Hybrid active and passive cable contour shielding of magnetic fields of double-circuit overhead power lines

Abstract

The purpose of the work is to design a hybrid screen designed to reduce the level of the magnetic field generated by double-circuit overhead power lines, to increase the efficiency of shielding the original magnetic field in residential buildings, to the level of sanitary standards and to reduce the sensitivity of the system to changes in system parameters. To achieve this goal, the structure of a hybrid screen was determined, consisting of a double contour active and a cable contour passive part. The developed hybrid screen is characterized by increased efficiency in reducing the magnetic field of industrial frequency. Designing a hybrid screen comes down to solving a minimax vector optimization problem, in which the vector objective function is calculated based on solution to Maxwell's equations in a quasi-stationary approximation using the COMSOL Multiphysics software package. The solution to the minimax vector optimization problem is calculated based on multi-particle swarm optimization algorithms from Pareto-optimal solutions taking into account binary preference relations. During the design of the hybrid screen, the coordinates of the spatial location of the two compensation windings, as well as the magnitude of the currents and its phases in the windings of the active screen, were calculated. The important results are theoretical and experimental studies on the effectiveness of the designed hybrid magnetic field shield generated by double-circuit overhead power lines. The significance of the results obtained lies in the fact that practical recommendations are given for a reasonable choice of the spatial arrangement of two shielding windings of a robust system of hybrid shielding of the magnetic field generated by double-circuit overhead power lines.

Scopul lucrării este proiectarea unui ecran hibrid menit să reducă nivelul câmpului magnetic generat de liniile electrice aeriene cu lanț dublu, să crească eficiența ecranării câmpului magnetic inițial în clădirile de locuit, până la nivelul sanitar în conformitate cu standarde și pentru reducerea sensibilității sistemului la modificările parametrilor. Pentru atingerea acestui obiectiv a fost determinată structura unui ecran hibrid, format dintr-o parte activă cu dublu contur și o parte pasivă cu contur cablu. Ecranul hibrid elaborat se caracterizează printr-o eficiență crescută în reducerea câmpului magnetic al frecvenței industriale. Proiectarea unui ecran hibrid se reduce la rezolvarea unei probleme de optimizare vectorială minimax, în care funcția obiectiv vectorială este calculată pe baza soluției ecuațiilor lui Maxwell într-o aproximare cvasi-staționară folosind pachetul software COMSOL Multiphysics. Soluția problemei de optimizare a vectorului minimax este calculată pe baza algoritmilor de optimizare a roiului multiparticule din soluții Pareto-optime ținând cont de relațiile de preferință binare. În timpul proiectării ecranului hibrid, au fost calculate coordonatele locației spațiale a celor două înfășurări de compensare, precum și magnitudinea curenților și fazele acestuia în înfășurările ecranului activ. Rezultatele importante sunt studii teoretice și experimentale privind eficacitatea scutului hibrid de câmp magnetic proiectat generat de liniile electrice aeriene cu dublu circuit. Semnificația rezultatelor obținute constă în faptul că se dau recomandări practice pentru o alegere rezonabilă a dispunerii spațiale a două înfășurări de ecranare a unui sistem robust de ecranare hibridă a câmpului magnetic generat de liniile electrice aeriene cu dublu circuit.

Целью работы является проектирование гибридного экрана предназначенного для снижения уровня магнитного поля, генерируемого двухцепными воздушными линиями электропередачи, для повышения эффективности экранирования исходного магнитного поля в жилых домах, до уровня санитарных норм и уменьшения чувствительности системы к изменениям параметров системы. Для достижения поставленной цели, определена структура гибридного экрана, состоящего из двухконтурной активной и тросовой контурной пассивной части. Разработанный гибридный экран характеризуется повышенной эффективностью снижения магнитного поля промышленной частоты. Проектирование гибридного экрана сводится к решению задачи минимаксной векторной оптимизации, в которой векторная целевая функция вычисляется на основании решений уравнений Максвелла в квазистационарном приближении с помощью пакета программ COMSOL Multiphysics. Решение задачи минимаксной векторной оптимизации вычисляется на основе алгоритмов оптимизации мультироем частиц из Парето-оптимальных решений с учетом бинарных отношений предпочтения. В ходе проектирования гибридного экрана вычислены координаты пространственного расположения двух компенсационных обмотки, а также величины токов и его фаз в обмотках активного экрана. Наиболее важными результатами являются теоретические и экспериментальные исследования эффективности спроектированного гибридного экрана магнитного поля, генерируемого двухцепными воздушными линиями электропередачи. Значимость полученных результатов состоит в том, что приводятся практические рекомендации по обоснованному выбору пространственного расположения двух экранирующих обмоток робастной системы гибридного экранирования магнитного поля, генерируемого двухцепными воздушными линиями электропередачи. Показана возможность снижения индукции исходного магнитного поля до уровня санитарных норм.