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 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.

Часто задаваемые вопросы

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.

Каково правило 80% для трансформаторов?

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.

Ссылки

• 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

Заключение

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.