Оцінка впливу конструктивних та геофізичних параметрів на розподіл магнітного поля від ліній електропередач, розміщених у підземних колекторах
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2026-2-8Ключові слова:
електроенергетика, магнітна індукція, підземний колектор, повітряна ізоляція, питомий опір ґрунту, залізобетонний тунель, геометрія фазних провідників, чисельне моделювання, електромагнітна сумісністьАнотація
Мета роботи. Кількісно оцінити, наскільки електрофізичні характеристики навколишнього середовища впливають на магнітну індукцію трифазної лінії електропередачі напругою 110 кВ із повітряною ізоляцією, розміщеної у підземному тунелі, та з’ясувати, чи доцільно враховувати ці параметри під час інженерних оцінок магнітного поля на етапі попереднього проєктування міських підземних транзитних трас.
Методи дослідження. Виконано квазістаціонарне чисельне моделювання магнітного поля промислової частоти для симетричної трифазної системи проводів типу АС-240/32 зі струмовим навантаженням 500 А. Розрахункова область декомпонована на п’ять характерних шарів – від простору над поверхнею землі до площини фазних провідників. Проведено дві паралельні серії розрахунків: у першій варіювався питомий опір ґрунту в межах 50–1000 Ом·м при фіксованій товщині стінки тунелю; у другій – товщина бетонної стінки в межах 250–500 мм при питомому опорі ґрунту 70 Ом·м. Контрольну точку розміщено на висоті 1 м над поверхнею землі по центру тунелю; крок сканування фазового кута становив 5°.
Отримані результати. У межах розглянутих діапазонів параметрів ні питомий опір ґрунту, ні товщина бетонної стінки не змінюють помітно рівень магнітної індукції ані в контрольній точці, ані всередині жодного з аналізованих шарів. Поле визначається насамперед величиною фазного струму та геометрією розташування провідників. У контрольній точці максимуми магнітної індукції становлять близько 1,5 мкТл при фазових кутах приблизно 115° та 295°; на поверхні землі рівень зростає до 2,27 мкТл, на верхній зовнішній поверхні тунелю – близько 8 мкТл, на внутрішній поверхні – понад 10 мкТл, а в площині провідників фіксуються локальні максимуми поблизу окремих фаз. Отримане значення індукції в контрольній точці більш ніж на два порядки нижче за нормований референтний рівень для населення.
Наукова новизна. Систематично продемонстровано, що для типового підземного бетонного колектора напругою 110 кВ ґрунтове покриття та залізобетонна оболонка в розглянутих умовах не забезпечують відчутного послаблення магнітного поля на промисловій частоті. Поширене припущення про природну екрануючу роль цих середовищ у межах досліджених параметрів кількісно не підтверджується. Встановлено ієрархію чинників впливу на рівень магнітного поля підземної траси: домінуючими є струмове навантаження та геометрія фазної системи, тоді як параметри середовища складають незначний внесок, яким можна знехтувати.
Практична цінність. Отримані результати дозволяють відмовитися від детальної характеризації властивостей ґрунту й бетону при попередніх оцінках магнітного поля над підземними колекторами та зосередити інженерні зусилля на оптимізації геометрії розташування фаз або на застосуванні спеціалізованих активних і пасивних екрануючих рішень як єдиних практично ефективних шляхах зниження магнітної індукції в компактних підземних трасах.
Посилання
Shevchenko, S. Y., Danylchenko, D. O., Hanus, R. O., Dryvetskyi, S. I., Berezka, S. K., Grechko, O. M. (2025). Features of designing high-voltage overhead power lines in an underground collector. Electrical Engineering & Electromechanics, 5, 80–88. DOI: 10.20998/2074-272X.2025.5.11.
Shevchenko, S., Danylchenko, D., Hanus, R., Potryvai, A., Petrov, S. (2025). Moisture Discharge Voltage of Insulators. Analysis of Calculation Methods and Creation of an Automated Calculation Tool. In: Ba-bak, V., Zaporozhets, A. (eds) Systems, Decision and Control in Energy VII. Studies in Systems, Decision and Control, vol. 595, Springer, Cham. DOI: 10.1007/978-3-031-90466-0_6.
Seong, M., Kim, D. H., Kim, S. C. (2021). Analysis of electric and magnetic fields distribution and safe work zone of 154 kV power line in underground power cable tunnel. Safety Science, 133, 105020. DOI: 10.1016/j.ssci.2020.105020.
Memari, A. R., Janischewskyj, W. (1996). Mitigation of magnetic field near power lines. IEEE Transac-tions on Power Delivery, 11(3), 1577–1586. DOI: 10.1109/61.517519.
Sun, X., Lee, W. K., Hou, Y., Pong, W. T. (2014). Un-derground Power Cable Detection and Inspection Technology Based on Magnetic Field Sensing at Ground Surface Level. IEEE Transactions on Mag-netics, 50(7), 1–5, Art. no. 6200605. DOI: 10.1109/TMAG.2013.2297195.
Zhu, J., Chen, G., Tian, G., Liu, H. (2024). Under-ground Passive LF RFID Localization Method Based on Magnetic Field Model of Reader Coil Antenna. IEEE Transactions on Instrumentation and Meas-urement, 73, 1–10, Art. no. 8000410. DOI: 10.1109/TIM.2023.3334337.
Grіnchenko, V. S. (2018). Znizhennya magnіtnogo polya trifaznih lіnіj elektroperedachі gratchastim el-ektromagnіtnim ekranom [Reduction of the magnet-ic field of three-phase power lines by a lattice elec-tromagnetic shield]. Tekhnіchna elektrodinamіka, 4, 29–32. DOI: 10.15407/techned2018.04.029. (in Ukrainian)
Alihodzic, A., Mujezinovic, A., Kasumovic, M., Hivziefendic, J. (2022). Determination of electric and magnetic field calculation uncertainty in the vicinity of overhead transmission lines. Journal of Micro-waves, Optoelectronics and Electromagnetic Applica-tions, 21, 392–413. DOI: 10.1590/2179-10742022v21i3262024.
De Lieto Vollaro, R., Fontana, L., Vallati, A. (2014). Experimental study of thermal field deriving from an underground electrical power cable buried in non-homogeneous soils. Applied Thermal Engineering, 62(2), 390–397. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2013.09.002.
Rozov, V. Yu., Reutskyi, S. Yu., Pelevin, D. Ye., Py-liuhina, K. D. (2022). Approximate method for calcu-lating the magnetic field of 330–750 kV high-voltage power line in maintenance area under voltage. Elec-trical Engineering & Electromechanics, 5, 71–77. DOI: 10.20998/2074-272X.2022.5.12.
Mahin, A. U., Islam, S. N., Ahmed, F., Hossain, M. F. (2022). Measurement and monitoring of overhead transmission line sag in smart grid: A review. IET Generation, Transmission & Distribution, 16(1), 1–18. DOI: 10.1049/gtd2.12271.
International Commission on Non-Ionizing Radia-tion Protection (ICNIRP). (2010). Guidelines for limit-ing exposure to time-varying electric and magnetic fields (1 Hz to 100 kHz). Health Physics, 99(6), 818–836. DOI: 10.1097/HP.0b013e3181f06c86.
Bavastro, D., Canova, A., Freschi, F., Giaccone, L., Manca, M. (2015). Magnetic field mitigation at pow-er frequency: design principles and case studies. IEEE Transactions on Industry Applications, 51(3), 2009–2016. DOI: 10.1109/TIA.2014.2369813.
Danylchenko D., Khomiak, Y., & Potryvai A.. (2026). The influence of the environment on the magnetic field of power transmission lines located in underground collectors. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: New solutions in modern technologies, (1(27), 11–16. https://doi.org/10.20998/2413-4295.2026.01.02.
Cruz Romero, P., Maza Ortega, J. M., Pavón Na-ranjo, C. (2007). Magnetic field mitigation in power lines with passive and active loops. CIGRE Symposi-um, 296, 1–8.
Kuznetsov, B. I., Nikitina, T. B., Bovdui, I. V. (2022). Active and passive shielding of magnetic field of overhead power line by passive loop and ferromag-netic shield. Electrical Engineering & Electromechan-ics, 1, 17–23. DOI: 10.20998/2074-272X.2022.1.03.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 D.O. Danylchenko, S.Yu. Shevchenko, Y.V. Khomiak, A.E. Potryvai
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
