СПОСОБИ ЗМЕНШЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПІДЗЕМНИХ СИЛОВИХ КАБЕЛІВ В ПОЛІЕТИЛЕНОВИХ ТРУБАХ З КОМПОЗИЦІЙНОГО МАГНІТНОГО МАТЕРІАЛУ
The magnetic field of a high-voltage (330 kV) underground single-circuit power cable line, laid in a polyethylene pipe having magnetic properties, with the use of special loose-fill/fill-up soil of different dimensions (bulk) is studied by computer modeling. The pipe and additional soil around and n...
Gespeichert in:
| Datum: | 2022 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2022
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/190 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870287626172366848 |
|---|---|
| author | Кучерява, І.М. |
| author_facet | Кучерява, І.М. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "І.М. Кучерява",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
}
] |
| author_sort | Кучерява, І.М. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-05-25T09:20:56Z |
| description | The magnetic field of a high-voltage (330 kV) underground single-circuit power cable line, laid in a polyethylene pipe having magnetic properties, with the use of special loose-fill/fill-up soil of different dimensions (bulk) is studied by computer modeling. The pipe and additional soil around and near the cables are made of a composite material with effective magnetic properties and can act as a magnetic shield that reduces the level of the field on the ground. The efficiency of field shielding depending on the height and width of the composite loose-fill/fill-up soil is analyzed. The existence of the optimal not large (in height) fill-up soil for the best mitigation of the magnetic field on the ground directly above the cables, and the influence of the width of the loose-fill/fill-up soils on the shielding efficiency are revealed. The characteristic features of the magnetic field distribution within the considered shielding elements of the cable line depending on the availability or non-availability of composite loose-fill soil and the height of the fill-up soil with effective magnetic properties are presented. The shielding efficiency of underground single-circuit three-phase power cable lines when using the magnetic fill-up soil with a certain small height (volume) is grounded. References 11, figures 4. |
| doi_str_mv | 10.15407/techned2022.03.022 |
| first_indexed | 2026-06-16T01:04:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
22 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2022. № 3
УДК 621.315.2:004.94 DOI: https://doi.org/10.15407/techned2022.03.022
СПОСОБИ ЗМЕНШЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПІДЗЕМНИХ
СИЛОВИХ КАБЕЛІВ В ПОЛІЕТИЛЕНОВИХ ТРУБАХ
З КОМПОЗИЦІЙНОГО МАГНІТНОГО МАТЕРІАЛУ
І.М. Кучерява, докт. техн. наук
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна.
E-mail: rB.irinan@gmail.com
За допомогою комп’ютерного моделювання досліджено магнітне поле високовольтної (330 кВ) підземної одно-
ланцюгової кабельної лінії, прокладеної в поліетиленовій трубі з магнітними властивостями, з використанням
спеціального насипного/засипного ґрунту різних розмірів (об’єму). Труба та додатковий ґрунт навколо і побли-
зу кабелів виготовляються з композиційного матеріалу з ефективними магнітними властивостями і можуть
виконувати функцію магнітного екрана, зменшуючи рівень поля навколо кабельної лінії. Вивчено ефективність
екранування поля кабельної лінії залежно від висоти і ширини композиційного насипного/засипного ґрунту. Ви-
явлено існування оптимальної невеликої висоти насипки, необхідної для найбільшого зменшення магнітного
поля кабелів на поверхні землі безпосередньо над ними, та вплив ширини насипного та засипного ґрунту на ефе-
ктивність екранування. Проаналізовано характерні особливості розподілу магнітного поля в розглянутих екра-
нуючих елементах кабельної лінії залежно від наявності чи відсутності композиційного засипного ґрунту і висо-
ти насипного ґрунту з ефективними магнітними властивостями. Обґрунтовано ефективність екранування під-
земних одноланцюгових трифазних кабельних ліній з використанням магнітного насипного ґрунту визначеної не-
великої висоти (об’єму). Бібл. 11, рис. 4.
Ключові слова: підземна трифазна кабельна лінія, прокладання кабелів в трубі, насипний/засипний ґрунт, ком-
позиційний матеріал, екранування магнітного поля, комп’ютерне моделювання.
Вступ. Прокладання в районах міської забудови сучасних високовольтних і надвисоковольт-
них кабельних ліній (напругою до 500 кВ) здійснюється, як правило, в ґрунті, в спеціальних кабель-
них спорудах (тунелях, каналах), в поліетиленових трубах, тобто за умови забезпечення додаткового
захисту від ушкоджень [1–4]. Для захисту силових кабелів на ділянках перетину з автодорогами і за-
лізницями, інженерними спорудами і природніми завадами використовуються труби і спеціальне
приладдя з різних термопластикових матеріалів – поліетилену, поліпропілену, полівінілхлориду.
Особливо підходять для прокладання силових кабелів на напругу 6–500 кВ труби з полімерних ком-
позицій високої термостійкості [2]. Наприклад, на практиці силові кабелі захищаються шляхом вико-
ристання термостійких труб зі спеціальних пластикових матеріалів китайської фірми Power Cable
Protection Pipe та американської компанії Eagle (останні під назвою electrical conduit) [3]. Припуска-
ється розміщення трьох фаз одного кабельного ланцюга в одній трубі. Поліетиленові труби є одним з
найбільш прийнятних рішень для підземних кабельних ліній, а згідно з висновком статті [2] прокла-
дання кабельних ліній у трубах не є основною причиною зниження пропускної здатності кабелів. До
того ж, поліетиленові труби мають невелику вагу, високу міцність та ізоляційні властивості, стійкість
до корозійних впливів, окислення і проникнення вологи, довготривалий строк експлуатації, забезпе-
чують захист кабелів від зовнішніх механічних впливів.
У сучасних умовах актуальним питанням є задоволення високих нормативних вимог до техні-
ко-екологічної (електромагнітної) безпеки широко використовуваних високовольтних кабельних лі-
ній – мається на увазі необхідність забезпечення регламентованого рівня магнітного поля кабелів в
оточуючому середовищі за рахунок вдосконалення та розроблення нових способів спорудження ка-
бельних ліній, а також використання допоміжних засобів та новітніх технологічних рішень для зме-
ншення магнітного поля, що створюється кабелями. У цьому напрямку в роботі [5] запропоновано
використання поліетиленових труб, у матеріал яких введено дрібнодисперсні магнітні частки, за ра-
хунок чого забезпечуються ефективні магнітні властивості труб. Такі труби можуть виконувати роль
магнітних екранів. Окрім того, що стосується кабелів підземного прокладання, ґрунти з магнітними
властивостями, завдяки додаванню в їх склад магнітної фракції (мікро- або нано-розмірних магнітних
часток), теж здатні екранувати магнітне поле кабельних ліній [6, 7], зокрема в роботі [6] розглянуто
© Кучерява І.М., 2022
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2022. № 3 23
засипні ґрунти (ґрунти безпосередньо навколо кабелів) та насипні ґрунти (зверху кабелів) з ефектив-
ними магнітними властивостями – магнітною проникністю eff до 100.
Зазначимо, що насипні та засипні ґрунти можуть поєднувати роль магнітних екранів і середо-
вища з поліпшеними тепловими властивостями (так званих коректуючих ґрунтів, тобто спеціально
підібраних ґрунтів з заданою теплопровідністю) для одночасного зменшення магнітного поля кабелів
і забезпечення їх допустимого температурного режиму. Саме дотримання припустимого рівня нагріву
кабелів важливо для довготривалої експлуатації кабелів з визначеною пропускною здатністю [8, 9].
Метою роботи є кількісне дослідження ефективності зниження магнітного поля підземної
надвисоковольтної (330 кВ) трифазної кабельної лінії на поверхні ґрунту, яка прокладена в поліети-
леновій трубі з магнітними властивостями та в навколишньому і близько розташованому ґрунті, що
також має магнітні властивості і різні геометричні параметри.
Навколишнім ґрунтом вважається засипний магнітний ґрунт (ЗМҐ), а близько розташованим –
насипний композиційний ґрунт (НМҐ), що насипається зверху труби з кабелями (рис. 1, а, б).
Робота виконується за допомогою двовимірного чисельного моделювання методом скінчен-
них елементів у програмі Comsol [10] для діючої в Україні кабельної лінії [8]. Досліджувана підземна
лінія прокладена в трубі безтраншейно на глибині 1,5 м паралельно поверхні землі, має додатково
насипний/засипний композиційний ґрунт з геометричними параметрами – l, h і магнітною проникніс-
тю eff = 100 (рис. 1). Кабелі в лінії розташовані трикутником. Послідовність фаз кабелів – АВС
зліва направо. У жилах кабелів протікає трифазна система струмів, рівномірно розподілених у пере-
тині жил. Алюмінієві жили кабелів мають розмір поперечного перетину 800 мм2. Струм у номіналь-
ному режимі номI = 630 А [8]. Поліетиленова труба радіусом 25 см, товщиною 3 см теж виконана з
композиційного матеріалу, що має магнітну проникність eff . Комп’ютерне моделювання проводить-
ся за умови, що електропровідність композиційного ґрунту не враховується (задається рівною нулю).
Модель для дослідження. Задача формулюється для усталеного режиму в декартовій системі
координат Oxy (рис. 1) у припущенні, що умови прокладання кабельної лінії однакові за всією дов-
жиною, а кабелі і екрануючі елементи (труба, НМҐ/ЗМҐ) достатньо довгі і незмінні вздовж кабельної
траси. Невідомою електромагнітної задачі є комплексна величина векторного магнітного потенціалу
з ненульовою z–складовою (0,0, )zAA .
Математична модель базується на підходах і рівняннях, наведених у [11], і детально описана в
роботах [5, 6].
Основою моделі є система інтегро-диференціальних рівнянь загального вигляду
1 1
0( )i r i ij U
. .
A A , (1)
( )
i i
z i z i i i
S S
J dS j A U dS I , (2)
а б
Рис. 1
насипний ґрунт
труба
h
l
Δ
eff
y
x 0
Варіант 1 насипний ґрунт
засипний
ґрунт
R
eff
Варіант 2
eff
24 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2022. № 3
де 2 f – кутова частота струму ( f =50 Гц); j – уявна одиниця; індекс i відноситься до i -го
провідного середовища в розрахунковій області; i – електропровідність i -го середовища (в загаль-
ному випадку жил, екранів кабелів); 0 і r eff – магнітна постійна і відносна магнітна проник-
ність магнітного екрана у вигляді НМҐ/ЗМҐ та труби з композиційного матеріалу, відповідно; r = 1
для немагнітних елементів розрахункової області, зокрема елементів кабелів, природного ґрунту, по-
вітряного середовища всередині труби; zJ – z-складова густини струму в провідниках.
Рівняння (1)–(2) містять комплексні напругу і струм. Рівняння (2) записано для ділянки кола зі
струмом iI , падінням напруги iU , площею поперечного перерізу iS . Комплексна величина iI є
струмом у жилі i -го кабелю. У кабельних жилах задаються струми, зміщені за фазою на 120° і одна-
кові за амплітудою, рівною номінальному значенню номI . Струм iI в металевих екранах кабелів до-
рівнює нулю. В області екранів задається iU = 0 (реалізується випадок замкнених з обох сторін на
землю внутрішніх екранів кабелів). Падіння напруги на жилах однакові та зміщені за фазою, їх зна-
чення розраховуються за виразами: jo
i жU U e , 2 /3j
i жU U e , 4 /3j
i жU U e , відповідно у
фазах А, В, С. При цьому жU задається за умови рівності струмів у жилах струму в номінальному
режимі. Як показали розрахунки, у такому разі різниця діючих значень струмів в жилах не перевищує
5%.
Рівняння (1)–(2) доповнюються умовою магнітної ізоляції на всіх зовнішніх границях розра-
хункової області
0zA . (3)
Вектор магнітної індукції дорівнює ( )rotB A . Складові вектора поля визначаються як
/x zB A y ; /y zB A x . Досліджуються значення і розподіл величини | B |= 2 2| | | |x yB B в ак-
тивній розрахунковій області і на поверхні землі безпосередньо над кабельною лінією.
Результати комп’ютерного моделювання. На рис. 1 у кольоровому зображенні показано ха-
рактерний розподіл магнітного поля | B | в активній зоні області розрахунку для двох варіантів ком-
позиційного ґрунту. Як видно, у разі використання такого ґрунту магнітне поле концентрується в об-
ласті жил кабелів і під ними в нижній частині матеріалу труби. Магнітний матеріал труби вступає у
взаємодію з магнітним полем кабелів і змінює його розподіл, особливо це виявляється за наявності
ЗМҐ. При цьому, за рахунок перерозподілу поля, за однакової висоти НМҐ h =0,5 м для варіанту 1 в
трубі реалізується значення | B |= 8,1 мТ, а для варіанту 2 – | B |= 5,9 мТ.
Дані рис. 2 ілюструють змінення магнітної індукції на поверхні землі в залежності від довжи-
ни l і висоти h композиційного ґрунту навколо труби з кабельною лінією. Крива 1 відповідає випадку
лише НМҐ над трубою; крива 2 – використанню НМҐ і
ЗМҐ довжиною l = 0,7 м. Верхня пунктирна лінія пред-
ставляє значення поля у немагнітному природному
ґрунті (без спеціального НМҐ або ЗМҐ). Нижня пунк-
тирна лінія побудована для випадку НМҐ і ЗМҐ з дов-
жиною l = 1 м.
Залежності рис. 2 показують наступне:
– ефективність екранування за допомогою од-
ного НМҐ проявляється лише при певній висоти h – не
більше ~ 0,4 м; використання великого об’єму НМҐ
(h > 0,4 м) не є ефективним – магнітне поле в оточую-
чому середовищі і на поверхні землі посилюється
(крива 1);
– існує оптимальне значення висоти НМҐ
*h 0,05…0,07 м (крива 1), у разі якого реалізується
найбільше зниження магнітного поля на поверхні землі;
Рис. 2
x10–6 | B |, T
h, м
м7,0
100
l
eff
без насипки
h*
1 – без засипки
2 – з засипкою
з засипкою l = 1 м
– 1eff
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2022. № 3 25
– найбільш ефективним способом екранування магнітного поля кабелів є використання обох
варіантів композиційного ґрунту – НМҐ і ЗМҐ (крива 2); під більшою ефективністю екранування ма-
ється на увазі можливість отримання менших значень магнітного поля на поверхні землі у порівнянні
з випадком відсутності додаткового магнітного ґрунту – значень нижче лінії eff 1 на рис. 2;
– у разі збільшення ширини додаткових НМҐ і ЗМҐ, зростає ефективність екранування магні-
тного поля і збільшується діапазон змінення висоти НМҐ, можливий для найкращого зниження поля
(нижня пунктирна крива, відмічена l = 1 м).
На доповнення розрахункових даних рис. 2, на рис. 3, а наведено змінення магнітної індукції
| B | вздовж центральної вертикальної лінії по висоті насипки (прямої LM на рис. 3, б) за різних зна-
чень h НМҐ. Розподіл магнітного поля (у кольорі) в об’ємі НМҐ з висотою h = 0,1 м представлено на
рис. 3, б. Показано, що за більш низької насипці в ній генеруються більш високі значення | B |, мак-
симум яких знаходиться ближче до кабельної лінії. Найбільша величина поля відповідає меншій ви-
соті НМҐ – h = 0,1 м. Для цього випадку у безпосередній близькості до поверхні землі поле зменшу-
ється до менших значень у порівнянні з висотою h = 0,5 м.
Пояснення залежностей на рис. 2 відносно необхідності невеликої висоти НМГ для більшого
зменшення рівня магнітного поля на поверхні землі може бути проведено за допомогою картин век-
тора магнітної індукції B (у вигляді ліній потоку) навколо кабельної лінії та поблизу поверхні землі
для двох варіантів прокладання кабелів в композиційній трубі та різній висоті h НМҐ (рис. 4).
У загальному випадку розподіл магнітного поля поблизу провідників залежить від моменту
часу. Однак найбільший інтерес для дослідження представляє, перш за все, характер розподілу поля в
зоні неподалік від поверхні ґрунту. До того ж, як показано розрахунковим шляхом, зі зміненням часу
картини магнітного поля змінюються обертально в площині поперечного перетину кабелів ( Oxy ), а
суттєві особливості залишаються незмінними.
Як свідчить рис. 4, магнітне поле проникає в магнітний матеріал труби, НМҐ та ЗМҐ. У разі
відсутності композиційної засипки поле більше концентрується в стінках труби (рис. 4, а), а у разі
використання ЗМҐ магнітне поле перерозподіляється, охоплюючи об’єм магнітних середовищ за-
мкненими потоками кругового характеру (рис. 4, б). Загальною особливіст. для двох розглянутих ва-
ріантів є концентрація поля саме на верхній границі НМҐ, а також просування більших значень маг-
нітної індукції все ближче до поверхні землі у разі збільшення висоти НМҐ. Аналогічний висновок
було отримано для підземних трифазних кабельних ліній без додаткового захисту (безтрубного про-
кладення) з трикутним і горизонтальним розташуванням кабелів і наявності НМҐ.
Для порівняння результатів для варіанту 2 на рис. 3, в наведено розподіл магнітного поля (лі-
ніями потоку) навколо кабельної лінії, що має ЗМГ і не має магнітної насипки (h = 0).
Згідно з результатами роботи [6] використання ЗМҐ є найбільш ефективним з точки зору реа-
лізації екрануючих властивостей у порівнянні з насипним композиційним ґрунтом. Як показано у да-
а б в
Рис. 3
| B |, T
h, м
м7,0
100
l
eff
h = 0,5 м
h = 0,1 м
eff
Варіант 2
L
M
0,1 м
поверхня землі
h = 0
26 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2022. № 3
ній роботі, збільшити ступінь пом’якшення магнітного поля на поверхні землі дає змогу варіант 2 –
наявність ЗМҐ та НМҐ невеликого обсягу.
Висновки. 1. Досліджено магнітне поле одноланцюгової надвисоковольтної кабельної лінії,
прокладеної в поліетиленовій трубі, виготовленій з композиційного магнітного матеріалу, і в спеціа-
льному насипному/засипному ґрунті, який має ефективні магнітні властивості, завдяки додаванню в
матеріали магнітної компоненти дрібної дисперсності. Такі труби і композиційні ґрунти можуть ви-
конувати роль магнітних екранів, що зменшують магнітне поле на поверхні землі. Використання до-
даткових магнітних ґрунтів дозволяє досягти зменшення поля на рівні поверхні ґрунту над кабелями
більше ніж у 2,5 рази (рис. 2).
2. Проаналізовано особливості характеру розподілу і змінення магнітного поля кабельної лінії
в оточуючому середовищі і в трубі залежно від висоти і ширини композиційного насипного/ засипно-
го ґрунту.
3. Для розглянутої кабельної лінії проведено кількісний аналіз ефективності зниження рівня
магнітного поля на поверхні ґрунту за рахунок застосування насипного/засипного ґрунту з магнітни-
ми властивостями.
4. Дано пояснення виявленого факту, що великі обсяги композиційного засипного, а особливо
насипного ґрунту не забезпечують найбільшої ефективності екранування магнітного поля силових
кабелів (рис. 4). Існують оптимальні значення висоти таких спеціальних ґрунтів для забезпечення
найбільшого зменшення магнітного поля кабелів на поверхні землі (рис. 2).
5. Для практики прокладання кабельних ліній в трубах з магнітними властивостями найбільш
ефективні екрануючі можливості реалізуються за наявності композиційних засипного та насипного
ґрунтів визначеного обсягу (для розглянутого випадку у разі насипного магнітного ґрунту з висотою
h = 0,1–0,5 м, рис. 2).
Рис. 4
поверхня землі
h = 0,1 м
h = 0,5 м
h = 1 м B
Варіант 1
а
поверхня землі
h = 0,1 м
h = 0,5 м h = 1 м
Варіант 2
б
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2022. № 3 27
Робота фінансувалася частково за держбюджетною темою "Розвинути теорію імпульсних і високо-
частотних перехідних електромагнітних процесів в енергетичних і технологічних резонансних установках та
високовольтних кабельних лініях електропередачі" (Шифр "ЕЛКАБ"), (№ держреєстрації 0117U007713), та
частково за темою "Розроблення засобів створення інтелектуальних екологічно безпечних силових кабелів для
традиційної та відновлюваної електроенергетики" Цільової комплексної програми наукових досліджень НАН
України "Інтелектуальна екологічно безпечна енергетика з традиційними та відновлюваними джерелами енер-
гії" ("Нова енергетика", 2019–2021 рр.), КПКВК 6541030.
1. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4–35 кВ и 110–1150 кВ. Т. 3. М.: Папирус-Про,
2004. 688 с.
2. Дмитриев М.В. Кабельные линии, проложенные в полиэтиленовых трубах. Тепловой расчет. Ново-
сти электротехники. 2013. № 4 (82). С. 11–17.
3. Дмитриев М.В. Требования к трубам для прокладки силовых кабельных линий. Кабель-news. 2014.
№ 6. С. 22–26.
4. Boukrouche F., Moreau C., Pelle J., Beaubert F., Harmand S., Moreau O. Mock-up study of the effect of
wall distance on the thermal rating of power cables in ventilated tunnels. IEEE Trans. on Power Delivery. 2017. Vol.
32. No 6. Pp. 2453–2461. DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2016.2629285
5. Щерба А.А., Подольцев О.Д., Кучерява І.М. Дослідження магнітного поля силових кабелів, прокла-
дених у поліетиленових трубах з магнітними властивостями. Технічна електродинаміка. 2020. № 3. C. 15–21.
DOI: https://doi.org/10.15407/techned2020.03.015
6. Щерба А.А., Подольцев А.Д., Кучерявая И.Н. Магнитное поле подземной кабельной линии 330 кВ и
способы его уменьшения. Технічна електродинаміка. 2019. № 5. С. 3–9. DOI:
https://doi.org/10.15407/techned2019.05.003
7. Кучерява І.М. Особливості екранування магнітного поля підземної трифазної кабельної лінії за до-
помогою насипного композиційного ґрунту з магнітними властивостями. Праці Інституту електродинаміки
НАН України. 2021. Вип. 58. С. 14-22. DOI: https://doi.org/10.15407/publishing2021.58.014
8. Лях В.В., Молчанов В.М., Сантацкий В.Г., Квицинский А.А. Кабельная линия напряжением 330 кВ:
некоторые аспекты проектирования. Промэлектро. 2009. № 6. C. 27–33.
9. Leon F., Anders G.J., Effects of backfilling on cable ampacity analyzed with the finite element method.
IEEE Trans. on Power Delivery. 2008. Vol. 23. No 2. Pp. 537–543. DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2008.917648
10. Comsol multiphysics modeling and simulation software. URL: http://www.comsol.com/ (дата доступу
21.03.2021)
11. Подольцев А.Д., Кучерявая И.Н. Мультифизическое моделирование в электротехнике. К.: Ин-т эле-
ктродинамики НАН Украины, 2015. 305 с.
METHODS FOR MITIGATION OF MAGNETIC FIELD GENERATED BY UNDERGROUND POWER
CABLES IN POLYETHYLENE PIPES MADE OF COMPOSITE MAGNETIC MATERIAL
I.M. Kucheriava
Institute of Electrodynamics,
National Academy of Sciences of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv, 03057, Ukraine.
E-mail: rB.irinan@gmail.com
The magnetic field of a high-voltage (330 kV) underground single-circuit power cable line, laid in a polyethylene pipe
having magnetic properties, with the use of special loose-fill/fill-up soil of different dimensions (bulk) is studied by
computer modeling. The pipe and additional soil around and near the cables are made of a composite material with
effective magnetic properties and can act as a magnetic shield that reduces the level of the field on the ground. The
efficiency of field shielding depending on the height and width of the composite loose-fill/fill-up soil is analyzed. The
existence of the optimal not large (in height) fill-up soil for the best mitigation of the magnetic field on the ground
directly above the cables, and the influence of the width of the loose-fill/fill-up soils on the shielding efficiency are
revealed. The characteristic features of the magnetic field distribution within the considered shielding elements of the
cable line depending on the availability or non-availability of composite loose-fill soil and the height of the fill-up soil
with effective magnetic properties are presented. The shielding efficiency of underground single-circuit three-phase
power cable lines when using the magnetic fill-up soil with a certain small height (volume) is grounded. References 11,
figures 4.
28 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2022. № 3
Key words: underground three-phase cable line, cables laid in pipe, loose-fill/fill-up soil, composite material, magnetic
field shielding, computer modeling.
1. Makarov E.F. Handbook on 0,4–35 kV and 110–1150 kV power networks. Vol. 3. Moskva: Papirus-Pro,
2004. 688 p. (Rus)
2. Dmitriev M.V. Cable lines laid in polyethylene pipes. Thermal calculation. Novosti elektrotechniki. 2013.
No 4 (82). Pp. 11–17. (Rus)
3. Dmitriev M.V. Requirements to pipes for laying of power cable lines. Kabel-news. 2014. No 6. Pp. 22–26.
(Rus)
4. Boukrouche F., Moreau C., Pelle J., Beaubert F., Harmand S., Moreau O. Mock-up study of the effect of
wall distance on the thermal rating of power cables in ventilated tunnels. IEEE Trans. on Power Delivery. 2017. Vol.
32. No 6. Pp. 2453–2461. DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2016.2629285
5. Shcherba A.A., Podoltsev O.D., Kucheriava I.M. The study of magnetic field of power cables in polyethyl-
ene pipes with magnetic properties. Tekhnichna Elektrodynamika. 2020. No 3. Pp. 15–21. DOI:
https://doi.org/10.15407/techned2020.03.015 (Ukr)
6. Shcherba A.A., Podoltsev O.D., Kucheriava I.M. The magnetic field of underground 330 kV cable line and
ways for its reduction. Tekhnichna Elektrodynamika. 2019. No 5. Pp. 3–9. DOI:
https://doi.org/10.15407/techned2019.05.00 3 (Rus)
7. Kucheriava I.M. Particularities of magnetic field shielding for underground cable line by composite fill-up
soil with magnetic properties. Pratsi Institutu Elektrodynamiki NAN Ukrainy. 2021. Is. 58. Pp.14-22. DOI:
https://doi.org/10.15407/publishing2021.58.014 (Ukr)
8. Lyach V.V., Molchanov V.M., Santatskii V.G., Kvitsinskii A.A. 330 kV cable line: some aspects of
designing. Promelektro. 2009. No 6. Pр. 27–33. (Rus)
9. Leon F., Anders G.J., Effects of backfilling on cable ampacity analyzed with the finite element method.
IEEE Trans. on Power Delivery. 2008. Vol. 23. No 2. Pp. 537–543. DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2008.917648
10. Comsol multiphysics modeling and simulation software. URL: http://www.comsol.com/ (accessed at
21.03.2021).
11. Podoltsev A.D., Kucheriava I.M. Multiphysics modeling in electrical engineering. Kyiv: Institute of
Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2015. 305 p. (Rus)
Надійшла 24.05.2021
Остаточний варіант 23.02.2022
|
| id | techned_org_ua-article-190 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:04:06Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/27/adc6322e80d2dff62291facd4fdd6927.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-1902022-05-25T09:20:56Z METHODS FOR MITIGATION OF MAGNETIC FIELD GENERATED BY UNDERGROUND POWER CABLES IN POLYETHYLENE PIPES MADE OF COMPOSITE MAGNETIC MATERIAL СПОСОБИ ЗМЕНШЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПІДЗЕМНИХ СИЛОВИХ КАБЕЛІВ В ПОЛІЕТИЛЕНОВИХ ТРУБАХ З КОМПОЗИЦІЙНОГО МАГНІТНОГО МАТЕРІАЛУ Кучерява, І.М. underground three-phase cable line cables laid in pipe loose-fill/fill-up soil composite material magnetic field shielding computer modeling підземна трифазна кабельна лінія прокладання кабелів в трубі насипний/засипний ґрунт композиційний матеріал екранування магнітного поля комп’ютерне моделювання The magnetic field of a high-voltage (330 kV) underground single-circuit power cable line, laid in a polyethylene pipe having magnetic properties, with the use of special loose-fill/fill-up soil of different dimensions (bulk) is studied by computer modeling. The pipe and additional soil around and near the cables are made of a composite material with effective magnetic properties and can act as a magnetic shield that reduces the level of the field on the ground. The efficiency of field shielding depending on the height and width of the composite loose-fill/fill-up soil is analyzed. The existence of the optimal not large (in height) fill-up soil for the best mitigation of the magnetic field on the ground directly above the cables, and the influence of the width of the loose-fill/fill-up soils on the shielding efficiency are revealed. The characteristic features of the magnetic field distribution within the considered shielding elements of the cable line depending on the availability or non-availability of composite loose-fill soil and the height of the fill-up soil with effective magnetic properties are presented. The shielding efficiency of underground single-circuit three-phase power cable lines when using the magnetic fill-up soil with a certain small height (volume) is grounded. References 11, figures 4. За допомогою комп’ютерного моделювання досліджено магнітне поле високовольтної (330 кВ) підземної одно- ланцюгової кабельної лінії, прокладеної в поліетиленовій трубі з магнітними властивостями, з використанням спеціального насипного/засипного ґрунту різних розмірів (об’єму). Труба та додатковий ґрунт навколо і поблизу кабелів виготовляються з композиційного матеріалу з ефективними магнітними властивостями і можуть виконувати функцію магнітного екрана, зменшуючи рівень поля навколо кабельної лінії. Вивчено ефективність екранування поля кабельної лінії залежно від висоти і ширини композиційного насипного/засипного ґрунту. Виявлено існування оптимальної невеликої висоти насипки, необхідної для найбільшого зменшення магнітного поля кабелів на поверхні землі безпосередньо над ними, та вплив ширини насипного та засипного ґрунту на ефективність екранування. Проаналізовано характерні особливості розподілу магнітного поля в розглянутих екрануючих елементах кабельної лінії залежно від наявності чи відсутності композиційного засипного ґрунту і висоти насипного ґрунту з ефективними магнітними властивостями. Обґрунтовано ефективність екранування підземних одноланцюгових трифазних кабельних ліній з використанням магнітного насипного ґрунту визначеної невеликої висоти (об’єму). Бібл. 11, рис. 4. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2022-05-23 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/190 10.15407/techned2022.03.022 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 3 (2022): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 022 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 3 (2022): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 022 2218-1903 1607-7970 10.15407/techned2022.03 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/190/316 Авторське право (c) 2022 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | підземна трифазна кабельна лінія прокладання кабелів в трубі насипний/засипний ґрунт композиційний матеріал екранування магнітного поля комп’ютерне моделювання Кучерява, І.М. СПОСОБИ ЗМЕНШЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПІДЗЕМНИХ СИЛОВИХ КАБЕЛІВ В ПОЛІЕТИЛЕНОВИХ ТРУБАХ З КОМПОЗИЦІЙНОГО МАГНІТНОГО МАТЕРІАЛУ |
| title | СПОСОБИ ЗМЕНШЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПІДЗЕМНИХ СИЛОВИХ КАБЕЛІВ В ПОЛІЕТИЛЕНОВИХ ТРУБАХ З КОМПОЗИЦІЙНОГО МАГНІТНОГО МАТЕРІАЛУ |
| title_alt | METHODS FOR MITIGATION OF MAGNETIC FIELD GENERATED BY UNDERGROUND POWER CABLES IN POLYETHYLENE PIPES MADE OF COMPOSITE MAGNETIC MATERIAL |
| title_full | СПОСОБИ ЗМЕНШЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПІДЗЕМНИХ СИЛОВИХ КАБЕЛІВ В ПОЛІЕТИЛЕНОВИХ ТРУБАХ З КОМПОЗИЦІЙНОГО МАГНІТНОГО МАТЕРІАЛУ |
| title_fullStr | СПОСОБИ ЗМЕНШЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПІДЗЕМНИХ СИЛОВИХ КАБЕЛІВ В ПОЛІЕТИЛЕНОВИХ ТРУБАХ З КОМПОЗИЦІЙНОГО МАГНІТНОГО МАТЕРІАЛУ |
| title_full_unstemmed | СПОСОБИ ЗМЕНШЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПІДЗЕМНИХ СИЛОВИХ КАБЕЛІВ В ПОЛІЕТИЛЕНОВИХ ТРУБАХ З КОМПОЗИЦІЙНОГО МАГНІТНОГО МАТЕРІАЛУ |
| title_short | СПОСОБИ ЗМЕНШЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПІДЗЕМНИХ СИЛОВИХ КАБЕЛІВ В ПОЛІЕТИЛЕНОВИХ ТРУБАХ З КОМПОЗИЦІЙНОГО МАГНІТНОГО МАТЕРІАЛУ |
| title_sort | способи зменшення магнітного поля підземних силових кабелів в поліетиленових трубах з композиційного магнітного матеріалу |
| topic | підземна трифазна кабельна лінія прокладання кабелів в трубі насипний/засипний ґрунт композиційний матеріал екранування магнітного поля комп’ютерне моделювання |
| topic_facet | underground three-phase cable line cables laid in pipe loose-fill/fill-up soil composite material magnetic field shielding computer modeling підземна трифазна кабельна лінія прокладання кабелів в трубі насипний/засипний ґрунт композиційний матеріал екранування магнітного поля комп’ютерне моделювання |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/190 |
| work_keys_str_mv | AT kučerâvaím methodsformitigationofmagneticfieldgeneratedbyundergroundpowercablesinpolyethylenepipesmadeofcompositemagneticmaterial AT kučerâvaím sposobizmenšennâmagnítnogopolâpídzemnihsilovihkabelívvpolíetilenovihtrubahzkompozicíjnogomagnítnogomateríalu |