The methodology of multi objective design of active-passive shielding system for overhead power lines magnetic field in residential buildings space based on metaheuristic optimization method
Problem. Most studies of power frequency magnetic field reduced to safe level in in residential buildings located near overhead power lines carried out based on passive or active electromagnetic shielding, but there is no methodology for designing active-passive systems that include active and solid...
Saved in:
| Date: | 2026 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
2026
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/352731 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Institution
Electrical Engineering & Electromechanics| _version_ | 1859471849964961792 |
|---|---|
| author | Kuznetsov, B. I. Kutsenko, A. S. Nikitina, T. B. Bovdui, I. V. Chunikhin, K. V. Kolomiets, V. V. |
| author_facet | Kuznetsov, B. I. Kutsenko, A. S. Nikitina, T. B. Bovdui, I. V. Chunikhin, K. V. Kolomiets, V. V. |
| author_sort | Kuznetsov, B. I. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-03-01T22:04:33Z |
| description | Problem. Most studies of power frequency magnetic field reduced to safe level in in residential buildings located near overhead power lines carried out based on passive or active electromagnetic shielding, but there is no methodology for designing active-passive systems that include active and solid or multi-circuit passive shields. The goal of the work is to develop the methodology of multi objective design of active-passive electromagnetic shielding system, consisting of active and solid self or multi-circuit passive parts to improve shielding efficiency of initial magnetic field in residential building edges generated by overhead power lines to sanitary standards level. This goal proposed to achieve based on metaheuristic optimization method Methodology. Multi objective design methodology of active-passive shielding system based on solution of the geometric inverse problem of magnetostatics for the resulting magnetic field generated by the transmission line wires, compensation windings of the active shielding system and a passive shield in the form of a solid or multi-loop shield. The geometric forward problem is solved based on solutions of Maxwell’s equation for magnetic field three-dimensional model using the COMSOL Multiphysics software. The solution of the geometric inverse problem of magnetostatics is formulated as a minimax vector problem of nonlinear programming. The solution of the minimax vector problem of nonlinear programming is calculated based on the metaeristic optimization algorithm from Pareto optimal solutions taking into account binary preference relations. Results. During combined active and solid or multi-circuit passive shielding system design spatial arrangement coordinates of solid or multi-loop passive shield and compensating windings, as well as windings currents and phases of active shield calculated. New scientific results are theoretical and experimental studies of a designed combined active and of solid or multi-circuit passive shielding system efficiency for magnetic field created by overhead power lines. Scientific novelty. For the first time multi objective design methodology for combined active and solid or multi-circuit passive shielding system taking into account original field shielding effectiveness decrease in residential building edges for more effective reduction of industrial frequency magnetic field created by overhead power lines developed. Practical value. Practical recommendations for the reasonable choice of the coordinates of the spatial arrangement of compensation windings of the active shielding system and a passive shield in the form of a solid or multi-loop shield, as well as the currents and phases in the compensation windings, parameters of regulators of the open and closed controls of the two degrees of freedom active shielding system and parameters of positions of magnetic field sensors of the active shielding system for magnetic field generated by overhead power lines in residential building space are given. The possibility of reducing the initial magnetic field induction to the sanitary standards level shown. References 48, figures 11. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:49:04Z |
| format | Article |
| id | eiekhpieduua-article-352731 |
| institution | Electrical Engineering & Electromechanics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-03-12T15:49:04Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | eiekhpieduua-article-3527312026-03-01T22:04:33Z The methodology of multi objective design of active-passive shielding system for overhead power lines magnetic field in residential buildings space based on metaheuristic optimization method The methodology of multi objective design of active-passive shielding system for overhead power lines magnetic field in residential buildings space based on metaheuristic optimization method Kuznetsov, B. I. Kutsenko, A. S. Nikitina, T. B. Bovdui, I. V. Chunikhin, K. V. Kolomiets, V. V. overhead power line magnetic field combined electromagnetic active and passive shielding system design computer simulation experimental research повітряна лінія електропередачі магнітне поле система комбінованого електромагнітного активного та пасивного екранування комп’ютерне моделювання експериментальні дослідження Problem. Most studies of power frequency magnetic field reduced to safe level in in residential buildings located near overhead power lines carried out based on passive or active electromagnetic shielding, but there is no methodology for designing active-passive systems that include active and solid or multi-circuit passive shields. The goal of the work is to develop the methodology of multi objective design of active-passive electromagnetic shielding system, consisting of active and solid self or multi-circuit passive parts to improve shielding efficiency of initial magnetic field in residential building edges generated by overhead power lines to sanitary standards level. This goal proposed to achieve based on metaheuristic optimization method Methodology. Multi objective design methodology of active-passive shielding system based on solution of the geometric inverse problem of magnetostatics for the resulting magnetic field generated by the transmission line wires, compensation windings of the active shielding system and a passive shield in the form of a solid or multi-loop shield. The geometric forward problem is solved based on solutions of Maxwell’s equation for magnetic field three-dimensional model using the COMSOL Multiphysics software. The solution of the geometric inverse problem of magnetostatics is formulated as a minimax vector problem of nonlinear programming. The solution of the minimax vector problem of nonlinear programming is calculated based on the metaeristic optimization algorithm from Pareto optimal solutions taking into account binary preference relations. Results. During combined active and solid or multi-circuit passive shielding system design spatial arrangement coordinates of solid or multi-loop passive shield and compensating windings, as well as windings currents and phases of active shield calculated. New scientific results are theoretical and experimental studies of a designed combined active and of solid or multi-circuit passive shielding system efficiency for magnetic field created by overhead power lines. Scientific novelty. For the first time multi objective design methodology for combined active and solid or multi-circuit passive shielding system taking into account original field shielding effectiveness decrease in residential building edges for more effective reduction of industrial frequency magnetic field created by overhead power lines developed. Practical value. Practical recommendations for the reasonable choice of the coordinates of the spatial arrangement of compensation windings of the active shielding system and a passive shield in the form of a solid or multi-loop shield, as well as the currents and phases in the compensation windings, parameters of regulators of the open and closed controls of the two degrees of freedom active shielding system and parameters of positions of magnetic field sensors of the active shielding system for magnetic field generated by overhead power lines in residential building space are given. The possibility of reducing the initial magnetic field induction to the sanitary standards level shown. References 48, figures 11. Проблема. Більшість досліджень по зниженню рівня магнітного поля промислової частоти в житлових будинках, що розташовані поблизу повітряних ліній електропередачі, до безпечного рівня, виконані на основі пасивних або активних засобів електромагнітного екранування, але відсутня методологія проєктування активно-пасивних систем, які включають активні та суцільні або багатоконтурні пасивні екрани. Метою роботи є розробка методології багатоцільового проєктування активно-пасивної системи електромагнітного екранування, що складається з активних та суцільних або багатоконтурних пасивних частин для підвищення ефективності екранування вихідного магнітного поля на краях житлових будівель, що генерується повітряними лініями електропередачі, до рівня санітарних норм. Досягти зазначеної мети пропонується на основі методу метаевристичної оптимізації. Методика. Багатоцільове проєктування активно-пасивної системи екранування базується на розв’язанні геометричної оберненої задачі магнітостатики для результуючого магнітного поля, що генерується проводами лінії електропередачі, компенсаційними обмотками активної системи екранування та пасивним екраном у вигляді суцільного або багатоконтурного екрану. Геометрична пряма задача обчислюється на основі розв’язків рівняння Максвелла для тривимірної моделі магнітного поля за допомогою програмного забезпечення COMSOL Multiphysics. Розв’язок геометричної оберненої задачі магнітостатики формулюється як мінімаксна векторна задача нелінійного програмування. Розв’язок мінімаксної векторної задачі нелінійного програмування розраховується на основі метаевристичного алгоритму оптимізації, що базується на оптимальних за Парето розв’язках з урахуванням бінарних співвідношень переваги. Результати. В процесі багатоцільового проєктування активно-пасивної системи електромагнітного екранування розраховано координати просторового розташування суцільного або багатоконтурного пасивного екрану та компенсаційних обмоток системи активного екранування, а також струм та фази компенсуючих обмоток системи активного екранування. Новими науковими результатами є теоретичні та експериментальні дослідження ефективності синтезованої комбінованої активної та суцільної, або багатоконтурної, пасивної електромагнітних екрануючих систем магнітного поля, що створюється повітряними лініями електропередачі. Наукова новизна. Вперше розроблено методологію багатоцільового проєктування комбінованої активної та суцільної, або багатоконтурної, пасивної системи екранування з урахуванням ефективності екранування результуючого магнітного поля на краях житлових будівель для більш ефективного зменшення магнітного поля промислової частоти, що створюється повітряними лініями електропередачі. Практична значимість. Надано практичні рекомендації щодо обґрунтованого вибору координат просторового розташування компенсаційних обмоток системи активного екранування та пасивного екрану у вигляді суцільного, або багатоконтурного, екрану, а також струмів та фаз в компенсаційних обмотках, параметрів регуляторів розімкнутого та замкнутого управління системи активного екранування з двома ступенями свободи та параметрів положень датчиків магнітного поля системи активного екранування для магнітного поля, що генерується повітряними лініями електропередачі в просторі житлової забудови. Показана можливість зниження індукції вихідного магнітного поля до рівня санітарних норм. Бібл. 48, рис. 11. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2026-03-02 Article Article application/pdf https://eie.khpi.edu.ua/article/view/352731 10.20998/2074-272X.2026.2.06 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 2 (2026); 40-50 Электротехника и Электромеханика; № 2 (2026); 40-50 Електротехніка і Електромеханіка; № 2 (2026); 40-50 2309-3404 2074-272X en https://eie.khpi.edu.ua/article/view/352731/339405 Copyright (c) 2026 B. I. Kuznetsov, A. S. Kutsenko, T. B. Nikitina, I. V. Bovdui, K. V. Chunikhin, V. V. Kolomiets http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | overhead power line magnetic field combined electromagnetic active and passive shielding system design computer simulation experimental research Kuznetsov, B. I. Kutsenko, A. S. Nikitina, T. B. Bovdui, I. V. Chunikhin, K. V. Kolomiets, V. V. The methodology of multi objective design of active-passive shielding system for overhead power lines magnetic field in residential buildings space based on metaheuristic optimization method |
| title | The methodology of multi objective design of active-passive shielding system for overhead power lines magnetic field in residential buildings space based on metaheuristic optimization method |
| title_alt | The methodology of multi objective design of active-passive shielding system for overhead power lines magnetic field in residential buildings space based on metaheuristic optimization method |
| title_full | The methodology of multi objective design of active-passive shielding system for overhead power lines magnetic field in residential buildings space based on metaheuristic optimization method |
| title_fullStr | The methodology of multi objective design of active-passive shielding system for overhead power lines magnetic field in residential buildings space based on metaheuristic optimization method |
| title_full_unstemmed | The methodology of multi objective design of active-passive shielding system for overhead power lines magnetic field in residential buildings space based on metaheuristic optimization method |
| title_short | The methodology of multi objective design of active-passive shielding system for overhead power lines magnetic field in residential buildings space based on metaheuristic optimization method |
| title_sort | methodology of multi objective design of active-passive shielding system for overhead power lines magnetic field in residential buildings space based on metaheuristic optimization method |
| topic | overhead power line magnetic field combined electromagnetic active and passive shielding system design computer simulation experimental research |
| topic_facet | overhead power line magnetic field combined electromagnetic active and passive shielding system design computer simulation experimental research повітряна лінія електропередачі магнітне поле система комбінованого електромагнітного активного та пасивного екранування комп’ютерне моделювання експериментальні дослідження |
| url | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/352731 |
| work_keys_str_mv | AT kuznetsovbi themethodologyofmultiobjectivedesignofactivepassiveshieldingsystemforoverheadpowerlinesmagneticfieldinresidentialbuildingsspacebasedonmetaheuristicoptimizationmethod AT kutsenkoas themethodologyofmultiobjectivedesignofactivepassiveshieldingsystemforoverheadpowerlinesmagneticfieldinresidentialbuildingsspacebasedonmetaheuristicoptimizationmethod AT nikitinatb themethodologyofmultiobjectivedesignofactivepassiveshieldingsystemforoverheadpowerlinesmagneticfieldinresidentialbuildingsspacebasedonmetaheuristicoptimizationmethod AT bovduiiv themethodologyofmultiobjectivedesignofactivepassiveshieldingsystemforoverheadpowerlinesmagneticfieldinresidentialbuildingsspacebasedonmetaheuristicoptimizationmethod AT chunikhinkv themethodologyofmultiobjectivedesignofactivepassiveshieldingsystemforoverheadpowerlinesmagneticfieldinresidentialbuildingsspacebasedonmetaheuristicoptimizationmethod AT kolomietsvv themethodologyofmultiobjectivedesignofactivepassiveshieldingsystemforoverheadpowerlinesmagneticfieldinresidentialbuildingsspacebasedonmetaheuristicoptimizationmethod AT kuznetsovbi methodologyofmultiobjectivedesignofactivepassiveshieldingsystemforoverheadpowerlinesmagneticfieldinresidentialbuildingsspacebasedonmetaheuristicoptimizationmethod AT kutsenkoas methodologyofmultiobjectivedesignofactivepassiveshieldingsystemforoverheadpowerlinesmagneticfieldinresidentialbuildingsspacebasedonmetaheuristicoptimizationmethod AT nikitinatb methodologyofmultiobjectivedesignofactivepassiveshieldingsystemforoverheadpowerlinesmagneticfieldinresidentialbuildingsspacebasedonmetaheuristicoptimizationmethod AT bovduiiv methodologyofmultiobjectivedesignofactivepassiveshieldingsystemforoverheadpowerlinesmagneticfieldinresidentialbuildingsspacebasedonmetaheuristicoptimizationmethod AT chunikhinkv methodologyofmultiobjectivedesignofactivepassiveshieldingsystemforoverheadpowerlinesmagneticfieldinresidentialbuildingsspacebasedonmetaheuristicoptimizationmethod AT kolomietsvv methodologyofmultiobjectivedesignofactivepassiveshieldingsystemforoverheadpowerlinesmagneticfieldinresidentialbuildingsspacebasedonmetaheuristicoptimizationmethod |