van het skin-effect is dat de weerstand groter is dan de weerstand die je vaststelt met een gelijkstroommeting. Als dat de echte oorzaak van het probleem is, dan is de simpele oplossing: dikkere draad gebruiken.

Wat de controverse ringleiding vs. sterleiding betreft, geloof ik niet dat er een wezenlijk verschil is. De keuze hangt vooral af van de vorm van de baan. Als het een lange smalle opstelling is, dan kies je een stamleiding over de lengte, waar je naar beide kanten aftakkingen aan maakt. Als het een baan is die langs de randen van de kamer loopt, dan is een logische constructie om de ring te sluiten. Elk punt van de baan wordt dan via twee kanten gevoed.

Ik weet dat Karst heeft vastgesteld dat meerdradige kernen minder last hebben van het skin-effect dan massieve kernen. Eerlijk gezegd verraste me dat, omdat die dunne draadjes stijf tegen elkaar liggen, waardoor ik verwacht dat het geheel zich elektromagnetisch gedraagt als een enkele massieve kern.