Одноконтурное активное экранирование магнитного поля, создаваемого в жилой зоне несколькими воздушными линиями электропередачи
Получил дальнейшее развитие метод синтеза систем активного экранирования магнитного поля, генерируемого несколькими воздушными ЛЭП, на основе многокритериального подхода. При синтезе используется упрощенная математическая модель магнитного поля, генерируемого несколькими воздушными ЛЭП, идентификаци...
Saved in:
| Date: | 2018 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2018
|
| Series: | Електротехніка і електромеханіка |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147619 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Одноконтурное активное экранирование магнитного поля, создаваемого в жилой зоне несколькими воздушными линиями электропередачи / Б.И. Кузнецов, Т.Б. Никитина, А.В. Волошко, И.В. Бовдуй, Е.В. Виниченко, Б.Б. Кобылянский // Електротехніка і електромеханіка. — 2018. — № 1. — С. 41-45. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-147619 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1476192025-02-23T17:52:54Z Одноконтурное активное экранирование магнитного поля, создаваемого в жилой зоне несколькими воздушными линиями электропередачи Single-circuit active screening of magnetic field generated by several overhead transmission lines in residential area Кузнецов, Б.И. Никитина, Т.Б. Волошко, А.В. Бовдуй, И.В. Виниченко, Е.В. Кобылянский, Б.Б. Теоретична електротехніка та електрофізика Получил дальнейшее развитие метод синтеза систем активного экранирования магнитного поля, генерируемого несколькими воздушными ЛЭП, на основе многокритериального подхода. При синтезе используется упрощенная математическая модель магнитного поля, генерируемого несколькими воздушными ЛЭП, идентификация которой выполнена по экспериментальным значениям индукции магнитного поля в заданных точках на основе решения задачи оптимизации. Приведены результаты синтеза одноконтурной системы активного экранирования магнитного поля, генерируемого несколькими воздушными ЛЭП. Показана возможность уменьшения индукции магнитного поля с помощью синтезированной системы до уровня санитарных норм Украины. Отримав подальший розвиток метод синтезу систем активного екранування магнітного поля, яке генерується кількома повітряними ЛЕП, на основі багатокритеріального підходу. При синтезі використовується спрощена математична модель магнітного поля, що створюється кількома ЛЕП, ідентифікація якої виконана за експериментальними значеннями індукції магнітного поля в заданих точках на основі рішення задачі оптимізації. Наведені результати синтезу одноколової системи активного екранування магнітного поля, яке генерується декількома повітряними ЛЕП. Показана можливість зменшення індукції магнітного поля за допомогою синтезованої системи до рівня санітарних норм України. Purpose. The synthesis of active screening system of magnetic field, generated by several high voltage overhead transmission lines, with the help of single compensation cables is presented. Methodology. The initial parameters for the synthesis of active screening system parameters are the location of the high voltage overhead transmission lines with respect to the protected transmission line space, geometry and number of cables, operating currents, as well as the size of the protected space and normative value of magnetic flux density, which should be achieved as a result of screening. The objective of the synthesis of the active screening system is to determine their number, configuration, spatial arrangement, wiring diagrams and compensation cables currents, setting algorithm of the control systems as well as the resulting value of the induction magnetic field at the points of the protected space. Synthesis of active screening system is reduced to the problem of multi objective nonlinear programming with constraints in which calculation of the objective functions and constraints are carried out on the basis of the Maxwell equations solutions in the quasi-stationary approximation. The problem is solved by a stochastic multi swarm multi agent particles optimization, which can significantly reduce the time to solve it. Results. Active screening system synthesis results for reduction of a magnetic field generated by several high voltage overhead transmission lines are presented. The possibility of a significant reduction in the level of source magnetic flux density within a given. Originality. For the first time the synthesis of the active screening systems of magnetic field generated by the several high voltage overhead transmission lines within a given region of space is carried out. Practical value. Practical recommendations on reasonable choice of the number and spatial arrangement of compensating cables of active screening systems of the magnetic field generated by the several high voltage overhead transmission lines is given. 2018 Article Одноконтурное активное экранирование магнитного поля, создаваемого в жилой зоне несколькими воздушными линиями электропередачи / Б.И. Кузнецов, Т.Б. Никитина, А.В. Волошко, И.В. Бовдуй, Е.В. Виниченко, Б.Б. Кобылянский // Електротехніка і електромеханіка. — 2018. — № 1. — С. 41-45. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2018.1.06 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147619 621.3.01 ru Електротехніка і електромеханіка application/pdf Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Теоретична електротехніка та електрофізика Теоретична електротехніка та електрофізика |
| spellingShingle |
Теоретична електротехніка та електрофізика Теоретична електротехніка та електрофізика Кузнецов, Б.И. Никитина, Т.Б. Волошко, А.В. Бовдуй, И.В. Виниченко, Е.В. Кобылянский, Б.Б. Одноконтурное активное экранирование магнитного поля, создаваемого в жилой зоне несколькими воздушными линиями электропередачи Електротехніка і електромеханіка |
| description |
Получил дальнейшее развитие метод синтеза систем активного экранирования магнитного поля, генерируемого несколькими воздушными ЛЭП, на основе многокритериального подхода. При синтезе используется упрощенная математическая модель магнитного поля, генерируемого несколькими воздушными ЛЭП, идентификация которой выполнена по экспериментальным значениям индукции магнитного поля в заданных точках на основе решения задачи оптимизации. Приведены результаты синтеза одноконтурной системы активного экранирования магнитного поля,
генерируемого несколькими воздушными ЛЭП. Показана возможность уменьшения индукции магнитного поля с помощью синтезированной системы до уровня санитарных норм Украины. |
| format |
Article |
| author |
Кузнецов, Б.И. Никитина, Т.Б. Волошко, А.В. Бовдуй, И.В. Виниченко, Е.В. Кобылянский, Б.Б. |
| author_facet |
Кузнецов, Б.И. Никитина, Т.Б. Волошко, А.В. Бовдуй, И.В. Виниченко, Е.В. Кобылянский, Б.Б. |
| author_sort |
Кузнецов, Б.И. |
| title |
Одноконтурное активное экранирование магнитного поля, создаваемого в жилой зоне несколькими воздушными линиями электропередачи |
| title_short |
Одноконтурное активное экранирование магнитного поля, создаваемого в жилой зоне несколькими воздушными линиями электропередачи |
| title_full |
Одноконтурное активное экранирование магнитного поля, создаваемого в жилой зоне несколькими воздушными линиями электропередачи |
| title_fullStr |
Одноконтурное активное экранирование магнитного поля, создаваемого в жилой зоне несколькими воздушными линиями электропередачи |
| title_full_unstemmed |
Одноконтурное активное экранирование магнитного поля, создаваемого в жилой зоне несколькими воздушными линиями электропередачи |
| title_sort |
одноконтурное активное экранирование магнитного поля, создаваемого в жилой зоне несколькими воздушными линиями электропередачи |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| publishDate |
2018 |
| topic_facet |
Теоретична електротехніка та електрофізика |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147619 |
| citation_txt |
Одноконтурное активное экранирование магнитного поля, создаваемого в жилой зоне несколькими воздушными линиями электропередачи / Б.И. Кузнецов, Т.Б. Никитина, А.В. Волошко, И.В. Бовдуй, Е.В. Виниченко, Б.Б. Кобылянский // Електротехніка і електромеханіка. — 2018. — № 1. — С. 41-45. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Електротехніка і електромеханіка |
| work_keys_str_mv |
AT kuznecovbi odnokonturnoeaktivnoeékranirovaniemagnitnogopolâsozdavaemogovžilojzoneneskolʹkimivozdušnymiliniâmiélektroperedači AT nikitinatb odnokonturnoeaktivnoeékranirovaniemagnitnogopolâsozdavaemogovžilojzoneneskolʹkimivozdušnymiliniâmiélektroperedači AT vološkoav odnokonturnoeaktivnoeékranirovaniemagnitnogopolâsozdavaemogovžilojzoneneskolʹkimivozdušnymiliniâmiélektroperedači AT bovdujiv odnokonturnoeaktivnoeékranirovaniemagnitnogopolâsozdavaemogovžilojzoneneskolʹkimivozdušnymiliniâmiélektroperedači AT viničenkoev odnokonturnoeaktivnoeékranirovaniemagnitnogopolâsozdavaemogovžilojzoneneskolʹkimivozdušnymiliniâmiélektroperedači AT kobylânskijbb odnokonturnoeaktivnoeékranirovaniemagnitnogopolâsozdavaemogovžilojzoneneskolʹkimivozdušnymiliniâmiélektroperedači AT kuznecovbi singlecircuitactivescreeningofmagneticfieldgeneratedbyseveraloverheadtransmissionlinesinresidentialarea AT nikitinatb singlecircuitactivescreeningofmagneticfieldgeneratedbyseveraloverheadtransmissionlinesinresidentialarea AT vološkoav singlecircuitactivescreeningofmagneticfieldgeneratedbyseveraloverheadtransmissionlinesinresidentialarea AT bovdujiv singlecircuitactivescreeningofmagneticfieldgeneratedbyseveraloverheadtransmissionlinesinresidentialarea AT viničenkoev singlecircuitactivescreeningofmagneticfieldgeneratedbyseveraloverheadtransmissionlinesinresidentialarea AT kobylânskijbb singlecircuitactivescreeningofmagneticfieldgeneratedbyseveraloverheadtransmissionlinesinresidentialarea |
| first_indexed |
2025-11-24T04:39:09Z |
| last_indexed |
2025-11-24T04:39:09Z |
| _version_ |
1849645229107314688 |
| fulltext |
Теоретична електротехніка та електрофізика
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1 41
© Б.И. Кузнецов, Т.Б. Никитина, А.В. Волошко, И.В. Бовдуй, Е.В. Виниченко, Б.Б. Кобылянский
УДК 621.3.01 doi: 10.20998/2074-272X.2018.1.06
Б.И. Кузнецов, Т.Б. Никитина, А.В. Волошко, И.В. Бовдуй, Е.В. Виниченко, Б.Б. Кобылянский
ОДНОКОНТУРНОЕ АКТИВНОЕ ЭКРАНИРОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ,
СОЗДАВАЕМОГО В ЖИЛОЙ ЗОНЕ НЕСКОЛЬКИМИ ВОЗДУШНЫМИ ЛИНИЯМИ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Отримав подальший розвиток метод синтезу систем активного екранування магнітного поля, яке генерується кіль-
кома повітряними ЛЕП, на основі багатокритеріального підходу. При синтезі використовується спрощена матема-
тична модель магнітного поля, що створюється кількома ЛЕП, ідентифікація якої виконана за експериментальними
значеннями індукції магнітного поля в заданих точках на основі рішення задачі оптимізації. Наведені результати
синтезу одноколової системи активного екранування магнітного поля, яке генерується декількома повітряними ЛЕП.
Показана можливість зменшення індукції магнітного поля за допомогою синтезованої системи до рівня санітарних
норм України. Бібл. 10, рис. 7.
Ключові слова: повітряні лінії електропередачі, магнітне поле промислової частоти, система активного екранування,
багатокритеріальний синтез.
Получил дальнейшее развитие метод синтеза систем активного экранирования магнитного поля, генерируемого не-
сколькими воздушными ЛЭП, на основе многокритериального подхода. При синтезе используется упрощенная мате-
матическая модель магнитного поля, генерируемого несколькими воздушными ЛЭП, идентификация которой выпол-
нена по экспериментальным значениям индукции магнитного поля в заданных точках на основе решения задачи оп-
тимизации. Приведены результаты синтеза одноконтурной системы активного экранирования магнитного поля,
генерируемого несколькими воздушными ЛЭП. Показана возможность уменьшения индукции магнитного поля с по-
мощью синтезированной системы до уровня санитарных норм Украины. Библ. 10, рис. 7.
Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, магнитное поле промышленной частоты, система активного
экранирования, многокритериальный синтез.
Введение. Электросети Украины характеризу-
ются высокой плотностью, и особенно, вблизи высо-
ковольтных силовых подстанций. Здесь обычно про-
ходит группа воздушных линий электропередачи
(ЛЭП), в непосредственной близости от которой мо-
гут быть расположены жилые дома. В этом случае
уровень индукции магнитного поля (МП), создавае-
мого группой ЛЭП в жилых зонах, может превышать
санитарные нормы [1], что создает угрозу для здоро-
вья населения и требует принятия соответствующих
мер по нормализации МП.
Для Украины экономически наиболее приемле-
мым методом уменьшения МП в жилой зоне от дей-
ствующих воздушных ЛЭП является метод активного
контурного экранирования МП [2].
Анализ существующих систем активного эк-
ранирования. В настоящее время во многих странах
разработаны и внедрены системы активного экрани-
рования (САЭ) МП, генерируемого воздушными ЛЭП
[3-7]. В таких системах с различными алгоритмами
управления [8, 9] в качестве исполнительного органа
САЭ используются специальные компенсационные
обмотки – активные кабели, количество которых оп-
ределятся спецификой решаемой задачи.
Наиболее широкое распространение получили
простейшие одноконтурные САЭ с одной компенса-
ционной обмоткой [3], однако методы синтеза таких
САЭ в настоящее время разработаны только для оди-
ночных ЛЭП [10].
В связи с этим возникает задача синтеза одно-
контурных САЭ для эффективного экранирования
МП, генерируемого группой воздушных ЛЭП.
Целью данной работы является синтез и ис-
следование одноконтурных систем активного экра-
нирования магнитного поля промышленной часто-
ты, создаваемого в жилой зоне несколькими воз-
душными ЛЭП.
Постановка задачи исследования. Рассмотрим
построение САЭ для защиты от МП, создаваемого
несколькими ЛЭП, схема расположения которых по-
казана на рис. 1.
Рис. 1. Схема расположения нескольких ЛЭП
и защищаемой зоны
В непосредственной близости от зоны экраниро-
вания находятся две двухцепные ЛЭП 110 кВ (ЛЭП-1
и ЛЭП-2), двухцепная ЛЭП 330 кВ (ЛЭП-3) и одно-
цепная ЛЭП 330 кВ (ЛЭП-4).
Метод синтеза. Синтезируем САЭ МП, гене-
рируемого несколькими ЛЭП, на основе метода,
разработанного в [10]. При этом синтез САЭ сво-
дится к решению задачи многокритериального не-
линейного программирования с ограничениями, в
которой вычисления целевых функций и ограниче-
ний выполняются на основании решения уравнения
Максвелла в квазистационарном приближении [1].
Эта задача решается на основе построения Парето-
оптимальных решений с помощью алгоритмов сто-
хастической мультиагентной оптимизации мульти-
роем частиц [10].
42 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1
Для синтеза САЭ, кроме геометрических разме-
ров ЛЭП, расположения жилой зоны, где необходимо
экранировать МП, необходимо определить комплекс-
ные значения токов в проводах ЛЭП. Причем, при
изменении токов в различных ЛЭП изменяется не
только уровень суммарного МП, генерируемого не-
сколькими ЛЭП, но и пространственно-временные
характеристики (ПВХ – space-time electromagnetic
field characteristics [5]) МП за счет относительного
перераспределения вертикальной и горизонтальной
компонент вектора индукции МП, создаваемого раз-
личными ЛЭП.
Сложность решения задачи синтеза САЭ опреде-
ляется количеством проводов ЛЭП. Естественно, что
при учете всех проводов ЛЭП, создающих МП в зоне
экранирования, задача синтеза САЭ усложняется.
Рассмотрим подход к синтезу САЭ, позволяю-
щий упростить решение задачи синтеза на основе
учета меньшего количества проводов по сравнению с
исходной задачей. С этой целью вначале проведем
экспериментальные исследования уровня МП как в
зоне экранирования, так и вблизи ЛЭП. На основании
полученных данных решим задачу идентификации
токов в проводах ЛЭП, при которых минимизируется
сумма квадратов ошибок измеренных и модельных
значений индукции МП в заданных точках.
Фактически при таком подходе решается задача
аппроксимации исходного МП, измеренного в резуль-
тате экспериментальных исследований, с помощью
нескольких ЛЭП. В зависимости от требуемой точно-
сти аппроксимации, количество учитываемых ЛЭП
может быть уменьшено до двух и даже одной, что
позволяет существенно упростить решение задачи
синтеза САЭ.
На основании полученной упрощенной модели
МП, создаваемого несколькими ЛЭП, может быть
решена задача синтеза САЭ на основании метода,
изложенного в [10].
Математическая модель исходного МП, гене-
рируемого несколькими ЛЭП. Математическая мо-
дель МП, создаваемого несколькими ЛЭП, на основа-
нии квазистационарного решения уравнения
Максвелла [1], может быть представлена в следую-
щем виде
K
k
L
l
lkilkio
k
tIPBtPB
1 1
,,
, (1)
где tPB io ,
, tIPB lkilk ,
– мгновенные значения
векторов индукции результирующего магнитного по-
ля в точке пространства Pi и магнитного поля, созда-
ваемого в той же точке пространства k токопроводом
lk ЛЭП, K – количество ЛЭП; Lk – количество прово-
дов в k ЛЭП; Ilk(t) – мгновенное значение тока в
k-том проводе lk-той ЛЭП.
На рис. 2 показаны линии одинакового уровня
индукции магнитного поля, рассчитанной для номи-
нальных токов ЛЭП.
Экспериментальные исследования МП, созда-
ваемого этими несколькими ЛЭП в жилой зоне, в
которой необходимо снизить уровень магнитного
поля до санитарных норм, показали, что значения
индукции МП, рассчитанные при номинальных
значениях токов ЛЭП и измеренных значений силь-
но отличаются.
5
5
5
6
6
6
6
7
7
7
7
7
7
7
8
8
88
8
8
8
8
9
9
99
9
9
9
9
9
9
9
10
10
1010
10
10
10
10
10
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
14
14
14
14
1 4
14
14
14
14
14
14
14
1 4
14
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
18
18
18 18
18
18
18
18
18
18
18
1 8
1 8
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
25
25
25
25
25
25
25
25
25
25
30
30
30
30
30
30
30
30
30
40
40
40
40
40
40
40
40
50
50
50
50
50
50
50
5050
10
0
10
0
10
0
10
0
10
0
10
0
10
0
10
010
0
100
10
0
100
20
0
20
0
20
0
2 0
0
20
0
2 0
0
20
0
2 0
0
20
0
20
0
20
0
20
0
20
0
20
0
20
0
20
0
20
0
20
0
20
0
30
0
30
0
30
0
30
0
300
300
30
0
30
0
30
0
30
0
30
0
30
0
30
0
30
0
30
0
30
0
30
0
300
30
0
30
0
-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30
0
5
10
15
20
25
30 z, м
х, м
Рис. 2. Распределение индукции исходного магнитного
поля, создаваемого несколькими ЛЭП при номинальных
токах
Было проведено моделирование МП, создавае-
мого отдельными ЛЭП в зоне экранирования. На
рис. 3 показаны результаты расчетов распределения
индукции магнитного поля в зоне экранирования при
работе: а) одной ЛЭП-4; б) при работе двух ЛЭП-3 и
ЛЭП-4; в) при работе трех ЛЭП-2, ЛЭП-3 и ЛЭП-4 и
г) при работе четырех ЛЭП-1, ЛЭП-2, ЛЭП-3 и
ЛЭП-4. При этом токи в проводах всех ЛЭП прини-
мались одинаковыми и равными 500 А.
На основании анализа зависимостей, показанных
на рис. 3 видно, что по мере удаления ЛЭП от зоны
экранирования, уровень индукции магнитного поля,
создаваемого этой ЛЭП в зоне экранирования,
уменьшается. Однако, в рассматриваемой системе
номинальные токи в проводах ЛЭП-3 и ЛЭП-4 со-
ставляют 2000 А, а номинальные токи в проводах
ЛЭП-1 и ЛЭП-2 составляют 1000 А. Поэтому, не-
смотря на то, что ЛЭП-3 и ЛЭП-4 удалены от зоны
экранирования на большее расстояние чем ЛЭП-1 и
ЛЭП-2, влияние ЛЭП-4 и, особенно, ЛЭП-3 на уро-
вень индукции МП в зоне экранирования может быть
существенным.
Рассмотрим теперь построение упрощенной ма-
тематической модели исходного МП, генерируемого
несколькими ЛЭП, и ее идентификацию по экспери-
ментальным данным. Для определения необходимо-
го количества учитываемых проводов ЛЭП и значе-
ний токов в этих проводах построим упрощенную
модель МП на основании моделирования распреде-
ления МП в зоне экранирования с учетом различного
количества проводов и результатов эксперименталь-
ных исследований
Зададим ток в Ilk(t) в k-том проводе lk-той ЛЭП в
следующем виде
lklklk tAtI sin . (2)
Для определения амплитуд Alk токов Ilk(t) введем
вектор искомых параметров lkAZ
, компонентами
которого являются амплитуды Alk токов Ilk(t) в k-том
проводе lk-той ЛЭП.
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1 43
-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
B, мкТ
х, м
а
-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5 B, мкТ
х, м
б
-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10
1
2
3
4
5
6
7
8 B, мкТ
х, м
в
-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10
3
4
5
6
7
8
9
B, мкТ
х, м
г
Рис. 3. Распределение индукции магнитного поля в зоне
экранирования при работе: а) одной ЛЭП-4;
б) двух ЛЭП-3 и ЛЭП-4; в) трех ЛЭП-2, ЛЭП-3 и ЛЭП-4;
г) четырех ЛЭП-1, ЛЭП-2, ЛЭП-3 и ЛЭП-4
Тогда идентификация математической модели
(1) может быть сведена к минимизации квадратичного
критерия
2
1
0
* minarg
I
i
iei PBPBZ
, (3)
где ie PB
– измеренный вектор индукции МП в точке Pi.
Для рассматриваемой задачи построена такая ап-
проксимированная математическая модель исходного
МП, в которой учитывается влияние на МП только
двух ЛЭП 110 кВ. На рис. 4 показано распределение
индукции МП индукции этой аппроксимированной
модели.
0.
5
0.5
0.
6
0.
6
0.6
0.6
0.
7
0.
7
0.7
0.7
0.
8
0.
8
0.8
0.8
0.
9
0.
9
0.9
0.9
0.9
1
1
11
1
1
1.
2
1.
2
1.2
1.21.2
1.2
1.2
1.5
1.
5
1.
5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
2
2
2
2
2
2
2
2
4
4
4
4
4
4
4
44
4
4
4
6
6
6
6
6
6
6
6
6
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
15
15
15
15
15
15
1515
15
15
15
15
15
15
20
20
20
20
20
20
2020
20
20
20
20
20
20
25
25
2525
25
25
25
25
25
25
25 25
25
25
30
30
30
30
30
30 30
30 30
30 30
40
40
40
40
40
40
40
40
40
50
50
50
50
50
50
50
50
50
10
0
10
0
10
0
200
200
20
0
-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30
0
5
10
15
20
25
30
z, м
х, м
Рис. 4. Распределение индукции аппроксимированной
модели магнитного поля, создаваемого несколькими ЛЭП
На рис. 5 показаны зависимости индукции МП
1 – аппроксимированной модели и 2 – измеренных
значений. Сравнение результатов моделирования и
экспериментальных исследований распределения МП
в зоне экранирования показало, что при учете только
первых двух ЛЭП-1 и ЛЭП-2 напряжением 110 кВ,
ошибка между такой аппроксимированной моделью и
экспериментальными значениями уровня МП не пре-
восходит 4 %.
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6 B, мкТ
х, м
1
2
Рис. 5. Зависимости индукции МП:
1 – расчетной и 2 – измеренных значений
Результаты синтеза САЭ. Рассмотрим синтез
САЭ МП, создаваемого несколькими ЛЭП, схема рас-
положения которых показана на рис. 1. На этом ри-
сунке также показана жилая зона, в которой необхо-
димо экранирование МП, и расположение компенса-
ционной обмотки. На основании экспериментальных
исследований было установлено, что в зоне экраниро-
вания МП, генерируемое этими ЛЭП, имеет незначи-
тельную поляризацию, что позволяет построить одно-
контурную САЭ с одной компенсационной обмоткой.
Заметим, что такие системы получили наибольшее
распространение в мировой практике [3-7].
44 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1
На рис. 6 показаны линии равного уровня модуля
индукции: а) исходного МП, создаваемого несколь-
кими ЛЭП и б) с включенной системой активного
экранирования. Исходная индукция МП в рассматри-
ваемом жилом пространстве составляет 1,8 мкТл, что
в 3,6 раза превышает санитарные нормы 0,5 мкТл [1].
При включенной системе активного экранирования
уровень индукции МП не превосходит 0,4 мкТл.
1.
5
1.
5
1.
5
2
2
2
4
4
4
6
0 5 10 15 20 25 30
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
z, м
х, м
а
0.
2 0.
3
0.3
0.4
0.
4
0.
5
0.
5
0.
5 0.
6
0.6
0.
6
0.
6
0.7
0.
7
0.
7
0.
8
0.
8
0.
8
0.
9
0.
9
0.
9
1
1
1
1.
2
1.
2
1.
2
1.
5
1.
5
1.
5
2
2
2
4
4
4
6
6
6
10
10
10
15
15
15
15
20
20
20
20
20
25
25
25
25
30
30
30
40
40
40
50
5050
100
10
0 20
0
0 5 10 15 20 25 30
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
z, м
х, м
б
Рис. 6. Распределение индукции: а) исходного МП, созда-
ваемого несколькими ЛЭП и б) МП с включенной САЭ
На рис. 7 показаны ПВХ МП, создаваемого:
1 – несколькими ЛЭП; 2 – компенсирующей обмоткой
и 3 – суммарного МП с включенной системой. Как
видно из этого рисунка, в рассматриваемом простран-
стве исходное МП, создаваемое несколькими ЛЭП,
имеет незначительную поляризацию, так что его ПВХ
представляет сильно вытянутый эллипс, а коэффици-
ент эллипсности (отношение меньшей полуоси эллип-
са к большей полуоси) равен около 0,4, что подтвер-
ждается экспериментальными исследованиями. Есте-
ственно, что такое МП можно достаточно эффективно
компенсировать с помощью одноконтурной САЭ. С
помощью одной обмотки компенсируется большая
полуось эллипса ПВХ исходного МП, так что ПВХ
результирующего МП, оставшегося после работы
САЭ, представляет собой эллипс с коэффициентом
эллипсности равным 0,8.
В заключение отметим, что расчетная эффектив-
ность экранирования синтезированной САЭ в жилой
зоне экспериментально подтверждена в полевых ус-
ловиях на ее полномасштабном макете и составляет
более четырех.
-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
Bx
B
z
z, м
х, м
1
2
3
Рис. 7. Пространственно-временные характеристики векто-
ра индукции МП, создаваемого: 1 – ЛЭП; 2 – компенси-
рующей обмоткой и 3 – суммарного МП с включенной САЭ
Выводы.
1. Получили дальнейшее развитие методы синтеза
систем активного экранирования МП, генерируемого
несколькими ЛЭП на основе многокритериального
подхода, а также методы построения математической
модели МП, генерируемого несколькими ЛЭП, по
экспериментальным значениям индукции МП в за-
данных точках пространства, на основе решения зада-
чи оптимизации.
2. На основе предложенных методов впервые син-
тезирована одноконтурная система активного экрани-
рования МП, создаваемого несколькими воздушными
ЛЭП в жилой зоне.
3. Показана возможность существенного (в 4 и бо-
лее раз) уменьшения индукции МП с помощью синте-
зированной одноконтурной системы экранирования и
достижения уровня санитарных норм по МП в жилой
зоне, расположенной вблизи группы ЛЭП.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Розов В.Ю., Гринченко В.С., Пелевин Д.Е., Чунихин
К.В. Моделирование электромагнитного поля в помещениях
жилых домов, расположенных вблизи линий электропере-
дачи // Технічна електродинаміка. – 2016. – №3. – С. 6-8.
2. Волошко О.В. Синтез систем активного екранування
магнітного поля повітряних ліній електропередачі / Вісник
Національної академії наук України. – 2017. – №7. – С. 64-
73. doi: 10.15407/visn2017.07.064.
3. Active Magnetic Shielding (Field Cancellation).
http://www.emfservices.com/afcs.html.
4. Beltran H., Fuster V., García M. Magnetic field reduction
screening system for a magnetic field source used in industrial
applications // 9 Congreso Hispano Luso de Ingeniería Eléctrica
(9 CHLIE), Marbella (Málaga). – 2005. – pр. 84-99.
5. Celozzi S., Garzia F. Active shielding for power-frequency
magnetic field reduction using genetic algorithms optimization //
IEE Proceedings – Science, Measurement and Technology. –
2004. – Vol. 151. – № 1. – pp. 2-7. doi: 10.1049/ip-
smt:20040002.
6. Shenkman A., Sonkin N., Kamensky V. Active protection
from electromagnetic field hazards of a high voltage power line
// HAIT Journal of Science and Engineering. Series B: Applied
Sciences and Engineering. – Vol. 2. – Issues 1-2, pp. 254-265.
7. Celozzi S. Active compensation and partial shields for the
power-frequency magnetic field reduction // Conference Paper
of IEEE International Symposium on Electromagnetic Compati-
bility. Minneapolis (USA). – 2002. – Vol.1. – pp. 222-226. doi:
10.1109/isemc.2002.1032478.
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1 45
8. Розов В.Ю. Ассуиров Д.А. Реуцкий С.Ю. Замкнутые
системы компенсации магнитного поля технических объек-
тов с различными способами формирования обратных свя-
зей // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск «Про-
блеми сучасної електротехніки». − 2008. – Ч.4. − С. 97-100.
9. Розов В.Ю., Ассуиров Д.А. Метод активного экраниро-
вания внешнего магнитного поля технических объектов //
Технічна електродинаміка. Тематичний випуск «Проблеми
сучасної електротехніки». – 2006. – Ч.3. – С. 13-16.
10. Кузнецов Б.И., Туренко А.Н., Никитина Т.Б., Волошко
А.В., Коломиец В.В. Метод синтеза замкнутых систем ак-
тивного экранирования магнитного поля воздушных линий
электропередачи // Технічна електродинаміка. – 2016. – №4.
– С. 8-10.
REFERENCES
1. Rozov V.Yu., Grinchenko V.S., Pelevin D.Ye., Chunikhin
K.V. Simulation of electromagnetic field in residential buildings
located near overhead lines. Technical electrodynamics, 2016,
no.3, pp. 6-8. (Rus).
2. Voloshko O.V. Synthesis of active shielding systems of
power transmission lines magnetic field. Visnyk of the National
Academy of Sciences of Ukraine, 2017, no.7, pp. 64-73. (Ukr).
doi: 10.15407/visn2017.07.064.
3. Active Magnetic Shielding (Field Cancellation). Available
at: http://www.emfservices.com/afcs.html (accessed 10 Septem-
ber 2012).
4. Beltran H., Fuster V., García M. Magnetic field reduction
screening system for a magnetic field source used in industrial
applications. 9 Congreso Hispano Luso de Ingeniería Eléctrica
(9 CHLIE), Marbella (Málaga, Spain), 2005, pр. 84-99.
5. Celozzi S., Garzia F. Active shielding for power-frequency
magnetic field reduction using genetic algorithms optimization.
IEE Proceedings – Science, Measurement and Technology,
2004, Vol.151, no.1, pp. 2-7. doi: 10.1049/ip-smt:20040002.
6. Shenkman A., Sonkin N., Kamensky V. Active protection
from electromagnetic field hazards of a high voltage power line.
HAIT Journal of Science and Engineering. Series B: Applied
Sciences and Engineering, Vol. 2, Issues 1-2, pp. 254-265.
7. Celozzi S. Active compensation and partial shields for the
power-frequency magnetic field reduction. Conference Paper of
IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibil-
ity. Minneapolis (USA), 2002, Vol.1, pp. 222-226. doi:
10.1109/isemc.2002.1032478.
8. Rozov V.Yu., Assyirov D.A., Reytskiy S.Yu. Technical
objects magnetic-field closed loop compensation systems with
different feed-backs forming. Technical electrodynamics. The-
matic issue «Problems of modern electrical engineering», 2008,
chapter 4, pp. 97-100. (Rus).
9. Rozov V.Y., Assyirov D.A. Method of external magnetic
field active shielding of technical objects. Technical electrody-
namics. Thematic issue «Problems of modern electrical engineer-
ing», 2006, chapter 3, pp. 13-16. (Rus).
10. Kuznetsov B.I., Turenko A.N., Nikitina T.B., Voloshko
A.V., Kolomiets V.V. Method of synthesis of closed-loop sys-
tems of active shielding magnetic field of power transmission
lines. Technical electrodynamics, 2016, no.4, pp. 8-10. (Rus).
Поступила (received) 15.12.2017
Кузнецов Борис Иванович1, д.т.н., проф.,
Никитина Татьяна Борисовна2, д.т.н., проф.,
Волошко Александр Валерьевич1, к.т.н., н.с.,
Бовдуй Игорь Валентинович1, к.т.н., н.с.,
Виниченко Елена Владимировна1, к.т.н., м.н.с.,
Кобылянский Борис Борисович1, к.т.н. доц.
1 Государственное учреждение «Институт технических
проблем магнетизма Национальной Академии Наук Украины»,
61106, Харьков, ул. Индустриальная, 19,
тел/phone +38 050 5766900,
e-mail: kuznetsov.boris.i@gmail.com
2 Харьковский национальный автомобильно-дорожный
университет,
61002, Харьков, ул. Ярослава Мудрого, 25,
е-mail: tatjana55555@gmail.com
B.I. Kuznetsov1, T.B. Nikitina2, A.V. Voloshko1, I.V. Bovdyj1,
E.V. Vinichenko1, B.B. Kobilyanskiy1
1 State Institution «Institute of Technical Problems
of Magnetism of the NAS of Ukraine»,
19, Industrialna Str., Kharkiv, 61106, Ukraine.
2 Kharkiv National Automobile and Highway University,
25, Yaroslava Mudrogo Str., Kharkov, 61002, Ukraine.
Single-circuit active screening of magnetic field generated by
several overhead transmission lines in residential area.
Purpose. The synthesis of active screening system of magnetic field,
generated by several high voltage overhead transmission lines, with
the help of single compensation cables is presented. Methodology.
The initial parameters for the synthesis of active screening system
parameters are the location of the high voltage overhead transmis-
sion lines with respect to the protected transmission line space,
geometry and number of cables, operating currents, as well as the
size of the protected space and normative value of magnetic flux
density, which should be achieved as a result of screening. The
objective of the synthesis of the active screening system is to deter-
mine their number, configuration, spatial arrangement, wiring dia-
grams and compensation cables currents, setting algorithm of the
control systems as well as the resulting value of the induction mag-
netic field at the points of the protected space. Synthesis of active
screening system is reduced to the problem of multi objective
nonlinear programming with constraints in which calculation of the
objective functions and constraints are carried out on the basis of
the Maxwell equations solutions in the quasi-stationary approxima-
tion. The problem is solved by a stochastic multi swarm multi agent
particles optimization, which can significantly reduce the time to
solve it. Results. Active screening system synthesis results for reduc-
tion of a magnetic field generated by several high voltage overhead
transmission lines are presented. The possibility of a significant
reduction in the level of source magnetic flux density within a given.
Originality. For the first time the synthesis of the active screening
systems of magnetic field generated by the several high voltage
overhead transmission lines within a given region of space is car-
ried out. Practical value. Practical recommendations on reasonable
choice of the number and spatial arrangement of compensating
cables of active screening systems of the magnetic field generated
by the several high voltage overhead transmission lines is given.
References 10, figures 7.
Key words: high voltage overhead transmission lines, power
frequency technogenic magnetic field, active screening sys-
tem, multiobjective synthesis.
|