AI Summary & Key Takeaways
AI InsightAccording to the results, it is determined that the maximum magnetic flux density exceeded the limit value of 0.2 mT, while the phase current values are constant.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
The magnetic fields formed around the conductors carrying current alternating current in the power system adversely affect human health. Especially in medium voltage systems, where energy is mostly carried by underground cables for electrical safety, due to the high current levels and the installation of cables in areas where people live, studies in this field have gained importance. In literature, many studies have been carried out on the calculation of magnetic fields caused by underground cables using numerical methods and their comparison with limit values. In some of these studies, the boundary conditions for phase currents are defined as constant. However, alternating current, which is the source of the magnetic field, is a time-varying vector quantity. For this reason, it is important for the accuracy of the analysis to take into account the direction of the current, the time-dependent change of the current and the phase difference while calculating the magnetic flux density. In this study, the magnetic flux density values caused by a sample medium voltage underground cable system at the reference plane one meter above the ground surface are determined using Comsol Multiphysics. Analyzes are performed both in the stationary domain where the current is constant and in the time domain when it changes depending on time, and the results are discussed and compared. According to the results, it is determined that the maximum magnetic flux density exceeded the limit value of 0.2 mT, while the phase current values are constant. However, it is seen that the magnetic flux density obtained in time-dependent analyzes remains within the safe limit. In addition, it has been determined that the results obtained in the stationary domain are considerably higher than the results obtained in the time domain. As a result, it has been revealed that the time-dependent variation of the current must be taken into account in order to accurately determine the magnetic flux density in the magnetic field analyzes to be performed for underground cables or overhead lines carrying alternating current.
Özet
Güç sistemi içerisindeki alternatif akım taşıyan iletkenlerin etrafında oluşan manyetik alanlar, insan sağlığını olumsuz etkilemektedir. Özellikle, enerjinin elektriksel güvenlik amacıyla yeraltı kabloları ile taşındığı orta gerilim sistemlerinde, akım mertebelerinin yüksek olması ve kabloların insanların yaşadığı bölgelerde tesis edilmesi nedeniyle bu alanda yapılan çalışmalara önem kazandırmıştır. Literatürde, yer altı kablolarının neden olduğu manyetik alanların sayısal yöntemler kullanılarak hesaplanması ve bunların sınır değerlerle karşılaştırılması üzerine pek çok çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmaların bazılarında faz akımları için sınır koşulları sabit olarak tanımlanmıştır. Ancak, manyetik alanın kaynağı olan alternatif akım zamana bağlı olarak değişen vektörel bir büyüklüktür. Bu nedenle, manyetik akı yoğunluğu hesaplanırken akım yönünün, akımın zamana bağlı değişiminin ve faz farkının dikkate alınması analizlerin doğruluğu bakımından önem arz etmektedir. Bu çalışmada, örnek bir orta gerilim yeraltı kablo sisteminin, toprak yüzeyinden bir metre yukarıdaki referans düzlemde meydana getirdiği manyetik alan yoğunluğu değerleri Comsol Multiphysics kullanılarak belirlenmiştir. Analizler, hem akımın sabit alındığı stasyoner domende hem de zamana bağlı olarak değiştiği zaman domeninde gerçekleştirilmiş olup sonuçlar karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlara göre, faz akım değerleri sabitken, maksimum manyetik alan yoğunluğunun 0.2 mT sınır değeri aştığı tespit edilmiştir. Ancak zamana bağlı yapılan analizlerde elde edilen manyetik alan yoğunluğu güvenli sınır içerisinde kaldığı görülmektedir. Ayrıca, stationary domainde elde edilen sonuçlarının zaman domeninde elde edilen sonuçlara göre oldukça yüksek olduğu tespit edilmiştir. Sonuç olarak, alternatif akım taşıyan yeraltı kabloları veya havai hatlar için gerçekleştirilecek manyetik alan analizlerinde, manyetik akı yoğunluğunu doğru belirleyebilmek için akımın zaman bağlı değişiminin mutlak surette dikkate alınması gerektiği ortaya konmuştur.