Защита от шума трансформатора

Методы снижения шума трансформаторов

Снижение шума трансформаторов связано с решением задач из области акустики, вибрации, динамики, механики, материаловедения и, конечно, электротехники. Процесс создания малошумной конструкции следует разделить на ряд этапов: обеспечение малошумности источников вибрации, т. е. магнитной системы, обмоток и вентиляторов; виброизоляция этих источников, ограждение источников звука звукопоглощающими устройствами, установка вибропоглощающих конструкций и, наконец, выполнение внешних мероприятий по снижениию шумности в местах установки трансформаторов.

Улучшение магнитных характеристик электротехнической стали и конструкции магнитной системы

Снижение шума магнитной системы достигается, в первую очередь, за счет использования электротехнических сталей с гарантированно малыми значениями магнитострикции. К таким сталям относятся электротехнические стали типов 3407, 3408 и другие.
Применение электротехнических сталей с пониженной магнитострикцией эффективно лишь при условии выбора оптимального режима отжига стали. Необходимо учитывать максимальное значение магнитострикции при определенной индукции, знак и спектр ее динамической петли. Для монотонно положительной магнитострикции оптимальная температура отжига составляет 820 °С в сочетании с постоянным температурным градиентом охлаждения стали, равным 50 °С/час. Режим отжига должен уточняться, в зависимости от результатов входного контроля магнитострикции различных партий стали, учитывая, что при отрицательной магнитострикции отжиг может увеличить ее абсолютное значение при еще большем сдвиге в отрицательную область. Выполняющиеся вслед за отжигом технологические операции сборки как магнитной системы, так и трансформатора в целом, должны обеспечивать минимальные механические воздействия на электротехническую сталь, как ухудшающие ее магнитострикционные характеристики.
Вторым естественным методом уменьшения шума магнитной системы является снижение номинальной индукции. Этот метод наиболее пригоден для трансформаторов с частотой питающего напряжения 50 Гц (снижение индукции на 10 % уменьшает уровень звука на 3 дБА); для трансформаторного оборудования с частотой питающего напряжения 400 Гц и более, либо работающего в условиях прерывистой нагрузки.
эффект от снижения индукции оказывается недостаточным (несколько более 1 дБА при 10-процентном снижении индукции),
Конструктивно-технологические решения, направленные на снижение шума магнитных систем, диктуются необходимостью устранения резонансов как всей механической системы, так и ее элементов, вплоть до отдельной пластины электротехнической стали. Одновременно, конструкция магнитной системы должна обеспечивать равномерное распределение индукции, исключающее локальные перенасыщения в магнитной системе, устранение поперечных составляющих магнитного потока и снижение гармонических составляющих индукции в отдельных участках магнитной системы.
Применительно к планарным шихтованным магнитным системам, решение перечисленных задач обеспечивается за счет следующих мер:
• Подбираются листы электротехнической стали с повышенной плоскостностью, учитывая, что в деформированных листах при стяжке магнитной системы (МС) возникают механические напряжения, ведущие к увеличению магнитострикции. Использование листов стали с повышенной плоскостностью позволяет снизить уровень звука трансформатора на 5 дБА.
• Предпочтительным для МС является косой стык со ступенчатым перекрытием. Уровень звука при этом понижается до 4 дБА, по сравнению с прямым стыком.
• Отдается предпочтение однорамным магнитным системам, уровни звука которых на 3 дБА меньше, чем у многорамных конструкций.
• Для 3-фазных трансформаторов используется групповая магнитная система, состоящая из трех отдельных фаз. При этом достигается снижение 3-ей гармоники вибрации и шума.
• Применяется бандажирование стержней и ярем магнитной системы, направленное на снижение амплитуды изгибных колебаний пластин стали.
• Следует стремиться к минимальным размерам окна и, соответственно, к малой суммарной длине стержней и ярем МС, что обеспечит уменьшение абсолютного значения удлинения системы.
• Элементы прессовки должны создавать усилия, растягивающие сталь в направлении прокатки и магнитного потока. Равномерность распределения магнитного потока в системе достигается за счет
подбора стали, отличающейся однородностью магнитных свойств. Устранение влияния разнодлинности внешних и внутренних контуров магнитной системы может достигаться применением для них разных марок стали с различным магнитным сопротивлением.
Применение стали Hi—В, имеющей низкие магнитострикцию и чувствительность к изгибу, в сочетании со ступенчатым косым стыком в углах магнитной системы может значительно уменьшить уровни звуковой мощности трансформаторов.
В случае особых требований к снижению уровня звука трансформатора индукция может быть снижена до 1,4 Тл. Однако, это увеличивает габариты трансформатора и его стоимость. Дальнейшее снижение индукции неэффективно, т.к. начинает преобладать шум, создаваемый обмотками.

Возможности снижения шума обмоток

До настоящего времени не найдено действенных средств для снижения шума, создаваемого обмотками. Возможности имеются в снижении эластичности обмотки путем применения изоляционных материалов с большим динамическим модулем упругости и за счет усовершенствования системы крепления обмоток. Простое увеличение усилий прессовки обмоток их уровень звука не уменьшает.

Снижение шума, создаваемого баком

Вибрации, передаваемые от магнитной системы на бак, уменьшаются за счет виброизоляции активной части, устанавливаемой в баке на амортизаторы.
Устранить второй путь передачи вибрации, то есть от активной части на бак через масло, затруднительно, поскольку при этом требуется установка звукопоглощающих материалов на внутренней поверхности бака. Этот способ снижения шума в трансформаторах не применяется.
Для уменьшения шума, излучаемого баком трансформатора необходимо повышение его жесткости. Это автоматически достигается в трансформаторах и реакторах, бак которых рассчитывается на полный вакуум и укреплен ребрами жесткости. Дальнейшее уменьшение шума может быть достигнуто установкой демпферов, настроенных на частоту 100—200 Гц. Эта мера может снизить уровень шума на величину до 10 дБ.

Снижение шума вентиляторов

Для снижения уровня звука вентиляторов возможны следующие мероприятия: Ф установка вентиляторов на резиновые или пружинные амортизаторы; Ф балансировка вращающихся частей вентилятора, включая крыльчатку и ротор электродвигателя;
• замена лопаток вентилятора, выполненных из металла, на стеклопластиковые, как не поддающиеся коррозии и лучше балансирующиеся;
• устранение элементов, находящихся в потоке воздуха;
Ф нанесение звукопоглощающих материалов на входе и выходе вентилятора. Меры, снижающие шум вентиляторов, оправданы, если не вызывают уменьшения их производительности. Поэтому уменьшение скорости вращения вентилятора, как снижающее его шум, должно сопровождаться увеличением числа лопаток, их ширины и диаметра, а также увеличением размеров самого вентилятора. Для центробежных вентиляторов возможно использование лопаток, загнутых вперед. Снижение шума осевых вентиляторов достигается за счет применения профилированных лопаток, уменьшения зазора рабочего колеса, установки направляющих за лопатками.
Снижение скорости вращения целесообразно примерно до 750 об/мин. Эти и другие меры позволяют снизить уровень звука вентиляторов до 10 дБ.

Снижение шума трансформаторов малой мощности

Спецификой трансформаторов мощностью до 100 кВ • А является большое разнообразие конструкций магнитных систем, среди которых можно назвать шихтованные, навитые, стыковые (склеиваемые из двух половин), симметричные пространственные, при множестве модификаций, обусловленных типами стыков, видами шихтовки, характером прессовки и т.д.
При создании малошумных трансформаторов предпочтение следует отдавать шихтованным магнитным системам, как наименее виброактивным, в силу своей повышенной жесткости.
Наиболее шумными являются симметричные пространственные магнитные системы 3-фазных трансформаторов, укомплектованные 3-мя О-образными навитыми магнитными элементами. Повышенная виброактивность такой системы обусловлена
резкой несинусоидальностью индукции в отдельных элементах, низкой жесткостью конструкции и собственными частотами, находящимися в диапазоне 100—300 Гц.
1-фазные трансформаторы с навитой тороидальной магнитной системой также имеют малую величину шумовых характеристик. Положительный эффект в данном случае достигается за счет вибро- и звукоизолирующих свойств обмотки, которая полностью охватывает магнитную систему. Крепление тороидальной активной части за центр тяжести еще более улучшает виброшумовые характеристики такого трансформатора.
Существенное снижение уровня звука трансформаторов достигается при помощи пропитки и склейки магнитной системы материалами на основе эпоксидных смол. Происходящее при склейке замоноличивание магнитной системы устраняет ее вибрации в направлении, перпендикулярном плоскости листа, при некотором ухудшении магнитострикции стали. Эффект пропитки тем выше, чем глубже в толщу магнитной системы проникает склеивающий материал. Но, зачастую, жидкий компаунд, во-первых, не проникает во все пустоты между пластинами стали, а, во-вторых, вытекает из них в процессе полимеризации. Коэффициент температурного расширения пропитывающего материала должен быть меньше, чем у электротехнической стали: в этом случае полимеризованный материал горячего отверждения будет, по мере охлаждения, оказывать растягивающее действие на сталь магнитной системы.

Вибро- и звукоизоляция активной части

По исчерпании физических, конструктивных и технологических возможностей снижения вибрации и шума в источнике, принимаются меры по виброакустической изоляции активной части от бака (кожуха) трансформатора.
С этой целью активная часть устанавливается в баке трансформатора на виброизоляторах, в качестве которых используются резиновые, металлические, пружинные амортизаторы, минерально-волокнистые и пенопластовые плиты и т.д. Собственная частота установленной на виброизоляторах активной части должна быть в 2—3 раза меньше частоты возбуждающих вибрацию сил. Например, для трансформаторов с основной гармоникой возбуждающих вибрацию сил /=100 Гц, должно выполняться условие /0 1,4 Тл). • Размещение виброизолирующих опор на равных расстояниях от центра тяжести активной части, что обеспечивает их равномерную нагрузку. Ф Установка виброизолирующих опор непосредственно над катками или другими опорными фундаментными элементами. Метод виброизоляции в особенности эффективен и необходим в условиях замкнутых помещений, например, на судах. Вместе с тем, активная часть, установленная на «мягких» амортизаторах, может сама сильно вибрировать, повышая виброактивность бака или кожуха за счет передаваемого по воздуху или маслу звука. Поэтому может оказаться оправданным жесткое крепление трансформатора или даже только активной части к тяжелому фундаменту, амортизационно развязанному с остальными конструкциями здания. Присоединение дополнительной массы фундамента к активной части понижает ее собственные уровни вибрации и уменьшает амплитуду возбуждающих вибрационных сил, передаваемых в окружающую среду.

Источник

Защита от шума трансформатора

Снижение шума и вибрации трансформаторов и реакторов в эксплуатации

Находящееся в эксплуатации на промышленных предприятиях и в жилых районах трансформаторно-реакторное оборудование производит шум, неблагоприятно воздействующий на экологию, что ведет к ухудшению здоровья обслуживающего персонала предприятий и населения. Одновременно, вибрация оборудования, являющаяся причиной его шума, влияет на его собственную механическую прочность, снижая срок службы и повышая возможность возникновения внутренних повреждений, зачастую приводящих к розливу трансформаторного масла с последующими пожарами, что ведет к материальным потерям и создает дополнительные риски для населения.

Эти обстоятельства, в условиях постоянно возрастающей нагрузки на экологию, диктуют необходимость выработки эффективных мер, во-первых, по снижению вибрации и шума в источнике и, во-вторых, по ограничению их распространения в окружающем пространстве.

Регламентируемой [1] шумовой характеристикой для трансформаторов является корректированный уровень звуковой мощности (КУЗМ), LPA, дБА [2, 3]; вибрационной характеристикой для реакторов является параметр виброперемещения (мкм, среднеквадратический) [4, 5]. КУЗМ определяется по результатам измеренного уровня звука (LA, дБА) трансформатора. Измерение уровня звука осуществляется шумомером со схемой коррекции «А», соответствующей чувствительности человеческого уха. При спектральном анализе звука измеряются уровни звукового давления (дБ) в полосах частот, октавных или третьоктавных.

2. ИСТОЧНИКИ ВИБРАЦИИ И ШУМА В ТРАНСФОРМАТОРАХ

Шум трансформаторов вызывается вибрацией активной части, а также вентиляторами системы охлаждения. Существенное влияние на шум трансформатора оказывают резонансные явления, возникающие в его отдельных элементах — охладителях, стенках бака, расширителе, трубопроводах и т.д.

Вибрация активной части трансформатора обусловлена магнитострикционными и электромагнитными силами в магнитной системе и динамическими силами в обмотках. В трансформаторах преобладает магнитострикционная составляющая вибрации. В магнитных системах реакторов, имеющих немагнитные зазоры, могут преобладать магнитные силы тяжения в зазорах.

Магнитострикцией называют явление деформации кристаллической решетки магнитного материала при его намагничивании. В процессе возрастания индукции сначала происходит смещение границ кристаллов материала, а затем их вращение, что ведет к изменению линейных размеров стали. Измеряется магнитострикция в относительных единицах изменения длины l = Δ l/l . Магнитострикционное удлинение листа стали может достигать нескольких десятков микрон на один метр длины.

При перемагничивании магнитной системы трансформаторов индукция в ней достигает максимума дважды за один период частоты переменного тока, что соответствует двухкратному изменению длины листов стали магнитной системы. Это ведет к периодическим колебаниям магнитной системы на удвоенной частоте переменного электрического тока (вибрация с частотой 100 Гц при частоте сети 50Гц).

Говоря о значении магнитострикции, имеется в виду среднее (по длине листа) максимальное значение, соответствующее определенной индукции без учета гармонических составляющих.

Магнитострикция современной анизотропной стали находится в диапазоне от -0,4-10 6 до 1,5-Ю»6 (при индукции 1,5 Тл).

Отжиг стали улучшает ее магнитострикционные характеристики. Механические воздействия существенно увеличивают магнитострикцию. Сильное воздействие оказывает сжатие листа в направлении прокатки (что характерно для конструкций активной части трансформаторов, прессовка которой часто осуществляется именно в этом направлении). При напряжении сжатия, составляющем 20 кГ/см2, магнитострикция увеличивается пятикратно.

Вместе с силами магнитострикционного происхождения, магнитная система испытывает воздействие сил магнитного притяжения. Наиболее ярко магнитные силы проявляются в стыковых соединениях. В шихтованных магнитных системах магнитный поток вынужден перетекать из листа в лист в воздушном или масляном зазорах, образующихся за счет неплотной стыковки листов стали. При этом возникают поперечные силы, приводящие к изгибным колебаниям листов. Поскольку листы стали на участках, соседствующих с зазорами, перенасыщаются, здесь увеличиваются также и магнитострикционные силы.

Силы магнитного притяжения преобладают в реакторах, где магнитная система имеет немагнитные зазоры. Возникающая при этом вибрация также происходит на удвоенной частоте напряжения сети.

Одним из источников шума трансформаторов является обмотка, проводники которой вибрируют под действием сил взаимного притяжения при протекании в них переменного тока в режиме нагрузки.

Генерирующими звук поверхностями в данном случае являются торцевые части обмоток, прессующие кольца, ярмовые балки, детали крепления.

До последнего времени шуму обмотки не придавалось значения, поскольку при индукции порядка 1,5-1,7 Тл он значительно ниже шума магнитной системы.

Шум, обусловленный обмоткой, зависит от тока нагрузки. Например, при токе, составляющем 70% номинального, шум трансформатора на 6 дБ меньше, чем при номинальном токе (у трансформаторов с пониженной индукцией).

Для трансформаторов, имеющих систему охлаждения с принудительной циркуляцией воздуха (Д, ДЦ), шум, создаваемый вентиляторами, обычно является преобладающим.

Звуковая мощность вентилятора зависит от его производительности, частоты вращения, конструкции. Шум вентиляторов преимущественно аэродинамического происхождения; в меньшей степени — механического. Учитывая, что уровень шума вентиляторов зависит в 6-й степени от скорости воздуха и только в 1-й степени от его производительности, для снижения шума следует использовать менее быстроходные вентиляторы. Шум вентиляторов находится в области 1000 Гц, к которой наиболее чувствительно человеческое ухо. В спектре частот шума вентилятора основная гармоника определяется выражением пк/60, где n — частота вращения вентилятора, оборотов в минуту; к — количество лопаток.

Высокочастотные составляющие спектра шума вентилятора обусловлены срывом вихря с лопаток и турбулентным потоком воздуха, набегающего на элементы конструкции.

Приблизительно общий уровень звуковой мощности вентилятора можно определить по формуле:

Lp = 10 lg Q + 20 lgp + 37, дБ

Уровни звука оборудованных вентиляторами охладителей выше, чем у отдельно стоящих вентиляторов. Это обусловлено их большей поверхностью звукоизлучения и, зачастую, резонансами отдельных деталей охладителя. Радиаторы системы охлаждения с естественной циркуляцией воздуха и масла могут иметь повышенный шум из-за передачи вибрации от бака.

Используемые в системах охлаждения масло-насосы не оказывают влияния на общий уровень звука трансформаторов — их уровень звуковой мощности на несколько порядков ниже, чем у трансформаторов.

Повышение уровня звука маслонасоса обычно означает его аварийное состояние: выход из строя подшипника, задевание крыльчатки насоса за корпус или ротора двигателя за статор. Подобные дефекты маслонасоса могут привести к снижению электрической прочности изоляции трансформатора из-за попадания в масло продуктов истирания металлических деталей такого насоса.

В связи с этим необходим периодический контроль состояния маслонасосов. Шум маслонасоса обычно маскируется шумом работающего трансформатора; состояние насоса лучше всего определять по уровню его вибрации.

2.4. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ

2.4.1. ЗАВИСИМОСТЬ ШУМА ТРАНСФОРМАТОРА ОТ РАЗМЕРОВ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

Уровни звуковой мощности трансформаторов пропорциональны их массогабаритным параметрам, хотя на практике эта зависимость может значительно меняться под действием разного рода конструктивно-технологических факторов[6].

Уровень звуковой мощности трансформатора находится в прямой пропорциональной зависимости от длины стержня магнитной системы:

I — наибольшая длина стержня, м ;

So — площадь поперечного сечения стержня, м 2 ;

Lv — виброскорость, дБ (при индукции В=1,6 Тл, Lv, = 70 дБ; снижение индукции на 0,5 Тл обеспечивает уменьшение виброскорости на 10 дБ).

Значение Lv, зависит от свойств электротехнической стали, распределения поперечных магнитных потоков в углах и над средним стержнем магнитной системы, а также от высших гармоник магнитострикции и магнитного потока на отдельных участках магнитной системы, что определяет известную приближенность расчета. При прочих равных условиях увеличение длины стержня вдвое повышает уровень звука на 6 дБ. Резонанс магнитной системы может увеличить уровень звука трансформатора на 5 дБ.

Характерным для магнитных систем трансформаторов является густой спектр собственных частот в диапазоне 1-3 кГц, обусловленных отдельными пластинами электротехнической стали. Последние не всегда монолитно стянуты, в толще магнитной системы имеются пустоты, определяемые коэффициентом заполнения стали (не менее 0,97 по ГОСТ 21427.2-83), что ведет к высокочастотным резонансным колебаниям пластин и их участков.

Этим, в частности, объясняется высокий уровень звука трансформаторов с частотой питающего напряжения 400 Гц и выше.

2.4 2. ВЛИЯНИЕ МАССЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ

Существует прямая зависимость уровней звуковой мощности трансформаторов от их электрической мощности [7]. Эта зависимость может меняться с изменением конструкции и материалов, индукции или массы при сохранении на прежнем уровне прочих параметров. Для геометрически подобных трансформаторов их уровень звуковой мощности пропорционален массе (М), или линейным размерам в третьей степени, а также пропорционален электрической мощности трансформатора [8] в степени 3/4:

M — масса магнитной системы, т;

L’o, L»o — постоянные для конкретных типов трансформаторов, которые зависят от величины индукции и конструкции.

Эти зависимости справедливы при неизменном значении магнитострикции и в отсутствии резонансов.

Уровень звука трансформатора изменяется на 3 дБ при изменении индукции на 10%. Это соотношение характерно для основной гармоники шума трансформатора.

Высшие гармоники (3-я и 5-я) при снижении индукции уменьшаются быстрее: на 4-5 дБ при снижении индукции на 10%, что связано с улучшением синусоидальности индукции в отдельных участках магнитной системы.

Уровни вибрации и звука трансформатора зависят от характера распределения магнитных потоков по сечению сердечника.

Индукция во внутренних углах шихтованных рамных магнитных систем может достигать удвоенного значения от номинального, что является предпосылкой повышения вибраций и шума.

Для трехфазных магнитных систем характерно повышенное содержание 3-й гармоники шума, что связано как с фазовым сдвигом колебаний отдельных стержней, так и с наличием значительной 3-й гармоники индукции. Повышенным шумом и вибрацией отличаются симметричные трехфазные магнитные системы из навитых магнитопроводов, где 3-я гармоника индукции может достигать 40% от основной гармоники.

2.4.4.ВЛИЯНИЕ БАКА И РАСПОЛОЖЕННЫХ НА БАКЕ ЭЛЕМЕНТОВ

Бак обычно повышает уровень звука источника, т.е. активной части трансформатора, как за счет увеличения поверхности звукового излучения, так и за счет резонанса стенок бака. Это повышение характерно для низших гармоник звука. Более высокие гармоники источника, звукоизолированные баком, могут и снижаться.

Передача вибрационной энергии от активной части к стенкам бака происходит через опоры либо через элементы крепления активной части к баку, а также через масло. Из соображений механической прочности стенки баков обычно укрепляют ребрами жесткости. Максимальные вибрации имеют место в центре пластин между ребрами жесткости и зависят от значения собственной частоты пластин.

У плоских баков трансформаторов амплитуда вибрационных смещений случайно зависит от неплоскостности пластины стенки и от полученных ею механических напряжений в процессе сварочных работ. Более закономерный характер распределения максимальных вибраций имеют круглые в плане баки.

Зачастую повышенный шум трансформатора связан с вибрацией резонирующих элементов бака — лестниц, трубопроводов, расширителя и т.д.

2.4.5.ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Вибрации и шум трансформаторов во многом зависят от режимов их работы.

Спектральное содержание характеристик вибрации и шума трансформаторов связано с частотой питающего напряжения. У трехфазных трансформаторов (частота сети — 50 Гц) наиболее ярко выражены первые три гармоники — 100, 200, 300 Гц, у однофазных — первые две. Соответственно трансформаторы с частотой питающего тока 400 Гц имеют гармонические составляющие шума и вибрации 800, 1600, 2500 и т.д. Гц.

Емкостная нагрузка ухудшает виброакустические характеристики по сравнению с индуктивной нагрузкой. Повышенную виброактивность и уровень звука имеют электропечные трансформаторы, работающие в режиме расплава с перемежающейся дугой на электродах печи. Амплитуда и частотный состав вибрации и звука преобразовательных трансформаторов зависят от типа схемы выпрямления.

Включение трансформатора в работу приводит к повышенному шуму вследствие остаточной намагниченности магнитопровода. Из-за перенасыщения магнитопровода уровень шума может превысить уровень при нормальной работе на 20 дБ. Снижение шума до установившегося состояния после включения может длиться до 6 часов.

2.4.6. КАЧЕСТВО ПИТАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

Определенное влияние на уровень звука трансформаторов оказывают высокочастотные помехи в питающем напряжении сети, в которых работают различные тиристорные устройства. Электрические помехи в таких сетях обычно невелики и составляют доли процента от номинального напряжения. Однако эти составляющие могут повысить уровень звука сухих трансформаторов малой и средней мощности на 20-30 дБ. Это повышение связано с резонансами отдельных пластин магнитной системы, их вибрации и взаимного соударения.

Борьба с этим явлением затруднительна, т.к. связана с устранением резонанса отдельных пластин активной стали, особенно в углах шихтованных магнитных систем.

3. МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ШУМА ТРАНСФОРМАТОРОВ И РЕАКТОРОВ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

Снижение шума трансформаторов связано с решением задач из области акустики, вибрации, динамики, механики, материаловедения, электротехники.

Процесс снижения шума трансформаторов, находящихся в эксплуатации, следует разделить на ряд этапов:

3.1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ

Помещение электроустановки и рабочие места

При обследовании определяются:

а) общий уровень звука в помещении

б) его спектральный состав.

Измерения осуществляются на рабочих местах помещения и в непосредственной бли-Кэсти к источникам шума. Целью обследования является определение вклада в общий уровень звука в помещении каждого из его источников. (Поскольку уровни звука отдельных источников складываются логарифмически, при равенстве уровней звука, к примеру, двух источников, даже полное отключение одного из них уменьшит общий уровень звука в помещении всего лишь на 3 дБА.)

а) общий уровень звука трансформатора;

б) вибрация стенок бака, охладителей, прочих заземленных элементов конструкции;

в) спектральный состав шума и вибрации.

Фиксируются напряжение и частота питающего тока, температура элементов конструкции и окружающей среды.

Виброакустическое обследование позволит выявить, во-первых, наиболее шумные источники звука в помещении, с которыми следует бороться в первую очередь, и, во-вторых, определиться с последовательностью этапов проводимых мероприятий.

Применительно к трансформаторам, работы по снижению их шума следует начинать, как правило, с устранения резонансов элементов конструкции бака и охладителей. Далее планом мероприятий должно предусматриваться устранение вибрации и шума внутренних частей трансформатора, которое можно осуществлять, например, во время плановых профилактических или капитальных ремонтов. И только в последнюю очередь следует предусматривать внешние меры, направленные на предотвращение распространения шума от источника в окружающее пространство, как наиболее дорогостоящие.

3.2. СНИЖЕНИЕ УРОВНЕЙ ВИБРАЦИИ И ШУМА, ИЗЛУЧАЕМОГО БАКОМ И ЭЛЕМЕНТАМИ, РАСПОЛОЖЕННЫМИ НА БАКЕ МАСЛЯНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Для уменьшения шума, излучаемого баком трансформатора, необходимо увеличение жесткости бака с помощью дополнительных ребер жесткости. Навариваемые на стенки бака ребра жесткости снижают их вибрацию и, следовательно, шум трансформатора. При этом происходит отстройка собственной частоты стенок бака от частоты возбуждающей силы (100 Гц). Чтобы не попасть при этом в область резонанса, вначале определяется собственная частота (f 0 ) стенки -экспериментально либо расчетом — по формуле:

F ₀ = 2,48 · 10 6 b (1/А 2 + 1/В 2 ) 2 / Ц1 + 0,036/ b (1/А 2 + 1/В 2 ), Гц

А, В и b — ширина, длина и толщина пластины, мм.

Дополнительные ребра устанавливаются в середине плоских участков бака в направлении их наибольшей длины. На баки, круглые в плане, ребра жесткости устанавливаются горизонтально, поскольку такие баки имеют выраженные максимумы и минимумы вибрации по окружности бака.

Дальнейшее уменьшение шума может быть достигнуто установкой на вибрирующие элементы демпферов, настроенных на конкретную частоту. Наиболее выраженной составляющей шума у 1-фазного трансформаторов является 2-я гармоника (200 Гц), у 3-фазного трансформатора — 3-я (300 Гц). С помощью демпфирующих устройств (антивибраторов) уровень шума бака трансформатора можно снизить на величину до 5 дБ.

Шумо- и вибропоглощение в стенках бака достигается также нанесением на них различных покрытий (при этом ухудшаются условия охлаждения). Вибропоглощающие покрытия могут быть изготовлены из жесткой пластмассы, нанесенной на демпфируемую поверхность, причем потери в материале создаются за счет растяжения покрытия.

Рабочая температура материала обеспечивается различными пластификаторам. К таким материалам относятся: мастичные — «Нева», «Ан-тивибрит-2», А5, А7, ВМП, битумные компаунды, листовые типа «Агат». Листовые материалы наносятся на конструкции с помощью клея, мастичные — напылением, шприцами. Затухание амплитуды изгибной волны в пластине определяется протяженностью покрытия. Коэффициент потерь зависит от соотношения толщины покрытия и пластины.

Охладители типа ДЦ, оборудованные трубками с разветвленной поверхностью, могут издавать повышенный высокочастотный шум, обусловленный вибрацией, передаваемой от бака трансформатора, с последующим трением трубок между собой. Между такими трубками следует установить дистанцирующие элементы.

Трубы радиаторов системы охлаждения Д, в случае их повышенной вибрации, следует закрепить.

В условиях эксплуатации простейшим способом снижения шума вентиляторов является их экранирование посредством звукоизолирующих панелей со звукопоглощающими покрытиями, которые не должны в то же время ухудшать условия охлаждения трансформатора. Эффективность этого способа зависит от размеров экрана, зачастую она недостаточна, учитывая способность звука огибать преграды на пути распространения.

Для снижения уровня звука вентиляторов возможны также следующие мероприятия:

3.3. СНИЖЕНИЕ ШУМА АКТИВНОЙ ЧАСТИ И ЕЕ ВИБРОИЗОЛЯЦИЯ ОТ БАКА

Магнитные характеристики электротехнической стали трансформаторов в эксплуатации изменить к лучшему невозможно. При проведении работ на активной части следует стремиться к тому, чтобы ее магнитные характеристики по крайней мере не ухудшить.

Поскольку механические воздействия на электротехническую сталь повышают ее магнитострикцию, а следовательно, и шум трансформатора, таких воздействий при проведении работ на активной части следует избегать. Такое же влияние на сталь оказывает ее сжатие в направлении прокатки.

Поэтому запрессовка магнитной системы и обмоток должна соответствовать заводским рекомендациям. Несоответствующая запрессовка может создать предпосылки для резонансов как всей активной части, так и ее элементов, вплоть до отдельной пластины электротехнической стали. Поэтому желательно при проведении работ на активной части контролировать ее частоту свободных колебаний.

Возможности снижения шума обмоток

До настоящего времени не найдено действенных средств для снижения шума, создаваемого обмотками. Возможности имеются в снижении эластичности обмотки путем применения изоляционных материалов с большим динамическим модулем упругости и за счет усовершенствования системы крепления обмоток. Простое увеличение усилий прессовки обмоток их уровень звука не уменьшает.

Вибро- и звукоизоляция активной части

Поскольку бак (или кожух) трансформатора резко усиливает передаваемые от активной части вибрацию и шум за счет как увеличения поверхности излучения, так и резонансов отдельных элементов бака, необходимо ограничить передачу акустической энергии за счет вибро- и звукоизоляции активной части от бака. Вибрация передается через опоры, металлические элементы крепления активной части к стенкам или крышке бака, а также через масло.

При проведении мероприятий по снижению шума трансформатора прежде всего следует устранить металлические контакты между активной частью и баком. Следует проверить состояние винтов, крепящих активную часть во время транспортирования, — винты должны быть удалены. Все жесткие элементы крепления активной части к баку должны быть заменены на упругие или устранены полностью. Заземление остова должно быть выполнено гибкой медной шиной.

Активная часть устанавливается в баке трансформатора на виброизоляторах, в качестве которых используются резиновые или пружинные амортизаторы, электрокартонные плиты и т.д. Собственная частота (f 0 ) установленной на виброизоляторах активной части должна быть в 2-3 раза меньше частоты возбуждающих вибрацию сил. Например, для трансформаторов с основной гармоникой возбуждающих вибрацию сил f = 100 Гц должно выполняться условие fo , коэффициент передачи т = 100%, т.е. виброизоляция равна нулю. Собственную частоту системы с избранным виброизолятором удобно определять экспериментально. Для этого виброизолятор нагружается известной массой и определяется статическая осадка виброизолятора d, см. Собственная частота определяется по формуле:

, Гц

Например, при статической осадке виброизолятора, равной 0,4см, собственная частота равна fo=8 Гц; при d=2,5см, fo=3 Гц и т.д.

Снижению шума трансформатора способствуют также следующие мероприятия:

3.4. СНИЖЕНИЕ ШУМА СУХИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Спецификой сухих трансформаторов мощностью до 1000 кВА является большое разнообразие конструкций магнитных систем, среди которых можно назвать шихтованные, навитые, стыковые (склеиваемые из двух половин), симметричные пространственные, при множестве модификаций, обусловленных типами стыков, видами шихтовки, характером прессовки и т.д.

Наиболее шумными являются симметричные пространственные магнитные системы 3-фазных трансформаторов, укомплектованные тремя О-образными навитыми магнитными элементами. Повышенная виброактивность такой системы обусловлена резкой несинусоидальностью индукции в отдельных элементах, низкой жесткостью конструкции и собственными частотами, находящимися в диапазоне 100-300 Гц.

1-фазные трансформаторы с навитой тороидальной магнитной системой также имеют малую величину шумовых характеристик. Положительный эффект в данном случае достигается за счет вибро- и звукоизолирующих свойств обмотки, которая полностью охватывает магнитную систему. Крепление тороидальной активной части за центр тяжести еще более улучшает виброшумовые характеристики такого трансформатора.

Существенное снижение уровня звука трансформаторов достигается при помощи пропитки и склейки магнитной системы материалами на основе эпоксидных смол. Происходящее при склейке замоноличивание магнитной системы устраняет ее вибрации в направлении, перпендикулярном плоскости листа, при некотором ухудшении магнитострикции стали. Эффект пропитки тем выше, чем глубже в толщу магнитной системы проникает склеивающий материал.

Но зачастую жидкий компаунд, во-первых, не проникает во все пустоты между пластинами стали, а во-вторых, вытекает из них в процессе полимеризации. Коэффициент температурного расширения пропитывающего материала должен быть меньше, чем у электротехнической стали: в этом случае полимеризованный материал горячего отверждения будет по мере охлаждения оказывать растягивающее действие на сталь магнитной системы.

Более всего распространены сухие трансформаторы 3-фазные с шихтованной магнитной системой. Шум активной части таких трансформаторов без кожуха невысок. Однако он резко возрастает у полностью собранного трансформатора с кожухом, который увеличивает поверхность звуко-излучения трансформатора и к тому же не обладает достаточной жесткостью, будучи изготовлен из тонколистовой стали.

Для снижения шума сухого трансформатора может оказаться достаточным удаление кожуха, с последующей установкой ограждения непосредственно на фундаменте.

Наибольший шум (иногда в области частот 1000 Гц) имеет место во внутренних углах окон магнитопровода. На этих участках имеет место повышенная индукция (до 2Вн). вызывающая возрастание вибрации и, соответственно, шума. Поскольку такие участки сухих трансформаторов доступны, снижение шума осуществляется путем заливки внутренних углов окон магнитопровода эпоксидным компаундом.

В процессе эксплуатации может ослабнуть прессовка магнитной системы. В частности, бывает ослаблена стяжка листов стержней магнитопровода, функции которой выполняет насаженная на стержень обмотка — дистанцирующие рейки свободно перемещаются от руки.

Прессовку следует восстановить, а между обмоткой и стержнем установить дополнительные рейки. Это мероприятие позволит снизить как низкочастотные, так и высокочастотные составляющие шума.

3.5. СНИЖЕНИЕ ВИБРАЦИЙ И ШУМА ШУНТИРУЮЩИХ И ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ РЕАКТОРОВ [8,9]

Вибрация и звук реакторного оборудования могут достигать значительных величин, что обусловлено конструкцией магнитных систем реакторов. В магнитопроводах реакторов имеются немагнитные зазоры, в которых возникают значительные периодические силы магнитного притяжения между элементами магнитопровода (рис. 1 а, б, в).

В дополнение к магнитострикционным силам силы магнитного притяжения, возникающие в зазорах с периодичностью рабочего напряжения, повышают вибрацию элементов магнитной системы в продольном направлении. Кроме того, выпучивание магнитного потока в зазорах вызывает появление его поперечной составляющей и, соответственно, изгибные колебания магнитной системы.

Для снижения уровня такого рода вибраций, в зазорах устанавливаются дистанцирующие элементы из материала с повышенной жесткостью, например, из фарфора. В стержневых реакторах фарфоровые элементы равномерно распределяются по длине стержня. В бесстержневых шунтирующих реакторах с магнитными системами броневого и ярмового типа проблема вибрации решается с помощью размещаемой в обмотке фарфоровой стойки, на которую опираются окончания С-образных магнитных шунтов или ярем. Запрессовка стойки из фарфора, отличающейся высокими жесткостными характеристиками, обеспечивает малые амплитуды колебаний магнитных элементов системы.

Как правило, повышение шума и вибрации реакторов связано с недостаточной запрессовкой магнитной системы, в частности ее фарфоровых элементов. В процессе эксплуатации происходит ослабление прессовки центрального стержня реактора или фарфоровой стойки. Их подпрессовке при проведении ремонтных работ препятствует высокая жесткость магнитной системы в целом.

Снижение вибрации и шума активной части реактора сопряжено с большими затратами. После разборки реактора и выемки активной части из бака следует:

3.6. ВНЕШНИЕ МЕРЫ СНИЖЕНИЯ ШУМА

Внешние меры, направленные на снижение передаваемого в окружающее пространство шума трансформатора, предусматривают установку на трансформаторе или поблизости звукоизолирующих конструкций.

С одной или со всех сторон трансформатора, возможно ближе к нему, могут устанавливаться экраны, перпендикулярные к защищаемому направлению. Края экранов должны выступать за трансформатор в стороны и вверх.

Ослабление уровня шума у защищаемого объекта при установленном экране может быть оценено по формуле:

а и b — расстояние от трансформатора до края экрана и от него до защищаемого объекта;

с — расстояние от трансформатора до объекта по прямой линии, м;

Расчет производится для преобладающих гармоник спектра звука. Для первых двух l (100 и 200 Гц) = 3,4м и 1,7м.

Со стороны трансформатора экран (кирпичная или иная стенка) должен быть покрыт звукопоглощающими материалами (ЗПМ). В качестве ЗПМ используются — пенопласт, минеральная вата, стекловолокно; в качестве демпфирующих материалов — битумные компаунды.

Подобные же акустические экраны из тонколистового металла с демпфирующим покрытием из ЗПМ могут навешиваться непосредственно на трансформатор. Акустическая эффективность подобных экранов невысока и локальна (5-7 дБА). Поскольку экраны имеют ограниченную площадь, звук трансформатора их огибает, что снижает эффект звукоизоляции, в особенности на низких частотах.

Практически бесполезным оказывается навешивание экранов на трансформатор, установленном в полуреверберационном помещении, из-за отражения звука от потолка, пола и стен. При использовании звукопоглощающих материалов в открытых установках следует помнить, что ЗПМ имеют пористую структуру, поглощают влагу и быстро теряют свои свойства. Для защиты ЗПМ применяются покрытия из акустически прозрачной сетки или стеклоткани с малой толщиной (0,06 мм).

Большее снижение звука (до 25 дБА) может быть достигнуто при полном укрытии трансформатора звукоизолирующими кожухами.

Звукоизолирующие кожухи обычно изготавливаются из листового металла, облицованного с внутренней стороны ЗПМ. Могут применяться алюминий, асбоцемент, кирпич, фарфор с наружным покрытием, бетон. Установленная внутри кожуха облицовка ЗПМ может выполняться из минеральной ваты, полужестких минераловатных плит в оболочке из стеклоткани, покрытых со стороны трансформатора перфорированным листом либо сеткой.

Эффективны многослойные панели из внутреннего стального перфорированного и внешнего свинцового листов, между которыми помещается пористый звукопоглощающий материал. Между собой панели соединяются болтами; в стыках устанавливаются упругие прокладки.

При этом должны быть решены вопросы выноса за пределы укрытия систем охлаждения и обеспечение звукоизоляции труб системы охлаждения, проходящих через укрытие. Сверху звукоизоляция не должна быть выше нижнего края фарфора и не уменьшать изоляционных расстояний. Такой тип звукоизоляции может снизить уровень шума на 15-20 дБ.

Наибольший эффект достигается при установке трансформаторов в отдельных помещениях. Такие помещения могут быть выполнены из кирпича или бетона, устанавливаются они на отдельном фундаменте, не связанном с фундаментом трансформатора. Любые щели в конструкции окон, дверей, стен, вентиляционных каналов должны быть исключены. Для снижения звукоотражения от стен и потолка последние оснащаются звукопоглощающей облицовкой из стекловолокнистых материалов.

При сооружении укрытия, имеющего толстые кирпичные стены и стоящего на отдельном фундаменте, можно получить ограничение шума — до 40 ДБА.

Стоимость таких способов снижения шума может быть достаточно высока.

Помещения подстанций, в которых работают трансформаторы, имеют, как правило, внутренние поверхности с высоким уровнем звукоотражения. Повышенный шум в таких помещениях часто связан с явлением реверберации. Для снижения уровня шума внутри помещений на их стены и потолок следует устанавливать звукопоглощающие конструкции. Конструкция помещений должна препятствовать распространению шума за их пределы. Помещения не должны иметь щелей; стены, потолок, двери должны обладать достаточной массой. Вентиляционные проемы и отверстия должны находиться в верхней части помещений и обработаны звукопоглощающими материалами.

Согласно сведениям, представленным на сессии СИГРЕ в 1998 году, были достигнуты следующие уровни снижения шума:

звукопоглощающие стенки, смонтированные на баке — 5 дБА;

двухслойные легкие панели — 15 дБА;

кирпичные или бетонные стены — 20-30 дБА;

отдельные помещения — 40 дБА.

Согласно [10], экономическая эффективность системы активного подавления шума приблизительно на 30% выше, чем у защитной стенки (экрана). Однако следует заметить, что для более высоких тонов система дает меньшее снижение, как это видно из приведенных данных. Звукоизолирующее действие стены для более высоких тонов будет лучше.

Знание причин, вызывающих шум находящихся в эксплуатации трансформаторов и реакторов, комплексный подход к решению виброакустических проблем, а также имеющиеся расчетные методы позволяют снизить шум и вибрации этого оборудования до приемлемых значений, предусмотренных стандартами.

1.Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Шум. Трансформаторы силовые масляные. Нормы и методы контроля. ГОСТ 12.2.024-87. Введ. 1/1 1989. М., 26 с.

2. ССБТ. Шум. Определение шумовых характеристик источников шума в свободном звуковом поле над звукоотражающей поверхностью: Технический метод. ГОСТ 12.1.026-80. Введ. 1/7 1981. М., 11 с.

3. ССБТ. Шум. Определение шумовых характеристик источников шума: Ориентировочный метод. ГОСТ 12.1.028-80. Введ. I/VII 1981. М., 8 с

4. Вибрация. Общие требования к проведению измерений. ГОСТ 12.1.034-84.

5. Аппаратура для измерения параметров вибрации. ГОСТ 12.4.012-83.

6. Reiplinger Е., Study of noise emitted bypower transformers, based on todey’s view point. CIGRE. International Conference on large high voltage electric systems. 1988, 12-08.

7. Power transformer Handbook. Edited by Berhard Hochart, Alstom transformer division. Sunt-Ouen, France. First English Edition.

8. Реакторы масляные, шунтирующие: Технические условия ТУ 16-90.

9. Реакторы масляные, заземляющие дугогасящие: Технические условия ТУ 16-88.

10. J. Vierengel, В. Ahlmann, T. Mudry, P. Boss. Use of active noise control technology to quiet power transformers.

Источник