Ruído do transformador: causas, medição, fatores e métodos de redução

Ruído do transformadoré algo com que engenheiros e gestores de instalações muitas vezes têm de lidar, especialmente em subestações, instalações industriais, edifícios comerciais, projetos de energia renovável e outras instalações de distribuição de energia. Esse zumbido baixo e familiar pode parecer inofensivo, mas quando um transformador é instalado próximo a escritórios, áreas residenciais, hospitais ou outros locais-sensíveis a ruído, mesmo um aumento moderado no ruído pode se tornar um problema real.

Então, onde é queruído do transformadorrealmente vem? E o que pode ser feito para reduzi-lo?

A resposta não se limita aonúcleo do transformador. A vibração do núcleo, os enrolamentos, os tanques, os ventiladores de resfriamento, as bombas de óleo, a ressonância estrutural e até mesmo a forma como o som viaja através de um edifício podem desempenhar um papel. Na prática, controlar o ruído do transformador significa olhar para todo o sistema, em vez de focar apenas em um componente.

O ruído do transformador vem principalmente de duas áreas:o corpo do transformador e seu equipamento de refrigeração. Para um transformador típico operando em condições normais, onúcleo magnéticoé uma das fontes de ruído mais importantes. Em transformadores maiores com resfriamento forçado, entretanto, ventiladores e bombas de óleo também podem adicionar bastante ruído.

O som mais reconhecível do transformador é o zumbido constante ou zumbido produzido peloessencial.

Quando a corrente alternada flui através dos enrolamentos do transformador, ela cria um fluxo magnético alternado dentro do núcleo. À medida que o campo magnético muda, as chapas de aço silício no núcleo sofrem alterações dimensionais extremamente pequenas. Este efeito é chamadomagnetostrição.

O movimento é minúsculo, mas acontece repetidamente e pode fazer o núcleo vibrar. Essas vibrações viajam através dos grampos centrais, componentes estruturais, tanque e outras partes do transformador. Eventualmente, as superfícies vibrantes irradiam som para o ar circundante.

Enrolamentostambém pode contribuir para o ruído do transformador. As forças eletromagnéticas atuam nos enrolamentos durante a operação e podem causar vibrações mecânicas. Se um componente estrutural estiver solto ou mal apoiado, poderá vibrar ainda mais e amplificar o som original.

Em outras palavras, o ruído que você ouve fora do transformador pode não vir apenas de um componente. Várias pequenas fontes de vibração podem se combinar e tornar o som geral muito mais perceptível.

Equipamento de refrigeraçãoé outra fonte importante de ruído, especialmente em grandes transformadores-imersos em óleo.

Dependendo do projeto do transformador, o resfriamento pode envolver ventiladores, radiadores, bombas de óleo ou uma combinação desses componentes. Os ventiladores de resfriamento geram ruído aerodinâmico à medida que as pás giram e movimentam o ar. Motores e rolamentos podem introduzir vibrações mecânicas adicionais.

As bombas de óleo criam seu próprio ruído mecânico e hidráulico à medida que circulam o óleo isolante através do sistema de refrigeração.

Para um transformador resfriado naturalmente, essas fontes são geralmente limitadas. No entanto, para um transformador que usa resfriamento-forçado a ar ou{2}}óleo forçado, o sistema de resfriamento pode se tornar uma parte significativa do nível total de ruído.

O ruído do transformador não viaja simplesmente da fonte diretamente para o ar circundante. Existem vários caminhos possíveis.

A vibração mecânica pode passar do núcleo e dos enrolamentos para as braçadeiras, o tanque, os radiadores, a fundação e as estruturas conectadas. Quando esses componentes começam a vibrar, eles podem agir como superfícies que irradiam-som.

Também há ruído aéreo proveniente de ventiladores de resfriamento, bombas e outros equipamentos externos. Depois de entrar no espaço circundante, o som pode ser refletido por paredes, pisos, tetos, edifícios e outras superfícies duras.

É por isso que o controle de ruído às vezes pode ser um pouco complicado. Um transformador pode ter um nível de ruído aceitável quando testado sob condições controladas, mas soar consideravelmente mais alto após ser instalado em um determinado edifício ou subestação.

Uma maneira prática de analisar o problema é:

Fonte de ruído → transmissão estrutural → radiação sonora → ambiente circundante

Cada etapa é importante.

Antes de tentar reduzir o ruído do transformador, os engenheiros precisam de medições confiáveis. Diferentes parâmetros acústicos descrevem diferentes aspectos do som, portanto, é importante escolher o método de medição correto.

Nível de pressão sonora (NPS)descreve a variação na pressão do ar causada pelo som em um ponto de medição específico. Normalmente é expresso em decibéis ou dB.

O importante a lembrar é que a pressão sonora depende de onde a medição é feita. Afaste o microfone do transformador e o valor medido normalmente mudará. Paredes, reflexos, ruído de fundo e o ambiente circundante também podem afetar o resultado.

A intensidade do som refere-se à quantidade de energia acústica que passa por uma unidade de área.

As medições de intensidade sonora podem ser úteis quando os engenheiros precisam localizar fontes de ruído individuais. Por exemplo, eles podem ajudar a determinar se a maior parte do ruído vem do tanque do transformador, dos ventiladores de resfriamento ou de outro componente.

Isso torna a intensidade do som particularmente útil ao solucionar problemas de um transformador com ruído inesperadamente alto.

Nível de potência sonorarepresenta a energia acústica total emitida por um transformador.

Ao contrário do nível de pressão sonora, a potência sonora depende menos da distância entre o transformador e o equipamento de medição. Isto o torna útil ao comparar diferentes transformadores ou estabelecer especificações de ruído do equipamento.

Para fabricantes e compradores, a potência sonora pode fornecer uma maneira mais consistente de descrever a saída acústica real de um transformador.

Nem todos os sons são percebidos igualmente pelo ouvido humano.

Um som de-frequência baixa e um som de{1}frequência alta podem ter o mesmo nível de pressão sonora física, mas podem não soar igualmente altos para uma pessoa que esteja por perto. É aqui quecurvas de volume iguaistornar-se útil.

Eles descrevem como a audição humana responde a diferentes frequências. Isso é importante para o ruído do transformador porque o zumbido do transformador geralmente contém componentes de baixa-frequência relativamente fortes.

Então, medir o som é uma coisa. Compreender como as pessoas realmente percebem esse som é outra.

OUm-método ponderado, expresso em dB(A), ajusta as medições sonoras de acordo com a resposta de frequência da audição humana.

É por isso que os limites de ruído para equipamentos elétricos e avaliações de ruído ambiental usam frequentemente dB(A). Um transformador pode ter um componente de baixa-frequência relativamente forte, mas o resultado ponderado A-dá maior consideração às frequências às quais os humanos são mais sensíveis.

Ao avaliar o ruído do transformador em uma instalação real, é útil compreender tanto as características acústicas brutas quanto o nível de ruído ponderado A-.

Não há uma única razão pela qual um transformador seja mais silencioso que outro. O material do núcleo, a densidade do fluxo magnético, a estrutura do núcleo, a qualidade de fabricação, a construção mecânica, as condições operacionais e a ressonância podem fazer a diferença.

Magnetostriçãoé uma das principais causas do ruído no núcleo do transformador.

À medida que o fluxo magnético muda dentro do núcleo, as chapas de aço silício sofrem pequenas alterações dimensionais. Essas mudanças ocorrem continuamente durante a operação CA e produzem vibração mecânica.

A quantidade de magnetostrição depende das propriedades do aço elétrico, da direção do material, da densidade do fluxo magnético e das condições de operação.

Usar aço elétrico de alta{0}}qualidade com características magnéticas adequadas pode ajudar a reduzir a vibração do núcleo. O projeto do transformador também precisa manter a densidade do fluxo magnético dentro da faixa operacional pretendida. Se o núcleo for pressionado magneticamente com muita força, o ruído pode aumentar junto com outros efeitos indesejados.

A construção do núcleo tem influência direta no ruído do transformador.

A geometria do núcleo, o projeto da junta, os arranjos de fixação e a forma como as forças magnéticas são distribuídas afetam a vibração. Um núcleo adequadamente projetado ajuda a manter o movimento mecânico sob controle.

Projetos modernos de transformadores geralmente usampasso-núcleo da voltajuntas e arranjos estruturais melhorados. Essas abordagens podem ajudar a reduzir as perdas e a vibração do núcleo.

Não se trata apenas do material em si. A forma como o material é projetado e montado é igualmente importante.

A qualidade de fabricação pode fazer uma diferença surpreendentemente grande no ruído do transformador.

O mau empilhamento das laminações, o alinhamento incorreto das juntas, o estresse mecânico excessivo ou a fixação insuficiente podem fazer com que o núcleo vibre mais do que o esperado.

O processo de montagem necessita, portanto, de um controle cuidadoso. As laminações do núcleo devem ser manuseadas adequadamente, as juntas devem ser alinhadas com precisão e a pressão de fixação deve ser definida corretamente.

Pouca fixação pode permitir movimentos indesejados. Muita fixação também não é necessariamente melhor, porque o estresse mecânico excessivo também pode afetar as características de vibração do núcleo.

A ressonância pode piorar muito uma vibração que de outra forma seria controlável.

Cada componente estrutural possui frequências naturais. Se a frequência de excitação gerada pelo transformador se aproximar de uma dessas frequências naturais, a vibração pode aumentar acentuadamente.

Tanques de transformadores, radiadores, braçadeiras, fundações e outras peças estruturais podem ter características ressonantes diferentes. Uma vez que a ressonância ocorre, mesmo uma força de excitação relativamente pequena pode criar uma resposta vibratória muito maior.

Um bom projeto estrutural, amortecimento apropriado e isolamento de vibração podem ajudar a manter a ressonância sob controle.

A redução do ruído do transformador geralmente funciona melhor quando vários métodos são usados juntos. Os engenheiros podem começar pela fonte do ruído, depois controlar a vibração estrutural e, finalmente, lidar com a transmissão do som através do ambiente circundante.

A primeira abordagem é reduzir a vibração do próprio transformador.

O ruído do núcleo pode ser reduzido através de aço elétrico adequado, design de núcleo otimizado, montagem precisa e fixação mecânica adequada.

Manter o transformador dentro da densidade de fluxo magnético especificada também é importante. A fabricação de-alta qualidade ajuda a evitar laminação solta, juntas ruins e outras condições que podem aumentar a vibração.

Para os fabricantes de transformadores, isso significa que o controle de ruído começa muito antes de o transformador chegar ao local de instalação.

O tanque do transformador pode se tornar uma superfície de irradiação-de som surpreendentemente eficaz devido à sua área relativamente grande.

Reforço do tanque, estruturas de painel otimizadas, conexões mecânicas aprimoradas e materiais-de amortecimento de vibração podem reduzir a quantidade de som irradiado do tanque.

O isolamento de vibração entre o transformador e sua fundação também pode ajudar. Conexões flexíveis podem ser úteis onde a vibração mecânica poderia, de outra forma, propagar-se para estruturas próximas.

Os sistemas de refrigeração não devem ser negligenciados, especialmente em grandes transformadores de potência.

Ventiladores de resfriamento com baixo-ruído, designs de lâminas otimizados, velocidades apropriadas do ventilador e montagem com isolamento-de vibração podem ajudar a reduzir o ruído do ventilador.

A manutenção também é importante. Uma pá de ventilador danificada ou desequilibrada, um rolamento desgastado ou um motor mal alinhado podem criar muito mais vibração do que um ventilador com manutenção adequada.

Os transformadores resfriados naturalmente geralmente têm menos fontes de ruído mecânico porque não dependem de ventiladores de resfriamento ou bombas de óleo.

No entanto, o design do radiador e a rigidez estrutural ainda são importantes. Radiadores adequadamente projetados podem ajudar a limitar a vibração e a radiação sonora desnecessária, ao mesmo tempo que mantêm uma dissipação de calor eficaz.

Para sistemas de resfriamento-forçado de óleo, a seleção de bombas de óleo-de baixo ruído é uma parte importante do controle de ruído do transformador.

O motor da bomba, os rolamentos, o caminho do fluxo de óleo e o alinhamento da instalação devem ser considerados. A manutenção regular também pode evitar vibrações anormais causadas pelo desgaste dos componentes ou por más condições de operação.

Às vezes o próprio transformador já é razoavelmente silencioso, mas o ambiente de instalação torna o ruído mais perceptível.

Nestes casos, pode ser adicionado isolamento acústico ao longo do caminho de propagação. Barreiras acústicas, paredes à prova de som, gabinetes de transformadores e salas de transformadores especialmente projetadas podem interromper a transmissão direta do som.

Há um problema importante: o design acústico ainda deve permitir ventilação e dissipação de calor suficientes. Um transformador completamente fechado pode ser mais silencioso, mas se o seu desempenho de refrigeração for prejudicado, isso criará um problema muito maior.

A atenuação de ruído pode incluir isolamento de vibração, absorção acústica, estruturas de amortecimento e outras medidas destinadas a reduzir o som antes que ele atinja áreas sensíveis.

Almofadas anti{0}}vibração podem limitar a transmissão de vibração através da fundação. Conexões flexíveis podem reduzir a transferência de vibração mecânica para estruturas conectadas. Materiais-absorventes de som podem reduzir o ruído aéreo refletido dentro das salas de transformadores.

Para subestações localizadas perto de edifícios residenciais, escritórios, hospitais, escolas ou outras áreas-sensíveis a ruído, essas medidas devem ser consideradas idealmente durante a fase de projeto.

Tentar resolver um problema de ruído após o transformador já ter sido instalado costuma ser mais complicado-e muitas vezes mais caro.

Ruído do transformadorvem de mais do que o zumbido familiar do núcleo magnético. Magnetostrição, vibração do enrolamento, ventiladores de resfriamento, bombas de óleo, componentes estruturais e ressonância podem contribuir para o nível de ruído final. O ambiente circundante e a forma como a vibração se propaga pela instalação podem tornar a situação ainda mais complicada.

Para fabricantes de transformadores comoTransformador Yawei, o controle eficaz de ruído começa com o básico: aço elétrico apropriado, projeto de núcleo otimizado, montagem precisa, construção mecânica confiável e equipamento de resfriamento-bem projetado.

A partir daí, métodos de instalação como isolamento de vibração, isolamento acústico, barreiras acústicas e atenuação de ruído podem fornecer proteção adicional.

O objetivo não é simplesmente tornar um transformador mais silencioso no papel. Um transformador de-ruído genuinamente baixo deve funcionar bem no mundo real, onde os equipamentos compartilham espaço com pessoas, edifícios e outros sistemas elétricos. É por isso que o ruído do transformador deve ser considerado desde o projeto e fabricação até a instalação e operação.

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R: Depende da quantidade e capacidade do transformador, normalmente dentro de um mês a partir da data do desenho confirmado pelo comprador.

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