Почему гудит трансформатор

Почему гудит трансформатор, источники вибрации и шума, что такое магнитострикция

Учительница спрашивает Вовочку: – Вовочка, а кем работает твой папа? – Трансформатором, Марья Ивановна. – А это как так? – Ну, он 380 рублей получает, 220 маме отдает, а на остальные 160 гудит…

А почему гудит трансформатор? Вы когда-нибудь задумывались об этом? Кто-то скажет что это от того, что плохо закреплены между собой витки или обмотки колеблются, стукаясь о железо. Может быть площадь сердечника оказалась меньше требуемой по расчетам или слишком много вольт на виток получилось при намотке? А соответствует ли подаваемая частота данному материалу сердечника? Давайте, однако, разбираться.

На самом деле причиной гудения трансформатора изначально является магнитострикция. Магнитострикцией называется явление изменения размеров и формы ферромагнитного тела под действием переменного магнитного поля.

Размеры и форма ферромагнитных тел зависят от состояния их намагниченности. Джеймс Джоуль в 1842 r. впервые обнаружил, что при внесении в магнитное поле железа последнее меняет свою форму, удлиняясь по одним направлениям относительно поля и укорачиваясь по другим. Объем тела тела при этом заметно не менялся.

Итак, если ферромагнетик поместить в магнитное поле, то это прежде всего приведет к изменению его результирующей намагниченности.

Одновременно с этим будет происходить изменение размеров тела из-за тoгo, что спонтанная намагниченность меняет своё направление в различных участках тела, а следовательно, меняется и направление спонтанных деформаций в них. Это свойство, которое присуще всем телам (ферромагнетикам лишь в наиболее яркой форме).

Кроме магнитострикции причинами шума могут быть работающие масляные насосы и вентиляторы систем охлаждения мощных трансформаторов. Электродинамические усилия в обмотках и электромеханические устройства, регулирующие напряжение под нагрузкой, также создают шум.

В существенной степени уровень этого шума зависит от величины электромагнитной нагрузки и габаритных размеров трансформатора. И в основе шума именно вибрация ферромагнитного магнитопровода, сопровождающая магнитострикцию.

Степень выраженности явления зависит от величины магнитной индукции, а также от структуры и от физических характеристик самой электротехнической стали. Далее вибрация передается маслу и опорам сердечника, а от масла и опор сердечника — непосредственно баку.

Поскольку длина волны для сетевой частоты в трансформаторном масле составляет приблизительно 12 метров, а стенка бака расположена на небольшом расстоянии от сердечника, то бак полностью принимает и воспроизводит соответствующие вибрации близлежащих частей сердечника.

Иногда прочие источники шума оказываются громче, например та же система активного охлаждения, однако в целом доминирует именно магнитный шум сердечника, вызванный магнитострикцией.

Под действием переменного магнитного поля, сердечник испытывает переменные магнитострикционные деформации. И если бы листы стали, из которых набран сердечник, испытывали бы растяжения прямо пропорционально квадрату магнитной индукции, то магнитострикционные колебания обладали бы одной устойчивой частотой, равной 100 Гц для сетевых 50 Гц. Однако на деле эта зависимость не прямопропорциональна, и колебания, а за ними и вибрация бака, выдают шум с высшими гармониками.

Как для холоднокатаной, так и для горячекатаной электротехнических сталей данные по относительному количественному удлинению при магнитострикции имеются. Горячекатаная листовая сталь с повышенным содержанием кремния практически полностью препятствует проявлению магнитострикции, и 6% кремния, добавленные в трансформаторную сталь, почти блокируют ее. Но такую сталь невозможно применять в трансформаторах в силу не лучших механических ее характеристик.

У холоднокатаной стали, при том же значении магнитной индукции, относительное удлинение оказывается меньше, чем у стали горячекатаной. Но в силу того, что индукция в сердечниках из холоднокатаной стали превосходит индукцию для стали горячекатаной, удлинения сердечников оказываются приблизительно одинаковыми.

Исследования показали, что шум магнитопровода из горячекатаной стали при значении индукции в 1,35 Тл соответствует шуму холоднокатаной стали при магнитной индукции 1,55 Тл. А при увеличении индукции в сердечнике трансформатора из холоднокатаной стали на 0,1 Тл, шум становится сильнее на 8 дБ.

Трансформаторный сердечник может также попасть в резонанс с колебаниями от магнитострикции, да еще и с гармониками вибраций в магнитопроводе. Если магнитопровод или детали трансформатора угодят в резонанс с данными гармониками, то диапазон шума с ярко выраженными пиками охватит кратные гармоники удвоенной сетевой частоты.

Экспериментально подтверждено, что гармоники вибраций магнитопровода особо ярко выражены при высоких значениях магнитной индукции, когда происходит переход нелинейного участка кривой намагничивания при наличии обилия гармоник магнитострикционных вибраций.

Одна из главных составляющих этого шума в трансформаторе принадлежит поперечным колебаниям листов. Эти отчетливые вибрации возникают вследствие различия листов по длине и толщине, в итоге коэффициенты удлинения для каждого листа различны, а это ведет к изменению зазора сочленений в функции мгновенных значений индукции.

Это ведет к перераспределению во времени магнитных потоков между соседними листами, и в итоге получаются поперечные вибрации листов. Магнитный поток изменяется во времени, а вместе с ним и степень насыщения ферромагнетика. Кривая намагниченности искажается, и как следствие, появляются высшие гармоники и шум магнитострикции.

Важно, что длина сердечника изменяется уже не только от магнитострикции, но и под действием магнитных сил, которые возникают при переходе магнитного потока от пластины к пластине. Так получается тогда, когда параллельно расположенные пластины отличаются магнитной проницаемостью.

Экспериментально подтверждено, что как продольные, так и поперечные колебания листов порождают вибрации и шум приблизительно одинаковой интенсивности. Поэтому, даже если полностью подавить один из источников шума трансформатора, общий шум не снизится более чем на 3 дБ.

Реакторы, дроссели, имеющие конструктивные воздушные зазоры, отличает шум, вызванный именно магнитными силами. Между двумя частями, разделенными зазором, возникают переменно силы притяжения с удвоенной частотой намагничивания.

Шум, вызываемый электродинамическими силами в обмотках трансформатора, работающего под нагрузкой, как правило довольно тих, если отсутствуют осевые люфты, как это свойственно для упругой прессовки обмоток. Поэтому от нагрузки уровень этого шума трансформатора практически не зависит.

Данное положение позволяет нормировать уровень шума трансформатора. Однако характер и величина нагрузки все же связаны с магнитной индукцией в трансформаторной стали в процессе работы, поэтому уровень магнитного шума с мощностью нагрузки все же связан.

Надеемся, что эта небольшая статья позволила неискушенному читателю получить ответ на вопрос, почему же гудит трансформатор.

Главный редактор сайта Электрик Инфо. Инженер-электрик с опытом работы на промышленных предприятиях, преподаватель спецдисциплин в колледже.

Почему гудит трансформатор

Работа трансформатора нередко сопровождается характерным гулом. Это явление не стоит считать ненормальным, поскольку шум вызывается физическими процессами, протекающими в устройстве. Но иногда высокий уровень шума свидетельствует о проблемах с прибором, особенно если речь идёт о бытовом трансформаторе в блоке питания или усилителе. Рассмотрим причины возникновения шума и варианты решения проблемы, если гул связан с неисправностью прибора.

  1. О принципе работы трансформатора
  2. Основные причины гула
  3. Факторы, влияющие на уровень гула
  4. Проверка трансформатора и устранение неисправностей
  5. Видео
  6. Что делать если гудит трансформатор
  7. Разбираем и решаем проблему трансформатора:

О принципе работы трансформатора

Трансформатор в процессе функционирования преобразует характеристики электрического тока или напряжения, повышая или понижая указанные параметры, в зависимости от необходимых потребителю условий.

Прибор состоит из следующих узлов:

  • сердечника;
  • первичной обмотки;
  • вторичной обмотки.

Принцип работы трансформатора

Сердечник комплектуется из отдельных пластин, формируемых в пакет. При протекании тока через первичный контур образуется магнитное поле, возбуждающее ток во вторичной обмотке.

Основные причины гула

Магнитострикция – эффект изменения размеров тела, пропускающего через себя заряженные частицы. Это характерно для материалов, поддающихся воздействию магнитного поля, используемых для изготовления сердечника.

В результате указанного эффекта процесс функционирования аппарата сопровождается звуковыми волнами определённой частоты – гудением.

Кроме магнитострикции причинами шума могут быть:

  • работающие масляные насосы
  • вентиляторы систем охлаждения мощных трансформаторов,
  • вихревые токи(токами Фуко) – называются электрические токи, возникающие из-за электромагнитной индукции в проводящей среде при изменении пронизывающего ее магнитного потока. Вихревые токи порождают свои собственные магнитные потоки, которые, по правилу Ленца, противодействуют магнитному потоку катушки и ослабляют его,

Электродинамические усилия в обмотках и электромеханические устройства, регулирующие напряжение под нагрузкой, также создают шум.

Факторы, влияющие на уровень гула

Звук гудения возникает, если функционирование агрегата производится в определённых режимах. За один цикл работы трансформатора растяжение и сжатие сердечника происходит дважды. Если частота электросети стандартна при переменном токе (50 Гц), прибор начинает гудеть.

Частота звука в два раза превышает этот показатель для электрического тока.

Сила гудения трансформатора определяется следующими факторами:

  1. Степенью загруженности;
  2. Габаритными размерами составных элементов;
  3. Физическими характеристиками, материалом, использованным для изготовления магнитопровода.

Гул может происходить в связи со следующими особенностями конструкции трансформатора:

  • воздействие магнитного потока стремится сдвинуть обмотки устройства относительно магнитопровода. Если катушка намотана недостаточно плотно, возникает вибрация вследствие неплотного прилегания витков с соответствующим гудением(чёрная стрелка показывает катушку);
  • при плохой подгонке пластин сердечника между ними возникают зазоры. В ходе работы вибрация пластин сопровождается характерным металлическим звоном, переходящим в гудение(красная стрелка показывает пластины сердечника);
  • при дефектах или повреждениях медных проводов обмоток катушка может искрить, с хлопками при каждой искре. Для мощных разрядов характерен более интенсивный звук;
  • в приборе недостаточно закреплены отдельные детали, в связи с чем возникает вибрация и шум.

Сильный гул характерен для силовых трансформаторов, используемых в промышленном производстве. Но если работа бытового прибора небольшой мощности начинает сопровождаться значительным гулом, это повод для проведения диагностики с целью выявления и устранения неисправности.

Проверка трансформатора и устранение неисправностей

Диагностика поможет выявить причину проблемы и устранить неисправность. Межвитковое замыкание определяется путём внешнего осмотра. Если наблюдаются повреждения изоляционного слоя, тёмные следы на обмотке, это говорит об указанной проблеме.

В этом случае устройство нуждается в перемотке катушек.

Если внешний осмотр не дал результатов, потребуется более глубокое исследование.

Если имеется мультиметр, можно выполнить следующие операции:

  • в режиме мегомметра выполняются замеры сопротивления изоляции и сравниваются с нормативными, приведёнными в справочной литературе. Если фактическое значение превышает номинальное более 50 процентов, это говорит о наличии межвиткового замыкания;
  • проводится аналогичное измерение для технически исправного прибора. О неисправности предупреждает величина расхождения более 20 процентов.

При изучении понижающего прибора можно замерить значение напряжения для выходной обмотки, подключив устройство к сети. Если при включении появляется дым или треск, прибор следует немедленно выключить – это говорит о выходе из строя первичной катушки.

Нередко гудеть начинает самостоятельно перемотанный трансформатор. Это происходит по следующим причинам:

  • неправильно собран или неплотно подогнан сердечник – его следует плотно скомпоновать, проверить плотность соединения пластин;
  • недостаточно закреплена обмотка – катушку необходимо укрепить;
  • зазоры между витками обмотки – катушка пропитывается парафином, заполняющим просветы;
  • неверно рассчитано количество витков – перемотку придётся выполнять повторно.

Чтобы после ремонта трансформатор работал правильно, работу должен выполнять профессионал. При отсутствии соответствующих знаний, навыков и опыта не следует вмешиваться в устройство прибора.

Если при работе трансформатора появился сильный гул, необходимо провести диагностику. В противном случае дальнейшее использование устройства грозит выходом из строя, с опасностью безопасной эксплуатации остального оборудования.

Видео

Что делать если гудит трансформатор

Разбираем и решаем проблему трансформатора:

Почему гудит трансформатор

Природа магнитострикции

Для объяснения этого явления кратко напомним о принципе работы электромагнитных приборов, преобразовывающих переменное напряжение, то есть трансформаторов. Его упрощенное изображение показано на рисунке 1.


Рисунок 1. Устройство трансформатора

Представленное на рисунке устройство состоит из первичной обмотки «А», вторичной -«В» и проходящего через них сердечника — «С», выполненного из тонких наборных железных пластин или другого материала с ферримагнитными свойствами.

Прохождение переменного напряжения через обмотку «А», приводит к образованию переменного магнитного поля «D» в сердечнике, способствующего появлению электрического тока в катушке «В». При этом частота тока остается неизменной, а величина напряжения зависит от соотношения количества витков между катушками.

Теперь напомним, что представляет собой магнитострикция. Это физический эффект приводящий к изменению линейных размеров и объема тела, через которое проходит магнитный поток. Наибольшим изменениям подвергаются сильномагнитные материалы, именно из них, в большинстве случаев, изготавливают сердечники трансформаторов. На рисунке 2 показана периодичность растяжения-сжатия сердечника на протяжении одного цикла изменения магнитного потока.


Рисунок 2. Изменение линейных размеров сердечника на протяжении одного цикла

Под воздействием линейных колебаний в прилегающем воздухе создаются звуковые волны соответствующей частоты. То есть, если в течение одного цикла сердечник растягивается-сжимается дважды, то при стандартной частоте сети переменного тока 50 Гц будут формироваться звуковые волны частотой 100 Гц. Это и есть характерный гул, который производит трансформатор при работе.

Учитывая вышесказанное можно объяснить, почему импульсный трансформатор неслышно при работе. Частота производимых звуковых колебаний этого устройства находится за границей восприятия человеческого уха.

Уровень шума напрямую зависит от следующих факторов:

  • габаритные размеры устройства;
  • величина нагрузки;
  • структура и физические характеристики материала сердечника.

Учитывая перечисленные факторы, можно констатировать, что для устройств, работающих в бытовых приборах, повышенный уровень шума, скорее, исключение, чем правило. Это указывает на нештатную работу трансформатора, следовательно, необходимо найти и устранить неисправность.

Уровень шума

Гудящий звук появляется при определенных условиях работы агрегата. Он зависит от некоторых параметров оборудования. В течение одного цикла работы магнитопривод растягивается и сжимается два раза. Если частота сети соответствует стандартному значению для переменного тока (50 Гц), появится звуковая волна. Ее частота составит 100 Гц. Человек при этом услышит звук гудения. Он отличается своей интенсивностью.

Сила, с которой гудят трансформаторы, зависит от нескольких особенностей оборудования. К таким факторам относятся:

  • Уровень нагрузки.
  • Габариты составных частей системы.
  • Физические характеристики, структура сердечника.

Для усилителя, блока питания и прочих небольших бытовых приборов появление шума при работе не является нормой. Если такое устройство начинает гудеть, необходимо найти причину неисправности и устранить ее.

Сильно шумит силовой трансформатор, возможные причины

Если устройство свистит или гудит, хотя ранее работало нормально, то это может свидетельствовать о разошедшихся пластинах сердечника. В данном случае потребуется идеальный подгон железа, чтобы исключить зазоры, помимо этого обеспечить хорошую стяжку. Если трансформатор броневого типа, то сделать это можно при помощи обычного водопроводного хомута, затянув его по периметру сердечника, как показано на рисунке 3.


Рисунок 3. Стягивание сердечника при помощи червячного хомута

Когда устройство не только шумит, а и значительно нагревается, то такие признаки характерны при большой нагрузке по току. Причина может крыться как в самом трансформаторе (межвитковое замыкание), так и в проблемах цепи, питающегося от него устройства (например, утечка в электролитических конденсаторах).

Необходимо сразу предупредить, что произвести диагностику на предмет межвиткового замыкания, используя только мультиметр, довольно затруднительно. Но, при поверхностном осмотре обнаружить дефект, вполне возможно. КЗ между витками вызывает местный нагрев. Следствием этого может быть почернение, подтеки, подпалины, вздутие заливки, характерный запах сгоревшей изоляции и т.д.


Характерные следы межвиткового замыкания

Если визуальный осмотр не дал результатов, а в наличии из измерительных приборов только мультиметр, то проверить работоспособность устройства можно двумя способами:

  1. Измерить сопротивление первичной и вторичной обмотки, переведя прибор в режим мегомметра. После чего сравнить полученные значения с указанными в справочнике (если определен тип устройства). Расхождение в показателях более 50% свидетельствуют о межвитковом замыкании.

В тех случаях, когда установить штатное сопротивление обмотки не представляется возможным, вычислить его можно по сечению, типу провода и количеству витков. Как правило, эти параметры указаны на трансформаторе.

Также можно провести диагностику, имея в наличии аналогичное, заведомо рабочее устройство. В этом случае достаточно измерить сопротивление обмоток и сравнить их, расхождение не должно превышать 20%.

  1. Понижающий трансформатор иногда тестируют, включением в сеть, после чего проверяют напряжение на кабеле (подключенным к вторичной обмотке). Если после включения слышится треск или появляется дым, устройство необходимо сразу обесточить, такие признаки характерны при неисправности первичной обмотки.

Проводя измерения, следует проявлять осторожность, чтобы избежать контакта с токоведущими частями. Показания прибора должны соответствовать ожидаемым. Если напряжение на вторичной обмотке меньше необходимого на 20%, то это свидетельствует о межвитковом замыкании.

Проверка трансформатора и устранение неисправностей

Диагностика поможет выявить причину проблемы и устранить неисправность. Межвитковое замыкание определяется путём внешнего осмотра. Если наблюдаются повреждения изоляционного слоя, тёмные следы на обмотке, это говорит об указанной проблеме.
В этом случае устройство нуждается в перемотке катушек.

Если внешний осмотр не дал результатов, потребуется более глубокое исследование.

Если имеется мультиметр, можно выполнить следующие операции:

  • в режиме мегомметра выполняются замеры сопротивления изоляции и сравниваются с нормативными, приведёнными в справочной литературе. Если фактическое значение превышает номинальное более 50 процентов, это говорит о наличии межвиткового замыкания;
  • проводится аналогичное измерение для технически исправного прибора. О неисправности предупреждает величина расхождения более 20 процентов.

При изучении понижающего прибора можно замерить значение напряжения для выходной обмотки, подключив устройство к сети. Если при включении появляется дым или треск, прибор следует немедленно выключить – это говорит о выходе из строя первичной катушки.

Нередко гудеть начинает самостоятельно перемотанный трансформатор. Это происходит по следующим причинам:

  • неправильно собран или неплотно подогнан сердечник – его следует плотно скомпоновать, проверить плотность соединения пластин;
  • недостаточно закреплена обмотка – катушку необходимо укрепить;
  • зазоры между витками обмотки – катушка пропитывается парафином, заполняющим просветы;
  • неверно рассчитано количество витков – перемотку придётся выполнять повторно.

Чтобы после ремонта трансформатор работал правильно, работу должен выполнять профессионал. При отсутствии соответствующих знаний, навыков и опыта не следует вмешиваться в устройство прибора.

Если при работе трансформатора появился сильный гул, необходимо провести диагностику. В противном случае дальнейшее использование устройства грозит выходом из строя, с опасностью безопасной эксплуатации остального оборудования.


Как проводится и назначение опыта короткого замыкания трансформатора, методика расчета данных

Появление гула после перемотки

Если трансформатор перематывается в домашних условиях, то есть большая вероятность того, что при работе он будет издавать характерный шум. Это может быть связано со следующими причинами:

  • неправильно собран или не подогнан магнитопровод. Наиболее часто такая проблема возникает после разборки-сборки Ш-образного сердечника. Как правильно собрать такой магнитопровод чтобы устранить проблему, расскажем чуть ниже;
  • не закреплена катушка на сердечнике или неплотно намотаны обмотки. Исправить ситуацию можно плотно зафиксировав катушку, перемотав обмотку или пропитав ее парафином (парафиновая ванна). Последний вариант хорошо помогает в том случае, когда гудит тороидальный трансформатор;
  • неверно произведен расчет обмоток. Как правило, в этом случае нагруженный трансформатор не только гудит, но и ощутимо нагревается. Для исправления проблемы потребуется проверка расчетов и перемотка с учетом исправленных ошибок.

Как правильно собрать Ш-образный сердечник, чтобы минимизировать шум трансформатора

Магнитопровод такого устройства состоит из двух типов пластин, они показаны на рисунке 5. Это Ш-образная пластина «А» и торцевая – «В».


Рисунок 5. Пластины Ш-образного сердечника

Чтобы снизить потери на вихревые токи каждая из пластин изолируется с одной стороны. Для этой цели их покрывают лаком или производят отжиг до появления окисла. Для уменьшения магнитного зазора и, как следствие, потери на магнитный поток рассеяния, после перемотки пластины следует устанавливать поочередно с каждой стороны. Как это делать продемонстрировано на рисунке 6.


Рисунок 6. Поочередная установка пластин

Собрав примерно половину сердечника, следует установить две Ш-пластины с одной стороны (без торцевых пластин) не задвигая их до конца. Далее продолжаем сборку, пока магнитопровод не будет набран на 2/3. В оставшейся части устанавливаем только Ш-пластины. В итоге останется около двух десятков торцевых вставок и несколько Ш-образных, которые уже не пролазят в каркас.

Оставшиеся вставки устанавливаем между двух выдвинутых на середине (см. рисунок 7) и осторожно забиваем их деревянной киянкой, стараясь не погнуть.


Рисунок 7. Установка в магнитопровод оставшихся пластин

На завершающем этапе сборки вставляем торцевые пластины.

Гудение силовых трансформаторов. Нормы и причины его возникновения

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

В данной статье я расскажу Вам про требования нормативных документов к характеру гудения силовых трансформаторов и покажу на наглядном примере гудение силового трансформатора ТМ (ТаМ) мощностью 1000 (кВА) и напряжением 10/0,5 (кВ), а затем Вы постараетесь определить, нормальный это шум или нет!

Начну с того, что характер гудения исправного трансформатора, согласно Инструкции по его эксплуатации, должен быть ровным и умеренным без каких-либо резких шумов, тресков, дребезжаний, жужжаний и т.п.

Если при осмотре трансформатора слышен сильный неравномерный шум и потрескивание внутри бака трансформатора, то его необходимо срочно выводить из работы (ПТЭЭП, п.2.1.41).

Причин для возникновения повышенного гудения трансформатора может быть несколько и сейчас я рассмотрю самые распространенные из них.

1. Ослабление болтов крепления крышки трансформатора, расширителя, выхлопной трубы и т.п.

Для устранения гудения необходимо отключить трансформатор от сети и протянуть все ослабленные крепежные болты.

2. Повышенный уровень питающего напряжения

В этом случае необходимо отключить трансформатор от сети и установить переключатель его привода ПБВ в соответствующее положение.

Предположим, что изначально напряжение в сети имело величину 10,0-10,2 (кВ) и переключатель ПБВ стоял в среднем положении (II). Для работы трансформатора от питающего напряжения величиной 10,5 (кВ) и более, переключатель ПБВ необходимо установить в положение (I).

Кстати, рекомендую Вам почитать статью об устройстве и конструкции реечного переключателя обмоток ПБВ. Там я наглядно продемонстрировал как происходит переключение витков обмоток силового трансформатора при переключении ступеней.

Если напряжение в сети превысит 11 (кВ), то необходимо переключать ступени не на нашем трансформаторе 10/0,5 (кВ), а уже на питающем трансформаторе, например, главной понизительной подстанции (ГПП) предприятия или района.

Предлагаю Вам посмотреть видео о том, как происходит переключение ступеней привода РНП на трансформаторе ТРДЦН мощностью 63 (МВА) и напряжением 110/10 (кВ) на одной из главных понизительных подстанций (ГПП).

3. Ослабление прессовки пакета и стыков магнитопровода

При неплотной укладке и стяжке пакета магнитопровода, под действием электромагнитного поля, некоторые пластины могут вибрировать с его частотой, из-за чего и становится слышно неравномерное и сильное гудение. В этой ситуации трансформатор необходимо вывести в ремонт, вынуть его активную часть (если трансформатор масляный) и протянуть все ослабшие прессующие шпильки пакета магнитопровода.

4. Вибрация крайних листов магнитопровода

В этом случае необходимо расклинить крайние листы магнитопровода, например, электрокартоном.

5. Работа силового трансформатора в режиме перегрузки

В этом случае нужно лишь снизить нагрузку трансформатора, например, путем отключения менее ответственных потребителей.

6. Несимметрия нагрузки трансформатора по фазам

Здесь необходимо распределить нагрузку по фазам более равномерно.

7. Электрические разряды между обмоткой (или ее отводов) и корпусом

Между обмоткой и корпусом, или ее отводами и корпусом, могут возникать различного рода электрические разряды (не пробой), которые сопровождаются явным и слышимым потрескиванием.

Кстати, характерные потрескивания могут быть слышны при ослаблении контакта заземления или его обрыве внутри трансформатора, т.к. при обрыве заземления возникают разряды на корпус, что воспринимается, как треск внутри трансформатора.

Посмотрите для примера мой видеоролик про искровой разряд в электроустановке 10 (кВ), возникший на трансформаторе тока.

Для устранения подобных разрядов необходимо вывести трансформатор в ремонт с выемкой активной части, а дальше заниматься поиском места возникновения разряда и его устранением.

Достаточно быстро и без отключения трансформатора от сети можно определить уровень питающего напряжения, работу трансформатора в режиме перегрузки и несимметрию нагрузки.

По амперметру, подключенного к трансформаторам тока данного фидера (присоединения), можно определить нагрузку трансформатора со стороны 10 (кВ). Как видите, ток нагрузки составляет около 26 (А), что почти вдвое меньше номинального тока трансформатора 57,7 (А), а значит это уже исключает причину перегруза трансформатора.

По низкой стороне трансформатора, на вводе сборных шин 500 (В), тоже установлен амперметр, который показывает 400 (А), что также исключает перегруз.

Осталось проверить несимметрию нагрузки. Это можно сделать по низкой стороне, например, с помощью электроизмерительных клещей на вводе сборных шин 500 (В). На момент визита на подстанцию, клещей у меня с собой не было, но практически со 100% уверенностью могу сказать, что несимметрия нагрузки у данного силового трансформатора отсутствует, т.к. все потребители являются трехфазными в виде электродвигателей и подключены на линейное напряжение 500 (В), никаких однофазных и двухфазных потребителей на секции нет.

Напряжение питания нашего трансформатора находится в норме и составляет 10,6 (кВ). Величину питающего напряжения я посмотрел на распределительной подстанции по киловольтметру, который подключен к измерительным трансформаторам напряжения 3хЗНОЛ-06.10 сборной секции шин 10 (кВ), куда подключен и наш фидер (присоединение).

А в завершении статьи, предлагаю Вам послушать, как гудит силовой трансформатор ТМ (ТаМ) мощностью 1000 (кВА) и напряжением 10/0,5 (кВ), и определить, нормальный у него характер гудения или нет. Пишите свое мнение в комментариях к данной статье.

О чем гудит нам трансформатор?

Во время работы трансформатора возникает гудение, что является характерным признаком его функционирования. Но, есть определенный уровень шума, который допустим – его превышение уже не является нормой. Причин, почему повысился шум при работе устройства относительно нормы, много. Чтобы определить точную, проводят проверку силового агрегата и уже на основании полученных результатов решают – что делать и как устранять нарушение функционирования.

Принцип работы

Трансформатор – это пара катушек, на которые намотана проволока. Вокруг этих элементов присутствует сердечник из металла. У него магнитные свойства, выраженные из-за того, что использованный металл ферромагнитен. Непосредственно сердечник представлен набором тонких пластинок, которые скреплены и стянуты между собой. Под нагрузкой в устройство идет переменный ток, который поступает сперва в первичную трансформаторную обмотку, а после доходит и до вторичной.

Когда электроток поступает на первичную, она начинает создавать переменное магнитное поле, которое, уже в свою очередь, проходит сквозь вторичную обмотку. Это электромагнитное поле обеспечивает электрический ток, но он уже с иным значением напряжения. Указанная величина на выходе из силового трансформатора полностью зависит от числа проволочных витков в паре обмоток. Так происходит понижение или увеличение напряжения до тех показателей, которые нужны в бытовых электросетях и технике.

Выходящее напряжение электрического тока в отношении к входящему – это соотношение числа проволочных витков первичной обмотки к количеству вторичной.

Какой уровень шума нормален

Главная причина гудения трансформатора при его функционировании – явление магнитострикции. Этим термином обозначают изменение параметров ферромагнитного металла, на который воздействует переменное магнитное поле. Кроме явления магнитострикции, продуцировать шум способны вентиляторы охладительных систем и масляные насосы. При этом электромеханические устройства, которые регулируют напряжение выдаваемого тока под нагрузкой, также выступают источниками характерного гудения. Показатели шума, которые соответствуют норме, зависят от таких факторов:

  • габариты – чем больше устройство, тем громче гул;
  • физические свойства и структура материала сердечника;
  • нагрузка – при ее завышении уровень шума устройства также возрастет.

Для силового трансформатора некоторый издаваемый им шум – нормальное рабочее состояние. К примеру – звук устройств, которые расположены на высоковольтных подстанциях и электростанциях, может быть слышен за несколько сотен метров. При функционировании экспериментального силового прибора, он станет гудеть так, что из соседней комнаты в панельном доме его будет хорошо слышно. При рассмотрении встроенного в какой-то прибор трансформатора, звук его работы будет едва заметен. Что касается импульсных устройств – бесшумность функционирования обеспечивают тем, что генерируемый ими звук просто вне пределов человеческого восприятия.

Почему гудит слишком сильно

Если аппарат – экспериментального типа или встроенный в какой-то другой прибор, ранее работал бесшумно – хорошо, он исправен. Но когда он начал чрезмерно гудеть или же издавать странный присвистывающий звук – это ненормально. Нужно искать причину того, почему произошли такие изменения. Чтобы ее установить, требуются некоторые электротехнические знания, минимум инструментов и навыки их использования.

Причина сильного гула может быть заключена в том, что могли разойтись пластины, из которых набран сердечник. Когда трансформатор броневого типа, то их просто стягивают хомутом из металла. Но, если кроме повысившегося гудения присутствует нагрев устройства, то это одно из характерных проявлений межвиткового замыкания. Чтобы проверить производят следующие манипуляции:

  1. Когда в распоряжении из нужного инструмента присутствует только мультиметр, выяснить – есть ли короткое замыкание (КЗ), тяжело. В этой ситуации помогает тщательный осмотр. Указателями КЗ выступают признаки подгара, расплавления или потемнения изоляции, а также характерный запах горелой пластмассы.
  2. Если признаков КЗ нет, то ищут паспортные сведения силового аппарата и проводят их прозвонку мультиметром. Для этого измерительный прибор выставляют в позицию «мегаомметр» (мегомметр).
  3. Когда значения от данных в паспорте зафиксированы с разницей 50% и свыше – это явный показатель межвиткового короткого замыкания. Но если погрешность малая, значит все нормально.

Проверить состояние трансформаторного силового устройства можно и другими методами, но для этого нужны более сложные измерительные приборы и условия, приближенные к лабораторным.

Когда силовой трансформатор издает мощный гул на подстанции или электростанции, то это – признак его исправности и работы в стандартном режиме. Но, когда начинает шуметь устройство в какой-то бытовой технике, которая ранее работала неслышно – это показатель поломки. Неисправность надо устранять, перед этим выяснив конкретную причину. Чтобы определить и ликвидировать сбой работы трансформатора, надо иметь некоторые электротехнические знания, опыт работы с измерительными приборами, а также соблюдать технику безопасности.

Про звук гудения трансформатора

Электрическая трансформаторная подстанция состоит из целого комплекса устройств (проводников, измерительно — управляющих приборов, трансформатора) которые издают характерный звук трансформатора. Все они предназначены для преобразования напряжения, подаваемого распределительной сетью напряжением несколько киловольт в значения пригодные для потребителей 220/380 вольт.

В настоящее время широкое распространение получили мачтовые трансформаторные подстанции которые располагаются на опорах, что имеет существенные достоинства. Кроме отсутствия явного трансформаторного звука или гула ввиду нахождения не в зданиях они более безопасны из-за отсутствия доступа к токопроводящим элементам.

Из-за чего гудит трансформатор

В течение многих лет коммунальные компании размещали трансформаторы в подвалах или снаружи, но поблизости от зданий, чтобы обеспечить потребителей необходимой энергией. В городах, где земля и площадь первого этажа ограничены они могли оказаться даже внутри здания. В этих условиях силовые подстанции часто располагали вблизи занятых помещений.
Как и другие устройства трансформаторы работают с переменным напряжением, которое вызывает колебания сердечников. Эта вибрация часто может быть услышана как слышимый звук (характерный трансформаторный гул), но также может ощущаться как вибрация.

Вибрации, которые передаются на конструкцию, могут распространяться в другие помещения внутри зданий и излучаться от поверхности пола, стен или потолка, а также быть услышанными обитателями. Изоляция этой вибрации от занимаемого пространства может быть серьезной проблемой, особенно после того, как строительство завершено и арендаторы или жильцы занимают здание. Мачтовые трансформаторные подстанции ввиду специфики установки не передают характерный гул.

Трансформаторы генерируют шум и вибрацию из-за магнитострикции, которую они испытывают.

Магнитострикция заставляет сердечники расширяться и сжиматься в ответ на альтернативное напряжение, которое испытывают устройства. Это расширение и сжатие приводит к вибрации и шуму, которые генерируют эти устройства.

На какой частоте гудит трансформатор

Генерируют преобразователи свой звук трансформатора на частоте 100 Гц и его гармониках (200, 300 Гц).

Частота 100 Гц — это довольно длинная длина волны, которая может создавать стоячие волны в замкнутых пространствах, например там, где этот звук может повлиять на будущих жильцов. Трудность возникает потому, что эти стоячие волны создают очень выраженный узловой паттерн на тоне 100 Гц и гармониках внутри внутреннего пространства. Измерения показали, что узловая картина может вызывать колебания уровня звука на этой частоте на целых 7-10 дБ в пределах площади около 10 м 2 .

Имеется ли замена силовых устройств в подстанциях

Будущие устройства силовой электроники разработаны для замены громоздкого распределительного оборудования — это твердотельные устройства (SST).
Обычные распределительные устройства понижают напряжение несколько киловольт в 2-3 фазное напряжение уровня распределения напряжения коммунальной сети 220/380В. Они также обеспечивают изоляцию между входным и выходным напряжением. Хотя традиционные преобразователи напряжения эффективны (99% при номинальной нагрузке и 96% при легкой нагрузке), но громоздки, обычно охлаждаются маслом и требуют затрат на установку.

Основной мотивацией для проектирования полупроводниковых трансформаторов является поиск альтернативного решения с меньшим весом и более высокой эффективностью.

Трудно построить высокоэффективный, легкий, магнито и электрически изолированный твердотельный трансформатор для подключения к сетям высокого напряжения. Уже разработан взамен тиристоров высоковольтный биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT — БТИЗ) и диодами. Пока существующие современные высоковольтные высокоскоростные силовые устройства вызывают значительные коммутационные и проводящие потери. С появлением полупроводников на карбит кремниевой основе (SiC) эти ограничения в значительной степени смягчаются, и это обеспечивает мотивацию для новых топологий. Целевая эффективность карбид кремниевых устройств в области силовых приборов составляет 98%.

Разрабатываемые современные полупроводниковые трансформаторы обеспечивают двунаправленное управление потоком мощности, а также могут компенсировать нежелательные нагрузки в виде гармоник, а также могут выступать в качестве статического компенсатора реактивной мощности на стороне высокого напряжения, чтобы обеспечить регулирование.
В настоящее время основной проблемой построения SST являются высоковольтные ограничения силовых устройств. Тиристоры могут быть надежно подключены к высоковольтной сети, но их производительность ограничена низкой частотой переключения работы. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT – БТИЗ) быстры, но они снова ограничены своей способностью блокировать напряжение устройств пока до 6,5 кв.

В этих устройствах высоковольтный ток выпрямляется и понижается до изолированного низковольтного (400 В) с помощью высокочастотного преобразователя. Это двухуровневый трехфазный инвертор который переключается на частоте 20 кГц.

Это уже не характерный звук трансформатора, они уже не «гудят» на частоте 100 Гц, а едва «пищат» на более высокой частоте.

Почему гудит трансформатор: причины и возможности устранения шума

О принципе работы трансформатора

Трансформатор в процессе функционирования преобразует характеристики электрического тока или напряжения, повышая или понижая указанные параметры, в зависимости от необходимых потребителю условий.

Прибор состоит из следующих узлов:

  • сердечника;
  • первичной обмотки;
  • вторичной обмотки.


Принцип работы трансформатора
Сердечник комплектуется из отдельных пластин, формируемых в пакет. При протекании тока через первичный контур образуется магнитное поле, возбуждающее ток во вторичной обмотке.

Принцип работы

В школьные годы на уроках физики нам давали понятие магнитострикции. Не всем, правда, тогда это было интересно. Попытаемся сейчас вернуться к теме и кратко изложить суть процесса. Для начала вспомним, как работает трансформатор.

На рисунке изображен простейший прибор, состоящий из первичной обмотки (А), вторичной обмотки (Б) и сердечника (С) – магнитопровода, собранного из металлических пластин или из материала, обладающего ферромагнитными свойствами.

При подаче на первичную обмотку (А) переменного напряжения, в ней начинает течь ток, под воздействием которого в сердечнике (С) формируется магнитный поток (Ф), индуцирующий ток во вторичной катушке (Б), к которой подключена нагрузка. Происходит преобразование напряжения, величина которого на выходе будет зависеть от соотношений числа витков первичной и вторичной обмоток. Частота при этом останется неизменной.

Магнитострикция – это физический процесс изменения объемов и размеров тела под воздействием магнитного потока, проходящего через это тело. Изменениям подвержены материалы с ярко выраженными магнитными свойствами, из которых и производят сердечники для трансформаторов.

На рисунке представлена периодичность процесса сжатия и растяжения сердечника за цикл перемены магнитного потока. Изменения размеров магнитопровода приводят к возникновению колебаний воздуха. Образуются волны, имеющие частоту в звуковом диапазоне (50 Гц). Это и есть тот самый гул, сопровождающий обычную работу силовых трансформаторов. В ИИП (импульсных источниках питания) такой шум отсутствует, так как частота волн, образующихся в процессе колебаний, не входит в слышимый человеком диапазон.

Основные причины гула

Магнитострикция – эффект изменения размеров тела, пропускающего через себя заряженные частицы. Это характерно для материалов, поддающихся воздействию магнитного поля, используемых для изготовления сердечника.

В результате указанного эффекта процесс функционирования аппарата сопровождается звуковыми волнами определённой частоты – гудением.

Кроме магнитострикции причинами шума могут быть:

  • работающие масляные насосы
  • вентиляторы систем охлаждения мощных трансформаторов,
  • вихревые токи(токами Фуко) – называются электрические токи, возникающие из-за электромагнитной индукции в проводящей среде при изменении пронизывающего ее магнитного потока. Вихревые токи порождают свои собственные магнитные потоки, которые, по правилу Ленца, противодействуют магнитному потоку катушки и ослабляют его,

Электродинамические усилия в обмотках и электромеханические устройства, регулирующие напряжение под нагрузкой, также создают шум.

Другие причины шума в трансформаторе

Но не все причины «разговорчивости» трансформатора сокрыты в магнитострикции. Почему нагруженный трансформатор гудит? Выделяют шум:

  • Обмоток трансформатора. Это обусловлено тем, что поток магнитный пытается сместить обмотки относительно сердечника. Звук усиливается в случае некачественно намотанной катушки, если витки плохо прилегают друг к другу.
  • Пластин сердечника. Почему? Трансформатор очень часто гудит, когда они плохо подогнаны и имеют зазоры между плоскими поверхностями. Тогда, кроме сжимания, слышен шум от звона металла.

  • Дефект либо повреждение изоляции медного провода. Такое может случиться в толще обмотки, где имеют место повышенные температуры. В этом случае между обмотками может проскакивать искра, сопровождаемая щелчком. Чем разряд мощнее, тем звук характерней и громче.
  • Всех плохо закрепленных деталей в трансформаторе почему? Трансформатор гудит при работе, так как они дребезжат.

Для того чтобы избежать этого недостатка в трансформаторах, были разработаны трансформаторы бесшумного типа. Их схема построена таким образом, что происходит преобразование частоты тока (повышение) до уровня, при котором вибрация не воспринимается в звуковом диапазоне. Это 10 КГц и выше. Бесшумные трансформаторы по своим габаритам и массе гораздо меньше обычных.

Факторы, влияющие на уровень гула

Звук гудения возникает, если функционирование агрегата производится в определённых режимах. За один цикл работы трансформатора растяжение и сжатие сердечника происходит дважды. Если частота электросети стандартна при переменном токе (50 Гц), прибор начинает гудеть.

Также читайте: Методы сушки трансформаторов

Частота звука в два раза превышает этот показатель для электрического тока.

Сила гудения трансформатора определяется следующими факторами:

  1. Степенью загруженности;
  2. Габаритными размерами составных элементов;
  3. Физическими характеристиками, материалом, использованным для изготовления магнитопровода.

Гул может происходить в связи со следующими особенностями конструкции трансформатора:

    воздействие магнитного потока стремится сдвинуть обмотки устройства относительно магнитопровода. Если катушка намотана недостаточно плотно, возникает вибрация вследствие неплотного прилегания витков с соответствующим гудением(чёрная стрелка показывает катушку);

  • при плохой подгонке пластин сердечника между ними возникают зазоры. В ходе работы вибрация пластин сопровождается характерным металлическим звоном, переходящим в гудение(красная стрелка показывает пластины сердечника);
  • при дефектах или повреждениях медных проводов обмоток катушка может искрить, с хлопками при каждой искре. Для мощных разрядов характерен более интенсивный звук;
  • в приборе недостаточно закреплены отдельные детали, в связи с чем возникает вибрация и шум.
  • Сильный гул характерен для силовых трансформаторов, используемых в промышленном производстве. Но если работа бытового прибора небольшой мощности начинает сопровождаться значительным гулом, это повод для проведения диагностики с целью выявления и устранения неисправности.

    Из-за чего гудит трансформатор

    В течение многих лет коммунальные компании размещали трансформаторы в подвалах или снаружи, но поблизости от зданий, чтобы обеспечить потребителей необходимой энергией. В городах, где земля и площадь первого этажа ограничены они могли оказаться даже внутри здания. В этих условиях силовые подстанции часто располагали вблизи занятых помещений. Как и другие устройства трансформаторы работают с переменным напряжением, которое вызывает колебания сердечников. Эта вибрация часто может быть услышана как слышимый звук (характерный трансформаторный гул), но также может ощущаться как вибрация.

    Вибрации, которые передаются на конструкцию, могут распространяться в другие помещения внутри зданий и излучаться от поверхности пола, стен или потолка, а также быть услышанными обитателями. Изоляция этой вибрации от занимаемого пространства может быть серьезной проблемой, особенно после того, как строительство завершено и арендаторы или жильцы занимают здание. Мачтовые трансформаторные подстанции ввиду специфики установки не передают характерный гул.

    Трансформаторы генерируют шум и вибрацию из-за магнитострикции, которую они испытывают.

    Магнитострикция заставляет сердечники расширяться и сжиматься в ответ на альтернативное напряжение, которое испытывают устройства. Это расширение и сжатие приводит к вибрации и шуму, которые генерируют эти устройства.

    Проверка трансформатора и устранение неисправностей

    Диагностика поможет выявить причину проблемы и устранить неисправность. Межвитковое замыкание определяется путём внешнего осмотра. Если наблюдаются повреждения изоляционного слоя, тёмные следы на обмотке, это говорит об указанной проблеме.

    В этом случае устройство нуждается в перемотке катушек.

    Если внешний осмотр не дал результатов, потребуется более глубокое исследование.

    Если имеется мультиметр, можно выполнить следующие операции:

    • в режиме мегомметра выполняются замеры сопротивления изоляции и сравниваются с нормативными, приведёнными в справочной литературе. Если фактическое значение превышает номинальное более 50 процентов, это говорит о наличии межвиткового замыкания;
    • проводится аналогичное измерение для технически исправного прибора. О неисправности предупреждает величина расхождения более 20 процентов.

    Также читайте: Какое влияние трансформаторная будка может оказывать на человека

    При изучении понижающего прибора можно замерить значение напряжения для выходной обмотки, подключив устройство к сети. Если при включении появляется дым или треск, прибор следует немедленно выключить – это говорит о выходе из строя первичной катушки.

    Нередко гудеть начинает самостоятельно перемотанный трансформатор. Это происходит по следующим причинам:

    • неправильно собран или неплотно подогнан сердечник – его следует плотно скомпоновать, проверить плотность соединения пластин;
    • недостаточно закреплена обмотка – катушку необходимо укрепить;
    • зазоры между витками обмотки – катушка пропитывается парафином, заполняющим просветы;
    • неверно рассчитано количество витков – перемотку придётся выполнять повторно.

    Чтобы после ремонта трансформатор работал правильно, работу должен выполнять профессионал. При отсутствии соответствующих знаний, навыков и опыта не следует вмешиваться в устройство прибора.

    Если при работе трансформатора появился сильный гул, необходимо провести диагностику. В противном случае дальнейшее использование устройства грозит выходом из строя, с опасностью безопасной эксплуатации остального оборудования.

    Силовой трансформатор

    Среди всех разновидностей трансформаторов одним из самых востребованных является силовой тип. Если такой агрегат гудел раньше тихо, но потом шум усилился, это может свидетельствовать о нарушениях структуры сердечника. Его пластины со временем могут разойтись. Потребуется устранить зазоры, создать хорошую стяжку. Проще всего такой ремонт производится для прибора броневого типа. Для этого применяется обычный сантехнический хомут, который затягивается по периметру магнитопривода.

    Возможно, трансформатор не только стал сильно шуметь, но и нагреваться. Это говорит о повышенной токовой нагрузке. Причиной такому явлению может стать межвитковое замыкание, неисправности в цепи потребителя.

    Также рекомендуем ознакомиться: как проводят ремонт силовых трансформаторов?

    Диагностика

    Чтобы отремонтировать оборудование, потребуется произвести его диагностику. Сначала исключается возможность межвиткового замыкания. Мультиметром такую неисправность определить затруднительно. В этом случае потребуется произвести поверхностный осмотр. Если визуально определяются подтеки, почернение, сгоревшая изоляция, можно сказать, что причина гудения установлена.

    Если поверхностный осмотр не выявил отклонений, потребуется произвести более глубокую диагностику. При наличии только мультиметра можно воспользоваться одним из двух возможных подходов:

    1. Тестер переводится в положение мегомметра. Определив тип устройства, следует сравнить результаты замера с номинальным значением (представлено в соответствующем справочнике). Если отклонение составляет более 50%, в трансформаторе появилось межвитковое замыкание.
    2. Измеряют аналогичный рабочий прибор. При этом исследуется сопротивление обмоток. Если их расхождение составляет 20%, причина заключается в замыкании между витками.

    Если диагностика проводится для понижающего трансформатора, можно включить его в сеть и проверить напряжение на кабеле вторичной обмотки. Если появится дым, потрескивание, систему сразу же обесточивают. Неисправна первичная обмотка.

    Какой уровень шума нормален

    Главная причина гудения трансформатора при его функционировании – явление магнитострикции. Этим термином обозначают изменение параметров ферромагнитного металла, на который воздействует переменное магнитное поле. Кроме явления магнитострикции, продуцировать шум способны вентиляторы охладительных систем и масляные насосы. При этом электромеханические устройства, которые регулируют напряжение выдаваемого тока под нагрузкой, также выступают источниками характерного гудения. Показатели шума, которые соответствуют норме, зависят от таких факторов:

    • габариты – чем больше устройство, тем громче гул;
    • физические свойства и структура материала сердечника;
    • нагрузка – при ее завышении уровень шума устройства также возрастет.

    Для силового трансформатора некоторый издаваемый им шум – нормальное рабочее состояние. К примеру – звук устройств, которые расположены на высоковольтных подстанциях и электростанциях, может быть слышен за несколько сотен метров. При функционировании экспериментального силового прибора, он станет гудеть так, что из соседней комнаты в панельном доме его будет хорошо слышно. При рассмотрении встроенного в какой-то прибор трансформатора, звук его работы будет едва заметен. Что касается импульсных устройств – бесшумность функционирования обеспечивают тем, что генерируемый ими звук просто вне пределов человеческого восприятия.

    Читайте также:
    Свойства бетонов и бетонных смесей
    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: