Трансформатор гудит, когда работают разные машины

Вы можете увидеть это на заводах, в мастерских и даже в больших домах: трансформатор на столбе, на стене или в подвале гудит громче, когда работают некоторые машины. Звук иногда может быть вызван магнитострикцией, но иногда он служит предупреждающим знаком о том, что трансформатор перегружен, неравномерно загружен или неисправен. В этом руководстве мы обсудим причины гудения трансформатора, что меняется, когда работают различные машины, какие звуки являются нормальными и когда гудение становится причиной для беспокойства.

Ответ кратко: трансформаторы постоянно издают звук, который вызван процессом магнитострикции — явлением незначительной физической деформации ламинированного стального сердечника, происходящей со скоростью 100-120 раз в секунду (в два раза быстрее частоты 50/60 Гц), вместе с вибрациями от компонентов сердечника и обмотки. Гудение трансформатора становится громче под действием различных машин по трем основным причинам: увеличение нагрузки (рост тока вызывает увеличение магнитного потока), гармоники от приводов циклов и сварщиков (различные приводы передают искаженные токи, производя звук новых частот и тем самым нагревая трансформатор), условия напряжения (даже слабо загруженный трансформатор может гудеть громче при перегрузке, потому что поток определяется напряжением, а не нагрузкой).

Почему трансформаторы гудят

Гудение трансформатора — это явление, которое происходит из-за принципа физики, и это не указывает на неисправность. Сердечник трансформатора состоит из тонко ламинированных стальных листов, и, следовательно, он развивает магнитное поле в сердечнике. Когда переменный ток проходит через провода, магнитное поле меняет свое направление 100 раз в секунду (при подаче 50 Гц) или 120 раз в секунду (при подаче 60 Гц). Каждый раз, когда магнитное поле меняет свое направление, стальные кристаллы слегка растягиваются. Таким образом, происходит магнитострикция, и она отвечает за гудение трансформатора, производя сигнал с частотой, равной удвоенной частоте источника питания. Кроме того, изменения в проводах и соединениях заставляют другие компоненты вибрировать. Корпус трансформатора ведет себя как обычный динамик.

Из этого мы можем заключить, что гудение трансформатора — это обычное электрическое явление, но интенсивность вибрации увеличивается с увеличением плотности потока, которая определяется приложенным напряжением. Спецификации, которые регулируют, насколько громким может быть трансформатор — и уровни слышимого звука, связанные с рейтингом kVA — являются частью проектных данных, которые вы найдете в хорошей спецификационной таблице, как это описано в руководство по спецификациям трансформаторов.

Почему он гудит громче, когда работают машины

Изменяющиеся шумы, связанные с работой “различных машин”, почти наверняка можно отследить до трех причин:

• Более высокий ток нагрузки. Большой мотор или обогреватель потребляет ток, что приводит к увеличению тока обмотки, в результате чего увеличивается сила утечки потока, действующая на обмотку, и больше вибрации сердечника. Факт в том, что перегруженный трансформатор гудит больше, чем трансформатор, который не под нагрузкой.
• Гармоники от электронных и моторных нагрузок. Приводы электромеханических нагрузок, таких как VFD, вызывают искажение тока в несинусоидальной форме. Гармоники вызывают механическую вибрацию сердечника трансформатора и больше потерь в сердечнике и обмотке, когда машины работают, что приводит к гудению и пению.
• Проблемы с напряжением и регулированием. Неожиданная большая нагрузка, приложенная к трансформатору, может привести к мгновенным падениям напряжения, вызванным большими пусковыми моторами, что вызывает изменение высоты его гудения во время таких событий.

Диагностическая задача заключается в определении типа гудения в зависимости от того, как оно изменяется в процессе работы различного оборудования (если оно постоянно изменяется в соответствии с количеством нагрузок, это считается связанным с нагрузкой и является нормальным). Различение двух типов является основой анализа, а логика нагрузки и рабочего цикла, стоящая за этим, рассматривается в основах распределительных трансформаторов статье.

Как звучит нормальный шум трансформатора

Самый быстрый способ понять, что означает ненормальное, — это узнать, как звучит нормальное.

• Нормальное: непрерывный и низкочастотный звук, который равен двум частотам сети (100 Гц или 120 Гц). Вы можете представить звук низкой струны гитары или звук подстанции, слышимый издалека. Возможно, он станет немного громче и изменит высоту по мере увеличения нагрузки.
• Ненормальное: металлический дребезжащий звук (ослабленная ламинация сердечника или ослабленные крепления или монтажные элементы), очень резкий звук (из-за электрического разряда или из-за ослабленного соединения), шипящий звук (что указывает на дугу) или изменение общего характера трансформатора (который можно охарактеризовать внезапной громкостью или слипающимся шипением).

Хорошая практика: внимательно слушать звук трансформатора в его нормальном рабочем режиме, пока вы не научитесь его нормальному звуку. Эта базовая дисциплина такая же, как и в мониторинге состояния, будь то на слух или с помощью инструмента, и она напрямую связана с процедурами тестирования и инспекции в руководство по испытанию трансформаторов.

Как размер и нагрузка влияют на шум

Большая часть того, что говорится о трансформаторах, может быть отнесена к двум принципам.

Фактор	Влияние на шум	Почему
Размер в кВА	Большие трансформаторы гудят громче	Более крупные сердечники и резервуары излучают больше звука
Уровень нагрузки	Шум возрастает с нагрузкой	Более высокий ток в обмотке увеличивает силы и вибрацию
Уровень напряжения	Шум возрастает с напряжением (даже без нагрузки)	Плотность потока определяется напряжением; перенапряжение насыщает сердечник
Гармоническое содержание	Новые частоты, гудение, дополнительное тепло	Искаженный ток от приводов и сварщиков возбуждает сердечник

Практическая ситуация: когда машины работают, некоторые трансформаторы издают гул, который означает, что все функционирует как задумано с точки зрения нагрузки. Правило нагрузки, требующее, чтобы машины работали при временных нагрузках не выше примерно 80%, существует именно по этой причине. Другими словами, применение этого правила помогает избежать подачи слишком большой мощности на трансформаторы, что вызывает шум и нагрев и сокращает срок их службы. Наличие трансформатора, который гудит и показывает высокий сигнал нагрузки, не обязательно означает, что он неисправен; это тот же вывод, который можно сделать ниже при обсуждении правила 80%.

Предупреждающие признаки: когда гул требует внимания

Не каждый высокий звук означает проблему, но определённые звуки являются предупреждающими сигналами:

• Внезапное появление: трансформатор, который был тихим и внезапно начал издавать шумы, должен быть проверен.
• Жужжание, треск и шипение — признаки дефектных соединений, разрушения изоляции и искрения внутри трансформатора — это одна из самых опасных проблем в зависимости от типа трансформатора.
• Нагрев и запах: если трансформатор горячий и пахнет горящим маслом или лаком, возможно, он перегревается или неисправен.
• Протечка или деформация: протечка масла и деформация корпуса трансформатора указывают на серьёзные внутренние проблемы.
• Индикаторы неисправной работы: срабатывание автоматического выключателя, мерцание света и сбои в работе оборудования в момент появления гула показывают, что звук реальный и не безобиден.

Многие из этих признаков связаны с механизмами отказа, которые выявляются при тестировании изоляции и анализе масла — режимы отказа, описанные в причинах отказа трансформаторов статье, именно то, что может сигнализировать изменившийся гул.

Контрольный список предупреждений шума трансформатора

Если вы слышите необычный гул трансформатора, вот контрольный список, который следует рассмотреть перед принятием каких-либо мер:

• Звучит ли гул равномерно или больше похож на жужжание/шипение? Равномерный гул — нормальное явление, тогда как жужжание или треск требуют проверки.
• Меняется ли громкость гула при работе машин? Если нет, это указывает на возможную неисправность трансформатора.
• Есть ли что-то горячее, пахнущее или протекающее рядом с устройством? Запах лака, нагрев или протечка масла — достаточные основания для того, чтобы не анализировать звук трансформатора.
• Происходили ли недавно какие-либо изменения с электричеством? Если да, то электрик должен определить источник шума и может выявить различные частоты по звуку гула трансформатора.
• Издавал ли трансформатор этот звук раньше? Если да, то следует проверить, является ли это проблемой сейчас.
• Какую нагрузку он сейчас несёт? Если она близка к или превышает обычную рабочую нагрузку, шум можно объяснить этим фактом.

В случае, если какое-либо из условий не в порядке, следует вызвать специалиста для проверки трансформатора. Рутинные процедуры, которые поддерживают трансформаторы в хорошем состоянии между этими проверками — тестирование масла, DGA и визуальные проверки — изложены в основам тестирования трансформаторного масла статья, которая охватывает образцы и пороги, которые выявляют проблемы с изоляцией до того, как они станут слышимыми.

Как исправить или уменьшить проблему гудения

В зависимости от того, что диагностировано, решения могут варьироваться от самых простых до самых профессиональных по своей природе:

• Ослабленные детали: при проверке болтов, а также концов бака и панелей, которые его покрывают, необходимо проверить, исчезает ли шум, когда панель нажимается.
• Высокое напряжение: если шум громкий при отсутствии нагрузки, необходимо сделать следующее: проверить входное напряжение относительно отводки; изменив отводку перенапряжения, вы можете избавиться от шума.
• Гармоническая перегрузка: если шум возникает только от частотно-регулируемых приводов или сварочных машин, необходимо измерить гармоническое содержание и, возможно, применить фильтры или другие методы, направленные на решение проблемы с помощью реакторов.
• Постоянная тяжелая нагрузка: вы можете перераспределить нагрузку по фазам или перенести часть нагрузки на другой трансформатор в соответствии с указанием правила 80%.
• Истинная внутренняя проблема: если она вызвана ослабленными показаниями, поврежденной изоляцией или другими факторами, ремонт в мастерской невозможен, и трансформатор необходимо отправить на завод для ремонта.

Пограничное правило: шум, который можно заглушить за счет затягивания болтов и ремонта механической сборки, относится к обслуживанию, в то время как электрический шум, вызывающий нагрев, странный запах и другие сопутствующие проблемы, является вопросом надежности. В конце концов, всегда лучше осмотреть трансформатор, чем доверять его шипящему звуку.

Часто задаваемые вопросы

Почему мой трансформатор издает гудящий звук?

Трансформаторы предназначены для гудения в результате магнитострикции, явления, при котором стальной сердечник растягивается и сжимается дважды за каждый электрический цикл частотой 60 или 50 герц, заставляя сердечник и обмотки вибрировать. Более того, чем больше нагрузка и напряжение на трансформаторе, тем громче гудение, которое он производит. Однако, если шум следует за работой других машин, это обычно связано с оборудованием, которое в данный момент работает.

Как избавиться от гудения трансформатора?

Первым шагом должно быть диагностирование проблемы. Механический дребезжащий звук можно устранить, затянув крепежные болты. Если гудение слышно при отсутствии нагрузки, то трансформатор следует проверить на наличие перенапряжения. Если гудение и перегрев возникают при питании с использованием частотно-регулируемых приводов или сварочного оборудования, необходимо использовать линейные реакторы или фильтры или переместить нелинейные нагрузки. Если трансформатор испытывает постоянную тяжелую нагрузку, необходимо сбалансировать нагрузку. Настоящие недостатки, такие как ослабленные ламинации и плохая изоляция, требуют ремонта.

Каково правило 80% для трансформаторов?

Правило 80% в основном гласит, что нагрузка трансформатора не должна превышать 80% его номинального значения kVA, чтобы он мог выполнять свою функцию должным образом. В противном случае трансформатор может производить слишком много шума и тепла. Большинство случаев гудения трансформаторов можно объяснить с помощью этого правила.

Каковы признаки взрыва трансформатора?

Признаки взрыва трансформатора включают громкий взрыв, отключение электроэнергии, видимый дым или пламя, запах горения, утечку масла вокруг трансформаторов с масляным наполнителем, искрение и горящие корпуса. Обычно недавно появившийся гул и потрескивающие или шипящие звуки указывают на то, что что-то не так, прежде чем произойдет взрыв, и трансформатор нуждается в немедленной проверке.

Ссылки

• Eaton — Понимание шума трансформатора
• GE Grid Solutions — Ресурсы по звуку и вибрации трансформаторов
• IEEE — Стандарты слышимого звука трансформаторов
• Hitachi Energy — Мониторинг состояния трансформатора
• NFPA — Руководящие принципы по инспекции электрического оборудования

Заключение

Трансформатор, который вибрирует больше, когда работает другое оборудование, обычно является просто физическим явлением — магнитострикция заставляет каждый трансформатор генерировать звук дважды на частоте электричества, поставляемого в стране, и нагрузка, напряжение и гармоники должны выполнять свою работу и увеличивать громкость. Шум, вызванный машинами, является нормальным; звук машин, который должен вас беспокоить, отличается. Это может быть жужжание или потрескивание, или быть связано с нагревом, запахом, утечками и т. д. Важно распознавать нормальный звук трансформатора и знать, что делать, если что-то изменится, следовать инструкциям по нагрузке, устранять механические тряски и оставлять электрические проблемы профессиональным инженерам, которые могут проанализировать источник шума, когда он появляется.