Aktywna redukcja hałasu transformatorów energetycznych

 

Z uwagi na bardzo ostre wymagania dotyczące wartości dopuszczalnych w pomieszczeniach i stosunkowo małą skuteczność tradycyjnych metod redukcji hałasu niskoczęstotliwościowego całkowicie uzasadnione jest podejmowanie prac nad nowymi podejściami do zwalczania hałasu transformatorów, w tym zastosowaniu metod aktywnej redukcji.
Aktywne metody redukcji hałasu polegają na zmniejszeniu poziomu hałasu za pomocą dodatkowych źródeł energii wibroakustycznej. Źródła te, zwane wtórnymi sterowane są w taki sposób, aby poprzez zmianę warunków promieniowania źródła hałasu spowodować zmniejszenie energii akustycznej promieniowanej do środowiska, bądź poprzez oddziaływanie na wyemitowany hałas powodować zmniejszenie jego amplitudy. W pierwszym przypadku mamy do czynienia z aktywną redukcją w sensie globalnym, w drugim lokalnym (obszarom, w którym poziom hałasu został zmniejszony towarzyszą obszary, w których w wyniku zastosowania dodatkowych źródeł hałas jest większy). Schemat blokowy jednokanałowego układu aktywnej redukcji przedstawiony jest na Rys. 2. Składa się on z czujnika służącego do pomiaru parametrów generowanego hałasu, układu sterującego kształtującego sygnał kompensujący hałas, głośnika (źródła wtórnego) i mikrofonu (detektora sygnału błędu) informującego układ sterujący o efektach jego działania.
Z punktu widzenia projektanta układu aktywnej redukcji transformator energetyczny jako źródło hałasu charakteryzuje się następującymi właściwościami:
- właściwości korzystne:
- hałas wytwarzany przez transformator ma bardzo wyraźne (dominujące) składowe częstotliwościowe (Rys. 1.),

 


Rys.1. Przebieg poziomu ciśnienia akustycznego L w funkcji częstotliwości dla typowego transformatora energetycznego pracującego z częstotliwością 50 Hz

 

- charakter widma emitowanego hałasu pozostaje w znacznej mierze niezmienny w czasie (w zależności od obciążenia zmienia się amplituda ciśnienia akustycznego, przy zachowaniu względnych parametrów widmowych). Właściwie funkcjonujący system elektroenergetyczny jest źródłem napięcia o stałej częstotliwości roboczej. W wielu krajach, w tym w Polsce jej wartość nominalna wynosi 50Hz, w innych 60 Hz. W praktyce mamy oczywiście do czynienia z wahaniami tej częstotliwości. Zmiany częstotliwości pracy transformatora mają dwojaki charakter: długotrwały związany z tzw. niedoborem mocy źródeł w systemie elektroenergetycznym, będącym przyczyną stosowania ograniczeń jej poboru oraz krótkotrwały związany ze stanami nieustalonymi generatorów i układów napędowych. W obu przypadkach odchylenia częstotliwości od wartości nominalnej (pojedyncze Hz) są pomijalnie małe z punktu widzenia układu aktywnej redukcji,
- informacje o hałasie w postaci sygnału niezbędnego do działania układu aktywnej redukcji może być uzyskana bez pośrednictwa mikrofonu (czujnik na Rys. 2).

 


Rys.2. Schemat układu aktywnej redukcji hałasu transformatora

 

- właściwości niekorzystne:
- ze względów technicznych i z uwagi na zapewnienie bezpiecznego dostępu istnieją poważne ograniczenia co do miejsca umieszczenia elementów wykonawczych,
- elementy wykonawcze często musza pracować w bardzo trudnych warunkach,
- w przypadku, gdy transformator pracuje jako obiekt wolnostojący w przestrzeni otwartej uzyskanie efektu globalnej redukcji hałasu jest bardzo trudne i wymaga stosowania złożonych wielokanałowych układów sterowania,
- zmienne warunki propagacji (temperatura, wilgotność) fali akustycznej w przestrzeni otwartej utrudniają teoretyczne przewidywanie parametrów pola akustycznego wokół transformatora.
Specyficzne warunki i ograniczenia są przyczyną, że jako elementy wykonawcze w układach aktywnej redukcji hałasu transformatorów obok głośników stosuje się coraz częściej elementy piezoelektryczne. Są one wykorzystywane jako elementy wykonawcze mocowane bezpośrednio na obudowie transformatora, bądź umieszczane w specjalnie zaprojektowanych obudowach. W pierwszym przypadku służą one do aktywnej redukcji amplitudy drgań obudowy transformatora. Takie podejście umożliwia zmniejszenie całkowitej energii akustycznej emitowanej przez transformator do otoczenia. W drugim przypadku elementy piezoelektryczne pełnią funkcje typowej obudowy połączonej z funkcjami układu rezonansowego „dostrojonego” do dominujących częstotliwości hałasu wytwarzanego przez transformator. Cechą charakterystyczną takiego elementu wykonawczego jest duża sprawność (praca w warunkach rezonansu) umożliwiająca pracę ciągłą i redukcję hałasu o dużym poziomie. Dodatkową pozytywną cechą są niewielkie wymiary i mała waga w porównaniu do obudów głośnikowych, co ma istotne znaczenie ze względu na możliwości swobodniejszego rozmieszczania źródeł, bądź mocowania ich w miejscach niedostępnych dla głośników.
Zastosowanie układów aktywnych umożliwia redukcję poziomu hałasu związanego z podwojoną częstotliwością normatywną sieci elektroenergetycznej do poziomu hałasu tła, zaś poziomu dźwięku do 25 dB.

 

© 2002-2004 Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy www.anc.pl, www.ciop.pl

 
01 Portal wiedzy o BHP - Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy