Review of passive loop systems for normalization of high-voltage cable line magnetic field

The paper is devoted to the review of known passive loop systems that can be used to normalize the high-voltage cable line magnetic field. The purpose is to identify the most promising systems. We review the most cited scientific papers and patents about the reduction of the power line magnetic fiel...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2022
Автори:	Grinchenko , Volodymyr, Tkachenko , Oleksandr, Bilan , Tetyana
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2022
Теми:	magnetic field shielding cable line reference level power frequency
Онлайн доступ:	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/617
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	System Research in Energy
Завантажити файл:

Репозитарії

System Research in Energy

_version_	1871104143889793024
author	Grinchenko , Volodymyr Tkachenko , Oleksandr Bilan , Tetyana
author_facet	Grinchenko , Volodymyr Tkachenko , Oleksandr Bilan , Tetyana
author_institution_txt_mv	[ { "author": "Volodymyr Grinchenko ", "institution": null }, { "author": "Oleksandr Tkachenko ", "institution": null }, { "author": "Tetyana Bilan ", "institution": null } ]
author_sort	Grinchenko , Volodymyr
baseUrl_str	https://systemre.org/index.php/journal/oai
collection	OJS
datestamp_date	2026-07-18T12:57:43Z
description	The paper is devoted to the review of known passive loop systems that can be used to normalize the high-voltage cable line magnetic field. The purpose is to identify the most promising systems. We review the most cited scientific papers and patents about the reduction of the power line magnetic field. We identify the top research groups engaged in the design of passive loop systems. The two groups are from Italy, the one each is from Spain and Ukraine. The passive loop systems developed by each group have their own features. We classify the systems according to the following characteristics: the number of passive loops in the shielding system, the shape of passive loops used in the shielding system, and the way to increase the shielding efficiency of cable line magnetic field. According to the number of passive loops, the systems can be divided into three types: single-element, double-element and multi-element. According to the shape of passive loops, two types of shielding systems can be distinguished, namely, the systems using rectangular passive loops and the systems using passive loops made of three cables connected in parallel. According to the method of the shielding efficiency increasing, the system can be divided into four types: the first use ferromagnetic cores covering power and shield cables, the second use additional capacitors connected to shield cables, the third use a unique arrangement of loops between the cable line and the shielding area, the fourth use an increase in the cross-section of shield cables, respectively, an increase in the quantity of metal. The review shows the most promising passive loop systems for normalizing the high-voltage cable line magnetic field are single-element systems with additional cores, namely «High Magnetic Coupling Passive Loop» and «Single-loop shield with ferromagnetic cores and asymmetric magnetic coupling».
doi_str_mv	10.15407/srenergy2022.02.073
first_indexed	2026-03-24T02:02:25Z
format	Article
fulltext	73 Огляд систем контурного екранування для нормалізації магнітного поля кабельних ліній високої напруги ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 2(71) 1. Вступ Кабельні лінії високої напруги (КЛ) широко використовуються в розвинених країнах сві- ту для передачі електричної енергії в містах і є найбільш перспективним засобом передачі електричної енергії в Україні. Це зумовлено тим, що ширина охоронної зони КЛ на порядок менша за ширину охоронної зони повітряної лі- нії, відповідно, траса КЛ не вимагає відчужен- ня великих і дорогих міських земельних діля- нок [1]. Так, згідно [2] відстань від крайнього проводу повітряної лінії на напругу 110 кВ до межі охоронної зони складає 20 м, а відстань від крайнього кабелю підземної КЛ – 1 м. При прокладанні сучасних КЛ використовують силові одножильні кабелі з ізоляцією зі зшитого поліетилену. Правила улаштування електроус- тановок дозволяють прокладати кабелі за схе- мою «у площині» або за схемою «у трикутник» [3, С. 269]. При використанні схеми «у трикут- ник» утворюване магнітне поле (МП) є меншим. Проте схема «у площині» (при заземленні струмо- провідних екранів кабелів з обох кінців з транспо- зицією екранів або при заземленні екранів з од- ного кінця) забезпечує краще тепловідведення від силових кабелів та, відповідно, більшу пропускну спроможність кабельної лінії. Задачу розрахунку МП КЛ розглянуто у багатьох літературних джерелах [4–8]. Оскільки довжина КЛ зазвичай набагато перевищує відстань між силови- ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 2(71): 73–84 https://doi.org/10.15407/srenergy2022.02.073 УДК 621.3.013; 621.315.2 Володимир Грінченко1, к.т.н., с.д., https://orcid.org/0000-0002-6195-3011 Олександр Ткаченко1, к.т.н., https://orcid.org/0000-0001-7307-7293 Тетяна Білан2, к.т.н., с.д., https://orcid.org/0000-0002-0280-6716 1Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України, вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, 61046, Україна; e-mail: ipmach@ipmach.kharkov.ua 2Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна; e-mail: info@ienergy.kiev.ua Автор-кореспондент: vsgrinchenko@gmail.com ОГЛЯД СИСТЕМ КОНТУРНОГО ЕКРАНУВАННЯ ДЛЯ НОРМАЛІЗАЦІЇ МАГНІТНОГО ПОЛЯ КАБЕЛЬНИХ ЛІНІЙ ВИСОКОЇ НАПРУГИ Àíîòàö³ÿ. Ðîáîòó ïðèñâÿ÷åíî îãëÿäó â³äîìèõ ñèñòåì êîíòóðíîãî åêðàíóâàííÿ, ùî ìî- æóòü áóòè âèêîðèñòàí³ äëÿ íîðìàë³çàö³¿ ìàãí³òíîãî ïîëÿ êàáåëüíèõ ë³í³é âèñîêî¿ íàïðóãè. Ìåòîþ ðîáîòè º âèçíà÷åííÿ íàéá³ëüø ïåðñïåêòèâíèõ ñèñòåì. Ó ðåçóëüòàò³ ïðîâåäåíî- ãî îãëÿäó íàóêîâèõ ïóáë³êàö³é òà ïàòåíò³â, ïðèñâÿ÷åíèõ ìåòîäàì òà çàñîáàì çìåíøåííÿ ìàãí³òíîãî ïîëÿ ë³í³é åëåêòðîïåðåäàâàííÿ, âèçíà÷åíî îñíîâí³ äîñë³äíèöüê³ êîëåêòèâè, ÿê³ çàéìàþòüñÿ ðîçðîáêàìè ñèñòåì êîíòóðíîãî åêðàíóâàííÿ äëÿ íîðìàë³çàö³¿ ìàãí³òíîãî ïîëÿ êàáåëüíèõ ë³í³é: äâà êîëåêòèâè – â ²òàë³¿, ïî îäíîìó – â ²ñïàí³¿ òà Óêðà¿í³. Ñèñòåìè êîíòóðíîãî åêðàíóâàííÿ, ðîçðîáëåí³ êîæíèì ³ç êîëåêòèâ³â, ìàþòü ñâî¿ îñîáëèâîñò³, ïðî- òå ìîæóòü áóòè êëàñèô³êîâàí³ çà òàêèìè îçíàêàìè: ê³ëüê³ñòü êîíòóðíèõ åêðàí³â ó ñèñòå- ì³ åêðàíóâàííÿ; ôîðìà êîíòóðíèõ åêðàí³â, ùî âèêîðèñòîâóþòüñÿ â ñèñòåì³ åêðàíóâàííÿ; ñïîñ³á ï³äâèùåííÿ åôåêòèâíîñò³ åêðàíóâàííÿ ìàãí³òíîãî ïîëÿ êàáåëüíèõ ë³í³é. Çà ê³ëüê³ñ- òþ êîíòóðíèõ åêðàí³â ñèñòåìè ìîæíà ïîä³ëèòè íà òðè ãðóïè: îäíîåëåìåíòí³, äâîåëåìåíò- í³ òà áàãàòîåëåìåíòí³. Çà ôîðìîþ êîíòóðíèõ åêðàí³â ìîæíà âèä³ëèòè äâ³ ãðóïè ñèñòåì åêðàíóâàííÿ – ùî ñêëàäàþòüñÿ ç ïðÿìîêóòíèõ êîíòóðíèõ åêðàí³â àáî êîíòóðíèõ åêðàí³â ç òðüîõ êàáåë³â, ç’ºäíàíèõ ïàðàëåëüíî. Çà ñïîñîáîì ï³äâèùåííÿ åôåêòèâíîñò³ åêðàíóâàí- íÿ ñèñòåìè ìîæíà ïîä³ëèòè íà ÷îòèðè ãðóïè: ïåðø³ âèêîðèñòîâóþòü ôåðîìàãí³òí³ îñåðäÿ, ùî îõîïëþþòü ñèëîâ³ òà åêðàíí³ êàáåë³; äðóã³ – äîïîì³æí³ êîíäåíñàòîðè, ï³ä’ºäíàí³ äî åêðàííèõ êàáåë³â; òðåò³ – ñïåö³àëüíå ðîçòàøóâàííÿ êîíòóð³â ì³æ êàáåëüíîþ ë³í³ºþ òà îá- ëàñòþ åêðàíóâàííÿ; ÷åòâåðò³ – çá³ëüøåííÿ ïåðåð³çó åêðàííèõ êàáåë³â. Çà ðåçóëüòàòàìè ïðîâåäåíîãî îãëÿäó, íàéá³ëüø ïåðñïåêòèâíèìè ñèñòåìàìè êîíòóðíîãî åêðàíóâàííÿ äëÿ íîðìàë³çàö³¿ ìàãí³òíîãî ïîëÿ êàáåëüíèõ ë³í³é âèñîêî¿ íàïðóãè âèçíà÷åíî îäíîåëåìåíòí³ ç äîïîì³æíèìè îñåðäÿìè, à ñàìå «High Magnetic Coupling Passive Loop» òà «îäíîêîíòóðíèé åêðàí ç ôåðîìàãí³òíèìè îñåðäÿìè òà íåñèìåòðè÷íèì ìàãí³òíèì çâ’ÿçêîì». Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ìàãí³òíå ïîëå, åêðàíóâàííÿ, êàáåëüíà ë³í³ÿ, ãðàíè÷íî äîïóñòèìèé ð³âåíü, ïðîìèñëîâà ÷àñòîòà. © В. ГРІНЧЕНКО, О. ТКАЧЕНКО, Т. БІЛАН, 2022 74 В. ГРІНЧЕНКО, О. ТКАЧЕНКО, Т. БІЛАН ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 2(71) ми кабелями, прокладеними паралельно один до одного, то задача розрахунку МП КЛ вирішується у двовимірній постановці (рис. 1, а). Якщо струми у власних екранах кабелів відсутні або ними можна знехтувати, то МП КЛ утворюється струмами, що протікають в жилах кабелів. Відповідно, діюче зна- чення магнітної індукції B можна визначити за до- помогою її просторових компонент [8]: 22 2 1 yx BBB , (1) , )()(2 22 0 p pp pp x yyxx yyI B (2) , )()(2 22 0 p pp pp y yyxx xxI B (3) де xB та yB – відповідно, горизонтальна та верти- кальна компоненти комплексної амплітуди магніт- ної індукції; p – індекс, що пробігає номери кабе- лів; pI – комплексна амплітуда струму в жилі p-ого кабелю; (xp, yp) – координати центра перерізу p-ого кабелю; (x, y) – координати точки спостереження; μ0 = 4π ∙ 10–7 Гн/м – магнітна стала. Вважаємо, що глибина прокладання КЛ до- рівнює d = 1,5 м [3, С. 252], діюче значення струму – Irms = 1000 А, відстань s між сусідніми кабелями – 0,2 або 0,5 м. Більше значення від- стані між кабелями відповідає їх прокладан- ню в зоні муфтових з’єднань [3, С. 255]. Згідно [3, С. 249] перевірка відповідності МП КЛ гра- нично допустимому рівню виконується на ви- соті h = 0,5 м над поверхнею землі (рис. 1, а). Таким чином, для лівого силового кабелю маємо , 3 2exp2,, 111 jIIdysx rms для центрального – ,2,,0 222 rmsIIdyx для правого – 2,, 333 IIdysx rms × × , 3 2exp j де j – уявна одиниця. Розподіл МП КЛ на висоті y = h, обчислений за допомо- гою (1)–(3), представлено на рис. 1, б. Як видно з розподілу безпосередньо над КЛ рівень МП сягає 17–41 мкТл. Водночас гранично допустимий рівень МП в зоні житлової забудови становить 10 мкТл [3, С. 249]. На відстані 5 м від центрального кабелю МП КЛ становить 2–6 мкТл, та сягає 1,7 мкТл на відстані 10 м. Це може бути неприпустимим, якщо поряд із КЛ знаходиться житлова будівля, оскільки усередині житлових приміщень гранично допус- тимий рівень МП становить 0,5 мкТл [3, С. 249]. Загалом прийняті в Україні гранично допустимі рівні для магнітного поля промислової частоти від- повідають сучасній світовій тенденції з уведення в дію більш жорстких стандартів. У табл. 1 наведе- но гранично допустимі рівні для низькочастотного магнітного поля, прийняті в країнах світу [9]. Традиційно для нормалізації МП КЛ викорис- товують електромагнітні або магнітні (інша назва – магнітостатичні) екрани [10–16]. Принцип дії елек- тромагнітного екрана є таким: під дією первинного змінного МП в екрані індукуються струми провід- ності, ці струми створюють вторинне поле, та в ре- зультаті суперпозиції первинного поля й вторинно- го утворюється результуюче поле, яке в області, що екранується, є слабкішим за первинне. Тому елек- тромагнітні екрани виробляють з матеріалів із висо- кою електропровідністю, а саме алюмінію або міді. Зазвичай використовують алюміній, бо він є дешев- шим. На рис. 1, в, г представлені типові електромаг- нітні екрани, що використовуються для зменшення МП КЛ. Магнітні екрани виготовляють із матеріалів, що мають порівняно велику магнітну проникність. Принцип дії цих екранів полягає у тому, що лінії ін- дукції первинного МП викривляються та проходять переважно крізь товщу стінок екрана, що має малий магнітний опір порівняно з магнітним опором навко- лишнього простору. Тому профілі магнітних екранів переважно замкнені або напівзамкнені (рис. 1, д, е). Проте на даний момент перспективними засо- бами нормалізації МП КЛ є системи контурного екранування [17–30]. Найпростішим контурним екраном є прямокутний електропровідний контур. Ефективність такого екрана досліджена в [17]. У свою чергу, системи екранування можуть місти- ти декілька контурних екранів, прямокутної або спеціальної форми, та допоміжні елементи, що підвищують індуктивний зв’язок між екранними і Таблиця 1. Гранично допустимі рівні (ГДР) низькочастотного магнітного поля для населення Table 1. Reference levels of the low-frequency magnetic fi eld for the public and population Країна ГДР, мкТл Країна ГДР, мкТл Країна ГДР, мкТл Бельгія 0,4/10/100 Німеччина 100 Фінляндія 0,4/100/500 Ізраїль 0,4/100 Норвегія 0,4/200 Франція 1/100 Італія 3/10/100 Росія 5 Хорватія 40/100 Нідерланди 0,4/200 Словенія 10/100 Швейцарія 1/100 75 Огляд систем контурного екранування для нормалізації магнітного поля кабельних ліній високої напруги ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 2(71) а б в г д е Рис. 1. Поперечний переріз траси КЛ (а), розподіл МП КЛ на висоті 0,5 м над землею (б) та традиційні екрани для зменшення МП КЛ: в – U-подібний електромагнітний екран [10]; г – плаский електромагнітний екран [11]; д – замкнений магнітний екран [11]; е – напівзамкнений магнітний екран [15] Fig. 1. Cross-section of cable line route (а), cable line magnetic fi eld distribution at a height of 0.5 m above the ground level (б), and common use shields for cable line magnetic fi eld mitigation: в – U-shaped electromagnetic shield [10]; г – plane electromagnetic shield [11]; д – closed magnetic shield [11]; е – un-closed magnetic shield [15] 76 В. ГРІНЧЕНКО, О. ТКАЧЕНКО, Т. БІЛАН ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 2(71) силовими кабелями, або що змінюють реактивний опір контурних екранів або їхніх окремих гілок. Принцип дії контурного екрана аналогічний до принципу дії електромагнітного екрана: первинне змінне МП створює змінний магнітний потік крізь контурний екран, і відповідно до закону електро- магнітної індукції в кабелях контурного екрана індукуються електричні струми. Тому кабелі кон- турних екранів, як і електромагнітні екрани, ви- готовляють з алюмінію, який має відносно висо- ку електричну провідність при порівняно низькій вартості. При зменшенні МП КЛ контурний екран доцільно розміщувати таким чином, щоб його ка- белі були паралельні силовим кабелям. Таке роз- ташування дає змогу збільшити магнітний потік скрізь контурний екран та, відповідно, підвищити наведені струми та ефективність екранування. Метою представленої роботи є визначення най- більш перспективних систем контурного екрануван- ня, що можуть бути використані для нормалізації магнітного поля кабельних ліній високої напруги. Проведений огляд наукових публікацій та па- тентів, присвячених методам та засобам змен- шення МП ліній електропередавання, показав, що провідними закордонними дослідницькими колективами, які займаються розробкою систем контурного екранування МП КЛ, є такі: а) колектив з Politecnico di Torino (Турін, Іта- лія) під керівництвом Dr. Aldo Canova [18–24]; б) колектив з Seville University (Севілья, Іс- панія) під керівництвом Dr. Juan Carlos del Pino López [25, 26]; в) колектив з Prysmian S.p.A. (Мілан, Італія) під керівництвом Dr. Paolo Maioli [28–30]. Системи контурного екранування, розроблені кожним з колективів, мають свої особливості. Про- те ці системи можуть бути класифіковані за такими ознаками: кількість контурних екранів у системі екранування; форма контурних екранів, що вико- ристовуються в системі екранування; спосіб підви- щення ефективності екранування МП КЛ. 2. Одноелементні системи контурного екра- нування Під «одноелементними» ми розуміємо системи екранування, які складаються з одного контурного екрана, всі кабелі якого з’єднані паралельно, та до- поміжних елементів для підвищення ефективності екранування. Розробкою одноелементних систем контурного екранування для нормалізації МП КЛ за- ймається колектив під керівництвом Dr. Aldo Canova. Результати їхніх досліджень представлено в роботах [18–23], а пропоновані конструкції систем екрану- вання захищено патентом [24]. Так, пропонується використовувати контурний екран з трьох кабелів, з’єднаних паралельно. На рис. 2 наведено декілька конструкцій таких екранів. Для посилення індук- тивного зв’язку між контурним екраном та КЛ вико- ристовуються феромагнітні осердя, які охоплюють силові кабелі. Системи екранування на рис. 2, а, б мають спільну ознаку: екранні кабелі намотані на феромагнітні осердя. Проте Dr. Aldo Canova з коле- гами віддають перевагу системі контурного екрану- вання, представленій на рис. 2, в, та яку вони назвали High Magnetic Coupling Passive Loop (HMCPL). Як видно, конструкція HMCPL є більш простою порів- няно з тими, що представлено на рис. 2, а, б. Ефек- тивність HMCPL досліджено в лабораторних умо- вах на відповідних фізичних макетах. Результати лабораторних досліджень, представлені в [18, 19], показали, що ефективність екранування МП КЛ може сягати 10 одиниць. На рис. 2, в показано, що уздовж кожного си- лового кабелю прокладено один екранний кабель HMCPL. У той же час для уникнення локального перегріву силового кабелю вздовж лінії приля- гання екранного кабелю, останній може бути за- мінений (розщеплений) на декілька паралельних. У [19] проаналізовано розподіли екранованого магнітного поля при використанні HMCPL, ви- конаного з трьох кабелів відповідно до рис. 2, в, та при розщеплені кожного з кабелів екрана на 2 з еквівалентним сумарним перерізом. Показано, що різниця максимальних значень магнітної ін- дукції в обох випадках є несуттєвою, незважаючи на відмінності розподілу екранованого поля. Від- повідно, можна стверджувати, що розщеплення не впливає на ефективність HMCPL. Результати подальших досліджень, представлених в [21–23], показали доцільність розщеплення екранного кабелю на 4 кабелі з еквівалентним сумарним перерізом. При практичній реалізації HMCPL, яку встановлено на діючу КЛ в зоні муфтових з’єднань, використано саме розщеплення на 4 екранні кабелі, розташованих рівномірно навколо кожного з силових кабелів (рис. 2, г). Найбільш повний аналіз цього типу HMCPL наведено в [23]. Таким чином, система контурного екранування HMCPL має низку переваг: ефективність екрану- вання МП КЛ може сягати 10 одиниць та більше; систему екранування апробовано на діючих КЛ; конструкція системи є відносно простою. Водно- час в [18–23] не представлено способу (методики) розрахунку величин струмів, індукованих в екран- них кабелях HMCPL, які необхідні для аналізу те- плового впливу HMCPL на силові кабелі та, від- повідно, для визначення зміни пропускної спро- можності КЛ. Так само не представлено способу розрахунку ефективності екранування МП КЛ. Наприклад, в [18] стверджується, що ефектив- 77 Огляд систем контурного екранування для нормалізації магнітного поля кабельних ліній високої напруги ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 2(71) ність екранування дорівнює 10, а в [21] представ- лено розподіл ефективності екранування, згідно з яким її значення може сягати 27 одиниць. Воче- видь, ефективність HMCPL є функцією координат точки спостереження та залежить від параметрів системи контурного екранування (геометричні розміри екранних кабелів, їхня електрична про- відність, розміри феромагнітних осердь і їхні маг- нітні властивості). Проте цю функцію не знайде- но, а в [21] стверджується: «Passive loop systems are quite complex to be analyzed». Інший тип одноелементної системи контур- ного екранування, що також складається з трьох екранних кабелів, з’єднаних паралельно, розгля- нуто в [25, 26] дослідницьким колективом з Seville University. Особливість цієї системи полягає у ви- користанні допоміжних конденсаторів певної єм- ності, під’єднаних до екранних кабелів (рис. 3, а), завдяки чому ефективність екранування МП КЛ може сягати 10–19 одиниць в залежності від пере- різу екранних кабелів. У [27] такі системи контур- ного екранування з допоміжними конденсаторами названо резонансними. Суттєвим недоліком таких систем екранування є істотна залежність ефектив- ності екранування від величини ємності викорис- таних конденсаторів, причому малі відхилення єм- ності від оптимального значення можуть виклика- ти значне зменшення ефективності екранування. Рис. 2. Одноелементні системи контурного екранування: а, б – схематичне зображення [24]; в – HMCPL [19]; г – приклади практичної реалізації HMCPL [20] Fig. 2. Single-element contour shielding systems: а, б – sketches of shielding systems [24]; в – sketch of HMCPL [19]; г – operative HMCPL [20] а б в г 78 В. ГРІНЧЕНКО, О. ТКАЧЕНКО, Т. БІЛАН ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 2(71) а б в г д Рис. 3. Схематичне зображення резонансних систем контурного екранування [25] (а) та характер залежності їхньої ефективності від ємності використаних конденсаторів [31] (б); схематичне зображення двоелементних систем контурного екранування при використанні допоміжних конденсаторів [26] (в) та у разі їх відсутності [28, 29] (г, д) Fig. 3. Sketches of resonance shielding systems [25] (а) and a character of dependence of their effi ciency on capacitor capacity [31] (б); sketches of double-element shielding systems with extra capacitors [26] (в) and without them [28, 29] (г, д) 79 Огляд систем контурного екранування для нормалізації магнітного поля кабельних ліній високої напруги ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 2(71) Цей ефект було виявлено іншим колективом в [31] при дослідженні ефективності екранування МП повітряних ліній електропередавання за допомо- гою схожих систем контурного екранування, що містять допоміжні конденсатори. На рис. 3, б на- ведено залежність ефективності екранування МП повітряної лінії від ємнісного опору, на якій видно значне спадання ефективності в околиці її макси- муму. Такий характер залежності ефективності системи екранування від ємності, яка зменшуєть- ся внаслідок деградації конденсаторів, ускладнює експлуатацію системи. 3. Двоелементні системи контурного екра- нування Під «двоелементними» ми розуміємо системи екранування, які складаються з двох контурних екранів, пов’язаних лише індуктивно. Розробкою таких систем контурного екранування для нормалі- зації МП КЛ займається колектив під керівництвом Dr. Juan Carlos del Pino López. Запропоновані ними системи екранування складаються з двох прямо- кутних контурних екранів [25, 26]. Один контурний екран розташовано поблизу КЛ, інший – між КЛ і поверхнею землі, яка є границею області екрану- вання (рис. 3, в). Вирішенню задачі оптимізації па- раметрів двоелементної системи контурного екра- нування присвячено [26]. У цій роботі визначено положення контурних екранів, струми в екранах та ємності допоміжних конденсаторів, які знаходяться в інтервалі від 2,4 до 7,4 мФ залежно від перерізу екранних кабелів та кількості витків кабелю в кожно- му з контурних екранів. Ефективність екранування системи коливається в інтервалі від 22,7 до 83,1 при використанні контурних екранів з перерізом 480 мм2 (кожний контурний екран складається з чотирьох кабелів з перерізом 120 мм2), та в інтервалі від 42,4 до 201,2 при використанні контурних екранів з пере- різом 960 мм2 (кожний контурний екран складається з восьми кабелів перерізом 120 мм2). Водночас такі двоелементні системи екранування мають істотні недоліки. По-перше, їхню ефективність, яка зале- жить від точки спостереження, не було верифіко- вано експериментально на фізичному макеті або на діючій КЛ. По-друге, двоелементні системи екрану- вання з допоміжними конденсаторами належать до класу «резонансних систем контурного екрануван- ня», обговорених вище. Відповідно, зміна ємності конденсаторів при їх експлуатації може викликати значні зміни ефективності екранування. Для повноти огляду слід звернути увагу на сис- теми контурного екранування, запропоновані в [28, 29]. Вони складаються з двох контурних екра- нів, один з яких розташовано в площині КЛ, інший – на деякій висоті над КЛ (рис. 3, г, д). Використан- ня допоміжних конденсаторів не передбачено. В роботах відзначається, що система екранування з таким розташуванням екранних кабелів не впливає на тепловий режим КЛ, проте аналізу ефективності екранування запропонованих систем не наведено. 4. Багатоелементні системи контурного екранування Під «багатоелементними» ми розуміємо системи екранування, які складаються з більш ніж двох кон- турних екранів. Розробкою таких систем контурного екранування займається колектив під керівництвом Dr. Paolo Maioli. Результати досліджень представле- но в роботах [28, 29], а запропоновані конструкції систем екранування захищено патентом [30]. Такі багатоелементні системи екранування можуть міс- тити від 5 до 16 контурних екранів. На рис. 4, а, б представлено, відповідно, схематичне зображення системи з 5 контурних екранів та приклад практич- ної реалізації системи з 9 контурних екранів. Хоча подібні системи контурного екранування не містять допоміжних феромагнітних осердь або конденсато- рів, проте згідно [29] забезпечують досить високу ефективність екранування МП КЛ. На рис. 4, в наве- дено залежність ефективності екранування системи з 16 контурних екранів від площі перерізу екранних кабелів. Як видно, може бути досягнуто ефектив- ність екранування МП КЛ понад 20 одиниць. Про- те це вимагає значного підвищення металоємності системи екранування. Підсумки огляду закордонних наукових публі- кацій структуровано в табл. 2, де зведено відомі системи контурного екранування та відзначено їхні відмінні ознаки. Найбільш перспективною системою можна вважати HMCPL, представлену на рис. 2, в. Її ефективність перевірено на діючих КЛ (рис. 2, г), експлуатація є простою порівняно з резонансними системами контурного екрану- вання (для яких необхідно проводити моніторинг ємності конденсаторів), а металоємність та габа- рити HMCPL є набагато меншими, ніж у багато- елементних систем контурного екранування. 5. Дослідження систем контурного екрану- вання МП КЛ в Україні В Україні дослідженнями систем контурного екранування для нормалізації МП КЛ займалися в Державній установі «Інститут технічних про- блем магнетизму НАН України» (Харків, Україна). Об’єктом дослідження було МП КЛ в зоні муфтових з’єднань. В [1] для нормалізації МП запропоновано використовувати одноконтурний екран з феромаг- нітними осердями та несиметричним магнітним зв’язком (рис. 5, а). Такий екран забезпечує високу ефективність екранування МП КЛ, що експеримен- 80 В. ГРІНЧЕНКО, О. ТКАЧЕНКО, Т. БІЛАН ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 2(71) а б в Рис. 4. Схематичне зображення системи з 5 контурних екранів [30] (а); приклад практичної реалізації системи з 9 контурних екранів [28] (б); залежність ефективності екранування системи з 16 контурних екранів від загальної площі перерізу екранних кабелів [29] (в) Fig. 4. Sketch of shielding system made of 5 passive loops [30] (а); operative shielding system made of 9 passive loops [28] (б); dependence of the shielding effi ciency from a total cross-section of shielding cables for shielding system made of 16 passive loops [29] (в) Таблиця 2. Відомі закордонні системи контурного екранування Table 2. Shielding systems designed abroad Система контурного екранування Число використаних контурних екранів Форма контурних екранів Спосіб підвищення ефективності екранування рис. 2, в 1 Три кабелі, з’єднані паралельно Допоміжні феромагнітні осердя, що охоплюють силові та екранні кабелі рис. 3, а 1 Три кабелі, з’єднані паралельно Допоміжні конденсатори певної ємності, під’єднані до екранів рис. 3, в 2 Прямокутний контур Допоміжні конденсатори певної ємності, під’єднані до екранів рис. 3, г, д 2 Прямокутний контур Розміщення «верхнього» контурного екрана між кабельною лінією та областю екранування рис. 4, а, б 5–16 Прямокутний контур Збільшення металоємності системи екранування тально підтверджено в [1] на повномасштабному фізичному макеті екрана (рис. 5, б). Так, при типо- вій для зон муфтових з’єднань відстані 0,5 м між силовими кабелями, рекомендованій ширині екра- на 1,5 м та при його розташуванні над кабельною лінією на висоті 0,3 м, ефективність екранування МП КЛ становила 7 одиниць. Особливістю одно- контурного екрана з феромагнітними осердями та 81 Огляд систем контурного екранування для нормалізації магнітного поля кабельних ліній високої напруги ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 2(71) несиметричним магнітним зв’язком є те, що його екранні кабелі віддалено від КЛ на висоту, рівну 0,4–0,6 відстані між сусідніми силовими кабелями. Це дозволяє мінімізувати тепловий вплив на КЛ у порівнянні з відомими контурними екранами ана- логічної ефективності та, відповідно, уникнути зни- ження пропускної спроможності КЛ [32]. 6. Висновки Величина магнітного поля кабельних ліній електропередачі високої напруги на висоті 0,5 м над поверхнею землі може перевищувати гранич- но допустимий рівень 10 мкТл, затверджений в Україні для зони житлової забудови. Перспективними засобами нормалізації маг- нітного поля кабельних ліній є системи контур- ного екранування. Відомі системи контурного екранування можуть бути класифіковані за таки- ми ознаками: кількість контурних екранів у сис- темі екранування; форма контурних екранів, що використовуються в системі екранування; спосіб підвищення ефективності екранування магнітно- го поля кабельних ліній. За кількістю контурних екранів системи поділяються на одноелемент- ні, двоелементні та багатоелементні (які можуть складатися з 16 контурних екранів). Відомі систе- ми екранування складаються або з прямокутних контурних екранів, або контурних екранів з трьох кабелів, з’єднаних паралельно. Для підвищен- ня ефективності систем контурного екранування можуть використовуватися феромагнітні осердя, що охоплюють силові та екранні кабелі, допоміж- ні конденсатори, під’єднані до екранних кабелів, спеціальне розташування контурів між кабельною лінією та областю екранування, збільшення мета- лоємності контурних екранів, тощо. До найбільш перспективних систем контурного екранування для нормалізації магнітного поля ка- бельних ліній високої напруги можна віднести сис- тему High Magnetic Coupling Passive Loop, запропо- новану в Politecnico di Torino (Турін, Італія), та одно- контурний екран з феромагнітними осердями та не- симетричним магнітним зв’язком, запропонований в Державній установі «Інститут технічних проблем магнетизму НАН України» (Харків, Україна). 7. Фінансування роботи. Представлену роботу виконано в рамках проєк- тів 0121U111836, 0120U100470 та 0122U000178, які фінансуються Національною академією наук України. Посилання 1. Rozov V.Y., Grinchenko V.S., Yerisov A.V., Do- brodeyev P.N. Effi cient shielding of three-phase cable line magnetic fi eld by passive loop under limited ther- mal eff ect on power cables. Electrical Engineering & Electromechanics, 2019, no. 6, pp. 50—54. https://doi. org/10.20998/2074-272X.2019.6.07 2. Про затвердження Правил охорони електричних мереж: Постанова Кабінету Міністрів України від 4 березня 1997 р. № 209 у редакції від 5 квітня 2017 р. 3. Правила улаштування електроустановок. Видан- ня офіційне. Міненерговугілля України. Х.: Видавни- цтво «Форт», 2017. 760 с. 4. Moro F., Turri R. Accurate calculation of the right-of- way width for power line magnetic fi eld impact assessment. Progress in Electromagnetics Research, 2012, vol. 37, pp. 343—364. http://doi.org/10.2528/PIERB11112206 5. Moro F., Turri R. Fast analytical computation of power-line magnetic fi elds by complex vector meth- od. IEEE Transactions on Power Delivery, 2008, vol. 23, no. 2, pp. 1042—1048. https://doi.org/10.1109/ TPWRD.2007.915212 а б AI BI CI a1 H 2a2 2I core C core А a1 l P2 P3 P4 P1 екранні кабелі осердя Рис. 5. Одноконтурний екран з феромагнітними осердями та несиметричним магнітним зв’язком [1]: схематичне зображення (а) та фото повномасштабного фізичного макета (б) Fig. 5. Single-loop shield with ferromagnetic cores and asymmetric magnetic coupling [1]: sketch (а) and photo of full-scale experimental setup (б) 82 В. ГРІНЧЕНКО, О. ТКАЧЕНКО, Т. БІЛАН ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 2(71) 6. Mimos E.I., Tsanakas D.K., Tzinevrakis A.E. Op- timum phase confi gurations for the minimization of the magnetic fi elds of underground cables. Electrical Engi- neering, 2010, vol. 91, no. 6, pp. 327—335. https://doi. org/10.1007/s00202-009-0126-x 7. Song Y.L., Yu C., Chuang F.C., Tseng Y.C., Zou J.Y., Hsu S.K., Ma T.G., Wu T.L., Chang L.M. Evaluation of magnetic fi eld from varied permutation power transmis- sion line at high technology nano-Fab. IEEE 4th Inter- national Conference on Power Electronics Systems and Applications, 2011, pp. 1—4. https://doi.org/10.1109/ PESA.2011.5982953 8. Karady G.G., Nunez C.V., Raghavan R. The feasibil- ity of magnetic fi eld reduction by phase relationship opti- mization in cable systems. IEEE Transactions on Power Delivery, 1998, vol. 13, no. 2, pp. 647—654. https://doi. org/10.1109/61.660956 9. Exposure limits for low-frequency fi elds (public). World Health Organization. Available online: http:// apps.who.int/gho/data/node.main.EMFLIMITSPUBLI- CLOW?lang=en 10. Hoeff elman J. Shielding of underground power ca- bles, From theory to practical implementation. 18th In- ternational Conference on Electricity Distribution. Round Table on Magnetic Field Mitigation Techniques, 2003, pp. 8—13. 11. De Wulf M., Wouters P., Sergeant P., Dupre´ L., Hoferlin E., Jacobs S., Harlet P. Electromagnetic shielding of high-voltage cables. Journal of Magnetism and Mag- netic Materials, 2007, no. 316, pp. e908—e911. https:// doi.org/10.1016/j.jmmm.2007.03.137 12. Zucca M., Lorusso G., Fiorillo F., Roccato P.E., Annibale M. Highly effi cient shielding of high-voltage underground power lines by pure iron screens. Jour- nal of Magnetism and Magnetic Materials, 2008, vol. 320, no. 20, pp. 1065—1069. https://doi.org/10.1016/j. jmmm.2008.04.096 13. Cardelli E., Faba A., Pirani A. Nonferromagnetic open shields at industrial frequency rate. IEEE Transac- tions on Magnetics, 2010, vol. 46, no. 3, pp. 889—898. https://doi.org/10.1109/TMAG.2009.2031110 14. Sergeant P., Koroglu S. Electromagnetic losses in magnetic shields for buried high voltage cables. Progress in Electromagnetics Research, 2011, vol. 115, pp. 441— 460. http://dx.doi.org/10.2528/PIER11022206 15. Riba Ruiz J.R., Alabern Morera X. Magnetic shields for underground power lines. International Conference on Renewable Energies and Power Quality, 2004, paper 230. 16. del-Pino-López J.C., Cruz-Romero P., Serrano-Irib- arnegaray L., Martínez-Román J. Magnetic fi eld shield- ing optimization in underground power cable duct banks. Electric Power Systems Research, 2014, vol. 114, pp. 21—27. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2014.04.001 17. Wall C.A., Arnera P.L., Barbieri M.B. Implementa- tion of a tool for magnetic fi eld mitigation using passive loops. 2012 6th IEEE/PES Transmission and Distribu- tion: Latin America Conference and Exposition, pp. 1—5. https://doi.org/10.1109/TDC-LA.2012.6319095 18. Canova A., Giaccone L. Magnetic fi eld mitigation of power cable by high magnetic coupling passive loop. 20th International Conference on Electricity Distribu- tion, 2009, paper 0163. 19. Canova A., Giaccone L. A novel technology for magnetic-fi eld mitigation: high magnetic coupling pas- sive loop. IEEE Transactions on Power Delivery, 2011, vol. 26, no. 3, pp. 1625—1633. https://doi.org/10.1109/ TPWRD.2010.2099671 20. Canova A., Giaccone L. Magnetic mitigation of HV cable junction zone. 8th International Conference on In- sulated Power Cables, 2011, paper B.1.6. 21. Canova A., Bavastro D., Freschi F., Giaccone L., Repetto M. Magnetic shielding solutions for the junction zone of high voltage underground power lines. Electric Power Systems Research, 2012, vol. 89, pp. 109—115. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2012.03.003 22. Canova A., Freschi F., Giaccone L., Guerrisi A., Repetto M. Magnetic fi eld mitigation by means of passive loop: technical optimization. COMPEL: The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineer- ing, 2012, vol. 31, no. 3, pp. 870—880. https://doi. org/10.1108/03321641211209762 23. Canova A., Freschi F., Giaccone L., Guerrisi A. The high magnetic coupling passive loop: A steady-state and transient analysis of the thermal behavior. Applied Ther- mal Engineering, 2012, vol. 37, pp. 154—164. https://doi. org/10.1016/j.applthermaleng.2011.11.010 24. Canova A., Giaccone L. Passive shielding system of a meshed and conductive type with high magnetic coupling passive loop: Patent no. PCT/IB2009/000445, 2009. 25. Cruz P., Hoeff elman J., del Pino J.C. Mitigación de campos magnéticos en líneas subterráneas de potencia mediante el empleo de lazos pasivos. IEEE Latin America Transactions, 2008, vol. 6, no. 2, pp. 59—65. 26. del-Pino-López J.C., Cruz-Romero P. The eff ective- ness of compensated passive loops for mitigating under- ground power cable magnetic fi elds. IEEE Transactions on Power Delivery, 2011, vol. 26, no. 2, pp. 674—683. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2009.2039150 27. Дикой В.П., Токарский А.Ю., Рубцова Н.Б., Мис- риханов М.Ш. Тросовые экраны и их применение на ВЛ-500 кВ. Повышение эффективности работы энергосистем. Тр. ИГЭУ., 2001, Вып. 4, C. 209—215. 28. Maioli P., Zaccone E. Thermal design of HV electric systems with EMF mitigation devices. International Col- loquium Power Frequency Electromagnetic Fields, 2009, paper R.18. 29. Maioli P., Zaccone E. Passive loops technique for electromagnetic fi elds mitigation: applications and theo- retical considerations. Jicable International Conference on Insulated Power Cables, 2007, pp. 231—236. 30. Maioli P. Shielding of high voltage cables: Patent No.: US 8,895,851 B2, 2014. 31. Faria J.A.B., Almeida M.E. Accurate calculation of magnetic-fi eld intensity due to overhead power lines with or without mitigation loops with or without capacitor com- pensation. IEEE Transactions on Power Delivery, 2007, vol. 22, no. 2, pp. 951—959. https://doi.org/10.1109/TP- WRD.2006.883025 32. Tkachenko O., Grinchenko V., Dobrodeyev P. Ther- mal eff ect of single loop shield on high-voltage cable line capacity. Problemele Energeticii Regionale, 2021, no. 1 (49), pp. 1—11. https://doi.org/10.52254/1857- 0070.2021.1-49.01 83 Огляд систем контурного екранування для нормалізації магнітного поля кабельних ліній високої напруги ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 2(71) REVIEW OF PASSIVE LOOP SYSTEMS FOR NORMALIZATION OF HIGH-VOLTAGE CABLE LINE MAGNETIC FIELD Volodymyr Grinchenko1, Ph.D., Senior Researcher, https://orcid.org/0000-0002-6195-3011 Oleksandr Tkachenko1, Ph.D., https://orcid.org/0000-0001-7307-7293 Tetiana Bilan2, Ph.D., Senior Researcher, https://orcid.org/0000-0002-0280-6716 1A. Pidhornyi Institute of Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2/10, Pozharskoho Street, Kharkiv, 61046, Ukraine; e-mail: ipmach@ipmach.kharkov.ua 2Institute of General Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, 172, Antonovycha Street, Kyiv, 03150, Ukraine; e-mail: info@ienergy.kiev.ua Corresponding author: vsgrinchenko@gmail.com Abstract. The paper is devoted to the review of known passive loop systems that can be used to normalize the high-voltage cable line magnetic fi eld. The purpose is to identify the most promising systems. We review the most cited scientifi c papers and patents about the reduction of the power line magnetic fi eld. We identify the top research groups engaged in the design of passive loop systems. The two groups are from Italy, the one each is from Spain and Ukraine. The passive loop systems developed by each group have their own features. We classify the systems according to the following characteristics: the number of passive loops in the shielding system, the shape of passive loops used in the shielding system, and the way to increase the shielding effi ciency of cable line magnetic fi eld. According to the number of passive loops, the systems can be divided into three types: single-element, double-element and multi-element. According to the shape of passive loops, two types of shielding systems can be distinguished, namely, the systems using rectangular passive loops and the systems using passive loops made of three cables connected in parallel. According to the method of the shielding effi ciency increasing, the system can be divided into four types: the fi rst type uses ferromagnetic cores covering power and shield cables, the second use additional capacitors connected to shield cables, the second type uses a unique arrangement of loops between the cable line and the shielding area, and the fourth type uses an increase in the cross-section of shield cables, respectively, an increase in the quantity of metal. The review shows the most promising passive loop systems for normalizing the high-voltage cable line magnetic fi eld are single-element systems with additional cores, namely «High Magnetic Coupling Passive Loop» and «Single-loop shield with ferromagnetic cores and asymmetric magnetic coupling». Keywords: magnetic fi eld, shielding, cable line, reference level, power frequency. References 1. Rozov V.Y., Grinchenko V.S., Yerisov A.V., Do- brodeyev P.N. Effi cient shielding of three-phase cable line magnetic fi eld by passive loop under limited ther- mal eff ect on power cables. Electrical Engineering & Electromechanics, 2019, no. 6, pp. 50–54. https://doi. org/10.20998/2074-272X.2019.6.07 2. On the approval of the Rules for the protection of electrical networks: Resolution of the Cabinet of Min- isters of Ukraine of March 4, 1997 No. 209 as amended on April 5, 2017 [in Ukrainian]. 3. Electrical installation regulations. Kharkiv, Fort Publ., 2017. 760 p. [in Ukrainian]. 4. Moro F, Turri R. Accurate calculation of the right-of- way width for power line magnetic fi eld impact assessment. Progress in Electromagnetics Research, 2012, vol. 37, pp. 343–364. http://doi.org/10.2528/PIERB11112206 5. Moro F, Turri R. Fast analytical computation of power-line magnetic fi elds by complex vector meth- od. IEEE Transactions on Power Delivery, 2008, vol. 23, no. 2, pp. 1042–1048. https://doi.org/10.1109/TP- WRD.2007.915212 6. Mimos E.I., Tsanakas D.K., Tzinevrakis A.E. Op- timum phase confi gurations for the minimization of the magnetic fi elds of underground cables. Electrical Engi- neering, 2010, vol. 91, no. 6, pp. 327–335. https://doi. org/10.1007/s00202-009-0126-x 7. Song Y.L., Yu C., Chuang F.C., Tseng Y.C., Zou J.Y., Hsu S.K., Ma T.G., Wu T.L., Chang L.M. Evalu- ation of magnetic fi eld from varied permutation power transmission line at high technology nano-Fab. IEEE 4th International Conference on Power Electronics Systems and Applications, 2011, pp. 1–4. https://doi. org/10.1109/PESA.2011.5982953 84 В. ГРІНЧЕНКО, О. ТКАЧЕНКО, Т. БІЛАН ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 2(71) 8. Karady G.G., Nunez C.V., Raghavan R. The fea- sibility of magnetic fi eld reduction by phase relation- ship optimization in cable systems. IEEE Transactions on Power Delivery, 1998, vol. 13, no. 2, pp. 647–654. https://doi.org/10.1109/61.660956 9. Exposure limits for low-frequency fi elds (public). World Health Organization. Available online: http:// apps.who.int/gho/data/node.main.EMFLIMITSPUB- LICLOW?lang=en 10. Hoeff elman J. Shielding of underground power cables, From theory to practical implementation. 18th International Conference on Electricity Distribution. Round Table on Magnetic Field Mitigation Techniques, 2003, pp. 8–13. 11. De Wulf M., Wouters P., Sergeant P., Dupre´ L., Hoferlin E., Jacobs S., Harlet P. Electromagnetic shielding of high-voltage cables. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2007, no. 316, pp. e908–e911. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2007.03.137 12. Zucca M., Lorusso G., Fiorillo F., Roccato P.E., Annibale M. Highly effi cient shielding of high-voltage underground power lines by pure iron screens. Jour- nal of Magnetism and Magnetic Materials, 2008, vol. 320, no. 20, pp. 1065–1069. https://doi.org/10.1016/j. jmmm.2008.04.096 13. Cardelli E., Faba A., Pirani A. Nonferromagnetic open shields at industrial frequency rate. IEEE Trans- actions on Magnetics, 2010, vol. 46, no.3, pp. 889–898. https://doi.org/10.1109/TMAG.2009.2031110 14. Sergeant P., Koroglu S. Electromagnetic losses in magnetic shields for buried high voltage cables. Prog- ress in Electromagnetics Research, 2011, vol. 115, pp. 441–460. http://dx.doi.org/10.2528/PIER11022206 15. Riba Ruiz J.R., Alabern Morera X. Magnetic shields for underground power lines. International Conference on Renewable Energies and Power Qual- ity, 2004, paper 230. 16. del-Pino-López J.C., Cruz-Romero P., Serra- no-Iribarnegaray L., Martínez-Román J. Magnetic fi eld shielding optimization in underground power cable duct banks. Electric Power Systems Research, 2014, vol. 114, pp. 21–27. https://doi.org/10.1016/j. epsr.2014.04.001 17. Wall C.A., Arnera P.L., Barbieri M.B. Imple- mentation of a tool for magnetic fi eld mitigation us- ing passive loops. 2012 6th IEEE/PES Transmission and Distribution: Latin America Conference and Exposition, pp. 1–5. https://doi.org/10.1109/TDC- LA.2012.6319095 18. Canova A., Giaccone L. Magnetic fi eld mitigation of power cable by high magnetic coupling passive loop. 20th International Conference on Electricity Distribu- tion, 2009, paper 0163. 19. Canova A., Giaccone L. A novel technology for magnetic-fi eld mitigation: high magnetic coupling pas- sive loop. IEEE Transactions on Power Delivery, 2011, vol. 26, no. 3, pp. 1625–1633. https://doi.org/10.1109/ TPWRD.2010.2099671 20. Canova A., Giaccone L. Magnetic mitigation of HV cable junction zone. 8th International Conference on Insulated Power Cables, 2011, paper B.1.6. 21. Canova A., Bavastro D., Freschi F., Giaccone L., Repetto M. Magnetic shielding solutions for the junction zone of high voltage underground pow- er lines. Electric Power Systems Research, 2012, vol. 89, pp. 109–115. https://doi.org/10.1016/j. epsr.2012.03.003 22. Canova A., Freschi F., Giaccone L., Guerrisi A., Repetto M. Magnetic fi eld mitigation by means of passive loop: technical optimization. COMPEL: The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineer- ing, 2012, vol. 31, no. 3, pp. 870–880. https://doi. org/10.1108/03321641211209762 23. Canova A., Freschi F., Giaccone L., Guerrisi A. The high magnetic coupling passive loop: A steady- state and transient analysis of the thermal behavior. Ap- plied Thermal Engineering, 2012, vol. 37, pp. 154–164. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.11.010 24. Canova A., Giaccone L. Passive shielding system of a meshed and conductive type with high magnetic coupling passive loop: Patent no. PCT/IB2009/000445, 2009. 25. Cruz P., Hoeff elman J., del Pino J.C. Mitigación de campos magnéticos en líneas subterráneas de potencia mediante el empleo de lazos pasivos. IEEE Latin Amer- ica Transactions, 2008, vol. 6, no. 2, pp. 59–65. 26. del-Pino-López J.C., Cruz-Romero P. The ef- fectiveness of compensated passive loops for mit- igating underground power cable magnetic fi elds. IEEE Transactions on Power Delivery, 2011, vol. 26, no. 2, pp. 674–683. https://doi.org/10.1109/TP- WRD.2009.2039150 27. Dikoi V.P., Tokarskiy A.Yu., Rubtsova N.B., Mis- rikhanov M.Sh. Rope shields and their application on 500 kV overhead lines. Improvement of power system effi ciency. Proceedings of ISPU, 2001, Issue. 4, pp. 209–215. 28. Maioli P., Zaccone E. Thermal design of HV elec- tric systems with EMF mitigation devices. Interna- tional Colloquium Power Frequency Electromagnetic Fields, 2009, paper R.18. 29. Maioli P., Zaccone E. Passive loops technique for electromagnetic fi elds mitigation: applications and the- oretical considerations. Jicable International Confer- ence on Insulated Power Cables, 2007, pp. 231–236. 30. Maioli P. Shielding of high voltage cables: Patent No.: US 8,895,851 B2, 2014. 31. Faria J.A.B., Almeida M.E. Accurate calculation of magnetic-fi eld intensity due to overhead power lines with or without mitigation loops with or without ca- pacitor compensation. IEEE Transactions on Power Delivery, 2007, vol. 22, no. 2, pp. 951–959. https://doi. org/10.1109/TPWRD.2006.883025 32. Tkachenko O., Grinchenko V., Dobrodeyev P. Ther- mal eff ect of single loop shield on high-voltage cable line capacity. Problemele Energeticii Regionale, 2021, no. 1 (49), pp. 1–11. https://doi.org/10.52254/1857- 0070.2021.1-49.01 Надійшла до редколегії: 27.10.2022
id	systemreorg-article-617
institution	System Research in Energy
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2026-07-19T01:19:25Z
publishDate	2022
publisher	General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
record_format	ojs
resource_txt_mv	systemreorg/98/59f31205080d6a2946acb20f2b718d98.pdf
spelling	systemreorg-article-6172026-07-18T12:57:43Z Review of passive loop systems for normalization of high-voltage cable line magnetic field Огляд систем контурного екранування для нормалізації магнітного поля кабельних ліній високої напруги Grinchenko , Volodymyr Tkachenko , Oleksandr Bilan , Tetyana magnetic field, shielding, cable line, reference level, power frequency магнітне поле, екранування, кабельна лінія, гранично допустимий рівень, промислова частота The paper is devoted to the review of known passive loop systems that can be used to normalize the high-voltage cable line magnetic field. The purpose is to identify the most promising systems. We review the most cited scientific papers and patents about the reduction of the power line magnetic field. We identify the top research groups engaged in the design of passive loop systems. The two groups are from Italy, the one each is from Spain and Ukraine. The passive loop systems developed by each group have their own features. We classify the systems according to the following characteristics: the number of passive loops in the shielding system, the shape of passive loops used in the shielding system, and the way to increase the shielding efficiency of cable line magnetic field. According to the number of passive loops, the systems can be divided into three types: single-element, double-element and multi-element. According to the shape of passive loops, two types of shielding systems can be distinguished, namely, the systems using rectangular passive loops and the systems using passive loops made of three cables connected in parallel. According to the method of the shielding efficiency increasing, the system can be divided into four types: the first use ferromagnetic cores covering power and shield cables, the second use additional capacitors connected to shield cables, the third use a unique arrangement of loops between the cable line and the shielding area, the fourth use an increase in the cross-section of shield cables, respectively, an increase in the quantity of metal. The review shows the most promising passive loop systems for normalizing the high-voltage cable line magnetic field are single-element systems with additional cores, namely «High Magnetic Coupling Passive Loop» and «Single-loop shield with ferromagnetic cores and asymmetric magnetic coupling». Роботу присвячено огляду відомих систем контурного екранування, що можуть бути використані для нормалізації магнітного поля кабельних ліній високої напруги. Метою роботи є визначення найбільш перспективних систем. У результаті проведеного огляду наукових публікацій та патентів, присвячених методам та засобам зменшення магнітного поля ліній електропередавання, визначено основні дослідницькі колективи, які займаються розробками систем контурного екранування для нормалізації магнітного поля кабельних ліній: два колективи – в Італії, по одному – в Іспанії та Україні. Системи контурного екранування, розроблені кожним із колективів, мають свої особливості, проте можуть бути класифіковані за такими ознаками: кількість контурних екранів у системі екранування; форма контурних екранів, що використовуються в системі екранування; спосіб підвищення ефективності екранування магнітного поля кабельних ліній. За кількістю контурних екранів системи можна поділити на три групи: одноелементні, двоелементні та багатоелементні. За формою контурних екранів можна виділити дві групи систем екранування – що складаються з прямокутних контурних екранів або контурних екранів з трьох кабелів, з’єднаних паралельно. За способом підвищення ефективності екранування системи можна поділити на чотири групи: перші використовують феромагнітні осердя, що охоплюють силові та екранні кабелі; другі – допоміжні конденсатори, під’єднані до екранних кабелів; треті – спеціальне розташування контурів між кабельною лінією та областю екранування; четверті – збільшення перерізу екранних кабелів. За результатами проведеного огляду, найбільш перспективними системами контурного екранування для нормалізації магнітного поля кабельних ліній високої напруги визначено одноелементні з допоміжними осердями, а саме «High Magnetic Coupling Passive Loop» та «одноконтурний екран з феромагнітними осердями та несиметричним магнітним зв’язком». General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2022-12-27 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/617 10.15407/srenergy2022.02.073 System Research in Energy; No. 2(71) (2022): System Research in Energy; 73-84 Системні дослідження в енергетиці; № 2(71) (2022): Системні дослідження в енергетиці; 73-84 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/617/539 Copyright (c) 2022 Volodymyr Grinchenko , Oleksandr Tkachenko , Tetyana Bilan https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0
spellingShingle	magnetic field shielding cable line reference level power frequency Grinchenko , Volodymyr Tkachenko , Oleksandr Bilan , Tetyana Review of passive loop systems for normalization of high-voltage cable line magnetic field
title	Review of passive loop systems for normalization of high-voltage cable line magnetic field
title_alt	Огляд систем контурного екранування для нормалізації магнітного поля кабельних ліній високої напруги
title_full	Review of passive loop systems for normalization of high-voltage cable line magnetic field
title_fullStr	Review of passive loop systems for normalization of high-voltage cable line magnetic field
title_full_unstemmed	Review of passive loop systems for normalization of high-voltage cable line magnetic field
title_short	Review of passive loop systems for normalization of high-voltage cable line magnetic field
title_sort	review of passive loop systems for normalization of high-voltage cable line magnetic field
topic	magnetic field shielding cable line reference level power frequency
topic_facet	magnetic field shielding cable line reference level power frequency магнітне поле екранування кабельна лінія гранично допустимий рівень промислова частота
url	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/617
work_keys_str_mv	AT grinchenkovolodymyr reviewofpassiveloopsystemsfornormalizationofhighvoltagecablelinemagneticfield AT tkachenkooleksandr reviewofpassiveloopsystemsfornormalizationofhighvoltagecablelinemagneticfield AT bilantetyana reviewofpassiveloopsystemsfornormalizationofhighvoltagecablelinemagneticfield AT grinchenkovolodymyr oglâdsistemkonturnogoekranuvannâdlânormalízacíímagnítnogopolâkabelʹnihlíníjvisokoínaprugi AT tkachenkooleksandr oglâdsistemkonturnogoekranuvannâdlânormalízacíímagnítnogopolâkabelʹnihlíníjvisokoínaprugi AT bilantetyana oglâdsistemkonturnogoekranuvannâdlânormalízacíímagnítnogopolâkabelʹnihlíníjvisokoínaprugi

Review of passive loop systems for normalization of high-voltage cable line magnetic field

Репозитарії

Схожі ресурси