3.变压器噪声.doc

3、变压器噪声 3.1、基本理论 噪声的定义之一是“令人讨厌和不想听到的声音”声音”是指当空气的某一部分向相邻的基本部分传递动力时，空气受到干扰，从而使空气运动而作用在人耳的感觉振动的固体与空气相接触，使空气运动，此时空气中会出现一种“波”固体的任何位移都可引起声音，只要它的强度和频率能够让人耳探测到 任何一种机械振动都可辐射声音能量声功率是噪声源辐射能量的速率 (每单位时间的能量)声强是能量从一个点位，换言之，从单位面积通过的速率要想完整地描述这种流动速率，就必须包括流动的方向因此，声强是一个矢量，声压是与声强等量的标量，它仅有量级没有方向普通传声器只能测量声压，但对于大多数变压器噪声的测量来说，这已足够了 声源辐射能量人耳听到的仅仅是声压，它由声源辐射的声功率引起人耳听到或用传声器测到的声压取决于与声源的距离和声波所涉及的地方 (或声音场)仅仅通过测量声压不能定量分析出一种机械产生的噪声强度，必须求出声功率，因为这一参数或多或少取决于环境，它是代表声源“噪声级”的独特参数 空气中声音的扩散好似池塘中的水波水波纹可向四方均匀扩散，离声源越远，声波的振幅越小。

这仅仅指在声音传播途径中没有障碍物的情况，若在声音传播中有障碍物，一部分声音则会被“反射”，一部分声音将会被“吸收”，其余的声音将会通过物体传播声音反射、吸收或传播的量取决于物体的性质、尺寸和声波的波长为了能够预测或改变单独一个“振动机械”表面的声压，需要知道声功率和它的周围环境 变压器在运行中发出的噪声是不可避免的这种噪声会使人们增加烦恼，但由于多种原因，这个问题又难以解决，其主要原因有两个：其一，配电变压器通常要比其他设备离民宅或办公场所更近；其二，由于变压器每天24h连续运行，尤其是在夜间，连续的噪声最为突出因此在处理噪声问题时，不仅要考虑设计方面的因素，而且噪声也是一种包括人臆想的主观现象 3.2、噪声的主观性 在英国标准BS661(与声学有关的名词术语)中，已经用标准定义对噪声的主观性进行了强调即对于噪声的接收者而言，噪声是令人生厌的因此，可以容易理解为什么人们在舞会上感到音乐和喧闹是一种享受，而当人想入睡时，即使同样的声音也会感到是一种干扰和烦恼同样可以说明，为什么把诸如水从水龙头滴落时所发出的声音也归为噪声特别是间断的声音一般比连续的声音更加令人烦恼 值得庆幸的是，变压器噪声不仅是连续的，而且绝大部分是属于中等音频，对人的听觉危害是最小的，不存在固有的有害性，这意味着变压器噪声引起人们的烦恼程度大概与变压器的视在音量有关，解决这一问题的最好办法是确定各种型式和规格的变压器所发出的视在响度。

3.2.1、噪声的测量方法 噪声的测量绝不像测量物理量或电气量那样简单正如给人造成的烦恼那样，响度在很大程度上取决于入耳听力特性的主观感觉，因此，噪声测量必须以统计为基础这方面的研究表明，对于一个给定的声音来说，分配到测量仪器上的平均响度取决于其声压和频率由于声压和声频是声级计测量出的主观特性，所以根据适当的声级计的读数获得一个与某一声音的响度成正比的值图10是一台声级计图11是一台性能更加完善的声级分析仪 图10、声级计 图11、带有音频滤波器的声级测量仪 为了把测量仪读数与音量联系起来，必须使用一种人的听觉对不同音响反应的定量曲线图12是英国标准BS3383规定的标准响度曲线，这些曲线表明了中等听力水平的人的听觉灵敏度如何随声频和声压而变化的情形从图中可以看出，越是靠近声音频率范围的上、下限，人对声音的听觉灵敏度越是降低，因此当声音频率在16Hz～16kHz之外时，对于绝大多数人来说，这种声音是听不见的 把声音测量仪的麦克风用作传声器是有效的声压一般以N／或Pa表示，由于人耳的灵敏度与增长的声压近似成对数关系下降，所以声音测量仪一般用对数刻度定标，单位是分贝(dB)。

该标定是以20μPa声压级方均根值作为一个基准单位，该值近似等于1000Hz人耳听到的临界值这种噪声具有d(Pa)的方均根值[或d(N／)]，也可相当于具有201gd／0.00002dB的声压级图12中的纵标表示分贝，声压级每升高20dB，表示声压增加l0倍 图12、响应曲线等值线-罗宾逊和丹森提供 图12中的曲线代表一种纯音在自由场状态下的响度等值线这些等值线表明，人耳的平均听力水平在30Hz时的78dB、100Hz时的5ldB、1000Hz时的40dB、3000Hz时的34dB、6000Hz时的40dB、10000Hz时的47dB纯音响度是相等的，因此，在30Hz时人耳对声音的灵敏度要比：1000Hz时低38dB 任何纯音的响度在数值上近似等于1000Hz频率下相等响度的额定分贝数，据此可以推断出任何1000Hz频率下的响度都等于额定的分贝数，而在其他频率范围却并非如此，正如前面所论述的那样 3.2.2、确定响度 响度等值线表示人耳的灵敏度如何随频率变化，但却并未指出人耳对听觉的灵敏度如何随声压级的变化而变化，因此，响度的标度已经标准化了。

任意取这种标度的参考点，40方响级为1宋，即在1000Hz时为40dB已经发现，响级每上升或下降10方，声音的响度则相应加倍或减半(见图13) 由于响度标度是线性的，所以响度为2A宋的噪声是响度1A宋的两倍应当指出，从两个类似声源同时发出的噪声并不等于从其中一个单独声源发出的噪声的两倍，声压级仅仅增加3dB，但视在响度却增加了大约l/4 图13、响度和响级间的关系 3.3、声级测量仪 利用图12所示的响度等值线，可以构成测量声级水平仪的加权网络 声级可以定义为加权的声压级图14示出了声级测量仪的构成框图以往利用A、B、C加权网络分别模拟人耳对低、中、高声级的响应，大量试验已经表明，在许多情况下，A加权声级最适合于主观噪声额定值，所以目前仅采用A加权网络当然，较复杂的声级测量仪仍保留C加权网络，B加权网络已经不再使用了 图14、声级测量仪框图 图11所示的声级测量仪和图14所示的声级测量仪具有一按电钮便可进行A、C加权的功能，具有频率分析的线性(非加权的)选择，还可以测出实际的声压级。

声级测量仪中的扩音器是没有方向性的A加权频率特性与声级测量仪的动态响应与人耳的响应十分接近，由于人耳对接收声音的范围是140dB左右，而所示的声级测量仪仅仅有30dB的线性标度，所以需要采用衰减器来满足整个测量范围的需要，可以调节量程开关，直到获得合适的读数噪声的声级水平是声级测量仪读数和衰减器读数之和 如果噪声起伏非常快，在噪声快速衰减之前，声级测量仪的响应不可能快到捕捉到实际的噪声峰值，尽管如此，声级测量仪仍可以在一按电钮的情况下便可得到噪声水平的最大有效值 声级测量仪能够有效地以分贝值将噪声累加在一起虽然声级测量仪可以满足许多要求，但它的这种累计仅仅提供了噪声特性的有关信息，因为它仅仅代表噪声的大小为了确定噪声的特性，必须利用图15所示的声频分析仪来测量噪声频谱这种仪器实际上是一个变频滤波器，它可以抑制所有所需频带之外的噪声由于它可以转变成音频，所以在特定频率下的明显噪声均可以通过仪器读数的突然增大来显示出来，根据仪器读数可以获得连续频谱 图15、声频分析仪 在很低的分辨率情况下，可以采用宽带滤波器累加一定频率范围的所有噪声分量，尽管1/3倍频滤波器较为常用，但最普遍的带宽是l倍频滤波器。

国际上已经对中频进行了标准化规定：对于倍频滤波器来说，中频是31.5Hz、63Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz精度较高的仪器(1级)所用频率还要更高，例如，250Hz带宽则包括了180～360Hz倍频 一般应采用标定装置周期性检查声级测量仪的日常性能声级标定装置可以准确地调整声级测量仪的声级准确度为了保证标定装置不受外.部噪声的影响，标定仪通常安装在传声器上方，以便形成一个闭合的空腔，这样不仅可以极大的降低环境噪声，而且还可以保证每次标定过程申的声源与传声器的空间相同 3.4、变压器的声级测量 正如以上所述，在一个特定空间位置，利用传声器测量噪声时，所测出的参数称为声压级此参数用分贝表示，通常采用A加权网络，并且标注为dB(A)多年以来，变压器用户和厂家均根据传声器读数对变压器噪声进行分析，因为传声器读数可提供表面声压级的平均值或表面噪声级平均值具体做法是在距油箱表面0.3m处画一圆周，然后以近似lm的间距测取声压读数并取平均值对分析单台变压器噪声来说，它是一种十分理想的分析方法显然，一台表面平均噪声级(简称为噪声级)为65dB(A)的变压器要比具有70dB(A)噪声级的变压器安静得多。

但随着目前环境保护对噪声规定值的降低，需要预测出离变电站100m处的变压器声压级，最关键的是应当知道变压器的声功率级，可用变压器同心圆表面的声压积分来表示声功率级测量单位仍采用分贝这种方法的好处是可使噪声分布从被分析变压器到任何位置，可将不同的声源声级水平相加(距离负平方定律并取对数和)目前，这是一种较受变压器噪声专家欢迎的一种测量噪声级的方法，然而，两个声级之间会产生一种混乱和干扰，它不同于在同一台变压器测两次的声级水平，许多变压器用户在订购变压器或期望声功率级在数值上与表面平均噪声级相同时，仍需要规定表面平均噪声级实际上，声功率级要比表面平均声压级高20dB左右，以下将论述它们间的实际关系 在英国，按照英国标准BS、EN6055l“变压器和电抗器声级的确定”来测量变压器噪声这一标准根据欧洲标准EN60551它需要采用1型声级测量仪按照IEC 651国际标准进行测量这一标准对应英国标准BS5969“声级测量仪的技术规定”在测量前后，应当采用标定的噪声源进行测量仪的检查和标定 测量变压器空载噪声采用A加权记录测量值如果需要倍频分析，可以采用线性响应档如果变压器在主分接位置并在额定电压和频率下被励磁，应当进行预先的检查试验，以便检查不同分接位置之间的噪声是否有明显变化。

如果变压器油箱高度低于2.5m，应当在油箱一半高度的位置进行测量，若变压器油箱高度大于或等于2.5m，那么则要在油箱1/3和2/3的位置进行测量应当在油箱四周布置测量点，但间距不应当超过lm远对于没有强迫冷却的变压器、带外壳的干式变压器或强迫冷却装置以独立结构安装在距主油箱至少3m处的变压器来说，将传声器放在变压器的外围轮廓线大约0.3m处(见图16)较合适图16所示的变压器外轮廓线也称为变压器主辐射面，它包括油箱安装的所有冷却设备及油箱加强筋、电缆盒、分接开关等，但却不包括任何强风冷却辅助装置以及套管、油路、阀门、千斤顶和运输用吊攀或高度超出油箱的任何突出部分 此外，还要测量变压器的背景噪声如果背景噪声比变压器本体噪声加背景噪声低许多，即不少于10dB，可仅仅在一点测量，不需要修正测量值；如果单独的背景噪声和背景与变压器合并噪声的差异在3～l0dB之间，那么则需要采取综合测量方法以便求出变压器的单独噪声水平，但必须在每个传声器位置测量背景噪声表2列出了噪声修正值 。