Poziom hałasu transformatorów mocy — moc akustyczna wg IEC 60076-10

Przewodnik o przekaźniku Buchholza w transformatorach olejowych oraz przewodnik o analizie oleju transformatorowego (BDV/DGA, IEC 60422) omawiają chemiczne i elektryczne wskaźniki stanu transformatora mocy. Ten artykuł omawia mniej oczywisty, lecz również znormalizowany wskaźnik: poziom hałasu, wyznaczany wg IEC 60076-10.

Trzy oddzielne źródła hałasu

Całkowity hałas pracującego transformatora mocy składa się z trzech fizycznie odrębnych źródeł, każde o innym zachowaniu:

1. Magnetostrykcja rdzenia (hałas biegu jałowego) — blachy rdzenia transformatora minimalnie odkształcają się pod wpływem pola magnetycznego (magnetostrykcja), z dominującą składową hałasu na 100 Hz (podwójna częstotliwość sieci 50 Hz) i jej harmonicznych. Ten hałas występuje, gdy tylko transformator jest pod napięciem, niezależnie od obciążenia — nieobciążony transformator wytwarza już większość swojego charakterystycznego buczenia.
2. Siły elektrodynamiczne uzwojeń (hałas obciążeniowy) — prąd przez uzwojenia powoduje siły elektrodynamiczne rosnące proporcjonalnie do kwadratu prądu. U większości olejowych transformatorów mocy ten wkład przy obciążeniu znamionowym jest znacznie mniejszy niż hałas biegu jałowego, ale jest wyraźnie i oddzielnie określony w IEC 60076-10.
3. Hałas urządzeń chłodzących — wentylatory i pompy olejowe transformatorów z chłodzeniem wymuszonym (np. chłodzenie ONAF lub OFAF) mogą, zwłaszcza na najwyższym stopniu chłodzenia, dominować w całkowitym poziomie hałasu nad samym rdzeniem transformatora.

Metoda pomiaru: moc akustyczna przez powierzchnię pomiarową

IEC 60076-10 opisuje metodę powierzchni pomiarowej: mikrofony są umieszczane w ustalonej odległości (zwykle 0,3 m od głównej promieniującej powierzchni kadzi) wokół umownej prostokątnej powierzchni pomiarowej, po czym z zmierzonych poziomów ciśnienia akustycznego obliczany jest poziom mocy akustycznej (sound power level, LWA) w dB(A). W przeciwieństwie do poziomu ciśnienia akustycznego, poziom mocy akustycznej jest właściwością samego źródła i nie zależy od odległości do obserwatora — co czyni go porównywalnym między transformatorami i użytecznym jako gwarantowana wartość producenta w specyfikacji przetargowej.

Dla pomiarów na już zainstalowanym transformatorze w terenie (a nie w laboratorium badawczym) IEC 60076-10-1 podaje dodatkowe wytyczne dotyczące korekty hałasu tła i odbić akustycznych od otaczających ścian lub budynków, które inaczej zafałszowałyby pomiar.

Uwaga: IEC 60076-10 to metoda pomiaru, a nie norma limitów hałasu. Dopuszczalne poziomy hałasu w konkretnej lokalizacji (np. w pobliżu zabudowy mieszkaniowej) wynikają z lokalnych pozwoleń i przepisów ochrony środowiska, a nie bezpośrednio z samego IEC 60076-10 — norma dostarcza znormalizowanej liczby (gwarantowanego przez producenta LWA), względem której można weryfikować ten lokalny limit.

Dlaczego rosnący poziom hałasu jest wskaźnikiem stanu

Ponieważ hałas biegu jałowego wynika bezpośrednio ze stanu mechanicznego blach rdzenia, zauważalny, trwały wzrost zmierzonego poziomu hałasu w porównaniu z wcześniejszym pomiarem referencyjnym może wskazywać na:

• Poluzowane zaciski lub blachy rdzenia, przez co zmniejsza się tłumienie mechaniczne drgań magnetostrykcyjnych.
• Nasycenie rdzenia przez składowe prądu stałego (np. prądy indukowane geomagnetycznie, GIC, podczas burz geomagnetycznych), które wyprowadzają rdzeń poza jego normalny zakres pracy i powodują zauważalnie głośniejszy oraz bogatszy w harmoniczne hałas.
• Mechaniczne osłabienie wentylatorów lub pomp chłodzenia, np. z powodu zużycia łożysk, co zwiększa lub zmienia charakter hałasu chłodzenia.

Podobnie jak w przypadku badania termograficznego oraz analizy trendu przy DGA, pojedynczy pomiar jest mniej informatywny niż trend: okresowy pomiar hałasu (lub, prościej, konsekwentne porównanie wyszkolonym słuchem przez ten sam personel utrzymania ruchu), wykazujący stopniowy wzrost w ciągu miesięcy lub lat, jest wczesną oznaką rozwijającego się problemu mechanicznego lub elektrycznego, nawet gdy analiza oleju i termografia w danym momencie nie wykazują jeszcze odchylenia.

Znaczenie praktyczne

Podczas okresowej inspekcji transformatora mocy warto rejestrować charakter hałasu — nie tylko poziom, ale także to, czy pozostaje on "czystym" buczeniem 100 Hz, czy nabiera bardziej szorstkiego, nieregularnego charakteru — jako część dokumentacji utrzymania, obok zwykłych danych o oleju i temperaturze, aby stopniowa zmiana między kolejnymi inspekcjami została zauważona, zamiast dopiero przy nagłej awarii.

Częste błędy

1. Interpretowanie jednorazowego pomiaru hałasu jako absolutnej oceny stanu, bez pomiaru referencyjnego z wcześniejszego, znanego dobrego okresu do porównania.
2. Mylenie mocy akustycznej (LWA) z poziomem ciśnienia akustycznego — ciśnienie akustyczne zależy od odległości i otoczenia akustycznego, moc akustyczna jest właściwością porównywalną, przypisaną do źródła.
3. Przypisywanie wzrostu hałasu wentylatorów chłodzenia samemu rdzeniowi transformatora, bez oddzielnej oceny trzech źródeł hałasu — prosty problem łożyska wentylatora jest wtedy błędnie traktowany jako problem rdzenia, lub odwrotnie.
4. Nieuwzględnianie hałasu tła i odbić przy pomiarze terenowym, które zgodnie z IEC 60076-10-1 muszą być wyraźnie skorygowane, aby uzyskać użyteczny wynik.

Powiązane

• Przekaźnik Buchholza (przekaźnik gazowy) w transformatorach olejowych
• Analiza oleju transformatorowego — BDV, DGA i limity utrzymania (IEC 60422)
• Wskaźnik temperatury oleju/uzwojenia (OTI/WTI) transformatora mocy
• Badanie termograficzne