變壓器噪音是由本體結構設計、選型布局、安裝、使用過程中，變壓器本體及冷卻系統產生的不規則、間歇、連續或隨機引起的機械噪音及空氣噪音總和。變壓器所產生的噪音廣泛影響住宅小區、商業中心、輕站、機場、廠礦、企業、醫院、學校等場所。
基本介紹
- 中文名：變壓器噪音
- 外文名：transformer noise
- 特點：不規則、間歇、
- 影響：住宅小區、商業中心等場所
- 聲源：三個聲源
來源,危害,治理措施,工程實踐,
來源
變壓器噪音共有三個聲源，一是鐵心，二是繞組，三是冷卻器，即空載、負載和冷卻系統引起噪音之和。鐵心產生噪音原因是構成鐵心矽鋼片交變磁場作用下，會發生微小變化即磁致伸縮，磁致伸縮使鐵心隨勵磁頻率變化做周期性振動，鐵心磁致伸縮變形和繞組、油箱及磁禁止內電磁力所引起。繞組產生振動原因是電流繞組中產生電磁力，漏磁場也能使結構件產生振動。電磁噪音產生原因是磁場誘發鐵心疊片沿縱向振動產生噪音，該振動幅值與鐵心疊片中磁通密度及鐵心材質磁性能有關，而與負載電流關係不大。 電磁力(和振動幅值)與電流平方成正比，而發射聲功率與振動幅值平方成正比。
變壓器的噪音來源於變壓器本體和冷卻系統兩個方面。國內外的研究結果表明，變壓器本體振動產生噪音的根源在於：
（1） 矽鋼片的磁致伸縮引起的鐵心振動。
（2） 矽鋼片接縫處和疊片之間存在著因漏磁而產生的電磁吸引力而引起鐵心的振動。
（3） 當繞組中有負載電流通過時，負載電流產生的漏磁引起線圈、油箱壁的振動。近年來，由於鐵心疊積方式的改進和心柱及鐵軛都用環氧玻璃絲粘帶綁紮，矽鋼片接縫處和疊片之間的電磁吸引力引起的鐵心振動，比矽鋼片磁致伸縮引起的鐵心振動要小得多，可以忽略。而變壓器的額定工作磁密通常取1.5~1.8T，國內外研究和試驗均證明，在這樣的磁密範圍之內，負載電流產生的漏瓷引起的線圈、箱壁的振動比矽鋼片磁致伸縮引起的鐵心振動要小得多，也可以忽略。這就是說變壓器本體的振動完全取決於鐵心的振動，而鐵心的振動可以看作完全是由矽鋼片的磁致伸縮引起的。
變壓器噪音的另一個主要來源是冷卻器。風扇在500Hz至2000Hz頻率會產生噪音，人耳對這種寬頻諧波當然比對鐵心在基本頻率產生的諧波敏感。主導頻率取決於多種因素，包括風扇速度，葉片數和葉片外形。音功率級取決於風扇的數量以及轉速。
與變壓器本體噪音的機理一樣，冷卻裝置的噪音也是由於它們的振動而產生的，其振動的根源在於：
（1） 冷卻風扇和油泵在運行時產生的振動。
（2） 變壓器本體的振動通過絕緣油、管接頭及其裝配零件傳遞給冷卻裝置，使冷卻裝置的振動加劇，噪音加大。另外，當鐵心加熱以後，由於諧振頻率和機械應力的變化，其噪音會隨溫度的升高而增大。而運行現場的環境（如周圍的牆壁、建築物及安裝基礎等）對噪音也有影響。
對許多強風冷卻變壓器來說，冷卻器風扇是比變壓器本身更明顯的噪音源。
危害
噪音對人的危害很大，長期處於噪音影響下的人往往會出現如下症狀：一是影響聽力。聽力的損傷程度與人耳在噪音環境中暴露的時間有關，長期處於85dB以上的噪音環境中噪音性耳聾發病率可達5%。二是影響學習工作，干擾睡眠。特別是對於面臨學習考試壓力的學生來說，噪音會影響他們的精神集中程度，每年臨近高考、中考時，政府都會安排相應的人員專門整治噪音問題，讓噪音不影響學生的考試狀態。三是影響心血管功能和內分泌系統。這主要表現在心跳過快、心律不齊、血壓過高等。四是危害中樞神經系統。人們長期處於噪音環境中會出現頭痛、耳痛多夢、記憶力減退、全身乏力等症狀。五是影響兒童的智力發展。有報告指出，在噪音環境下的兒童的智力比在安靜環境下的兒童低20%，噪音對胎兒的成長也有影響。
大多數變壓器噪音不屬於高分貝的強噪音，但其絕大多數情況下產生的低頻噪音會對人體產生慢性損傷，容易使人煩躁、易怒，有時甚至失去理智，長期受襲擾的話，還可能造成神經衰弱、失眠等神經系統疾病，如果孕婦長期處於低頻噪音中也會影響到腹中胎兒的發育。中國疾控中心環境影響評價室的專家指出，低頻噪音對生理的影響雖然沒有高頻噪音那么明顯，但它可以直達人的耳骨，使人的交感神經緊張，導致心跳過速、血壓升高、內分泌失調等症狀。由於低頻噪音主要是通過結構傳音的，所以很容易引起人的感覺共鳴。一般而言，人對低頻噪音的忍耐程度相對也較低。正常情況下，30至35分貝一般人還能接受，35分貝以上就會有人明顯感覺到心慌、煩躁等不舒服情況。
治理措施
運行中變壓器的噪音通常是指變壓器的本體噪音和冷卻裝置噪聲合成的噪聲。因此，為了降低變壓器的噪音，也應從這兩個方面來採取有效的技術措施。目前，國內變壓器噪聲檢測機構有清華大學建築物理實驗室，專業降噪廠商。
一方面，對變壓器的本體噪音，可通過減小鐵心的振動和降低噪聲的發散能力來控制；也可通過減振及隔聲、吸聲等措施，使噪聲在傳播途徑中得以衰減。
另一方面，對冷卻系統的噪聲加以控制，使其噪聲接近或低於本體噪聲水平，也能有效降低變壓器噪音。
降低變壓器本體噪音
（1）鐵心採取的技術措施
① 選用磁致伸縮ε小的優質矽鋼片優質矽鋼片提高了結晶方位的完整度，特殊塗層增加了其抗張力，從而降低了其磁致伸縮ε。在磁通密度為1.5T時，高晶粒取向矽鋼片的磁致伸縮ε只有一般矽鋼片的60%。因此，在相同磁密下，優質矽鋼片的磁致伸縮ε較小，產生的振動也相應較小，噪聲可降低2~4dB(A)。
② 降低鐵心的磁通密度B 鐵心的額定工作磁密B通常取決於噪聲及空載損耗的要求值。
③ 採用全斜交錯接縫的鐵心結構在傳統的心柱和鐵軛交錯接縫結構中，磁力線在接縫處橫向穿越附近的矽鋼片，會產生渦流和磁飽和，導致噪聲和空載損耗增大。而採用全斜交錯接縫，保證了心柱和鐵軛搭接，減小了磁通畸變，保證了鐵心整體機械強度。實踐證明，當磁密為1.7T時，鐵心採用全斜交錯接縫噪聲能降低3~5dB(A)。
④ 增大鐵軛面積以減少鐵軛中的磁通密度由於變壓器心柱產生的噪聲能通過線圈和圍屏得到有效的衰減，因此，本體噪聲大部分來源於鐵軛的振動。在變壓器設計時，應保證每級鐵軛與心柱的片寬比應與它們截面積之比完全相同。這樣才能避免磁通由心柱進入鐵軛時，由於產生垂直矽鋼片表面的漏磁通而引起的噪聲增大。
⑤ 增加鐵心接縫有試驗表明，當變壓器鐵心由兩級接縫變為三級接縫時，其噪聲可降低3~6dB(A)。這是因為在兩級接縫中，對應的兩個接縫間隙只跨越一層疊片，而三級接縫則跨越兩層疊片，通過每層跨接疊片末端處的磁密降低，故而導致噪聲降低。
⑥ 控制鐵心夾緊力有資料表明，當鐵心夾緊力在壓強為0.08~0.12Mpa時，變壓器噪聲最低。在鐵心製造過程中可通過力矩扳手合理控制夾緊力；同時也可在心柱級間放置絕緣棒，使心柱綁紮受力均勻，防止因鐵心受力不均勻而導致磁致伸縮ε增大。使用以上措施，能降低本體噪聲3~6dB(A)。
⑦ 採用先進的加工工藝磁致伸縮ε對應力極為敏感。在相同磁密條件下，有較大應力的矽鋼片與應力較小的矽鋼片相比，ε隨應力的增加而急劇增大。因此，採用先進、合理的加工措施如：採用自動化的橫、豎剪下線，控制矽鋼片堆放高度，不疊上鐵軛，對油道和夾件絕緣等使用的紙板進行預壓密化處理等措施都可減少矽鋼片的應力增加，從而降低變壓器噪聲。
⑧ 在鐵心墊腳與箱底之間放置減振橡膠如前所述，鐵心的磁致伸縮振動分別是通過墊腳和絕緣油這兩條途徑傳給油箱的。在鐵心墊腳與箱底之間放置減振橡膠，能使器身與油箱間的剛性接觸變為彈性接觸。從而，阻斷部分振動的傳遞，減小本體噪聲。
（2）油箱採取的技術措施
① 增加箱壁強度，減小箱壁振幅 為減小箱壁振幅，必須增加油箱整體的剛性。為此，可適當增加箱壁厚度或合理布置加強筋，控制筋間距。同時，輔以合理的焊接工藝，減小箱壁焊接變形，減少製造過程中的殘留應力。這樣，就能提高箱壁強度，減小箱壁振幅，降低噪聲。
② 增加油箱阻尼 可在油箱內壁設定橡膠板。對有磁禁止的變壓器，可將橡膠板放置在箱壁與磁禁止之間。在加強筋間焊接普通工業鋼板網，網上塗刷2-3mm厚的阻尼材料，這樣既不影響箱壁散熱，又減小了箱壁的振動，降低了噪聲。
③ 在油箱底部與基礎間設定減振器 在油箱底部與基礎間設定減振器，避免箱底與基礎間的剛性連線，使振動通過減振器發生衰減，以達到降低噪聲的目的。通常採用的是橡膠減振器和彈簧膠減振器。
加隔聲層降低噪聲
油箱結構，分為組合式與高效式兩種。組合式為：可油箱外部結構情況將隔音板做成若干件，鋼板內放吸音材料。吸音材料有：岩棉、玻璃纖維等。隔音壁能把變壓器本體發射部分噪聲反射回去；當噪聲穿過隔聲壁時，也能被吸收一些，起到降低噪聲作用。單件隔音板用螺栓分別固定油箱加強鐵上，採用這種隔音板可降低噪聲10-15db。也可採用高效隔音板，放兩個加強鐵之間，薄彈簧鋼板固定。框形附加重物調整高效隔音板振動特性，使它振幅明顯低於加強鐵振幅，有效禁止住變壓器本體發出噪聲，可降低噪聲l0-5db(a)。
有源抵銷消聲法
採用消聲法降低噪聲。即變壓器lm以內放置若干個噪聲發聲器，使它們發出噪聲與變壓器發出噪聲互相抵消。它原理是首先把變壓器噪聲信號轉變為電信號，然後放大激勵噪聲發聲器，使各噪聲發出來噪聲，振幅相等，相位相反，使變壓器噪聲受到破壞性干擾，可降低噪聲15db(a)左右。
降低冷卻系統噪聲
（1）採用合理的冷卻方式在滿足設計要求的前提下，在低噪聲變壓器的設計中，應選用自冷片式散熱器替代風冷散熱器或強油循環風冷卻器，這從根本上杜絕了冷卻器的噪聲源，能有效降低噪聲8~15dB(A)。
（2）選用低噪聲的冷卻裝置在冷卻裝置的選用過程中，應選用低噪聲的冷卻裝置。用多台流量適中的新型低噪聲風扇替代大流量高噪聲風扇具有以下優點：第一，風扇布置均勻，能提供均勻冷卻；第二，一組風扇出現故障，其餘風扇仍能正常運行，提高了冷卻系統的可靠性；第三，在總的冷卻風量不變的前提下，其電機功率僅為大流量風扇的70%~75%，噪聲降低了2~3dB(A)。
（3）採用減振裝置 變壓器本體的噪聲通過箱壁和油引起冷卻裝置的振動，採用以下措施能有效控制其振動。第一，在油箱與散熱器之間採用防振頭。防振頭可由耐腐蝕的防振橡膠或不鏽鋼製作。試驗結果表明，防振頭通常能使自冷片式散熱器的振動噪聲降低5~8dB(A)。第二，對於側吹或底吹片式散熱器冷卻方式，為避免風扇加劇冷卻系統的振動，風扇支架不能直接固定在散熱器上，而應固定在箱壁上，並應設定減振橡膠墊。第三，冷卻系統和本體分別安裝的變壓器，風扇應固定在專用基礎上。
其它方法
(1)設計低空載噪聲變壓器時，儘量採用自冷式，這樣可去除風扇和油泵噪聲疊加。當容量難以滿足需要時，滿足大容量變壓器散熱，儘量選用低噪聲潛油泵和低轉數風扇冷卻器。採用低速風扇，能使自冷變壓器容量提高33%，噪聲達到69db(a)。具體情況，也可採用雙速風扇。負荷較小時開動低速風扇，噪聲可相應降低；負荷較大時開動高速風扇，能使自冷變壓器容量提高67%，但此時噪聲較大，達到75db(a)。
(2)室內布置變壓器時，應考慮由噪聲牆面反射時可能導致噪聲增加。該增值是變壓器表面積與變壓器室表面積之比函式，並與牆面和天花板吸聲係數有關。採用礦渣棉或類似材料對牆面塗覆處理，可增加吸聲係數，使噪聲明顯降低。
工程實踐
在吸收聲能減振方面
由於鐵心產生的噪音有一部分是通過箱底和基礎傳出去的。所以在安裝變壓器的時候,如果能在器身和油箱之間或在油箱和基礎之間加減振器,通常採用的是橡膠減振器和彈簧膠減振器,能使聲音通過減振器衰減。此外,也可在鐵心墊腳處和磁禁止與箱壁之間放置防振膠墊,使鐵心和磁禁止的振動傳到油箱時,由鋼性連線變為彈性 連線,從而達 到減 少振 動, 防止共振,達到降低噪音的目的。實踐證明此方法可以降低噪音1到2分貝。還可以在油箱加強鐵內放隔聲材料,可以將油箱振動的能量吸收一部分,從而達到降低本體噪音的目的,可以降低噪音2到3分貝。
加隔音層降低噪音
組合式油箱可根據油箱外部結構情況將隔音板做成若干件,鋼板內放吸音材料比如岩棉、玻璃纖維等。隔音材料能把變壓器本體產生的噪音部分反射回去;而且當噪音穿過隔聲材料時,也能被吸收一些,起到降低噪音的作用。單件的隔音板可用螺栓分別固定在油箱上,採用這種隔音板可降低噪音9到16分貝。當然也可採用高效隔音板,放在兩個加強鐵之間,通過薄彈簧鋼板來固定從而使得噪音降低更多。5. 3 噪音抵消法在變壓器l米以內放置若干個噪音發聲器,使它們發出的噪音與變壓器發出的噪音互相抵消。該方法的原理是首先把變壓器的噪音信號轉變為電信號,然後放大激勵噪音發聲器,使各噪音發出來的噪音,振幅相等,相位相反,使變壓器噪音受到破壞性干擾,實踐證明該方法可降低噪音大小約16分貝。
降低冷卻系統噪音
這是從外部條件入手來降低噪音的,降低冷卻系統噪音的技術措施有:一,採用合理 的 冷卻 方 式在 滿 足設 計 要求 的 前 提下,在低噪音變壓器的設計中,應選用自冷片式散熱器替代風冷散熱器或強油循環風冷卻器,這從根本上杜絕了冷卻器的噪音源,能有效降低噪音8到15分貝。二,選用低噪音 的 冷卻 裝 置在 冷 卻裝 置 的選 用 過 程中,應選用低噪音的冷卻裝置。用多台流量適中的新型低噪音風扇替代大流量高噪音風扇具能提高了冷卻系統的可靠性也能在保持總的冷卻風量不變的前提下,其電機功率降低70%～75%,從而使得噪音降低了2～3分貝。
