Розрахунково-експериментальні дослідження ефективності комбінованого електромагнітного екранування магнітного поля повітряних ліній електропередачі

Автор

І. В. Бовдуй, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: ibovduj@gmail.com, ORCID: 0000-0003-3508-9781

Анотація

Для підвищення ефективності зниження магнітного поля промислової частоти, створюваного повітряними лініями електропередачі в житлових будинках, проведено експериментальні дослідження за результатами 3D моделювання при застосуванні комбінованого електромагнітного екрану, який складається з активної та пасивної частин. Задача проєктування комбінованого електромагнітного екрану, який складається з робастної системи активного екранування та електромагнітного пасивного екрану, вирішується на основі багатокритеріальної антагоністичної гри двох гравців. Вектор виграшів гри розраховується з використанням системи кінцево-елементних обчислень COMSOL Multiphysics, а розв’язання гри – з застосуванням алгоритмів оптимізації мультироїв частинок. При проєктуванні комбінованих електромагнітних екранів розраховуються координати просторового розташування екрануючої обмотки, струми і фази в екрануючих обмотках робастної системи активного екранування, а також геометричні розміри і товщина електромагнітного пасивного екрану. Наведено результати експериментальних досліджень ефективності екранування магнітного поля з використанням 3D моделювання для житлового будинку та лінії електропередачі, при застосуванні комбінованого електромагнітного екранування, з активною й пасивною частинами. Вперше, з метою підвищення ефективності комбінованого електромагнітного екрану, який складається з активної та пасивної частин, та призначений для зниження магнітного поля промислової частоти, створюваного повітряними лініями електропередачі в житлових будинках, проведено експериментальні дослідження з використанням 3D моделювання. За результатами експериментальних досліджень, визначено ефективність екранування вихідного магнітного поля, встановлено, що коефіцієнт екранування електромагнітного пасивного екрана дорівнює більше двох одиниць, а ефективність системи з активним екраном – більше чотирьох одиниць, а для системи з комбінованим електромагнітним пасивним і активним екраном становить понад 10 одиниць. Доведена можливість зниження рівня індукції магнітного поля в житловому будинку від ліній електропередачі при використанні комбінованого електромагнітного пасивного й активного екранування до безпечного для населення рівня.

Ключові слова: повітряна лінія електропередачі, магнітне поле, 3D моделювання комбінованого електромагнітного пасивного та активного екранування, експериментальні дослідження.

Повний текст: завантажити PDF

Література

1. Hardell L. World Health Organization, radiofrequency radiation and health – a hard nut to crack (Review). International Journal of Oncology. 2017. Vol. 51. P. 405–413. https://doi.org/10.3892/ijo.2017.4046.
2. Bray F., Laversanne M., Sung H., Ferlay J., Siegel R. L., Soerjomataram I., Jemal A. Global cancer statistics 2022: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA: a Cancer Journal for Clinicians. 2024. Vol. 74. Iss. 3. P. 229–263. https://doi.org/10.3322/caac.21834.
3. IARRC classifies radiofrequency electromagnetic fields as possibly carcinogenic to humans: Press release No. 2008. International Agency for Research on Cancer. France, Lyon, 2011. 6 p. https://www.iarc.who.int/wp-content/uploads/2018/07/pr208_E.pdf.
4. Directive 2013/35/EU of the European Parliament and of the Council of 26 June 2013 on the minimum health and safety requirements regarding the exposure of workers to the risks arising from physical agents (electromagnetic fields). 2013. http://data.europa.eu/eli/dir/2013/35/oj.
5. IEEE standard for safety levels with respect to human exposure to electromagnetic fields, 0–3 kHz. In: IEEE Std C95.6-2002. 2002. P. 1–64. https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2002.94143.
6. Ghanim T. H., Kamil J. A., Mutlaq A. H. The influence of the mixed electric line poles on the distribution of magnetic field. Indonesian Journal of Electrical Engineering and Informatics (IJEEI). 2022. Vol. 10. No. 2. P. 292–301. https://doi.org/10.52549/ijeei.v10i2.3572.
7. Canova A., Giaccone L. Real-time optimization of active loops for the magnetic field minimization. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 2018. Vol. 56. P. 97–106. https://doi.org/10.3233/jae-172286.
8. Canova A., Giaccone L. High-performance magnetic shielding solution for extremely low frequency (ELF) sources. CIRED International Conference & Exhibition on Electricity Distribution. 2017. Vol. 2017. Iss. 1. P. 686–690. https://doi.org/10.1049/oap-cired.2017.1029.
9. Canova A., Giaccone L., Cirimele V. Active and passive shield for aerial power lines. 25th International Conference on Electricity Distribution (3–6 June 2019, Madrid). 2019. Paper 1096. 5 p. https://www.cired-repository.org/server/api/core/bitstreams/e782355b-54df-4be1-9964-3e614f13bf07/content.
10. Bravo-Rodríguez J., del-Pino-López J., Cruz-Romero P. A Survey on optimization techniques applied to magnetic field mitigation in power systems. Energies. 2019. Vol. 12. Iss. 7. P. 1332–1332. https://doi.org/10.3390/en12071332.
11. Canova A., del-Pino-Lopez J. C., Giaccone L., Manca M. Active shielding system for ELF magnetic fields. IEEE Transactions on Magnetics. 2015. Vol. 51. Iss. 3. P. 1–4. https://doi.org/10.1109/tmag.2014.2354515.
12. Rusanov A. V., Subotin V. N., Khoryev O. M. Effect of 3D shape of pump-turbine runner blade on flow characteristics in turbine mode. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2022. Vol. 25. No. 4. P. 6–14. https://doi.org/10.15407/pmach2022.04.006.
13. Kostikov A. O., Zevin L. I., Krol H. H. The optimal correcting the power value of a nuclear power plant power unit reactor in the event of equipment failures. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2022. Vol. 25. No. 3. P. 40–45. https://doi.org/10.15407/pmach2022.03.040.
14. Maksymenko-Sheiko K. V., Sheiko T. I., Lisin D. O. Mathematical and computer modeling of the forms of multi-zone fuel elements with plates. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2022. Vol. 25. No. 4. P. 31–38. https://doi.org/10.15407/pmach2022.04.032.
15. Hontarovskyi P. P., Smetankina N. V, Ugrimov S. V. Computational studies of the thermal stress state of multilayer glazing with electric heating. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2022. Vol. 25. No. 2. P. 14–21. https://doi.org/10.15407/pmach2022.02.014.
16. Sushchenko O., Averyanova Yu., Ostroumov I. V., Kuzmenko N. S., Zaliskyi M., Solomentsev O., Kuznetsov B., Nikitina T., Havrylenko O., Popov A., Volosyuk V., Shmatko O., Ruzhentsev N., Zhyla S., Pavlikov V., Dergachov K., Tserne E. Algorithms for design of robust stabilization systems. In: Gervasi O., Murgante B., Hendrix E. M. T., Taniar D., Apduhan B. O. (eds). Computational Science and Its Applications – ICCSA 2022. Lecture Notes in Computer Science. Springer, Cham, 2022. Vol. 13375. P. 198–213. https://doi.org/10.1007/978-3-031-10522-7_15.
17. Ummels M. Stochastic Multiplayer Games Theory and Algorithms. Amsterdam: Amsterdam University Press, 2010. 174 p.
18. Ray T., Liew K. M. A swarm metaphor for multiobjective design optimization. Engineering Optimization. 2002. Vol. 34. No. 2. P. 141–153. https://doi.org/10.1080/03052150210915.
19. Xiaohui H., Eberhart R. C., Yuhui S. Particle swarm with extended memory for multiobjective optimization. Proceedings of the 2003 IEEE Swarm Intelligence Symposium. SIS’03 (Cat. No. 03EX706). USA, Indianapolis, 2003. P. 193–197. https://doi.org/10.1109/sis.2003.1202267.
20. Hashim F. A., Hussain K., Houssein E. H., Mabrouk M. S., Al-Atabany W. Archimedes optimization algorithm: a new metaheuristic algorithm for solving optimization problems. Applied Intelligence. 2021. Vol. 51. P. 1531–1551. https://doi.org/10.1007/s10489-020-01893-z.

Надійшла до редакції 10.03.2025

Прийнята 10.05.2025