buka transformatora
TRANSCRIPT
BUKA TRANSFORMATORA
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i računarstva
Prof.dr.sc. Zvonimir ValkovićProf.dr.sc. Zvonimir Valković
Poslijediplomski doktorski studij, kolegij TRANSFORMATORI
2
Osnove
• Razina zvučnog tlaka
Pa1020
dB)(lg20)(lg10
6
0
0
0
2
0p
p
pp
pp
ppL
tlakzvučnireferentniPatlakzvučni
3
Osnove
• Razina zvučne snage
W
snagazvučnareferentnaWsnagazvučna...
dBW
120
0
0
10
...
)(lg10
W
WW
WWL
4
Osnove
• Razina zvučnog intenziteta
2
2
I
W/m
vrijednostreferentnaW/mzvuka intenzitet
dB
120
0
10
)(lg100
I
II
L II
5
Osnove
• A - razina zvuka (LpA , LWA , LIA)
To je frekventno korigirana vrijednost mjerene(računske) razine zvuka kojom se uzima u obzir nelinearna osjetljivost ljudskog uha na različite frekvencije. Naime, ljudsko uho je najosjetljivije na frekvencije oko 1000 Hz, a manje na niže i više.
Zvukomjeri imaju ugrađen A-filter za mjerenje A-razine(napr., LpA).
6
Osnove
• A - razina zvuka : postupak korekcije
Za određenu frekvenciju A-razina zvuka je
LpAf = Lpf + ΔLf
LpAf … A-razina za određenu frekvenciju
Lpf … nekorigirana (linearna) vrijednost
ΔLf … korekcija (Tablica 1)
7
Osnove
• A - razina zvuka : korekcija
Tablica 1 Korekcija ΔLf po oktavama
+1,04000
+1,22000
01000
-3,2500
-8,6250
-16,1125
-26,263
-39,431,5
ΔLf , dBf , Hz
8
Osnove
• Zbrajanje zvučnih izvora
Kada imamo više izvora zvuka (napr., LWA1, LWA2, LWA3, …) ukupna razina može se izračunati kao
Za n jednakih izvora razine LWA0
rezultantna buka je
WAi10
10lg10WAL,
L
nlg10WA0WA LL 10,0106,044,833,02
ΔL= 10 lg nn
9
Izvori buke
• Tri su osnovna izvora buke u transformatoru :
– vibracije jezgre (magnetostrikcija, magnetske sile)
– aerodinamična buka hladnjaka(ventilatori)
– vibracije namota (elektromagnetske sile)
10
Izvori buke
• Jezgra
Magnetostrikcija je promjena dimenzija materijala u magnetskom polju.Za uobičajene limove jezgre relativna promjena je nekoliko μm/m. Njena vrijednost ovisi o indukciji, vrsti materijala i mehaničkim naprezanjima.
Magnetske sile nastaju između limova u spojevima (preklopima) stupova i jarmova.
11
Izvori buke
Jezgra - magnetostrikcija
12
Izvori buke
• Jezgra
Frekvencija osnovnog (prvog) harmonika vibracije jezgre je dvostruka vrijednost frekvencije mreže, tj.100 Hz za mrežu 50 Hz.
Pored osnovnog harmonika postoje i značajni iznosi viših harmonika koji su parni višekratnici frekvencije mreže (200, 300, 400,… Hz).
13
Izvori buke
• Ventilatori
Aerodinamska buka ventilatora značajno doprinosi ukupnoj razini buke transformatora.
Razina buke ventilatora ovisi o: brzini vrtnje lopatica (broj okretaja u sekundi), dimenzijama lopatica (promjeru), konstrukciji i broju lopatica, načinu postavljanja ventilatora na hladnjak (radijator).
14
Izvori buke
• Ventilatori
Frekventni pojas buke ventilatora je znatno širi nego jezgre. Frekvencija osnovnog harmonika računa se prema
f1 = n Nb
n … broj okretaja u sekundiNb …broj lopatica
15
Izvori buke
• Namot
Elektromagnetske sile na vodiče namota, koji su protjecani strujom tereta, proizvode aksijalne i radijalne vibracije namota osnovne frekvencije dva puta veće od frekvencije mreže (tj. 100 Hz za mrežu 50 Hz). Viši harmonici su zanemarivi.
Ta se buka zove buka uslijed tereta (load noise), za razliku od buke jezgre koja se zove buka u praznom hodu (no-load noise).
16
Izvori buke
• Spektar buke transformatora
17
Smanjenje buke
• Smanjenje buke jezgre
– Danas je tzv. step-lap preklop u uglovima jezgre standardno konstruktersko rješenje kojim se, pored gubitaka i struje praznog hoda, smanjuje i razina buke. Primjenom step-lap preklopa, umjesto klasičnog (preklop u jednom koraku) postiže se smanjenje buke do 6 dB. Bolji su rezultati pri nižim indukcijama (1,3 – 1,5 T).
– Smanjivanjem radne indukcije za svakih 0,1 tesla smanjuje se buka za oko 3-4 dB.
– Primjenom kvalitetnijih vrsta limova (HiB-superorijentirani ili ZDKH i sl.-sa smanjenim dimenzija magnetskih domena) postiže se smanjenje za oko 3 dB.
– Primjenom antivibracijskih elemenata između jezgre i kotla smanjuje se buka za oko 2 dB.
18
Smanjenje buke
• Step-lap preklop
Klasičan preklop1-korak
Step-lap preklop5-koraka
19
Smanjenje buke
• Smanjenje buke ventilatora
Najveći utjecaj na razinu buke ventlatora ima brzina vrtnje (broj okretaja u sekundi). Naravno, smanjenje brzine vrtnje nepovoljno utječe na rashladni kapacitet. Stoga se kao standardno rješenje, kada treba smanjiti buku, koriste ventilatori smanjenog broja okretaja uz povećani promjer lopatica.
20
Smanjenje buke
• Smanjenje buke ventilatora
ΔLWA = 70 lg(D/D0) + 50 lg(n/n0)
D … promjer ventilatora
n … broj okretaja u sekundi
p … broj polova motora
n ~ 1/p 0
2
4
6
8
10
12
14
40 50 60 70 80 90 100
Razina buke ventilatora, LWA
Prot
ok z
raka
, m3 /s
D=600 mmD=800 mmD=1000 mm
Broj polova motora
p=16p=6
p=16
p=6
21
Smanjenje buke
• Smanjenje buke namota
Još uvijek nema dovoljno iskustva o tome koje mjere koristiti za smanjenje buke namota i to je predmet mnogih istraživačkih projekata. U tom istraživanju se koriste sofisticirane numeričke metode modeliranja.
22
Smanjenje buke
Dr. M. Ertl, Siemens
• Istraživanje buke namota – modeliranje
23
Smanjenje buke
• Istraživanje buke namota – modeliranje
Dr. M. Ertl, Siemens
HV winding
LV winding
Tapping winding
Clamping frameFlitch plate
Upper yoke support
24
Mjerenje
• Mjerenje razine buke transformatora opisano je u IEC 60076-10 i u IEEE Std C57.12.90-2006. Postupci u ovim publikacijama su u osnovi slični ali ne u svim elementima mjerne procedure i obrade rezultata.
• IEC 60076-10 norma:
Razina buke mjeri se na razmaku 0,3 , 1,0 ili 2,0 metra od glavne plohe zračenja (principal radiating surface), koristeći zvukomjer za zvučni tlak (LpA) ili za zvučni intenzitet (soundintensity) (LIA).
25
Mjerenje
• IEC norma – glavna ploha zračenja
To je zamišljena ploha koja se dobije vertikalnom projekcije opisane linije oko transformatora (postupak određivanja definiran u IEC 60076-10 – ovisno o izvedbi transformatora).
2
2
2
1
3
1 … Glavna ploha zračenja
2 … Hladnjaci 3 … Ormarić
26
Mjerenje
• IEC norma – mjerne točke
Za transformatore s prirodnim hlađenje mjerne točke su na razmaku 0,3 mod glavne plohe zračenja.Za suhe transformatore, zbog sigurnosti, razmak može biti 1,0 m.Za transformatore s prisilnim hlađenjem mjerne točke su na razmaku 2,0 mod glavne plohe zračenjaMjerne točke su približno jednakomjerno raspodjeljene po obodu transformatora (s korakom oko 1 m) s time da mora biti barem 6 mjernih točaka.Za transformatore manje od 2,5 m (visina kotla) mjerne točke su na polovici visine. Za više transformatore mjeri se na dvije visine (na 1/3 i 2/3 visine transformatora-kotla).
27
Mjerenje
• IEC norma – metode mjerenja
Razina buke može se mjeriti uređajima koji mjere zvučni tlak(LpA) ili intenzitet zvuka (LIA).
Mjerenje zvučnog tlaka je tradicionalna i dobrop uhodana metoda, dok je mjerenje zvučnog intenziteta novija i slabo primijenjivana. Prednost metode zvučnog intenziteta je u tome što je ona znatno manje osjetljiva na smetnje buke okoline (mjerenje je prihvatljivo ako je buka okoline i nešto veća od buke samog transformatora).
28
Mjerenje
• IEC norma – proračun LWA
Razina zvučne snage transformatoora LWA računa se iz srednjih vrijednosti izmjerenih LpA ili LIA prema
LWA = LpA + 10lg Sili
LWA = LIA + 10lg S
gdje je S ekvivalentna mjerna površina za računanje zvučne snage (funkcija je razmaka mjernih točaka od glavne površine zračenja – određivanje S definirano je u IEC 60076-10).
29
Proračun buke
• Buka jezgre
Razina buke jezgre računa se s pomoću iskustvenih izraza, napr.:
LWA(jezgra) = k1 lg GFe + k2 B + k3
GFe ... masa jezgreB ... indukcija u jezgri
k1, k2 ... iskustveni koeficijenti
k3 ... iskustveni koeficijent kojim se uzima u obzir : vrsta lima jezgre, tip i konstrukcija jezgre, frekvencija, konstrukcija kotla,...
30
Proračun buke
• Buka ventilatora
Doprinos ventilatora buci transformatoramože ce izračunati prema
LWA(ventilatora) = LWA,0 + 10 lg n
LWA,0 ... razina buke jednog ventilatora (određena u realnim pogonskim uvjetima-ventilator na
hladnjaku)
n ... broj ventilatora
31
Proračun buke
• Buka namota
Razina buke namota (za određeni teret) može se izračunati s pomoću iskustvenog izraza
LWA(namota) = k1 + k2 lg Sr + 40 lg α
Sr ... nazivna snaga transformatora
k1, k2 ... iskustveni koeficijentiα ... relativni teret (struja tereta/nazivna struja)
32
Proračun buke
• Ukupna buka transformatora
Ukupna razina buke transformatora dobije se zbrajanjem doprinosa svih izvora (jezgra, ventilatori, namoti) prema izrazu (uz pretpostavku da su svi izvori buke nezavisni)
WAi
lgWA
L,L
101010
33
Literatura
[1] IEC 60076-10 : Determination of sound levels
[2] IEC 60076-10-1 : Determination of sound levels- Application guide
[3] IEEE Std C57.12.90-2006 : IEEE standard test code for liquid-immersed distribution, power and regulating transformers
[4] IEEE Std C57.136-2000 : IEEE guide for sound level abatement and determination for liquid-immersed power transformers and shunt reactors rated over 500 kVA
[5] WG12.12, Transformer noise: Determination of sound power level using the sound intensity measurement method, Electra, pp.79-95, No. 144, 1992.