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 article, which covers the samples and thresholds that catch insulation problems before they become audible.

How to Fix or Reduce Problem Hum

Depending on what is diagnosed, the solutions may vary from the simplest to the most professional in nature:

• Loose parts: while checking the bolts, as well as the ends of the tank and the panels that cover it, we need to see if the noise disappears when the panel is pushed.
• High voltage: if the noise is loud when there is no load, the following must be done: check the incoming voltage with respect to the tap; by changing the overvoltage tap, you may get rid of noise.
• Harmonic overload: if the noise is produced only by VFD or welding machines, you need to measure harmonic content and possibly apply filters or other methods aimed at solving the problem with the help of reactors.
• Continuous heavy load: you may rebalance the load over the phases or transfer some load to another transformer was regarding the indication of the 80% rule.
• True internal problem: if it is caused by loose readings, broken insulation, or other factors, workshop repair is impossible and the transformer has to be taken to the factory for repairs.

The boundary rule: noise that can be silenced through tightening bolts and repairing the mechanical assembly relates to maintenance while electrical noise that causes heating, strange smell, and other related problems is a reliability issue. Lastly, it is always better to inspect the transformer than trust its hissing sound.

FAQ

Why is my transformer making a humming noise?

Transformers are designed to hum as a result of magnetostriction, a phenomenon in which the steel core stretches and shrinks twice during every electrical cycle of either 60 or 50 Hertz, making the core and the windings vibrate. Moreover, the more load and voltage is put on the transformer, the louder is the hum that it produces. However, if the noise follows the operation of other machines, it is generally related to the machinery that is currently in operation.

How to get rid of transformer hum?

The first step should be to diagnose the issue at hand. A mechanical rattling noise can be fixed by tightening the mounting bolts. If the hum can be heard in the absence of a load, then the transformer should be checked for overvoltage. If buzz and overheating occur when being powered with the use of the variable frequency drives or welding equipment, line reactors or filters must be used or nonlinear loads relocated. If a transformer experiences constant heavy load, load balancing is needed. Genuine insufficiencies such as loose laminations and bad insulation require repairs.

Was ist die 80%-Regel für Transformatoren?

The 80% rule basically states that the loading of a transformer should not exceed 80% of its nominal kVA rating in order to allow it to serve its purpose properly. Otherwise, the transformer may produce too much noise and heat. Most cases of humming of transformers can be explained using this rule.

What are the signs of a blown transformer?

Signs of an explosion of a transformer include a loud bang, a blackout, visible smoke or flames, burning smell, oil leaking around oil-filled transformers, arcing, and burning cases. Usually, a newly emerged hum and crackling or sizzling noises indicate that something is wrong before the explosion occurs and that the transformer needs an immediate inspection.

Referenzen

• Eaton — Understanding Transformer Noise
• GE Grid Solutions — Transformer Sound and Vibration Resources
• IEEE — Transformer Audible Sound Standards
• Hitachi Energy — Transformer Condition Monitoring
• NFPA — Electrical Equipment Inspection Guidelines

Fazit

A transformer vibrating more while other equipment is operated is normally just a case of physics working — magnetostriction causes every transformer to generate sound twice at the frequency of electricity supplied in the country, and load, voltage, and harmonics have to do their job and increase the volume. The noise caused by the machines is normal; the sound of machines that should make you worried is unlike. It could be a buzzing or crackling sound or be associated with heating, smell, leaks, etc. It is important to recognize the normal sound of the transformer and know what should be done if something changes, to follow the instructions given for loading, to fix mechanical rattles, and to leave the electrical issues to professional engineers who can analyze the source of noise when it appears.