Transformator summt, wenn verschiedene Maschinen laufen

Man könnte es in Fabriken, Werkstätten und sogar in großen Häusern sehen: der Transformator auf einem Mast, an der Wand oder im Schacht summt lauter, wenn einige Maschinen arbeiten. Der Klang kann manchmal auf Magnetostriktion zurückzuführen sein, aber manchmal dient er als Warnsignal, dass der Transformator überlastet, ungleichmäßig belastet oder defekt ist. In diesem Leitfaden werden wir die Gründe für das Summen eines Transformators, die Veränderungen, die auftreten, wenn verschiedene Maschinen arbeiten, welche Geräusche normal sind und wann das Summen Anlass zur Besorgnis gibt, besprechen.

Antwort kurz: Transformatoren geben ständig ein Geräusch von sich, das auf den Magnetostriktion-Prozess zurückzuführen ist — das Phänomen einer leichten physikalischen Deformation eines laminierten Stahlkerns, die mit einer Frequenz von 100-120 Mal pro Sekunde auftritt (doppelt so schnell wie die Frequenz von 50/60 Hz), zusammen mit Vibrationen der Kernkomponenten und Wicklungen. Das Summen eines Transformators wird unter dem Einfluss verschiedener Maschinen aus drei Hauptgründen lauter: Laststeigerung (der Anstieg des Stroms führt zu einem Anstieg des magnetischen Flusses), Harmonische von Antriebs- und Schweißmaschinen (verschiedene Antriebe übertragen verzerrte Ströme, die Geräusche neuer Frequenzen erzeugen und somit den Transformator erhitzen), Spannungsbedingungen (selbst der leicht belastete Transformator kann lauter summen, wenn er überlastet ist, da der Fluss durch die Spannung und nicht durch die Last definiert wird).

Warum Transformatoren summen

Das Summen von Transformatoren ist ein Phänomen, das aufgrund physikalischer Prinzipien auftritt und nicht auf einen Fehler hinweist. Der Kern des Transformators besteht aus fein laminierten Stahlblechen, und daher entwickelt er ein Magnetfeld im Kern. Wenn ein Wechselstrom durch die Drähte fließt, ändert sich die Richtung des Magnetfelds 100 Mal pro Sekunde (bei 50 Hz Versorgung) oder 120 Mal pro Sekunde (bei 60 Hz). Jedes Mal, wenn sich die Richtung des Magnetfelds ändert, werden die Stahlkristalle leicht gedehnt. Somit tritt Magnetostriktion auf, die für das Summen des Transformators verantwortlich ist und ein Signal mit einer Frequenz erzeugt, die dem Doppelten der Frequenz der Stromversorgung entspricht. Darüber hinaus führen Veränderungen in den Drähten und den Verbindungen dazu, dass andere Komponenten vibrieren. Der Tank des Transformators verhält sich wie ein gewöhnlicher Lautsprecher.

Daraus können wir schließen, dass das Summen von Transformatoren ein häufiges elektrisches Phänomen ist, aber die Vibrationsintensität mit zunehmender Flussdichte steigt, die durch die angelegte Spannung bestimmt wird. Die Spezifikationen, die regeln, wie laut ein Transformator sein darf — und die hörbaren Geräuschpegel, die mit der kVA-Bewertung verbunden sind — sind Teil der Entwurfsdaten, die Sie auf einem guten Datenblatt finden, wie im Transformator-Spezifikationen Leitfaden.

Warum es lauter summt, wenn Maschinen laufen

Die wechselnden Geräusche, die mit dem Betrieb von “verschiedenen Maschinen” verbunden sind, können fast sicher auf drei Ursachen zurückgeführt werden:

• Höherer Laststrom. Ein großer Motor oder Heizkörper zieht Strom, was zu einem erhöhten Wicklungsstrom führt, der eine erhöhte Leckflusskraft auf die Wicklung ausübt und mehr Vibrationen des Kerns verursacht. Es ist eine Tatsache, dass ein überlasteter Transformator mehr summt als ein Transformator, der nicht belastet ist.
• Harmonische von elektronischen und Motorlasten. Die Antriebselektromechaniklasten wie VFDs verursachen eine Verzerrung des Stroms auf nicht-sinusoidale Weise. Harmonische verursachen mechanische Vibrationen des Transformatorenkerns und mehr Verluste im Kern und in der Wicklung, wenn Maschinen betrieben werden, was zu einem Brummen und Singen führt.
• Spannungs- und Regelungsprobleme. Eine unerwartet große Last, die auf einen Transformator angewendet wird, kann zu sofortigen Spannungsabfällen führen, die durch große Anlaufmotoren verursacht werden, was die Tonhöhe seines Brummens während solcher Ereignisse verändert.

Die diagnostische Aufgabe besteht darin, die Art des Brummens zu bestimmen, die wir in Bezug auf die Art und Weise haben, wie es sich während des Betriebs verschiedener Geräte ändert (wenn es kontinuierlich in Übereinstimmung mit der Anzahl der Lasten variiert, wird es als lastbezogen und normal angesehen). Die Unterscheidung zwischen den beiden ist der Kern der Analyse, und die Logik hinter der Last und dem Betrieb wird im Grundlagen der Verteilungstransformatoren Artikel zusammengefasst.

Wie sich normales Transformatorgeräusch anhört

Der schnellste Weg, um zu verstehen, was abnormal bedeutet, ist zu lernen, wie normal klingt.

• Normal: ein kontinuierliches und niederfrequentes Geräusch, das dem zwei Mal der Netzfrequenz (100 Hz oder 120 Hz) entspricht. Man kann sich den Klang einer tiefen Gitarrensaite oder den Klang einer Umspannstation, gehört aus der Ferne, vorstellen. Vielleicht wird es etwas lauter und höher, wenn die Last zunimmt.
• Abnormal: ein metallisches Rasseln (lose Kernlaminierungen oder lose Tankbefestigungen oder Montierungen), ein sehr scharfer Ton (aufgrund elektrischer Entladung oder aufgrund einer losen Verbindung), ein zischendes Geräusch (was auf Lichtbogenbildung hinweist) oder eine Veränderung des Gesamtcharakters des Transformators (was durch plötzliche Lautstärke oder ein verschmolzenes Zischgeräusch charakterisiert werden kann).

Eine gute Praxis: Achten Sie aufmerksam auf das Geräusch des Transformators im normalen Betriebsmodus, bis Sie seinen normalen Klang gelernt haben. Diese Basisdisziplin ist dieselbe, die der Zustandsüberwachung zugrunde liegt, sei es durch Gehör oder durch Instrumente, und sie steht in direktem Zusammenhang mit den Prüf- und Inspektionsroutinen im Transformator-Testleitfaden.

Wie Größe und Last Geräusch beeinflussen

Die meisten Aussagen über Transformatoren können zwei Prinzipien zugeschrieben werden.

Faktor	Einfluss auf Geräusch	Warum
kVA-Größe	Größere Transformatoren brummen lauter	Größere Kerne und Tanks strahlen mehr Geräusch aus
Lastniveau	Geräusch steigt mit der Last	Höherer Wicklungsstrom erhöht Kräfte und Vibrationen
Spannungsniveau	Geräusch steigt mit der Spannung (auch unbelastet)	Die Flussdichte wird durch die Spannung festgelegt; Überspannung sättigt den Kern
Harmonische Inhalte	Neue Frequenzen, Brummen, zusätzliche Wärme	Verzerrter Strom von Antrieben und Schweißgeräten regt den Kern an

Die praktische Situation: Wenn Maschinen laufen, erzeugen einige Transformatoren ein Brummen, das bedeutet, dass alles in Bezug auf die Last wie vorgesehen funktioniert. Die Laderegel, die vorschreibt, dass Maschinen bei temporären Lasten von nicht mehr als etwa 80% betrieben werden, ist aus diesem Grund vorhanden. Mit anderen Worten, die Anwendung der Regel hilft, Transformatoren nicht mit zu viel Leistung zu versorgen, was Lärm und Wärme erzeugt und ihre Lebensdauer verringert. Ein Transformator, der brummt und ein hohes Lastsignal hat, bedeutet nicht unbedingt, dass er defekt ist; dies ist die gleiche Schlussfolgerung, die unten beim Sprechen über die 80%-Regel gelesen werden kann.

Warnsignale: Wenn das Brummen Aufmerksamkeit benötigt

Nicht jedes hochfrequente Geräusch weist auf ein Problem hin, aber bestimmte Geräusche sind Warnsignale:

• Plötzlich auftretend: Ein Transformator, der ruhig war und plötzlich anfängt, Geräusche zu machen, sollte untersucht werden.
• Brummende, knackende und zischende Geräusche sind Anzeichen für defekte Verbindungen, Isolationsdurchbrüche und Funkenbildung im Transformator — dies ist eines der gefährlichsten Probleme, abhängig von den Arten von Transformatoren.
• Wärme und Geruch: Wenn der Transformator heiß ist und nach brennendem Öl und Lack riecht, besteht die Möglichkeit, dass er überhitzt oder defekt ist.
• Leckage oder Ausdehnung: Das Austreten von Öl und die Verformung des Transformatorengehäuses deuten auf schwerwiegende Probleme hin.
• Indikatoren für fehlerhafte Leistung: Das Auslösen des Leistungsschalters, flackernde Lichter und Fehlfunktionen der Geräte zum Zeitpunkt des Auftretens des Brummens zeigen, dass das Geräusch real und nicht harmlos ist.

Viele dieser Anzeichen führen auf die Ausfallmechanismen zurück, die durch Isolationsprüfungen und Ölanalysen frühzeitig erkannt werden sollen — die in den Ursachen für Transformatorausfälle Artikel katalogisierten Ausfallmodi sind genau das, was ein verändertes Brummen ankündigen kann.

Warncheckliste für Transformatorgeräusche

Wenn Sie ein ungewöhnliches Transformatorbrummen hören, hier ist die Checkliste, die Sie vor dem Ergreifen von Maßnahmen berücksichtigen sollten:

• Klingt das Brummen konstant oder mehr wie ein Brummen/Zischen? Ein konstantes Brummen ist ein normales Phänomen, während es, wenn es brummt oder knackend ist, Zeit ist, es zu überprüfen.
• Ändert sich die Lautstärke des Brummens mit dem Betrieb der Maschinen? Wenn nicht, deutet dies darauf hin, dass etwas mit dem Transformator nicht stimmt.
• Gibt es etwas Heißes, das riecht oder in der Nähe des Geräts ausläuft? Der Geruch von Lack, Wärme oder das Austreten von Öl reicht mehr als aus, um zu schließen, dass es nicht notwendig ist, das Geräusch des Transformators zu analysieren.
• Ist in letzter Zeit etwas mit dem Strom passiert? Wenn ja, sollte ein Elektriker die Quelle des Geräuschs verstehen und verschiedene Frequenzen aus dem Geräusch des Transformatorbrummens identifizieren können.
• Hat der Transformator jemals zuvor dieses Geräusch gemacht? Wenn ja, bedeutet dies, dass überprüft werden sollte, ob es immer noch ein Problem ist oder nicht.
• Wie viel Last trägt er jetzt? Wenn es nahe oder mehr als seiner regulären Arbeitslast ist, kann das Geräusch durch diese Tatsache erklärt werden.

Falls eine der Bedingungen nicht in Ordnung ist, sollte ein Fachmann gerufen werden, um den Transformator zu überprüfen. Die Routine, die Transformatoren zwischen diesen Inspektionen gesund hält — Ölanalysen, DGA und visuelle Kontrollen — ist im den Grundlagen der Transformatorölprüfung Artikel, der die Proben und Schwellenwerte behandelt, die Isolationsprobleme erfassen, bevor sie hörbar werden.

Wie man das Problemgeräusch behebt oder reduziert

Je nach Diagnose können die Lösungen von den einfachsten bis zu den professionellsten variieren:

• Lockere Teile: Während der Überprüfung der Schrauben sowie der Enden des Tanks und der Abdeckplatten müssen wir feststellen, ob das Geräusch verschwindet, wenn die Platte gedrückt wird.
• Hochspannung: Wenn das Geräusch laut ist, wenn keine Last vorhanden ist, muss Folgendes getan werden: Überprüfen Sie die Eingangsspannung im Verhältnis zum Abgriff; durch Ändern des Überspannungsabgriffs können Sie das Geräusch möglicherweise loswerden.
• Harmonische Überlastung: Wenn das Geräusch nur von VFD oder Schweißmaschinen erzeugt wird, müssen Sie den harmonischen Inhalt messen und möglicherweise Filter oder andere Methoden anwenden, die darauf abzielen, das Problem mit Hilfe von Reaktoren zu lösen.
• Ständige hohe Last: Sie können die Last über die Phasen neu ausbalancieren oder eine Last auf einen anderen Transformator übertragen, was die Indikation der 80%-Regel betrifft.
• Echtes internes Problem: Wenn es durch lockere Messungen, beschädigte Isolierung oder andere Faktoren verursacht wird, ist eine Reparatur in der Werkstatt unmöglich und der Transformator muss zur Reparatur ins Werk gebracht werden.

Die Grenzregel: Geräusche, die durch das Festziehen von Schrauben und die Reparatur der mechanischen Baugruppe zum Schweigen gebracht werden können, beziehen sich auf die Wartung, während elektrische Geräusche, die Erwärmung, seltsamen Geruch und andere verwandte Probleme verursachen, ein Zuverlässigkeitsproblem darstellen. Letztendlich ist es immer besser, den Transformator zu inspizieren, als seinem zischenden Geräusch zu vertrauen.

FAQ

Warum macht mein Transformator ein Summgeräusch?

Transformatoren sind so konzipiert, dass sie aufgrund von Magnetostriktion summen, einem Phänomen, bei dem der Stahlkern sich während jedes elektrischen Zyklus von 60 oder 50 Hertz zweimal dehnt und zusammenzieht, wodurch der Kern und die Wicklungen vibrieren. Darüber hinaus gilt: Je mehr Last und Spannung auf den Transformator gelegt wird, desto lauter ist das Summen, das er erzeugt. Wenn das Geräusch jedoch mit dem Betrieb anderer Maschinen einhergeht, ist es in der Regel mit der derzeit in Betrieb befindlichen Maschine verbunden.

Wie man das Summen des Transformators loswird?

Der erste Schritt sollte darin bestehen, das vorliegende Problem zu diagnostizieren. Ein mechanisches Klappern kann durch das Festziehen der Montageschrauben behoben werden. Wenn das Summen in Abwesenheit einer Last zu hören ist, sollte der Transformator auf Überspannung überprüft werden. Wenn Brummen und Überhitzung auftreten, wenn er mit variablen Frequenzantrieben oder Schweißgeräten betrieben wird, müssen Linienreaktoren oder Filter verwendet oder nichtlineare Lasten verlagert werden. Wenn ein Transformator ständig einer hohen Last ausgesetzt ist, ist eine Lastenbalancierung erforderlich. Echte Mängel wie lockere Lamellen und schlechte Isolierung erfordern Reparaturen.

Was ist die 80%-Regel für Transformatoren?

Die 80%-Regel besagt im Wesentlichen, dass die Belastung eines Transformators 80% seiner nominalen kVA-Bewertung nicht überschreiten sollte, um ihm zu ermöglichen, seinen Zweck ordnungsgemäß zu erfüllen. Andernfalls kann der Transformator zu viel Geräusch und Wärme erzeugen. Die meisten Fälle von Summen bei Transformatoren können mit dieser Regel erklärt werden.

Was sind die Anzeichen eines durchgebrannten Transformators?

Anzeichen einer Explosion eines Transformators sind ein lauter Knall, ein Stromausfall, sichtbarer Rauch oder Flammen, brennender Geruch, Öl, das um ölgefüllte Transformatoren austritt, Lichtbogenbildung und brennende Gehäuse. In der Regel deuten ein neu aufgetretener Brummton sowie knisternde oder zischende Geräusche darauf hin, dass etwas nicht stimmt, bevor die Explosion eintritt, und dass der Transformator einer sofortigen Inspektion bedarf.

Referenzen

• Eaton — Verständnis von Transformatorgeräuschen
• GE Grid Solutions — Ressourcen zu Transformatorgeräuschen und -vibrationen
• IEEE — Standards für hörbare Geräusche von Transformatoren
• Hitachi Energy — Zustandsüberwachung von Transformatoren
• NFPA — Richtlinien zur Inspektion elektrischer Geräte

Fazit

Ein Transformator, der mehr vibriert, während andere Geräte betrieben werden, ist normalerweise nur ein physikalisches Phänomen — Magnetostriktion verursacht, dass jeder Transformator Geräusche mit der doppelten Frequenz des im Land gelieferten Stroms erzeugt, und Last, Spannung und Harmonische müssen ihren Job machen und die Lautstärke erhöhen. Die durch die Maschinen verursachten Geräusche sind normal; das Geräusch von Maschinen, das Sie beunruhigen sollte, ist anders. Es könnte ein summendes oder knisterndes Geräusch sein oder mit Erwärmung, Geruch, Leckagen usw. verbunden sein. Es ist wichtig, das normale Geräusch des Transformators zu erkennen und zu wissen, was zu tun ist, wenn sich etwas ändert, die gegebenen Anweisungen zur Last zu befolgen, mechanische Rattergeräusche zu beheben und elektrische Probleme Fachingenieuren zu überlassen, die die Geräuschquelle analysieren können, wenn sie auftritt.