Рівень шуму силових трансформаторів — звукова потужність за IEC 60076-10

[Гід про реле Бухгольца в маслонаповнених трансформаторах](/guides/nen-3140/buchholzrelais-gasrelais-oliegevulde-transformator) та гід про аналіз трансформаторного масла (BDV/DGA, IEC 60422) розглядають хімічні та електричні індикатори стану силового трансформатора. Ця стаття розглядає менш очевидний, але так само нормований індикатор: рівень шуму, визначений за IEC 60076-10.

Три окремих джерела шуму

Загальний шум працюючого силового трансформатора складається з трьох фізично різних джерел, кожне зі своєю поведінкою:

1. Магнітострикція осердя (шум холостого ходу) — пластини осердя трансформатора мінімально деформуються під впливом магнітного поля (магнітострикція), з переважною складовою шуму на 100 Гц (подвоєна частота мережі 50 Гц) та її гармоніках. Цей шум присутній, щойно трансформатор перебуває під напругою, незалежно від навантаження — ненавантажений трансформатор вже створює більшу частину свого характерного гулу.
2. Електродинамічні зусилля обмоток (шум навантаження) — струм через обмотки викликає електродинамічні зусилля, що зростають пропорційно квадрату струму. У більшості маслонаповнених силових трансформаторів цей внесок при номінальному навантаженні значно менший за шум холостого ходу, але він явно й окремо нормується в IEC 60076-10.
3. Шум охолоджувального обладнання — вентилятори та масляні насоси трансформаторів з примусовим охолодженням (наприклад, охолодження ONAF чи OFAF) можуть, особливо на найвищому ступені охолодження, домінувати в загальному рівні шуму над власне осердям трансформатора.

Метод вимірювання: звукова потужність через вимірювальну поверхню

IEC 60076-10 описує метод вимірювальної поверхні: мікрофони розміщуються на фіксованій відстані (зазвичай 0,3 м від основної випромінювальної поверхні бака) навколо уявної прямокутної вимірювальної поверхні, після чого з виміряних рівнів звукового тиску розраховується рівень звукової потужності (sound power level, LWA) у дБ(А). На відміну від рівня звукового тиску, рівень звукової потужності є властивістю самого джерела й не залежить від відстані до спостерігача — що робить його порівнюваним між трансформаторами та придатним як гарантоване значення виробника в тендерній специфікації.

Для вимірювань на вже встановленому трансформаторі на місці (а не в випробувальній лабораторії) IEC 60076-10-1 надає додаткові вказівки щодо корекції фонового шуму та акустичних відбиттів від навколишніх стін чи будівель, які інакше спотворили б вимірювання.

Увага: IEC 60076-10 — це метод вимірювання, а не норма граничних рівнів шуму. Допустимі рівні шуму на конкретному майданчику (наприклад, поблизу житлової забудови) випливають з місцевих дозволів та природоохоронного законодавства, а не безпосередньо з самого IEC 60076-10 — стандарт надає стандартизоване число (гарантоване виробником LWA), за яким можна звірятися з цим місцевим лімітом.

Чому зростаючий рівень шуму є індикатором стану

Оскільки шум холостого ходу безпосередньо зумовлений механічним станом пластин осердя, помітне, стійке збільшення виміряного рівня шуму порівняно з попереднім еталонним вимірюванням може вказувати на:

• Послаблення затискачів чи пластин осердя, через що знижується механічне демпфування магнітострикційних коливань.
• Насичення осердя через складові постійного струму (наприклад, геомагнітно індуковані струми, GIC, під час геомагнітних бур), яке виводить осердя за межі звичайного робочого діапазону та спричиняє помітно гучніший і багатший на обертони шум.
• Механічне послаблення вентиляторів чи насосів охолодження, наприклад через знос підшипників, що посилює або змінює характер шуму охолодження.

Як і у випадку термографічного обстеження та трендового аналізу при DGA, одноразове вимірювання менш інформативне, ніж тренд: періодичне вимірювання шуму (або, простіше, послідовне порівняння натренованим слухом одним і тим самим обслуговуючим персоналом), що показує поступове зростання протягом місяців чи років, є раннім свідченням проблеми, що розвивається — механічної чи електричної, навіть коли аналіз масла й термографія в цей момент ще не показують відхилень.

Практичне значення

Під час періодичного огляду силового трансформатора доцільно фіксувати характер шуму — не лише рівень, а й те, чи залишається він "чистим" гулом на 100 Гц, чи набуває грубішого, нерівномірного характеру — як частину експлуатаційної документації, поряд зі звичайними даними щодо масла й температури, щоб поступову зміну між послідовними оглядами було помічено, а не виявлено лише при гострому відмовленні.

Часті помилки

1. Тлумачення одноразового вимірювання шуму як абсолютної оцінки стану без еталонного вимірювання з попереднього завідомо справного періоду для порівняння.
2. Плутанина звукової потужності (LWA) зі звуковим тиском — звуковий тиск залежить від відстані та акустичного середовища, звукова потужність — це порівнюваня властивість, прив'язана до джерела.
3. Приписування збільшення шуму вентиляторів охолодження самому осердю трансформатора без окремої оцінки трьох джерел шуму — проста проблема підшипника вентилятора тоді помилково трактується як проблема осердя, або навпаки.
4. Ігнорування фонового шуму та відбиттів при польовому вимірюванні, які згідно з IEC 60076-10-1 мають бути явно скориговані для отримання придатного результату.

Пов'язані матеріали

• Реле Бухгольца (газове реле) у маслонаповнених трансформаторах
• Аналіз трансформаторного масла — BDV, DGA та межі обслуговування (IEC 60422)
• Індикатор температури масла/обмотки (OTI/WTI) силового трансформатора
• Термографічне обстеження