Estimation of eddy current losses in metallic transmission towers

Abstract

Yüksek voltajlı havai iletim hatları veya düşük voltajlı dağıtım hatları çevresinde manyetik alanın varlığı bilinen bir gerçektir ve literatürde oldukça çalışılmıştır. Pek çok ülkenin diğer materyallere göre avantajlı olması nedeniyle metal kuleler kullandığı göz önünde bulundurulmaktadır. Ancak manyetik alanın diğer iletim veya dağıtım kuleleriyle etkileşimi incelenmemiştir. Bu alanın, ülkeye bağlı olarak, zaman değişmeli alçak frekansının 50Hz veya 60Hz olduğunu hatırlamak önemlidir. Bu çalışmada ilk kez, metallerden yapılmış kulelerde eddy akımlarının varlığını anlatıyoruz. Kulelerin geometrik yapısı bir modelini yapmak için hayli karmaşık olduğundan, eddy akımlarında güç yitiminin varlığını doğrulamak amacıyla elektromanyetizmaya dayalı basit bir model sunuyoruz. Çalışmada, manyetik vektör potansiyelinin ve nihayetinde kuledeki eddy akımı yitiminin tahmin edilmesi için frekans dümeninde sonlu farklar yöntemi uyarlanmıştır. Yaklaşımımız, elektrik alanı hesaplamasında Faraday kanununu kullanarak manyetik hesaplama ile elektrik hesaplanmasını birleştirmektedir. Manyetik alan denklemi kurulup sonlu farklar yöntemi yardımıyla çözülmüştür. Böyle bir çalışmanın önemi, bazı kulelerin görece iletken materyallerden yapılması nedeniyle elektrik şebekesine yeni bir tür güç kaybı eklemesidir. Farklı materyal özelliklerinin hesaplanmasının yanı sıra matematiksel modellemesi ve bu alanla ilgilenen araştırmacılar için önemiyle birlikte bu çalışma, eddy akımı yitiminin minimuma indirilmesi için uygun materyaller seçme konusunda kule üreticilerine önemli noktalar sunmaktadır.

The existences of magnetic field around the high-voltage overheads transmission lines or the low-voltage distributions lines is a known fact and well-studied in the literature. Taking into consideration that many countries uses metallic towers due to its advantage over other materials. However, the interaction of the magnetic field either with transmission or distribution towers has not been investigated. Noteworthy it is to remember that this field is time-varying low-frequency of 50Hz or 60Hz depending on the country. In this study, we report for the first time the existence of eddy currents in towers which are made of metals. As the geometrical structure of towers are extremely complex to model, we provide a simple model based on electromagnetism in order to verify the existence of power loss in the form of eddy currents. The frequency-domain finite difference method is adapted in the current study for the estimation of magnetic vector potential and hence eddy current losses in the tower. Our approach connects the magnetic calculation and the electric calculation by the introduction of Faraday's law in the electric field calculation. The equation of the magnetic field is determined and solved by the aid of finite deference method. The importance of such a study is the addition of a new type of power loss to the power network due to the fact that some towers are of made of relatively conductive materials. Calculations made at different material properties hence in addition to its mathematical modelling and importance to researchers interested in the field, this study provides important keys to towers manufacturers in selecting the proper materials so that the eddy current losses are minimum.