Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог
Шум от трансформаторов - одна из самых постоянных жалоб на подстанции, расположенные вблизи жилых и коммерческих районов. В отличие от временных строительных помех, распределительный трансформатор работает круглосуточно - часто в течение 25 лет и более, поэтому даже умеренные уровни шума являются хронической проблемой для жильцов близлежащих домов.
В этом руководстве рассматривается физика возникновения шума в трансформаторах, объясняется, как производители указывают уровни шума в децибелах, и представлены проверенные на практике стратегии снижения шума, начиная с первоначального проектирования и заканчивая модернизацией.
Шум в трансформаторе возникает из-за трех различных физических механизмов, каждый из которых создает характерные частоты и реагирует на различные подходы к снижению шума.
На магнитострикцию приходится 80-90% слышимого шума трансформатора при нормальных условиях эксплуатации. Это явление происходит, когда ориентированная на зерна электротехническая сталь претерпевает изменения размеров в ответ на переменный магнитный поток. Слои кремнистой стали физически расширяются и сжимаются по мере того, как магнитные домены выравниваются и перестраиваются в соответствии с изменяющимся направлением поля.
Изменение размеров происходит дважды за один электрический цикл:
Ламинаты сердечника обычно испытывают удлинение 0,1-10 мкм на метр длины, в зависимости от плотности магнитного потока и марки стали. Современная зерноориентированная электротехническая сталь (GOES) имеет более низкие коэффициенты магнитострикции, чем обычные марки - обычно 0,3-0,8 мкм/м при плотности потока 1,7 Т по сравнению с 2-4 мкм/м для неориентированной стали.
Акустический выход содержит сильные компоненты на основной частоте, а также гармоники на 200, 300 и более Гц. Человеческий слух воспринимает эти чистые тона как особенно навязчивые по сравнению с широкополосным шумом равной энергии.
Электромагнитные силы обмотки вносят примерно 15-20% от общей акустической мощности во время типичной работы. Ток нагрузки, протекающий по проводникам, создает силы Лоренца, которые вызывают вибрацию обмоток на частоте, вдвое превышающей частоту питания. Этот эффект усиливается при перегрузках, когда ток превышает нормальные номинальные значения.
Шум обмотки становится значительным, когда:
Охлаждающее оборудование добавляет аэродинамический шум от вентиляторов и насосов в конфигурациях с принудительным охлаждением. Шум вентилятора обычно составляет 55-75 дБ(А) в зависимости от конструкции лопастей и скорости вращения, часто превышая шум ядра в периоды высокой нагрузки, когда включается принудительное охлаждение.
Уровни шума трансформатора выражаются в A-взвешенные децибелы [дБ(A)], применяя частотно-зависимую коррекцию, которая имитирует чувствительность человеческого уха. Взвешивание по шкале A уменьшает вклад низких частот, к которым слух менее чувствителен.
В спецификациях трансформаторов встречаются два связанных, но разных параметра:
Производители обычно гарантируют уровень звуковой мощности, поскольку он не зависит от акустических характеристик установки. Пересчет ожидаемого звукового давления в конкретном месте требует учета расстояния, отражения от земли, близлежащих поверхностей и атмосферных условий.
Согласно стандарту IEC 60076-10 (Силовые трансформаторы - определение уровней звука), уровень звуковой мощности LWA должны быть измерены методом интенсивности звука на расстоянии 0,3 м от поверхности бака трансформатора. А-взвешенный уровень звукового давления для распределительных трансформаторов обычно составляет 45-75 дБ(А), при этом магнитострикция вносит доминирующий спектральный компонент на частоте 100 Гц ± 2 дБ.
Типичные уровни шума распределительных трансформаторов:
| Номинальная мощность (кВА) | Стандартный дБ(A) | Низкий уровень шума дБ(A) |
|---|---|---|
| 100-315 | 45-52 | 40-47 |
| 400-630 | 50-56 | 45-51 |
| 800-1250 | 54-60 | 49-55 |
| 1600-2500 | 58-65 | 53-60 |
Значения при режиме холостого хода ONAN; добавьте 3-8 дБ для нагрузки и принудительного охлаждения
Шкала децибел является логарифмической, что создает неинтуитивные зависимости:
Человеческое восприятие подчиняется другим правилам:
Это логарифмическое поведение означает, что для снижения шума трансформатора с 65 дБ(А) до 55 дБ(А) необходимо устранить 90% акустической энергии-Это серьезная инженерная задача, которая объясняет, почему шумоподавление требует высокой цены.
[Экспертный взгляд: полевая акустическая оценка]
- В ходе наших оценок 200 с лишним распределительных трансформаторов точная идентификация источника шума сократила время поиска неисправностей на 40% по сравнению с подходами, основанными на методе проб и ошибок.
- Работа при плотности потока выше 1,7 Т значительно увеличивает выходной уровень шума - акустическая мощность возрастает примерно на 12 дБ при увеличении плотности потока с 1,5 Т до 1,9 Т.
- Оставьте запас в 2-3 дБ между гарантированными уровнями и максимально допустимыми пределами на объекте, чтобы учесть переменные установки
Наиболее экономически эффективная борьба с шумом осуществляется при определении и закупке трансформаторов.
Уменьшите плотность потока в сердечнике. Снижение плотности рабочего потока напрямую уменьшает амплитуду магнитострикции. Полевые измерения постоянно демонстрируют, что снижение плотности потока с 1,7 Т до 1,5 Т может уменьшить шум сердечника на 4-6 дБ(А). Компромисс: увеличение площади поперечного сечения сердечника увеличивает стоимость материала (обычно 8-15%) и физические размеры.
Укажите сталь с доменным рафинированием. Производители, включая Nippon Steel и POSCO, разработали стали с лазерным доменным рафинированием, которые снижают магнитострикцию на 30-40% за счет контролируемого расстояния между стенками доменов. Эти премиальные марки достигают улучшения на 2-4 дБ по сравнению со стандартной зерноориентированной сталью при эквивалентной плотности потока.
Требуются ступенчатые соединения сердечников. Ступенчатая конструкция распределяет переход магнитного потока по нескольким слоям ламинирования, а не концентрирует его в одной плоскости зазора. По сравнению с обычными соединениями, выполненными по технологии mitered, конструкция step-lap снижает локальную вибрацию и обеспечивает улучшение уровня шума на 3-6 дБ в типичных вариантах применения.
Установите договорные гарантии. Укажите максимальный уровень звуковой мощности с явным указанием стандарта испытаний. Для чувствительных к шуму установок требуйте проведения заводских испытаний. Включите в контракт последствия - отказ, штрафы или требования по устранению несоответствия.
Для проектов, сопряженных с возможности производителя распределительных трансформаторов, Заблаговременное участие позволяет оптимизировать соотношение шума и стоимости до окончательного утверждения спецификаций.
Даже тихие трансформаторы становятся источником шума из-за неправильной установки.
Изоляция фундамента предотвращает передачу инфекции через конструкцию. Жесткие крепления передают вибрацию непосредственно на строительные конструкции, создавая шум, распространяющийся далеко от места установки трансформатора. Используйте виброизолирующие крепления между основанием трансформатора и фундаментом. Избегайте жестких анкерных болтов в обход изоляторов. Рассчитывайте массу фундамента так, чтобы избежать резонанса с частотами вибрации трансформатора в диапазоне 100-400 Гц.
Акустика корпуса может как помочь, так и навредить. Эффективные подходы включают звукопоглощающую облицовку внутренних поверхностей (минеральная вата, акустическая пена), достаточные зазоры для предотвращения резонанса стоячих волн и вентиляционные отверстия, спроектированные как акустические глушители с перегородками.
Твердые отражающие внутренние поверхности, размеры корпуса, соответствующие четверти длины волны доминирующих частот, и прямая видимость от поверхности трансформатора до вентиляционных отверстий - все это усиливает проблемы с шумом. В ходе наших акустических оценок 75 с лишним установок твердые отражающие поверхности в радиусе 3 метров увеличивали измеренные уровни звукового давления до 6 дБ(А) за счет конструктивной интерференции волн.
Расстояние остается самым простым средством смягчения последствий. Звуковое давление уменьшается примерно на 6 дБ при удвоении расстояния от точечного источника. Если расстояние ограничено, барьеры прерывают прямой путь звука и обеспечивают ослабление на 5-15 дБ в зависимости от геометрии, хотя низкие частоты дифрагируют на краях барьера, что ограничивает эффективность.
Координация с интеграция компонентов распределительных устройств гарантирует, что соседнее оборудование не создает отражающих поверхностей или резонансных полостей, усиливающих шум трансформатора.
Борьба с шумом от существующих установок сопряжена с большими трудностями, но несколько подходов остаются жизнеспособными.
Оптимизация напряжения и ответвлений предлагает самое недорогое вмешательство. Если трансформатор работает с напряжением выше номинального из-за особенностей электросети или настройки ответвлений, снижение напряжения уменьшает плотность потока в сердечнике и магнитострикцию. Снижение напряжения на 2,5% может обеспечить снижение шума на 2-3 дБ, не влияя на способность обслуживать нагрузку в пределах регулирования.
Модернизация системы охлаждения устранить шум от вентиляторов в пиковые периоды:
Акустические корпуса окружать существующие трансформаторы звукопоглощающими конструкциями. Эффективные конструкции включают в себя двустенную конструкцию с поглощающим наполнителем, заглушенные вентиляционные каналы, поддерживающие достаточный поток охлаждающего воздуха, и доступ для обслуживания. Хорошо спроектированные модернизированные корпуса позволяют достичь вносимых потерь 15-25 дБ, хотя стоимость часто приближается к 20-40% от стоимости замены трансформатора.
Активное шумоподавление представляет собой новую технологию. Микрофоны определяют характер шума, а громкоговорители излучают противофазный звук для подавления определенных частотных составляющих. ANC лучше всего работает на низких частотах, где пассивное поглощение неэффективно, и для тонального шума со стабильным частотным содержанием. Существующие ограничения включают сложность системы, требования к обслуживанию и трудности с устранением широкополосного шума.
Для применения внутри помещений, где требуется минимальный уровень шума, используется литая смола. сухие трансформаторы предлагают альтернативу с изначально более низкой акустической мощностью и отсутствием проблем, связанных с обслуживанием масла.
[Экспертный взгляд: факторы экологического шума].
- Температура влияет на магнитострикцию: холоднокатаная зерноориентированная сталь проявляет оптимальные магнитные свойства при температуре 20-40°C; температура ниже 10°C может увеличить шум на 2-4 дБ(А)
- Нелинейная нагрузка с THD, превышающим 5%, может повысить уровень шума на 5-10 дБ(A) выше номинальной частоты.
- Вибрация, передаваемая от фундамента (50-200 Гц), может вызвать вторичное шумовое излучение на значительном расстоянии от источника
Предельные уровни шума от трансформаторов существенно различаются в зависимости от юрисдикции и классификации землепользования.
Типичные границы жилых районов:
Промышленные зоны Обычно допускается 65-75 дБ(А) и выше.
Многие юрисдикции применяют тональные штрафы, добавляя 5-6 дБ(А) к измеренным уровням, когда чистые тона превышают широкополосный шум на заданный предел. Трансформаторный шум, который по своей природе является тональным из-за основной частоты 100/120 Гц и гармоник, часто вызывает эти штрафы, что делает соблюдение требований более сложным, чем предполагают необработанные цифры дБ(А).
Для городских и загородных проектов важна заблаговременная консультация с местными органами по охране окружающей среды. Оставьте запас в 2-3 дБ между гарантированными уровнями трансформатора и максимально допустимыми пределами на участке, чтобы учесть переменные установки, влияние фундамента и погрешность измерений.
XBRELE предлагает конструкции распределительных трансформаторов, оптимизированные для акустических характеристик в чувствительных к шуму приложениях.
Доступные опции шумоподавления включают:
Заводские испытания уровня шума проводятся в соответствии с методикой IEC 60076-10, а для критически важных объектов предусмотрены варианты измерений, подтвержденные свидетелями. Наша команда инженеров предоставляет технические консультации по спецификациям проектов, чувствительных к шуму, помогая сбалансировать акустические требования с параметрами стоимости и эффективности.
Для применения в помещениях сухие трансформаторы XBRELE из литой смолы обеспечивают пониженную акустическую мощность без необходимости обслуживания, связанного с использованием масла. Требования к корпусу для окружающей среды аналогичны тем, которые подробно описаны в наших Руководство по выбору оборудования для установки в помещении и на улице.
Обратитесь в инженерную группу XBRELE, чтобы получить акустический анализ конкретного проекта и рекомендации по трансформаторам с учетом ограничений и нормативных требований на вашем объекте.
Внешняя ссылка: МЭК 60076 - Стандарты на силовые трансформаторы IEC 60076
Вопрос: На какой частоте возникает шум в трансформаторе?
О: Основная частота шума равна удвоенной частоте питания - 100 Гц для систем 50 Гц и 120 Гц для систем 60 Гц - с дополнительными гармоническими составляющими на частотах 200 Гц, 300 Гц и более высоких кратностях, создающими характерный гул.
Вопрос: Насколько сильно нагрузка влияет на уровень шума трансформатора?
О: Работа в режиме малой нагрузки (ниже мощности 30%) вызывает в основном шум магнитострикции сердечника, а в режиме полной нагрузки добавляется электромагнитный шум обмотки, который может увеличить общую мощность на 2-8 дБ(A) в зависимости от конструкции трансформатора и содержания гармоник нагрузки.
В: Можно ли уменьшить шум трансформатора без замены блока?
О: Варианты модернизации включают регулировку положения ответвителя для снижения рабочего напряжения, замену малошумных вентиляторов, акустические барьеры и внешние корпуса, которые могут достигать 15-25 дБ вносимых потерь при правильном проектировании с глухой вентиляцией.
В: Почему некоторые трансформаторы становятся громче в холодную погоду?
О: Холодные температуры увеличивают жесткость кремниевой стали, что может усилить передачу вибрации через стержневую конструкцию; полевые измерения показывают увеличение шума на 2-4 дБ(А) при температуре окружающей среды ниже 10°C по сравнению с оптимальным рабочим диапазоном.
В: Чем обусловлен тональный штраф в шумовых нормах?
О: Нормативные тональные штрафы (обычно 5-6 дБ, добавляемые к измеренным уровням) применяются, когда компоненты чистого тона превышают окружающий широкополосный шум на определенную величину; магнитострикция трансформатора создает сильное тональное содержание на частотах 100/120 Гц, которое обычно вызывает такие добавления.
Вопрос: Как гармонические нагрузки влияют на акустику трансформатора?
О: Нелинейные нагрузки создают гармонические токи, которые усиливают вибрацию обмотки на разных частотах; суммарные гармонические искажения, превышающие 5%, могут повысить уровень шума на 5-10 дБ(A) выше номинальной основной частоты, измеренной в условиях синусоиды.
Вопрос: Какой подход к снижению уровня шума является наиболее экономически эффективным?
О: Указание соответствующих уровней шума при первоначальной закупке обеспечивает наибольшую отдачу - модификация конструкции на этапе производства обходится значительно дешевле, чем эквивалентная модернизация, при этом малошумные конструкции премиум-класса обычно увеличивают базовую стоимость трансформатора на 10-20%.
