Schallquellen in Transformatoren

Variabler 2 Transistoren Multivibrator - Astabile Kippstufe - Relaxationsosszillator (March 2019).

Anonim

Niedrige Frequenzen

Im Gegensatz zu Kühlgebläse- oder Pumpengeräuschen ist der von einem Transformator abgestrahlte Schall tonaler Natur und besteht aus gleichmäßigen Oberschwingungen der Netzfrequenz. Es wird allgemein anerkannt, dass die vorherrschende Quelle von Transformatorgeräuschen der Kern ist.

Schallquellen in Transformatoren (auf Foto: Original-Trafogeräte der 1930er Jahre im SEPTA Lansdale Eisenbahn-Umspannwerk, das von der Reading Railroad installiert wurde)

Die niederfrequente, tonale Natur dieses Rauschens oder Brummens ist schwieriger abzuschwächen als das Breitband-Rauschen höherer Frequenz, das von den anderen Quellen kommt.

Dies liegt daran, dass sich niedrige Frequenzen mit geringerer Dämpfung weiter ausbreiten. Tonalrauschen kann sogar bei hohen Hintergrundgeräuschen akuter wahrgenommen werden als bei Breitbandniveaus. Diese Kombination aus geringer Dämpfung und hoher Wahrnehmung macht tonales Rauschen zum dominierenden Problem in den Nachbargemeinden um Transformatoren.

Um dieses Problem zu lösen, schreiben die meisten Lärmvorschriften Strafen oder strengere Anforderungen an das Tonrauschen vor.

Obwohl der Kern die Hauptgeräuschquelle in Transformatoren ist, kann das Lastgeräusch, das hauptsächlich durch die elektromagnetischen Kräfte in den Wicklungen verursacht wird, auch einen signifikanten Einfluss in Transformatoren mit niedrigem Schallpegel haben. Das Rauschen der Kühleinrichtung (Lüfter und Pumpen) dominiert typischerweise die sehr niederfrequenten und sehr hochfrequenten Enden des Schallspektrums, während das Kernrauschen im mittleren Frequenzbereich zwischen 100 und 600 Hz dominiert.

Diese Klangerzeugungsmechanismen können wie folgt weiter charakterisiert werden.

ABB-Verteiltransformatoren werden im Bereich von 50 bis 30000 kVA für Betriebsspannungen bis zu 72, 5 kV hergestellt. Transformatoren sind dreiphasig, mit Mineralöl gefüllt, natürlich gekühlt (ONAN) und können im Innen- und Außenbereich eingesetzt werden.

Kernrauschen

Wenn ein Eisenstreifen magnetisiert wird, erfährt er eine sehr kleine Änderung seiner Abmessungen (normalerweise nur einige Teile in einer Million).

Dieses Phänomen wird Magnetostriktion genannt .

Die Änderung der Dimension ist unabhängig von der Richtung des magnetischen Flusses ; daher tritt es bei der doppelten Zeilenfrequenz auf. Da die Magnetostriktionskurve nichtlinear ist, erscheinen auch höhere Harmonische gerader Ordnung in der resultierenden Kernvibration bei höheren Induktionspegeln (über 1, 4 T).

Die Flussdichte, das Kernmaterial, die Kerngeometrie und die Wellenform der Erregungsspannung sind die Faktoren, die die Größen- und Frequenzkomponenten der Schallpegel des Transformatorkerns beeinflussen. Die mechanische Resonanz in der Transformatorbefestigungsstruktur sowie in den Kern- und Tankwänden kann auch einen signifikanten Einfluss auf die Größe der Transformatorvibrationen und folglich auf das erzeugte akustische Geräusch haben.

Geräusche laden

Belastungsgeräusche werden durch Vibrationen in Tankwänden, magnetischen Abschirmungen und Transformatorwicklungen aufgrund der elektromagnetischen Kräfte verursacht, die von Leckströmen herrühren, die durch Lastströme erzeugt werden. Diese elektromagnetischen Kräfte sind proportional zum Quadrat der Lastströme.

Das Lastgeräusch wird vorwiegend durch axiale und radiale Schwingungen von Transformatorwicklungen erzeugt .

Geringfügig gestaltete magnetische Abschirmung kann jedoch auch eine wichtige Schallquelle in Transformatoren sein. Eine starre Konstruktion für laminierte Magnetabschirmungen mit fester Verankerung an den Tankwänden kann ihren Einfluss auf die Gesamtlastschallpegel stark reduzieren.

Die Frequenz des Belastungsrauschens ist normalerweise doppelt so hoch wie die Netzfrequenz. Ein geeignetes mechanisches Design für laminierte magnetische Abschirmungen kann hilfreich sein, um eine Resonanz in den Tankwänden zu vermeiden. Die Auslegung der magnetischen Abschirmungen sollte die Auswirkungen von Überlastungen berücksichtigen, um eine Sättigung zu vermeiden, die bei solchen Betriebsbedingungen höhere Schallpegel verursachen würde.

Untersuchungen haben gezeigt, dass radiale Schwingungen außer bei sehr großen Spulen keinen nennenswerten Beitrag zum Wicklungsgeräusch leisten.

Die kompressiven elektromagnetischen Kräfte erzeugen axiale Schwingungen und können daher eine Hauptschallquelle in schlecht getragenen Wicklungen sein. In einigen Fällen kann die natürliche mechanische Frequenz von Wicklungsklemmsystemen dazu neigen, mit elektromagnetischen Kräften in Resonanz zu geraten, wodurch das Belastungsrauschen stark verstärkt wird. In solchen Fällen kann eine Dämpfung des Wicklungssystems erforderlich sein, um diesen Effekt zu minimieren. Das Vorhandensein von Oberschwingungen in Laststrom und -spannung, insbesondere in Gleichrichtertransformatoren, kann Schwingungen mit der doppelten Oberwellenfrequenz und somit eine beträchtliche Erhöhung des Gesamtschallpegels eines Transformators erzeugen.

Über mehrere Jahrzehnte ist der Beitrag des Lastgeräusches zum Gesamttransformatorgeräusch moderat geblieben.

Bei Transformatoren mit niedrigen Induktionswerten und verbesserten Kernkonstruktionen zur Einhaltung niedriger Schallpegelspezifikationen kann jedoch das lastabhängige Wicklungsrauschen elektromagnetischer Herkunft einen wesentlichen Beitrag zum Gesamtschallpegel des Transformators leisten.

In vielen Fällen liegt die Schallleistung des Wicklungsgeräusches nur wenige dB unter der des Kernrauschens.

Lüfter und Pumpenton

Leistungstransformatoren erzeugen aufgrund der Verluste in dem Kern, den Spulen und anderen metallischen Strukturkomponenten des Transformators beträchtliche Wärme. Diese Wärme wird durch Ventilatoren abgeführt , die Luft über Radiatoren oder Kühler blasen . Lärm, der von den Kühlventilatoren erzeugt wird, ist normalerweise breitbandig.

Kühllüfter tragen in der Regel mehr zum Gesamtlärm bei Transformatoren kleinerer Nennwerte und bei Transformatoren bei, die bei niedrigeren Kerninduktionswerten betrieben werden.

Faktoren, die sich auf die gesamte Lüftergeräuschleistung auswirken, sind die Spitzengeschwindigkeit, das Blattdesign, die Anzahl der Lüfter und die Anordnung der Kühler.

Referenz: Jeewan Puri - Ursachen und Auswirkungen von Transformer Sound Levels

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