Transformator energetyczny źródłem hałasu niskoczęstotliwościowego

 

Transformatory energetyczne są źródłem hałasu niskoczęstotliwościowego. Ma on charakter stacjonarny, o widmie z wyraźnie wyróżnionymi składnikami dla częstotliwości stanowiących wielokrotność podwójnej częstotliwości sieci elektroenergetycznej. Podstawowym źródłem hałasu są drgania rdzenia spowodowane zjawiskiem magnetostrykcji. Transformatory coraz częściej umieszczane są w obrębie osiedli mieszkaniowych, na terenach rekreacji i wypoczynku. Są niezbędnym elementem funkcjonowania obiektów użyteczności publicznej. Wymagania dotyczące ich parametrów akustycznych są bardzo ostre i wymuszają podejmowanie działań w kierunku ograniczenia promieniowanej przez nie energii akustycznej. Obok tradycyjnych metod pasywnych redukcji hałasu w ostatnich latach coraz częściej spotyka się nowoczesne rozwiązania bazujące na systemach aktywnej redukcji. Parametry transformatora energetycznego jako źródła hałasu niskoczęstotliwościowego, oraz ostre wymagania prawne pozwalają przypuszczać, że metody aktywne będą coraz częściej stosowane do redukcji wytwarzanego przez nie hałasu.
Hałas wytwarzany przez transformator związany jest przede wszystkim z występowaniem zjawiska magnetostrykcji. Materiał ferromagnetyczny tworzący rdzeń transformatora w zmiennym polu magnetycznym zmienia swoje wymiary. Na Rys. 1. przedstawiono wykresy ilustrujące zależności względnych zmian długości próbek ferromagnetycznych ε = Δl/l od natężenia pola magnetycznego dla trzech powszechnie stosowanych ferromagnetyków. Jak widać różne ferromagnetyki zachowują się w różny sposób. Przeciętne wartości parametru ε są rzędu 10-5...10-6 m.

 


Rys. 1. Względne zmiany wymiarów materiału ferromagnetycznego ε w funkcji natężenia pola magnetycznego H

 

Odkształcanie rdzenia transformatora umieszczonego wewnątrz uzwojenia, przez który płynie prąd zmienny, powoduje jego drgania z częstotliwością równą podwojonej częstotliwości prądu. Jest to spowodowane faktem, że zmiana wymiarów rdzenia towarzyszy bezwzględnej zmianie wartości natężenia pola magnetycznego niezależnie od kierunku zmian. Ponieważ częstotliwość sygnału w systemach elektroenergetycznych w zależności od kraju wynosi 50Hz lub 60Hz transformatory energetyczne są klasycznym wręcz przykładem źródeł hałasu niskoczęstotliwościowego. Termin „hałas niskoczęstotliwościowy” oznacza hałas, którego najistotniejsze z punktu widzenia poziomu hałasu składniki widma leżą w zakresie częstotliwości nie przekraczającym 400 Hz (Rys. 2).

 


Rys. 2. Przebieg poziomu ciśnienia akustycznego L w funkcji częstotliwości dla typowego transformatora energetycznego pracującego z częstotliwością 50 Hz

 

Innymi źródłami hałasu transformatorów są drgania uzwojeń spowodowane siłami elektrodynamicznymi oraz źródła o charakterze niestacjonarnym spotykane w transformatorach dużej mocy. Te źródła to wentylatory i pompy olejowe stosowane do wymuszania obiegu chłodzenia oraz układy przełączania i regulacji pod obciążeniem.
Poziom hałasu transformatora energetycznego zależy w dużej mierze od jego mocy, wymiarów, masy i obciążenia. Badania eksperymentalne pozwoliły określić szereg zależności umożliwiających ocenę poziomu mocy akustycznej transformatora. Na Rys. 3. przedstawiono przykładowe wyniki pomiarów poziomu mocy akustycznej dla dwóch typów transformatorów energetycznych w funkcji ich mocy elektrycznej.

 


Rys. 3. Zależność poziomu mocy akustycznej Lp od mocy elektrycznej Pe dla dwóch typów transformatorów energetycznych

Wyniki pomiarów uzupełniono liniami prostymi, których równania mogą służyć do oceny mocy akustycznej transformatorów wchodzących do tej samej grupy asortymentowej. Uzyskane w taki sposób zależności mają charakter przybliżony, mogą być jednak pomocne na etapach projektowania transformatora.

 

© 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