Уровень шума силовых трансформаторов — звуковая мощность по IEC 60076-10

[Руководство о реле Бухгольца в маслонаполненных трансформаторах](/guides/nen-3140/buchholzrelais-gasrelais-oliegevulde-transformator) и руководство об анализе трансформаторного масла (BDV/DGA, IEC 60422) рассматривают химические и электрические индикаторы состояния силового трансформатора. Эта статья рассматривает менее очевидный, но также нормированный индикатор: уровень шума, определяемый по IEC 60076-10.

Три отдельных источника шума

Общий шум работающего силового трансформатора складывается из трёх физически разных источников, каждый со своим поведением:

1. Магнитострикция сердечника (шум холостого хода) — листы сердечника трансформатора минимально деформируются под воздействием магнитного поля (магнитострикция), с преобладающей составляющей шума на 100 Гц (удвоенная частота сети 50 Гц) и её гармониках. Этот шум присутствует, как только трансформатор находится под напряжением, независимо от нагрузки — ненагруженный трансформатор уже создаёт большую часть своего характерного гула.
2. Электродинамические усилия обмоток (шум нагрузки) — ток через обмотки вызывает электродинамические усилия, растущие пропорционально квадрату тока. У большинства маслонаполненных силовых трансформаторов этот вклад при номинальной нагрузке значительно меньше шума холостого хода, но он явно и отдельно нормируется в IEC 60076-10.
3. Шум охлаждающего оборудования — вентиляторы и масляные насосы трансформаторов с принудительным охлаждением (например, охлаждение ONAF или OFAF) могут, особенно на высшей ступени охлаждения, доминировать в общем уровне шума над собственно сердечником трансформатора.

Метод измерения: звуковая мощность через измерительную поверхность

IEC 60076-10 описывает метод измерительной поверхности: микрофоны размещаются на фиксированном расстоянии (обычно 0,3 м от основной излучающей поверхности бака) вокруг воображаемой прямоугольной измерительной поверхности, после чего из измеренных уровней звукового давления рассчитывается уровень звуковой мощности (sound power level, LWA) в дБ(А). В отличие от уровня звукового давления, уровень звуковой мощности является свойством самого источника и не зависит от расстояния до наблюдателя — что делает его сопоставимым между трансформаторами и пригодным как гарантированное значение производителя в тендерной спецификации.

Для измерений на уже установленном трансформаторе на месте (а не в испытательной лаборатории) IEC 60076-10-1 даёт дополнительные указания по коррекции фонового шума и акустических отражений от окружающих стен или зданий, которые иначе исказили бы измерение.

Внимание: IEC 60076-10 — это метод измерения, а не норма предельных уровней шума. Допустимые уровни шума на конкретной площадке (например, вблизи жилой застройки) вытекают из местных разрешений и природоохранного законодательства, а не напрямую из самого IEC 60076-10 — стандарт даёт стандартизированное число (гарантированное производителем LWA), по которому можно сверяться с этим местным пределом.

Почему растущий уровень шума является индикатором состояния

Поскольку шум холостого хода напрямую обусловлен механическим состоянием листов сердечника, заметное, устойчивое увеличение измеренного уровня шума по сравнению с предыдущим эталонным измерением может указывать на:

• Ослабление зажимов или пластин сердечника, из-за чего снижается механическое демпфирование магнитострикционных колебаний.
• Насыщение сердечника из-за составляющих постоянного тока (например, геомагнитно индуцированные токи, GIC, во время геомагнитных бурь), которое выводит сердечник за пределы обычного рабочего диапазона и вызывает заметно более громкий и более богатый обертонами шум.
• Механическое ослабление вентиляторов или насосов охлаждения, например из-за износа подшипников, что усиливает или изменяет характер шума охлаждения.

Как и в случае термографического обследования и трендового анализа при DGA, единичное измерение менее информативно, чем тренд: периодическое измерение шума (или, проще, последовательное сравнение натренированным слухом одним и тем же обслуживающим персоналом), показывающее постепенное увеличение в течение месяцев или лет, является ранним признаком развивающейся механической или электрической проблемы, даже когда анализ масла и термография в этот момент ещё не показывают отклонений.

Практическое значение

При периодическом осмотре силового трансформатора целесообразно фиксировать характер шума — не только уровень, но и остаётся ли он "чистым" гулом на 100 Гц или приобретает более грубый, неравномерный характер — как часть эксплуатационной документации, наряду с обычными данными по маслу и температуре, чтобы постепенное изменение между последовательными осмотрами было замечено, а не обнаружено лишь при остром отказе.

Частые ошибки

1. Интерпретация однократного измерения шума как абсолютной оценки состояния без эталонного измерения из предыдущего заведомо исправного периода для сравнения.
2. Путаница звуковой мощности (LWA) со звуковым давлением — звуковое давление зависит от расстояния и акустической среды, звуковая мощность — это сопоставимое свойство, привязанное к источнику.
3. Приписывание увеличения шума вентиляторов охлаждения самому сердечнику трансформатора без раздельной оценки трёх источников шума — простая проблема подшипника вентилятора тогда ошибочно трактуется как проблема сердечника, или наоборот.
4. Игнорирование фонового шума и отражений при полевом измерении, которые согласно IEC 60076-10-1 должны быть явно скорректированы для получения пригодного результата.

Связанные материалы

• Реле Бухгольца (газовое реле) в маслонаполненных трансформаторах
• Анализ трансформаторного масла — BDV, DGA и пределы обслуживания (IEC 60422)
• Индикатор температуры масла/обмотки (OTI/WTI) силового трансформатора
• Термографическое обследование