The method for design of combined electromagnetic shield for overhead power lines magnetic field

Abstract

Aim. Development of the method of designing a combined electromagnetic shield, consisting of active and passive parts, to improve the effectiveness of reduction of industrial frequency magnetic field created by two-circuit overhead power lines in residential buildings. Methodology. The problem of design of combined electromagnetic shield including robust system of active shielding and electromagnetic passive shield of initial magnetic field solved based on of the multi-criteria two-player antagonistic game. The game payoff vector calculated based on the finite element calculations system COMSOL Muliphysics. The game solution calculated based on the particles multiswarm optimization algorithms. During the design of combined electromagnetic shields spatial location coordinates of shielding winding, the currents and phases in the shielding winding of active shielding, geometric dimensions and thickness of the electromagnetic passive shield are calculated. Results. The results of theoretical and experimental studies of combined electromagnetic passive and active shielding of magnetic field in residential building from power transmission line with a "Barrel" type arrangement of wires presented. Originality. For the first time the method of designing a combined electromagnetic shield, consisting of active and passive parts, for more effective reduction of the magnetic field of industrial frequency created by two-circuit overhead power lines in residential buildings is developed. Practical value. Based on results of calculated and experimental study the shielding efficiency of the initial magnetic field determined that shielding factors whith only electromagnetic passive shield is more 2 units, whith only active shield is more 4 units and with combined electromagnetic passive and active shield is more 10 units. It is shown the possibility to reduce the level of magnetic field induction in residential building from power transmission line with a "Barrel" type arrangement of wires by means of a combined electromagnetic passive and active shielding with single compensating winding to 0.5 μT level safe for the population.Мета. Розробка методу проектування комбінованого електромагнітного екрану, що складається з активної та пасивної частин, для підвищення ефективності зниження магнітного поля промислової частоти, створюваного дволанцюговими повітряними лініями електропередачі в житлових будинках. Методологія. Задача проектування комбінованого електромагнітного екрану, що включає робастну систему активного екранування та електромагнітний пасивний екран вихідного магнітного поля, вирішується на основі багатокритеріальної антагоністичної гри двох гравців. Вектор виграшів гри розраховується на основі кінцево-елементної системи обчислень COMSOL Muliphysics. Рішення гри розраховується на основі алгоритмів оптимізації мультироїв частинок. При проектуванні комбінованих електромагнітних екранів розраховуються координати розташування екрануючої обмотки в просторі, струм і фаза в екрануючій обмотці робастної системи активного екранування, та геометричні розміри і товщина електромагнітного пасивного екрану. Результати. Наведено результати теоретичних та експериментальних досліджень комбінованого електромагнітного пасивного та активного екранування магнітного поля в житловому будинку від дволанцюгової лінії електропередач із розташуванням проводів типу "бочка". Оригінальність. Вперше розроблено метод проектування комбінованого електромагнітного екрану, що складається з активної та пасивної частин, для підвищення ефективності зниження магнітного поля промислової частоти, створюваного дволанцюговими повітряними лініями електропередачі в житлових будинках. Практична цінність. За результатами розрахункових та експериментальних досліджень ефективність екранування початкового магнітного поля визначено, що коефіцієнти екранування системи тільки з електромагнітним пасивним екраном дорівнює більше 2 одиниць, тільки з активним екраном дорівнює більше 4 одиниць, а з комбінованим електромагнітним пасивним і активним екраном дорівнює більше 10 одиниць. Показано можливість зниження рівня індукції магнітного поля в житловому будинку від дволанцюгової лінії електропередач із розташуванням проводів типу "бочка" за допомогою комбінованого електромагнітного пасивного та активного екранування з однією компенсуючою обмоткою до безпечного для населення рівня в 0,5 мкТл.