ГЛАВА ЧЕТЫРНАДЦАТАЯ
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УЛУЧШЕНИЯ ШУМОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНСФОРМАТОРОВ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В последние годы, когда единичные мощности трансформаторов резко возросли, борьба с шумами трансформаторов становится необходимой. Это особенно относится к шумам трансформаторов в ночное время в тех случаях, когда трансформаторные подстанции расположены вблизи жилых кварталов городов и поселков. Поэтому изучение причин возникновения шума трансформатора и изыскание путей и методов его снижения является весьма важной проблемой. Вопросу уменьшения шумов в нашей стране уделяется большое внимание. Об этом свидетельствуют постановление «О мерах по дальнейшему улучшению охраны природы и рациональному использованию природных ресурсов», принятое Верховным Советом СССР в сентябре 1972 г., ряд стандартов и ведомственных документов.
Нормально собранный магнитопровод должен иметь гудение низкого тона, одинаковое во всех частях. При плохой его запрессовке трансформатор имеет не равномерное гудение, а местно повышенное. В таких случаях производят допрессовку. Обычно при плохой запрессовке магнитопровода бывают так называемые «жучки» — дребезжание пластин, большей частью в местах стыка.
Гудение трансформатора объясняется тем, что при периодическом намагничивании магнитопровода его размеры также периодически изменяются. При этом в окружающей его среде образуются волны сжатия и разрежения, т. е. возникают звуковые волны. Явление изменения формы и размеров тела при намагничивании называется магнитострикцией (греческое magnetis — магнитный, латинское strictis — натягивание). Холоднокатаная электротехническая сталь обладает в направлении прокатки меньшей магнитострикцией, чем горячекатаная, однако повышение индукции в трансформаторах с магнитопроводами из холоднокатаной стали приводит к тому, что уровень шума остается примерно таким же.
Явление магнитострикции сопровождается возбуждением звуковых волн. Магнитострикция— основной источник шума трансформаторов с охлаждением видов М, МВ и Ц. Другими источниками шума готового трансформатора могут быть вентиляторы, насосы, переключающие устройства. Как правило, основным источником шума в трансформаторе являются вентиляторы системы охлаждения [Л. 14-6].
При перемагничивании пластины стали имеют два удлинения в течение одного периода. Поэтому шум трансформатора при 50 Гц имеет одну основную частоту, равную удвоенной частоте намагничивания, т. е. 100 Гц. Необходимо, чтобы собственная частота механических колебаний магнитной цепи резко отличалась от удвоенной частоты переменного тока и кратных ей значений. Шумы возрастают с увеличением номинальной мощности
трансформаторов и зависят от индукции (с увеличением индукции возрастает уровень шумов). В общем виде можно сделать вывод, что уровень шума растет с увеличением мощности трансформатора и уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от трансформатора.
Шумы являются неотъемлемым свойством всех трансформаторов. Избежать их невозможно, но следует добиваться того, чтобы гудение было наименьшим. Повышенное гудение трансформаторов крайне нежелательно по двумя основным причинам: в связи с неприятными ощущениями и утомлением обслуживающего персонала и находящихся вблизи людей и вследствие того, что механические колебания стенок бака, радиаторов, расширителя, арматуры и других частей трансформатора приводят к нарушению прочности сварных швов, ослаблению механического крепления частей и деталей, ухудшению качества и внешнего вида трансформатора.
Раньше, когда единичные мощности трансформаторов были не столь велики, как сейчас, испытатель следил только за тем, чтобы гудение трансформатора было равномерным во всех частях. Сейчас этого недостаточно. Изучается и измеряется количественная сторона шумов. Для этого создается специальная аппаратура, строятся акустические лаборатории при трансформаторных заводах, изучаются вопросы уменьшения, шумов и, в первую очередь, самого источника шума, т. е. трансформатора. Ведутся большие работы по уменьшению шумов от работающих трансформаторов. Изучаются методы борьбы с шумами, разрабатываются различные конструкции звукопоглощающих барьеров, изыскиваются новые звукоизоляционные и звукопоглощающие материалы, изготавливаются и испытываются в этих целях модели трансформаторов и т. п.
Звукопоглощение — это частичный переход энергии звуковых волн в тепловую при их распространении в различных средах; оно вызывает уменьшение амплитуды звуковых волн (затухание колебаний), зависит от частоты и, как правило, растет при ее увеличении. Шумы, вызванные явлением магнитострикции, снизить нелегко, если необходимо, сохранить основные технические характеристики трансформатора. Поэтому проблема снижения шума трансформаторов в настоящее время приобрела особое значение.
14-2. МЕРЫ ПО СНИЖЕНИЮ УРОВНЯ ШУМА
В целях предотвращения вредного действия шумов на человеческий организм трансформаторные подстанции удаляют от жилых кварталов, разрабатывают конструкции звукопоглощающих стен трансформаторных камер, трансформаторные подстанции окружают кустарниками, устраивают временные и постоянные звуковые барьеры, применяют особые конструктивные меры для виброизоляции колебаний активной части трансформатора от бака, устраняют усиление шумов из-за отражений от ограждающих конструкций, производят облицовку прилегающих сооружений звукопоглощающими материалами. В качестве звукопоглощающих материалов используют древесноволокнистые, минераловатные, пенополиуретановые и другие плиты, прессованное стекловолокно, войлок, а также пробковые и пластмассовые прокладки.
Для звукопоглощающих конструкций используют также равномерно и неравномерно перфорированные и прорезные целлюлозно-волокнистые плитки; текстурные целлюлозные плитки; перфорированные, текстурные минерально-волокнистые плитки; картон с прокладкой; перфорированные металлические или асбестовые панели с минерально-волокнистыми прокладками; специальные акустические панели и многое другое. Чем выше поглощающая способность материалов, которыми облицовываются стены трансформаторных ограждений, тем меньше шум от трансформатора. Указанные материалы обладают высокой поглощающей звук способностью. Минимальное поглощение шума этими материалами составляет 20%.
Для уменьшения шума трансформаторов ограждения покрывают акустической штукатуркой с повышенной пористостью. Двойные стены ограждения также хорошо способствуют снижению шума. Две стены, структурно изолированные и разделенные воздушным или заполненным звукопоглощающим материалом пространством, значительно эффективнее снижают шум, чем одна стена. Обычно снижение шума, которое достигается в результате акустической обработки стен и потолков, определяется в 7—10 дБ.
Для уменьшения шума трансформаторов разрабатываются и патентуются новые конструкции магнитопроводов и установки активной части трансформатора в баке, изготовляются баки с двойными стенками, применяются мягкие дополнительные стенки бака (внутренняя демпфирующая рубашка), производится эластичная подвеска магнитопровода, применяются новые способы компенсации колебаний стенок бака при помощи резонансных вибраторов, изучается снижение шума трансформатора путем создания интерференции воздушной звуковой волны. Большое внимание уделяют виброизоляции радиаторов, уменьшению шума вентиляторов и электродвигателей воздушных вентиляторов, масляных и водяных насосов. В частности, под основания электродвигателей укладывают упругие прокладки. В итоге можно уровень шумов снизить.
Однако указанные меры при сравнительно малой эффективности требуют, как правило, больших материальных затрат.
Основной мерой по снижению шумов трансформаторов является уменьшение шума в самом трансформаторе, т. е. уменьшение магнитострикции электрической стали трансформатора, а также шума вентиляторов системы охлаждения, электродвигателей и насосов. Все это заставляет уделять этому вопросу большее внимание, чем ранее. Поэтому при испытаниях трансформатора, начиная с испытания магнитопровода, следует принимать меры к тому, чтобы гудение было наименьшим. За этим необходимо следить на всех этапах испытаний включительно до квалификационных и приемосдаточных.
