Ανάπτυξη λογισμικού υπολογισμού χαμηλόσυχνων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων σε Matlab

Abstract

Τα χαμηλόσυχνα ηλεκτρομαγνητικά πεδία υφίστανται λόγω των πολλαπλών εφαρμογών του ηλεκτρισμού σήμερα και αποτελούν αντικείμενο επιστημονικής μελέτης για τις πιθανές δυσμενείς επιπτώσεις στον άνθρωπο. Στην παρούσα εργασία προσδιορίζονται αρχικά τα χαμηλόσυχνα ηλεκτρομαγνητικά πεδία, παρουσιάζονται οι διάφορες πηγές εκπομπής τους, η βιολογική τους επίδραση και αναφέρονται τα όρια προστασίας έναντι των πεδίων αυτών. Στη συνέχεια, γίνεται αναφορά στις διάφορες μεθόδους υπολογισμού των χαμηλόσυχνων πεδίων, όπως η μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων, η μέθοδος των ροπών, η μέθοδος οριακών στοιχείων καθώς επίσης και η υβριδική μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων/οριακών στοιχείων. Ακολούθως παρουσιάζονται αναλυτικά οι μέθοδοι επίλυσης του μαγνητικού και ηλεκτρικού πεδίου στις οποίες στηρίχτηκε η υλοποίηση του λογισμικού σε Matlab, το οποίο αποτελεί και τον κύριο στόχο της διπλωματικής εργασίας. Επομένως, στη συνέχεια παρουσιάζεται το λογισμικό που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της εργασίας αυτής και ακολούθως γίνεται ο έλεγχος της ορθότητας του μέσα από συγκρίσεις που έγιναν με εμπορικό λογισμικό (CDEGS). Τέλος, πραγματοποιούνται προσομοιώσεις διατάξεων στις οποίες πραγματοποιήθηκαν πραγματικές μετρήσεις και τα αποτελέσματα τους συγκρίνονται με τις μετρήσεις αυτές, καταλήγοντας σε χρήσιμα συμπεράσματα όσο αφορά τις αποκλίσεις του προγράμματος και τα διάφορα σφάλματα στις υπολογισμένες τιμές των πεδίων.

Extremely-low-frequency (ELF) electromagnetic fields exist today because of the multiple applications of electricity and they are a subject of scientific study on their likely unfavourable repercussions on human health. In the present work, ELF fields are initially determined, their sources of exposure in the environment and their biological effects are presented, and their protection thresholds are specified. Afterwards, there is a detailed reference to the various calculation methods of the ELF fields, such as finite element method, the method of moments, the boundary element method and also the hybrid method of finite element/ boundary element. Therefore the solving methods of magnetic and electric field are analytically described, which led the development of a software in Matlab, which is the main target of this thesis. So then the developed software is outlined and then there is a control of accuracy through comparisons made with commercial software (CDEGS). Finally, some simulations of various provisions of transmission lines are made, and their results are compared with actual measurements, leading to useful conclusions regarding the discrepancies of the program and the various errors in the calculated values of the fields.