TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 6306-10-1:2018 (IEC 60076-10-1:2016) VỀ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC – PHẦN 10-1: XÁC ĐỊNH MỨC ÂM THANH – HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG

Hiệu lực: Còn hiệu lực

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 6306-10-1:2018

IEC 60076-10-1:2016

MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC – PHẦN 10-1: XÁC ĐỊNH MỨC ÂM THANH – HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG

Power transformers – Part 10-1: Determination of sound levels – Application guide

Lời nói đầu

TCVN 6306-10-1:2018 hoàn toàn tương đương với IEC 60076-10-1:2016;

TCVN 6306-10-1:2018 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E1 Máy điện và khí cụ điện biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 6306 (IEC 60076), Máy biến áp điện lực gồm các phần sau:

– TCVN 6306-1:2015 (IEC 60076-1:2011), Phần 1: Quy định chung

– TCVN 6306-2:2006 (IEC 60076-2:1993), Phần 2: Độ tăng nhiệt

– TCVN 6306-3:2006 (IEC 60076-3:2000), Phần 3: Mức cách điện, thử nghiệm điện môi và khoảng cách ly bên ngoài trong không khí

– TCVN 6306-5:2006 (IEC 60076-5:2006), Phần 5: Khả năng chịu ngắn mạch

– TCVN 6306-10:2018 (IEC 60076-10:2016), Phần 10: Phần 10: Xác định mức âm thanh

– TCVN 6306-10-1:2018 (IEC 60076-10-1:2016), Phần 10-1: Phần 10: Xác định mức âm thanh – Hướng dẫn áp dụng

– TCVN 6306-11:2009 (IEC 60076-11:2004), Phần 11: Máy biến áp kiểu khô

– TCVN 6306-13:2017 (IEC 60076-13:2006), Phần 13: Máy biến áp chứa chất lỏng loại tự bảo vệ

MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC – PHẦN 10-1: XÁC ĐỊNH MỨC ÂM THANH – HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG

Power transformers – Part 10-1: Determination of sound levels – Application guide

1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này cung cấp thông tin hỗ trợ cả nhà chế tạo và người mua áp dụng kỹ thuật đo mô tả trong TCVN 6306–10 (IEC 60076-10). Bên cạnh việc giới thiệu một số âm cơ bản, tiêu chuẩn này còn mô tả các nguồn và đặc tính âm thanh của máy biến áp và cuộn cảm. Tiêu chuẩn này cũng đưa ra hướng dẫn về việc thực hiện phép đo và các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của các phương pháp. Hướng dẫn áp dụng này cũng chỉ ra lý do các giá trị được đo tại nhà máy khác với các giá trị được đo trong vận hành.

Hướng dẫn áp dụng này cũng áp dụng cho các máy biến áp và cuộn cảm cùng với các phụ kiện làm mát đi kèm.

2 Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn có ghi năm công bố thì áp dụng các bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất (kể cả các sửa đổi).

TCVN 6306-10 (IEC 60076-10), Máy biến áp điện lực – Phần 10: Xác định mức âm thanh

3 Bản chất vật lý của âm thanh

3.1 Hiện tượng

Âm thanh là sóng có áp suất biến đổi (trong không khí, nước hoặc môi trường đàn hồi khác) mà tai người có thể cảm nhận. Sự thay đổi áp suất truyền qua môi trường (trong tiêu chuẩn này là không khí) từ nguồn âm thanh đến tai người nghe.

Số lần thay đổi âm thanh chu kỳ trong mỗi giây được gọi là tần số của âm thanh, đo bằng héc, Hz. Tần số cụ thể của âm thanh được cảm nhận bằng âm sắc và cao độ. Tiếng ù của máy biến áp có tần số thấp, thường là với các tần số cơ bản 100 Hz hoặc 120 Hz, trong khi tiếng huýt sáo có tần số cao, thường trên 3 kHz. Dải tần số thông thường có thể nghe đối với người trẻ tuổi khỏe mạnh nằm trong phạm vi từ xấp xỉ 20 Hz đến 20 kHz.

3.2 Áp suất âm thanh, p

Áp suất âm thanh là giá trị trung bình bình phương(rms) của các áp suất âm thanh tức thời trong khoảng thời gian cho trước ở một vị trí cụ thể. Áp suất âm thanh được đo bằng pascal, Pa.

Áp suất âm thanh là đại lượng vô hướng, có nghĩa là chỉ đặc trưng bởi độ lớn.

Áp suất âm thanh nhỏ nhất mà tai người khỏe mạnh có thể phát hiện được phụ thuộc nhiều vào tần số; ở 1 kHz nó có độ lớn 20 µPa. Ngưỡng đau có tương ứng với áp suất âm thanh lớn hơn quá một triệu lần, 20 Pa. Vì phạm vi lớn này, để tránh sử dụng những con số lớn, thang đo đềxiben (dB) đã được sử dụng cho âm học. Mức chuẩn cho ép suất âm thanh đối với thang đo loga là 20 µPa ứng với 0 dB và ngưỡng đau 20 Pa ứng với 120 dB.

Một khía cạnh bổ sung và rất hữu ích của thang đo đềxiben là nó đưa ra ước lượng tốt hơn cho việc cảm nhận của người về âm lượng hơn so với thang đo pascal tuyến tính vì tai người đáp ứng với âm thanh theo loga.

Trong trường âm thanh, nhìn chung chấp nhận rằng:

– thay đổi mức 1 dB là không cảm nhận được;

– thay đổi mức 3 dB là có thể cảm nhận được;

– thay đổi mức 10 dB là cảm nhận được âm lượng gấp đôi.

Thính giác của người phụ thuộc vào tần số. Độ nhạy cao nhất tại tần số xấp xỉ 1 kHz và giảm xuống tại các tần số thấp hơn và cao hơn. Bộ lọc được tiêu chuẩn hóa quốc tế và được gọi là “trọng số A” đảm bảo rằng các phép đo âm thanh phản ánh khả năng cảm nhận của người về âm thanh trong toàn bộ dải tần của thính giác (xem 5.2).

3.3 Vận tốc hạt, u

Trung bình bình phương (rms) của vận tốc hạt tức thời trong khoảng thời gian cho trước ở vị trí cụ thể được gọi là vận tốc hạt. Vận tốc này được đo bằng mét trên giây, m/s.

Đại lượng này mô tả vận tốc dao động của các hạt trong môi chất lan truyền sóng âm. Đại lượng này được đặc trưng bởi độ lớn và hướng và do đó là đại lượng véctơ.

3.4 Cường độ âm thanh, Ī

Tích trung bình theo thời gian của áp suất âm thanh tức thời và vận tốc hạt tức thời ở vị trí cụ thể được gọi là cường độ âm thanh:

(1)

Cường độ âm thanh được đo bằng oát trên mét vuông, W/m².

Cường độ âm thanh mô tả công suất âm thanh đi qua một đơn vị diện tích và là đại lượng véctơ có độ lớn và hướng. Cường độ âm thanh chuẩn là công suất âm thanh đi qua một diện tích được đo theo hướng vuông góc, tức là 90° với diện tích quy định.

Hướng của công suất âm thanh được xác định bằng góc pha của vận tốc các hạt ở vị trí cụ thể.

3.5 Công suất âm thanh, W

Công suất âm thanh là tốc độ năng lượng âm thanh phát ra từ nguồn âm thanh. Công suất âm thanh tính bằng oát.

Nguồn âm thanh phát công suất vào không khí xung quanh tạo ra trường âm thanh. Công suất âm thanh đặc trưng cho phát xạ của nguồn âm thanh. Áp suất âm thanh và vận tốc hạt đặc trưng cho âm thanh tại vị trí cụ thể. Áp suất âm thanh nghe được và đo được bằng micro phụ thuộc vào khoảng cách đến nguồn và đặc tính của môi trường âm thanh. Do đó, công suất âm thanh của nguồn không thể định lượng bằng việc đo một cách đơn giản bản thân áp suất âm thanh hoặc cường độ âm thanh. Việc xác định công suất âm thanh đòi hỏi tích hợp áp suất âm thanh và cường độ âm thanh trong bề mặt được bao kín hoàn toàn. Công suất âm thanh ít nhiều độc lập với môi trường và do đó là đại lượng mô tả duy nhất của nguồn âm thanh.

3.6 Trường âm thanh

3.6.1 Quy định chung

Trường âm thanh là một vùng mà qua đó lan truyền sóng âm. Trường âm thanh được phân loại theo cách mà sóng âm lan truyền.

Khi áp suất âm thanh và vận tốc hạt trùng pha, trường âm thanh tương ứng được gọi là chủ động. Khi áp suất âm thanh và vận tốc hạt lệch pha 90° thì trường âm thanh tương ứng được gọi là phản xạ. Với trường chủ động, năng lượng âm thanh lan truyền hoàn toàn theo hướng ra xa khỏi nguồn, và lan truyền gần như trong các trường xa (xem 3.6.5). Trường hợp trường phản xạ, năng lượng âm thanh lan truyền theo hướng ra xa khỏi nguồn những sẽ quay trở lại vào thời điểm sau đó; năng lượng được dự trữ như thể trong lò xo. Các ví dụ về trường phản xạ là các trường phân tán của phòng vang (xem 3.6.3) và sóng đứng (xem 3.6.6). Nếu lấy trung bình theo chu kỳ, năng lượng thực được truyền trong trường phản xạ bằng không và do đó cường độ âm thanh đo được bằng không, mặc dù vẫn có áp suất âm thanh và vận tốc hạt.

Trường âm thanh trên thực tế bao gồm cả hai thành phần chủ động và phản xạ.

3.6.2 Trường tự do

Trường âm thanh trong môi chất đẳng hướng đồng nhất mà các biên của chúng gây ra ảnh hưởng không đáng kể đến các sóng âm thanh thì được gọi là trường tự do. Nó là không gian tự do lý tưởng nếu không có nhiễu và cường độ âm thanh chủ động lan truyền trong đó.

Các điều kiện này được giữ trong không khí tự do khi đủ xa mặt đất và các vách bất kỳ, hoặc trong phòng câm trong trường hợp tất cả âm thanh dội vào tường, trần và sàn đều bị hấp thụ.

Sự lan truyền âm thanh từ nguồn điểm lý thuyết trong môi trường tự do được đặc trưng bởi độ giảm áp suất âm thanh 6 dB và mức cường độ âm thanh mỗi lần khoảng cách đến nguồn được nhân đôi. Điều này cũng xấp xỉ đúng khi khoảng cách đến nguồn đủ rộng để nguồn xuất hiện như nguồn điểm lý thuyết.

Khi đo các mức âm thanh của máy biến áp điện lực, các điều kiện trường tự do sẽ được tiếp cận không tính đến phản xạ từ sàn.

TCVN 6306-10 (IEC 60076-10) yêu cầu tất cả các phép đo âm thanh cần được thực hiện trên mặt phẳng phản xạ. Do đó, các phép đo được thực hiện trong phòng câm hoàn toàn là không được phép.

3.6.3 Trường khuếch tán

Trong trường khuếch tán, nhiều phản xạ gây ra trường âm thanh có xác suất hướng và độ lớn như nhau, do đó mức áp suất âm thanh như nhau tồn tại ở tất cả mọi vị trí và cường độ âm thanh có xu hướng bằng zero. Trường này được lấy xấp xỉ trong phòng vang. Theo luật bảo toàn năng lượng, điều kiện cân bằng sẽ xảy ra khi công suất âm thanh hấp thụ bởi hoặc được truyền qua các biên của phòng bằng với công suất âm thanh phát ra từ nguồn. Hiện tượng này có thể gây ra các mức áp suất âm thanh rất cao trong các môi trường có đặc tính truyền hoặc hấp thu âm thanh thấp.

Ví dụ thực tế về trường khuếch tán có thể là không gian bên trong vỏ cách âm của máy biến áp.

3.6.4 Trường gần

Trường gần âm học được coi là vùng liền kề với bề mặt rung của nguồn âm thanh, thường được xác định là trong phạm vi khoảng cách ¼ chiều dài bước sóng của tần số cụ thể đang quan tâm. Vùng này được đặc trưng bởi sự tồn tại của cả các thành phần âm thanh chủ động và phản xạ. Thành phần âm thanh phản xạ suy giảm theo hàm số mũ với khoảng cách đến bề mặt rung của nguồn âm thanh.

Các thành phần âm thanh phản xạ được tạo ra nếu chiều dài bước sóng uốn của kết cấu rung ngắn hơn chiều dài bước sóng của âm thanh bức xạ. Bức xạ âm thanh ở điều kiện này được đặc trưng bởi sự bỏ qua âm thanh ở các vùng liền lề với quá áp hoặc thấp áp. Trong sự bỏ qua âm thanh này, không khí đóng vai trò như hệ thống lò xo-vật nặng lưu giữ và nhả năng lượng trong mỗi chu kỳ. Do đó, một phần của công suất âm thanh luôn được tuần hoàn và không phải tất cả đều được bức xạ vào trường xa (xem 3.6.5).

Phạm vi trường gần giảm xuống khi tần số tăng.

Các phép đo áp suất âm thanh áp dụng trong trường gần sẽ tạo ra sự đánh giá quá cao có tính hệ thống (Hình 1) do độ lệch pha cố hữu giữa áp suất âm thanh và vận tốc hạt trong trường gần (xem 3.6.1). Do đó, các mức áp suất âm thanh lấy trung bình trong không gian thường cao hơn từ 2 dB đến 5 dB trong khi các phép đo điểm có thể cao hơn đến 15 dB so với mức cường độ âm thanh đo được tương ứng.

Hình 1 – Mô phỏng mức cường độ âm thanh lấy trung bình trong không gian (đường nét liền) và mức áp suất âm thanh (đường nét đứt) theo khoảng cách đo d trong trường gần

3.6.5 Trường xa

Trường âm thanh phía ngoài khoảng cách nhất định tính từ nguồn nơi mà các nhiễu cố hữu do kích cỡ và hình dạng của nguồn cũng như các nhiễu khác trở nên không đáng kể được gọi là trường xa. Trong trường này, nguồn có thể được coi là nguồn điểm lý thuyết và tồn tại các điều kiện trường xa xấp xỉ.

3.6.6 Sóng đứng

Sóng đứng là kết quả của can nhiễu giữa hai sóng âm thanh có cùng tần số truyền theo hai hướng đối diện nhau. Sóng đứng được tạo thành do sự phản xạ giữa nguồn âm thanh và sự không liên tục trong kết cấu ví dụ như các biên của trường âm thanh, được tăng cường nếu các bề mặt phản xạ song song nhau và khi mối quan hệ giữa tần số âm thanh và khoảng cách đáp ứng các điều kiện nhất định. Sự tồn tại các sóng đứng tần số f_v phụ thuộc vào khoảng cách d giữa các vách phản xạ như sau:

(2)

trong đó c là tốc độ âm thanh trong không khí tính bằng m/s (ở 20 °C c = 343 m/s), v = 1, 2, 3, …

Sóng đứng không truyền năng lượng đến trường xa; đây là ví dụ của trường phản xạ.

Trong vùng sóng đứng

– sự thay đổi lớn trong áp suất âm thanh đo được sẽ xảy ra trong các khoảng cách nhỏ với xu hướng về đánh giá cao áp suất âm thanh;

– các phép đo cường độ âm thanh có xu hướng không chính xác và đánh giá thấp cường độ âm thanh thực.

4 Nguồn và đặc tính âm thanh của máy biến áp và cuộn kháng

4.1 Quy định chung

Máy biến áp và cuộn kháng có một vài nguồn gốc vật lý cố hữu. Tầm quan trọng của các nguồn gốc phát âm thanh này phụ thuộc vào thiết kế của thiết bị và các điều kiện làm việc của chúng. Thiết kế sẽ tác động đến các rung động tạo âm thanh và sự lan truyền của chúng từ nguồn đến thùng máy biến áp hoặc bề mặt vỏ bọc và cuối cùng là sự bức xạ âm thanh vào không khí.

4.2 Nguồn âm thanh

4.2.1 Lõi

Hiện tượng từ giảo là sự thay đổi kích thước quan sát được trong các vật liệu sắt từ khi chúng chịu sự thay đổi mật độ thông lượng từ (cảm ứng). Trong lõi thép kỹ thuật điện, sự thay đổi kích thước này nằm trong phạm vi từ 0,1 µm đến 10 µm trên mỗi mét chiều dài (µm/m) ở các mức cảm ứng thông thường. Hình 2 thể hiện từ giảo theo mật độ từ thông đối với một kiểu lõi ghép đo được ở năm mật độ từ thông khác nhau. Mỗi vòng lặp mô tả một chu kỳ 50 Hz với mật độ từ thông B_max.

Hình 2 – Ví dụ các đường cong thể hiện sự thay đổi tương đối theo chiều dài lớp ghép của lõi thép kỹ thuật điện trong các chu kỳ hoàn chỉnh của cảm ứng xoay chiều tần số 50 Hz được đặt vào đến mật độ từ thông đỉnh B_max trong dải từ 1,2 T đến 1,9 T

CHÚ THÍCH 1: Các ứng suất cơ trong các lớp ghép của lõi sẽ có ảnh hưởng lớn đến từ giảo.

Sự thay đổi kích thước này không phụ thuộc vào dấu của mật độ từ thông mà chỉ phụ thuộc vào biên độ và hướng tương đối với các trục tinh thể nhất định của vật liệu. Do đó, khi được kích thích bởi từ thông hình sin, tần số cơ bản của sự thay đổi kích thước sẽ bằng hai lần tần số kích thích. Ảnh hưởng này là không tuyến tính, đặc biệt ở các mức cảm biến gần bão hòa. Sự không tuyến tính này sẽ tạo ra thành phần hài đáng kể của sự thay đổi kích thước và điều này gây ra phổ rung của lõi. Hình 3 thể hiện từ giảo đối với cảm ứng hình sin với B_max = 1,8 T và tần số 50 Hz. Nó có tính chu kỳ bằng hai lần tần số kích thích với các đỉnh 5 ms và 15 ms và không thể phân biệt được.

Âm thanh phát ra bởi các lỗi của máy biến áp phụ thuộc vào vận tốc của các rung động, tức là tốc độ thay đổi của từ giảo (đường chấm chấm trên Hình 3). Điều này gây ra khuếch đại các hài (méo) liên quan đến hài cơ bản mà ở hai lần tần số kích thích. Một vài bội bậc chẵn của tần số kích thích sẽ được nhìn thấy trong phổ; trong các trường hợp này, thành phần cơ bản ở hai lần tần số kích thích sẽ hiếm khi là thành phần tần số chiếm ưu thế của âm thanh trọng số A.

Hình 3 – Cảm ứng (đường trơn) và sự thay đổi tương đối theo chiều dài lớp ghép của lõi là hàm của thời gian do cảm ứng xoay chiều tần số 50 Hz đặt vào ở 1,8 T – không có thiên áp một chiều

Nếu thông lượng có thiên áp một chiều, ví dụ do từ dư trong lõi từ thử nghiệm trước đó của điện trở cuộn dây hoặc do thành phần một chiều trong dòng điện, độ không tuyến tính mạnh của từ giảo gây ra sự tăng đáng kể biên độ rung. Với thiên áp một chiều trên cảm ứng, các đỉnh của từ giảo tại mật độ từ thông đỉnh dương và âm khác nhau đáng kể; có thể thấy trên vòng lặp từ giảo trên Hình 4.

Hình 4 – Ví dụ đường cong thể hiện sự thay đổi tương đối theo chiều dài các lớp ghép của lõi trong một chu kỳ hoàn chỉnh của cảm ứng xoay chiều tần số 50 Hz đặt vào ở 1,8 T với thiên áp một chiều nhỏ 0,1 T

Dạng rung được lặp lại mỗi chu kỳ, tức là cứ 20 ms trong hệ thống 50 Hz, thể hiện độ từ giảo ở tần số kích thích (xem Hình 5). Việc có mặt hài bậc lẻ trong phổ âm thanh là chỉ thị rõ ràng về thiên áp một chiều trong cảm ứng.

Hình 5 – Cảm ứng (đường trơn) và sự thay đổi tương đối theo chiều dài các lớp ghép của lõi (đường chấm chấm) là hàm của thời gian do cảm ứng xoay chiều tần số 50 Hz đặt vào ở 1,8 T – có thiên áp một chiều nhỏ 0,1 T

Thiên áp một chiều trong từ giảo có thể ảnh hưởng đáng kể đến mức âm thanh của máy biến áp. Do đó, máy biến áp chịu các thử nghiệm âm thanh phải được cấp điện cho đến khi các ảnh hưởng tạm thời của dòng điện khởi động và từ dư suy giảm và các mức âm thanh đạt ổn định.

Tỷ số giữa dòng điện thiên áp một chiều và dòng điện không tải hiệu dụng là tham số hữu ích để dự đoán sự tăng công suất âm thanh do dòng điện thiên áp một chiều. Quan hệ giữa dòng diện thiên áp một chiều theo dòng điện không tải và độ tăng mức âm thanh được đo trên một số các máy biến áp công suất lớn; Hình 6 thể hiện một tập các dữ liệu này.

CHÚ DẪN

Trục X dòng điện thiên áp một chiều của dòng điện không tải xoay chiều (hiệu dụng)

Trục Y độ tăng trong mức âm thanh tổng tính bằng dB(A)

Hình 6 – Độ tăng mức âm thanh so dòng điện một chiều trong các cuộn dây

CHÚ THÍCH: Hình 6 thể hiện các kết quả của một số thiết kế của máy biến áp công suất lớn với lõi có tuyến cho từ thông trở về và lõi được làm bằng thép kỹ thuật điện có độ từ thẩm cao. Đối với các kết cấu khác, ví dụ với dạng lõi khác nhau hoặc loại thép kỹ thuật điện khác có thể sai lệch về chi tiết nhưng sẽ có xu hướng tương tự.

4.2.2 Các cuộn dây

Các dòng điện tải trong cuộn dây máy biến áp và cuộn kháng tạo ra trường từ dao động ở tần số kích thích. Các lực điện động tạo ra trên các cuộn dây hoạt động cả theo hướng trục và hướng kính. Độ lớn của các lực này phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện tải và trường từ, mà bản thân nó là hàm của dòng điện tải. Do đó, các lực từ trên cuộn dây sẽ tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện tải trong khi tần số của nó bằng hai lần tần số kích thích. Biên độ rung tạo ra phụ thuộc vào đặc tính đàn hồi của dây dẫn, đặc tính của cách điện và sự xấp xỉ của tần số dao động riêng (tần số tự nhiên của cuộn dây) theo tần số rung. Trong cuộn dây được quấn chặt hoặc được kẹp chặt, đặc tính đàn hồi của vật liệu cách điện hầu hết là tuyến tính trong phạm vi dịch chuyển xảy ra khi có các dòng điện làm việc bình thường. Kim loại có suất đàn hồi rất tuyến tính. Do đó rung hài thường là tối thiểu và tần số cơ bản (bằng hai lần tần số kích thích) chiếm ưu thế trong phổ rung của cuộn dây (xem Hình 7).

Độ lệch của cuộn dây và vận tốc rung của nó tỷ lệ với lực kích thích mà lực này tỷ lệ với bình phương dòng điện tải. Công suất âm thanh bức xạ từ thân rung tỷ lệ với bình phương vận tốc rung (xem 4.4). Do đó, công suất âm thanh phát ra bởi cuộn dây thay đổi theo lũy thừa bậc bốn của dòng diện tải.

Các hài trong dòng điện tải xuất hiện trong phổ âm thanh ở hai lần tần số điện của chúng và ở tổng và hiệu của tất cả các tần số của chúng. Chúng có thể góp phần đáng kể vào mức âm thanh của máy biến áp và cuộn kháng. Chi tiết xem 4.2.5.

Hình 7 – Phổ âm thanh điển hình do dòng điện tải

4.2.3 Thành phần khống chế thông lượng tạp tán

Thông lượng tạp tán từ trường trong các máy biến áp mang tải có liên kết với các cuộn dây và dây nối. Thông lượng tạp tán này phải được khống chế để tránh quá nhiệt các phần kim loại thụ động như thùng máy biến áp bằng cách giảm tổn thất do dòng điện xoáy. Về nguyên tắc có ba khả năng để khống chế thông lượng tạp tán từ trường:

• bằng cách sử dụng các lớp thép kỹ thuật điện, thông lượng tạp tán được dẫn hướng theo cách có khống chế. Các thành phần tạo ra dẫn hướng này thường được gọi là “sun” hoặc “sun của thùng máy biến áp“;

• bằng cách sử dụng tấm chắn bằng đồng hoặc nhôm, thông lượng tạp tán bị đẩy đi bởi các vòng tròn dòng điện xoáy trong tấm chắn;

• bằng cách định kích cỡ thùng máy biến áp sao cho không cần khống chế thông lượng tạp tán.

Các thành phần được sử dụng để khống chế dung lượng tạp tán cũng như bản thân thùng máy biến áp cũng là các nguồn rung do lực điện động và từ giảo và chúng tác động đến mức âm thanh tổng thể.

Phương pháp gắn các thành phần khống chế thông lượng tạp tán có thể ảnh hưởng đến mức công suất âm thanh.

4.2.4 Các nguồn âm thanh trong cuộn kháng

Có một vài kiểu cuộn kháng một pha và ba pha, thường sử dụng hai công nghệ khác nhau trong thiết kế chúng.

• Trong cuộn kháng lõi không khí, công suất âm thanh sinh ra bởi cuộn dây do dòng điện tải sẽ chiếm ưu thế. Sự tác động của dòng điện chạy qua cuộn dây và trường từ của chúng sẽ gây ra lực làm rung cuộn dây. Trong khi các lực sao động có thể được xác định rõ ràng thì đáp ứng rung của kết cấu cuộn dây là phức tạp. Biên độ rung, kích thước bề mặt bức xạ âm thanh và hiệu quả bức xạ sẽ xác định công suất âm thanh. Công suất âm thanh được chi phối bởi biên độ rung của cuộn dây theo hướng kính (do cuộn dây đóng vai trò là một phần chính của bề mặt bức xạ). Sự góp phần của rung cuộn dây theo hướng trục và của các thành phần khác vào công suất âm thanh tổng thường là rất nhỏ.

• Trong cuộn kháng được che chắn từ (có hoặc không có các lõi có khe hở), lực từ giữa các gông từ có xu hướng thu hẹp khe hở khi thông lượng tăng; do đó việc dịch chuyển chu kỳ tạo ra sẽ là nguồn âm thanh chiếm ưu thế. Lực này kích thích tử cho toàn bộ mạch tử của cuộn kháng, tạo ra phổ âm thanh bằng hai lần tần số kích thích và một vài hài đầu tiên. Từ giảo, rung cuộn dây và các thành phần khống chế thông lượng tạp tán cũng là các yếu tố góp phần vào bức xạ công suất âm thanh.

CHÚ THÍCH: Xem TCVN 6306 (IEC 60076) về định nghĩa các kiểu cuộn kháng khác nhau.

4.2.5 Ảnh hưởng của hài dòng điện trong cuộn dây máy biến áp và cuộn kháng

4.2.5.1 Quy định chung

Như nêu trong 7.6 của tiêu chuẩn này, các thiết bị điện tử công suất có thể là nguồn hài dòng điện. Ảnh hưởng này lên mức công suất âm thanh tổng thể có thể là đáng kể.

Phổ dòng điện hài theo độ lớn và pha phải được khách hàng hoặc nhà chế tạo thiết bị điện tử công suất quy định để dự đoán mức công suất âm thanh thực trong vận hành. Trong trường hợp không có sẵn các góc pha, cho phép áp dụng tiếp cận thống kê.

Thông tin chi tiết hơn về lý thuyết và thông lệ kỹ thuật của âm thanh bổ sung tạo ra bởi các dòng điện hài trong cuộn dây được cho trong Phụ lục A của tiêu chuẩn này.

Công suất âm thanh bức xạ từ máy biến áp/cuộn kháng phụ thuộc vào dòng điện ở tất cả các tần số nhưng thường chỉ có các dòng điện hài cơ bản và dòng điện hài đáng kể nhất trong số phổ dòng điện là có đóng góp đáng kể.

Việc xác định công suất âm thanh bổ sung do các dòng điện hài có thể được thực hiện với hai cách tiếp cận khác nhau:

• bằng cách kích thích và đo các tần số riêng rẽ (thường chỉ áp dụng cho cuộn kháng đặc biệt ví dụ như cuộn kháng lọc);

• bằng cách tính toán các đóng góp của từng tần số riêng rẽ.

4.2.5.2 Các mức âm thanh đo được của các thành phần tần số riêng rẽ

Tập hợp các dòng điện kích thích hài cần được xác định đối với thử nghiệm này, thể hiện các hài âm thanh đáng kể.

Vì các dòng điện ở tần số nguồn và ở các tần số khác thường không thể áp dụng đồng thời cho thử nghiệm nên máy biến áp/cuộn kháng có thể được thử nghiệm liên tiếp với dòng điện tần số nguồn và các dòng điện ở các tần số hài khác. Trong trường hợp này, máy biến áp/cuộn kháng phải được thử nghiệm ở dòng điện và các tần số phản ánh hài dòng điện và cả tác động của các dòng điện có các tần số khác nhau.

Đối với máy biến áp/cuộn kháng, phổ dòng điện có các dòng điện I₁, I₂, I₃, I₄, I₅, … các dòng điện mang âm thanh đáng kể ví dụ được xác định là I₁, I₂, I₃. Các dòng điện này tạo ra các thành phần âm thanh sau:

Biên độ dòng điện	Tần số dòng điện	Các tần số âm thanh
I₁	f₁	2f₁
I₂	f₂	2f₂
I₃	f₃	2f₃

f₁, f₂, f₃là tần số của dòng điện hiệu dụng I₁, I₂, I₃ của máy biến áp/cuộn kháng. Thông thường f₁ là tần số công suất và f₂, f₃ là các tần số của các dòng điện đáng kể của phổ dòng điện (các hài đáng kể).

Các cặp dòng điện máy biến áp/cuộn kháng trong bảng trên, ví dụ I₁ và I₂ tạo ra hai thành phần tần số bổ sung do hiệu ứng tác động lẫn nhau.

Biên độ của một cặp	Tần số của một cặp	Các tần số âm thanh
(2 I₁ I₂)^1/2	(f₂ + f₁)/2	f₂ + f₁
(2 I₁ I₂)^1/2	(f₂ – f₁)/2	f₂ – f₁

Tất cả các hài và các cặp có cùng tần số phải được cộng lại và giá trị có được tạo thành dòng điện thử nghiệm tại tần số này. Đối với phép cộng đúng, cần xem xét sự tương quan về pha, xem Phụ lục A để có thông tin chi tiết. Trong trường hợp điều này không có sẵn, cho phép cách tiếp cận thống kê bằng cách tính căn bậc hai của tổng các bình phương (SRSS) của các thành phần dòng điện riêng rẽ. Nếu, ví dụ, f₁ là tần số công suất và f₂ và f₃ là các tần số của các hài đáng kể thì các thành phần dưới đây cần được đưa vào tính toán để có được dòng điện thử nghiệm.

Biên độ đóng góp	Tần số đóng góp	Tần số âm thanh
I₁	f₁	2f₁
(2 I₁ I₂)^1/2	(f₂ + f₁)/2	f₂ + f₁
(2 I₁ I₂)^1/2	(f₂ – f₁)/2	f₂ – f₁
(2 I₁ I₃)^1/2	(f₃ + f₁)/2	f₃ + f₁
(2 I₁ I₃)^1/2	(f₃ – f₁)/2	f₃ – f₁

Lưu ý là bản thân các hài và các cặp tần số tổng và hiệu của các hài thường không góp phần đáng kể vào công suất âm thanh bức xạ. Các thành phần đáng kể luôn tham gia vào dòng điện tần số kích thích và các cặp này đòi hỏi phải xem xét.

Khi áp dụng cách tiếp cận SRSS cho các thành phần dòng điện được xem xét ở trên I₁, I₂, I₃, các dòng điện thử nghiệm dưới đây có thể có được đối với phổ dòng điện điển hình gồm dòng điện ở tần số kích thích f₁ và các hài đáng kể ở các tần số f₂ và f₃ (f₂ và f₃ thường là các hài bậc 5 và bậc 7):

Biên độ của dòng điện thử nghiệm	Tần số của dòng điện thử nghiệm	Tần số âm thanh
I₁ = (I₁ I₂)^1/2	f₁	2f₁
I₂ = (2 I₁ I₂)^1/2	(f₂ – f₁)/2	f₂ – f₁
I₃ = {[(2 I₁ I₂)² + (2 I₁ I₃)²]^1/2}^1/2	(f₂ + f₁)/2 ≡ (f₃ – f₁)/2	f₂ + f₁
I₄ = (2 I₁ I₃)^1/2	(f₃ + f₁)/2	f₃ + f₁

Trong trường hợp dòng điện thử nghiệm đầy đủ ở tần số hài f_i không thể đặt vào do hạn chế của phòng thử nghiệm thì thử nghiệm có thể được thực hiện ở các dòng điện giảm thấp và công suất âm thanh ở dòng điện thử nghiệm đầy đủ khi đó phải được suy ra dựa trên công thức (7) của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10) thành

trong đó

L_iT mức âm thanh ở tần số hài fi ở dòng điện thử nghiệm đầy đủ I_iT

L_ired mức âm thanh ở tần số hài fi ở dòng điện thử nghiệm đầy đủ I_ir_e_d

Mức công suất âm thanh tổng khi đó phải được tính bằng cách sử dụng công thức (3) dưới đây:

(3)

trong đó

L_tot mức công suất âm thanh tổng, và

L_i mức công suất âm thanh của thành phần hài thứ i được thử nghiệm riêng rẽ.

CHÚ THÍCH: Đối với máy biến áp biến đổi công suất, ví dụ máy biến áp công nghiệm và máy biến áp HVDC, việc áp dụng dòng điện thử nghiệm hài thường không khả thi do không có sẵn thiết bị thử nghiệm.

4.2.5.3 Tính toán việc tăng mức âm thanh dự đoán do các hài

Phương pháp tính toán này liên quan đến mức âm thanh đã biết đối với kích thích ở tần số cơ bản. Các bước tính toán như sau:

a) Tính độ lớn tương đối của các lực đối với hài I_n bằng cách đặt (I_n/I₁)² tạo ra các thành phần có tần số (2f_n)

b) Tính độ lớn tương đối của các lực đối với các cặp hài In, Im bằng cách đặt (2 I_m I_n)/I₁² tạo ra hai thành phần theo cặp với các tần số (f_m + f_n) và (f_m – f_n)

c) Cộng tất cả các thành phần lực tương đối theo tần số bằng cách sử dụng quan hệ pha cho trước. Nếu điều này không có sẵn, cho phép xét đến cách tiếp cận thống kê (SRSS = căn bậc hai của tổng các bình phương)

d) Áp dụng cách tiếp cận loga theo tần số đối với đáp tuyến động của việc dịch chuyển cuộn dây theo các lực (xem xét hàm chuyển đổi cuộn dây)

e) Chuyển đổi các thành phần lực theo tần số thành giá trị loga tương ứng với lực ở tần số cơ bản.

f) Chuyển đổi tần số thành giá trị loga tương ứng với tần số cơ bản.

g) Áp dụng cách tiếp cận loga theo tần số đối với hiệu quả bức xạ tương ứng với hiệu quả bức xạ ở tần số cơ bản.

h) Áp dụng trọng số A theo tần số tương ứng với trọng số A của tần số cơ bản

i) Tổng tất cả các thành phần từ d) đến h) được thể hiện theo dB(A) để có được độ tăng mức công suất âm thanh.

Phụ lục A đưa ra thông tin thêm về phương pháp này.

4.2.6 Tạp của quạt

Nguồn gốc tạp của quạt là luồng không khí chảy rối, gây ra sự thăng giáng áp lực với dải rộng các tần số, tức là nó lá tạp băng tần rộng chủ yếu trong dải từ 300 Hz đến 2 kHz. Mức công suất âm thanh của quạt chủ yếu được quyết định bởi tốc độ tại đầu cánh quạt mà là hàm của đường kính cánh và tốc độ quay. Việc điều chỉnh góc gắn các cánh quạt có thể tác động đến tạp và luồng không khí.

CHÚ THÍCH: Việc giảm luồng không khí có thể làm mất hiệu lực của thử nghiệm độ tăng nhiệt.

4.2.7 Tạp của bơm

Tạp của bơm và lưu lượng dầu nhìn chung không có đóng góp đáng kể vào công suất âm thanh trừ khi ở tốc độ lưu lượng rất cao hoặc ở các máy biến áp có tạp rất thấp. Trong trường hợp tạp của bơm cao quá mức thì có thể do hướng quay không đúng.

4.2.8 Ý nghĩa tương đối của các nguồn âm thanh

Trước kia, các phép đo mức âm thanh của máy biến áp được thực hiện trong điều kiện không tải chỉ với dòng điện tử hóa chạy trong các cuộn dây. Điều này chấp nhận được vì sự méo từ giảo của lõi là nguồn âm thanh chính của máy biến áp. Tuy nhiên, các thiết kế máy biến áp ngày nay sử dụng thép kỹ thuật điện chất lượng cao và có mức cảm ứng thấp thường tạo ra mức công suất âm thanh không tải thấp đến mức âm thanh do các dòng điện có tải, gây ra chủ yếu bởi các cuộn dây, lại trở nên đáng kể.

Chỉ thị dựa trên dữ liệu thực nghiệm liên quan đến phép đo trong các điều kiện có tải được cho trong các công thức (5) và (6) của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10) cùng với chỉ thị về ý nghĩa của kết quả. Quy tắc chung của âm thanh là khi tín hiệu âm thanh nhỏ hơn tín hiệu khác 10 dB thì sự góp phần của nó vào mức âm thanh tổng (của hai mức âm thanh đó) sẽ không đáng kể.

Công suất âm thanh của thiết bị làm mát giả thiết là có ý nghĩa lớn hơn với các thiết kế máy biến áp có tạp nhỏ hoặc đối với các máy biến áp được thiết kế để sử dụng trong vỏ bọc đến mức mà trong một vài trường hợp nhất định, việc làm mát có thể được quy định mà không có quạt (ONAN, ODAN).

4.3 Sự truyền rung

Mạch từ, cuộn dây, thùng máy biến áp và vỏ bọc âm thanh (nếu có) là tất cả các cấu trúc cơ khí có tần số cộng hưởng cơ khí riêng của chúng. Nếu tần số của một trong các lực kích thích trùng với cộng hưởng về cấu trúc thì có thể xảy ra sự khuếch đại đáng kể tần số này. Cộng hưởng cần bị loại trừ ở giai đoạn thiết kế hoặc được làm nhụt đủ để khống chế biên độ rung.

Trong máy biến áp đổ đầy chất lỏng, rung từ lõi và cuộn dây được truyền đến thùng máy biến áp qua kết cấu đỡ của lõi và cụm lõi và qua chất lỏng không nén được.

Nếu môi chất cách điện là khí, như trong trường hợp máy biến áp kiểu khô có vỏ bọc hoặc máy biến áp SF6, kích thích rung được chi phối bởi các kết cấu đỡ của bộ phận chủ động.

Bộ cách ly rung đặt dưới kết cấu đỡ bên trong thùng máy biến áp làm giảm sự truyền rung đến thùng máy và do đó giảm công suất âm thanh bức xạ.

Bộ cách ly rung đặt dưới thùng máy hoặc vỏ máy được thiết kế để giảm rung truyền đến nền móng. Trong khi các bộ cách ly rung này được thiết kế để giảm thiểu sự lan truyền rung thì chúng lại không có ảnh hưởng đáng kể đến công suất âm thanh của bản thân máy biến áp.

CHÚ THÍCH: Lưu ý là phạm vi áp dụng của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10) chỉ là công suất âm thanh mà không đề cập đến sự truyền rung.

Trong một số ứng dụng, sự truyền rung trong kết cấu có thể đáng kể để gây ra các vấn đề cho kết cấu đỡ, ví dụ nếu máy biến áp được lắp đặt trong tòa nhà hoặc ngoài khơi.

Tương tự, các máy biến áp được lắp trên nền đá cứng có thể gây ra các vấn đề cho tòa nhà khác nằm trên cùng một nền đá cứng và ở khoảng cách xa.

4.4 Bức xạ âm thanh

Công suất âm thanh hiệu dụng bức xạ vào trường xa phụ thuộc vào bình phương vận tốc rung, diện tích của bề mặt bức xạ và hiệu quả bức xạ của bề mặt đó như cho trong công thức (4)

W = ρ₀c S σ ω² x² (4)

trong đó

W công suất âm thanh bức xạ, tính bằng oát;

ρ₀ mật độ không khí, tính bằng kg/m³;

c vận tốc âm thanh trong không khí, tính bằng m/s;

S diện tích bề mặt bức xạ âm thanh, tính bằng m²;

σ hiệu quả bức xạ trên một đơn vị tương đối, là hàm của tần số và đặc tính hình học và kết cấu của bề mặt bức xạ

ω = 2pf vận tốc góc của âm thanh tính bằng s^-1 đối với mỗi tần số đang xét

x biên độ rung hiệu dụng, tính bằng m;

ρ₀c trở kháng âm thanh trong không khí;

ωx vận tốc rung hiệu dụng, tính bằng m/s.

Các vật thể rung có kích thước tương đối nhỏ so với bức sóng của tần số bức xạ có hiệu quả bức xạ thấp; trường hợp kích thước của vật thể rung tiến gần đến hoặc lớn hơn bước sóng thì hiệu quả bức xạ tiến gần đến một đơn vị. Trong trường hợp có các cộng hưởng âm thanh, bức xạ rung có thể vượt quá một đơn vị. Các cộng hưởng này có thể xảy ra, ví dụ, trong lỗ trống giữa đế của thùng máy biến áp và sàn hoặc trong thể tích không khí được bao quanh bởi cuộn dây của cuộn kháng lõi không khí.

CHÚ THÍCH: Các tấm lớn và mềm dẻo với các dạng rung phức tạp sẽ bức xạ âm thanh ít hơn các tấm cứng có biên dạng rung đơn giản hơn khi với cùng biên độ rung.

4.5 Đặc tính trường âm thanh

Bức xạ âm thanh của máy biến áp chủ yếu gây ra bởi sự uốn cong các sóng của các vách thùng máy biến áp. Từ Hình 8 có thể thấy rằng bức xạ âm thanh gây ra xung quanh thùng máy biến áp là không đồng đều. Các dạng khác nhau tạo ra do can nhiễu có tính kết cấu hoặc không có tính kết cấu của các sóng âm thanh bắt nguồn từ các phần khác nhau của bề mặt thùng máy có biên độ và pha khác nhau.

Các dạng trường âm thanh không đồng nhất áp dụng cho tất cả các máy biến áp có thùng máy nhưng cũng cho máy biến áp kiểu khô và cuộn kháng, bất kể có vỏ bọc hay không.

Trên Hình 8 cũng lưu ý là dạng khác nhau của cường độ âm thanh là xảy ra ở tất cả các khoảng cách và nhấn mạnh tầm quan trọng của việc thực hiện các phép đo mức âm thanh trung bình trong không gian.

Dạng bức xạ của hài âm thanh bậc cao hơn thể hiện số lượng kết cấu can nhiễu tăng lên do bước sóng âm thanh ngắn hơn.

Hình 8 – Mô phỏng trường áp suất âm thanh của máy biến áp 31,5 MVA ở 100 Hz với các véctơ cường độ âm thanh tương ứng dọc theo tuyến đo

5 Nguyên lý đo

5.1 Quy định chung

Công suất âm thanh của máy biến áp được yêu cầu để dự đoán tác động của tạp làm việc khi máy biến áp được đặt ở tư thế dự kiến của nó. Công suất âm thanh có thể không được đo trực tiếp, mà được xác định từ phép đo trực tiếp áp suất âm thanh hoặc cường độ âm thanh xung quanh máy biến áp.

Việc ước lượng công suất âm thanh dựa trên nguyên lý đường bao theo ISO 3746; tuy nhiên theo cách được sửa đổi do không tiếp cận được với nắp thùng máy biến áp vì lý do an toàn. Giả thiết là giá trị trung bình của âm thanh được đo xung quanh các mặt của thùng máy biến áp có thể được ngoại suy cho nắp thùng.

Việc ngoại suy này được thực hiện bằng cách áp dụng công thức diện tích bề mặt đo theo công thức (8) của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10). Trong công thức này, chiều cao đo được tăng lên bởi khoảng cách đo để nhạy với âm thanh được bức xạ từ nắp thùng máy và duy trì gần đúng nguyên lý đường bao.

5.2 Trọng số A

Thính giác của người phụ thuộc vào tần số. Độ nhạy cao nhất ở khoảng 2 kHz đến 3 kHz và giảm xuống ở các tần số thấp hơn và cao hơn. Mức âm thanh trọng số A cho thấy tương quan tốt với đáp ứng chủ quan của người với âm thanh. Nó cũng cho thấy có sự nhất quán trong việc so sánh với các thang đo trọng số khác. Thực tế này dẫn đến nó trở thành thang đo ưu tiên đối với các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo âm thanh của máy biến áp.

Hàm trọng số A là A(f) theo IEC 61672-1 được cho như dưới đây

(5)

và được thể hiện như trên Hình 9.

Hình 9 – Đồ thị trọng số A có được từ hàm A(f)

A(f) là hàm liên tục có hiệu lực đối với các tần số riêng rẽ (mà không cho các băng tần) trong phạm vi âm thanh nghe thấy được. Trọng số được áp dụng (khi được chọn) cho tín hiệu vào của bộ phân tích trước khi đặt bộ lọc băng tần bất kỳ.

Nếu các phép đo được thực hiện mà không có trọng số được chọn, phải thận trọng khi áp dụng trọng số sau dựa trên các phép đo băng tần vì trọng số băng tần chỉ đúng với tần số giữa của băng tần. Nếu âm sắc nằm ngoài tần số trung tâm của băng thì sẽ xảy ra sai số. Sai số đến 5 dB có thể xảy ra trong các trường hợp cực đoan khi âm sắc nằm sát với rìa của băng tần.

Bảng 1 cung cấp các giá trị trọng số A đối với các âm sắc cơ bản và âm sắc hài của máy biến áp đặc trưng.

Bảng 1 – Các giá trị trọng số A đối với mười lăm âm sắc đầu tiên của máy biến áp

Kích thích 50 Hz		Kích thích 60 Hz
Tần số Hz	Giá trị trọng số A dB	Tần số Hz	Giá trị trọng số A dB
100	-19,1	120	-16.7
200	-10,8	240	-9,1
300	-7,1	360	-5,6
400	-4,8	480	-3,5
500	-3,2	600	-2,2
600	-2,2	720	-1,3
700	-1,4	840	-0,6
800	-0,8	960	-0,1
900	-0,3	1 080	0,2
1 000	0	1 200	0,5
1 100	0,3	1 320	0,7
1 200	0,5	1 440	0,8
1 300	0,7	1 560	1,0
1 400	0,8	1 680	1,1
1 500	0,9	1 800	1,1

5.3 Phương pháp đo âm thanh

5.3.1 Quy định chung

Mục đích của phép đo âm thanh, áp suất hoặc cường độ, đều nhằm cho phép ước lượng công suất âm thanh phát ra bởi đối tượng thử nghiệm.

Công suất âm thanh là cường độ âm thanh được tích phân trên toàn bộ bề mặt đo bao quanh đối tượng thử nghiệm. Do đó phép đo cường độ âm thanh dẫn trực tiếp đến việc ước lượng công suất âm thanh. Cường độ âm thanh là tích của áp suất âm thanh và vận tốc hạt và phép đo cường độ âm thanh đòi hỏi kỹ thuật đo phức tạp.

Phương pháp khác để ước lượng cường độ âm thanh là đo áp suất âm thanh với kỹ thuật đo đơn giản hơn, mà ở đó giả thiết là áp suất âm thanh và vận tốc hạt là đồng pha và tỷ lệ với nhau. Đo áp suất âm thanh đưa ra thông tin hạn chế và phương pháp này đòi hỏi phải hiệu chỉnh nếu không đáp ứng giả thiết.

Khi áp suất âm thanh và vận tốc hạt đồng pha (điều kiện trường xa), tồn tại một quan hệ duy nhất giữa áp suất âm thanh, p, và cường độ âm thanh, I, công thức (6):

(6)

trong đó ρc là trở kháng âm thanh của môi chất mà thông qua đó âm thanh được lan truyền. Trong các điều kiện áp suất và nhiệt độ tiêu chuẩn trong không khí, ρc = 412 kg/(m²s).

Sử dụng công thức (6) trong công thức mức cường độ âm thanh bình thường, mối quan hệ giữa mức cường độ âm thanh bình thường, L_I, và mức áp suất âm thanh, L_p, được thể hiện trong công thức (7) như dưới đây:

(7)

Đối với các giá trị chuẩn cho trước của I₀ và p₀ (bằng 10^–¹² Wm^–² và 20 x 10^-6 Pa tương ứng), giá trị thường nhỏ so với L_p trong hầu hết các phép đo trong không khí ở các điều kiện môi trường (0,13 dB ở 22 °C và 1,013 x 10^–⁵ Pa).

Phép đo mức áp suất âm thanh và phép đo mức cường độ âm thanh được thực hiện bên ngoài trường gần, tức là môi trường tự do lý tưởng sẽ có giá trị bằng số là như nhau.

5.3.2 Phương pháp áp suất âm thanh

Áp suất âm thanh là đại lượng vô hướng và không có thông tin về hướng; áp suất âm thanh được đo bằng một micro đo duy nhất. Vì thiết bị đo có thể gây nhiễu cục bộ trường âm thanh một cách đáng kể nên thông thường nên hướng micro đo về phía đối tượng thử nghiệm.

Các môi trường thử nghiệm thực tế thường khác xa so với điều kiện trường tự do lý tưởng. Các phép đo áp suất âm thanh máy biến áp thường bị ảnh hưởng bất lợi như mô tả dưới đây. Do đó các phép đo sẽ đòi hỏi phải hiệu chỉnh dựa trên việc hiểu đặc tính âm thanh của môi trường thử nghiệm như mô tả trong 11.2 của IEC 60076-1:2016.

Các sóng áp suất đi ra khỏi các bề mặt bức xạ của đối tượng thử nghiệm sẽ bị phản xạ từ sàn, tường và các đối tượng thử nghiệm khác trong phòng thử nghiệm. Các sóng áp suất âm thanh phản xạ sẽ gây nhiễu có tính kết cấu đến các sóng áp suất âm thanh trực tiếp phát ra từ đối tượng thử nghiệm.

Trong một số trường hợp, các sóng đứng có thể xảy ra. Phép đo áp suất âm thanh thực hiện trong vùng sóng đứng sẽ làm quá ước lượng công suất âm thanh. Cần tránh hoặc giảm thiểu các sóng đứng bằng cách đặt đối tượng thử nghiệm một cách thích hợp trong phòng thử nghiệm vì không thể hiệu chỉnh phép đo đối với ảnh hưởng này (xem 6.2 của tiêu chuẩn này và 11.1.1 của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10)).

Môi trường thử nghiệm thực tế thường bị ảnh hưởng bởi tạp từ các nguồn bên ngoài như quá trình chế tạo, bộ tạo tín hiệu thử nghiệm và các máy biến áp thử nghiệm được cấp điện khác. Điều này làm tăng mức áp suất âm thanh đo được xung quanh đối tượng thử nghiệm.

Phép đo áp suất âm thanh không thể phân biệt được các trường âm thanh tới và phản xạ. Ảnh hưởng tường gần có xu hướng làm tăng mức áp suất âm thanh đo được.

Như nhận thấy trên Hình 10, ảnh hưởng của một số nhiễu nêu trên đến áp suất âm thanh có thể được giảm thiểu nhưng không thể triệt tiêu chúng.

Các khoảng cách đo tiêu chuẩn như quy định trong Điều 8 của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10) được lựa chọn dựa trên kinh nghiệm.

CHÚ DẪN

A phản xạ hoặc nhiễu áp suất từ nguồn âm thanh bên ngoài

B nhiễu áp suất từ nguồn âm thanh trường gần

L_p mức áp suất âm thanh

D khoảng cách giữa đối tượng thử nghiệm và micro

Hình 10 – Phân bố nhiễu đến áp suất âm thanh trong môi trường thử nghiệm

5.3.3 Phương pháp cường độ âm thanh

Cường độ âm thanh là đại lượng véctơ chỉ ra hướng của sự lan truyền âm thanh và do đó cho phép phân biệt công suất âm thanh đi và công suất âm thanh đi ra qua mặt phẳng đo bao quanh đối tượng thử nghiệm. Đặc tính này cho phép thực hiện phép đo trong các môi trường thử nghiệm không lý tưởng mà không cần hiệu chỉnh. Độ lớn của cường độ âm thanh là tích được lấy trung bình theo thời gian của áp suất âm thanh và vận tốc hạt.

Như đã nêu trước đây, một micro duy nhất có thể đo áp suất âm thanh; tuy nhiên, đo vận tốc hạt lại phức tạp hơn. Vận tốc hạt có liên quan đến gradien áp suất, tức là tốc độ tại đó áp suất tức thời thay đổi theo khoảng cách.

Nguyên tắc của phép đo vận tốc hạt là dựa vào định luật hai của Niutơn áp dụng cho không khí. Định luật hai của Niutơn liên quan đến gia tốc cho trước với một vật nặng theo lực tác dụng vào nó. Nếu lực và khối lượng đã biết, gia tốc có thể tìm được và khi đó tích phân theo thời gian sẽ tìm được vận tốc.

Trong sóng âm thanh, gradien áp suất sẽ gia tốc cho không khí có mật độ ρ.

Với hiểu biết về gradien áp suất và mật độ không khí, gia tốc hạt có thể được tính bằng cách sử dụng công thức (8):

(8)

trong đó a là gia tốc hạt do sự thay đổi áp suất δp trong không khí với mật độ ρ qua khoảng cách δr.

Tích phân công thức trên, công thức (9) cho ta vận tốc hạt u như sau:

(9)

Có thể đo gradien áp suất âm thanh với hai micro đặt sát nhau, A và B, phân cách bởi miếng đệm có chiều dài ∆r. Bằng phương pháp xấp xỉ vi phân hữu hạn của công thức (9) có thể tính được gradien áp suất bằng cách lấy hiệu giữa p_A và p_B, và chia cho khoảng cách ∆r giữa chúng.

CHÚ DẪN

A và B micro

C miếng đệm có chiều dài ∆r

Hình 11 – Bố trí micro

Tín hiệu gradien áp suất sau đó được tích phân để có được vận tốc hạt được lấy trung bình theo thời gian u như thể hiện trong công thức (10):

(10)

Sau đó cường độ âm thanh được tính bằng tích của áp suất âm thanh giữa cặp micro và vận tốc hạt được lấy trung bình theo thời gian:

(11)

Đây là nguyên lý cơ bản của xử lý tín hiệu trong thiết bị đo cường độ âm thanh.

Nguyên lý của phương pháp đo cường độ âm thanh về lý thuyết có tính đến các nhiễu được thảo luận ở trên; tuy nhiên trong môi trường thử nghiệm thực tế có các hạn chế cho việc áp dụng chúng.

Trong trường hợp hiệu số áp suất (p_A – p_B) giữa hai micro là nhỏ so với độ lớn áp suất tuyệt đối (p_A + p_B)/2 thì việc xác định gradien áp suất có xu hướng trở nên không chính xác.

Chỉ thị việc ảnh hưởng này có thể rút ra từ hiệu số giữa mức áp suất âm thanh chưa hiệu chỉnh có chứa các nhiễu và mức cường độ âm thanh của công suất nhiễu lan truyền từ riêng đối tượng thử nghiệm. Các kinh nghiệm cho thấy độ chính xác của phép đo cường độ âm thanh tương quan mạnh với hiệu số ∆L này và được gọi là chỉ số P-I:

(12)

Phải thừa nhận rằng tất cả các loại nhiễu đều góp phần vào chỉ số P-I và nhiễu càng lớn thì chỉ số P-I càng lớn.

Chỉ số P-I càng lớn thì càng có xu hướng đánh giá thấp mức cường độ âm thanh. Vì lý do này, chỉ số P-I lớn nhất cho phép phải được giới hạn để đảm bảo chất lượng phép đo (xem 11.3.5 của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10)). Cũng lưu ý là trong các tình huống như vậy, áp suất âm thanh lại được đánh giá cao.

Các sóng âm thanh ra khỏi bề mặt bức xạ của đối tượng thử nghiệm sẽ bị phản xạ lại từ sàn, tường và các đối tượng khác trong phòng thử nghiệm. Do độ nhạy của đầu đo cường độ âm thanh theo hướng lan truyền âm thanh, các phép đo cường độ âm thanh thường không bị ảnh hưởng bất lợi bởi các phản xạ này.

CHÚ THÍCH: Trong trường hợp trường âm thanh khuếch tán cao hoặc hoàn toàn (ví dụ bên trong vỏ bọc âm thanh), cường độ âm thanh gần với không và chỉ số P-I cao, điều này chỉ ra rằng phép đo đó không được chấp nhận.

Cần tránh hoặc giảm thiểu các sóng đứng bằng cách đặt cẩn thận đối tượng thử nghiệm trong phòng thử nghiệm, xem 6.2 của tiêu chuẩn này và 11.1.1 của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10). Tại các vị trí xảy ra sóng đứng, thiết bị đo sẽ đo được cường độ có giá trị gần với không vì áp suất âm thanh và vận tốc hạt là không đồng pha. Do đó, mức cường độ sẽ bị giảm và điều này được chỉ thị bởi chỉ số P-I cao.

Các môi trường thử nghiệm thực tế thường bị ảnh hưởng bởi tạp từ các nguồn bên ngoài như các quá trình chế tạo, bộ phát thử nghiệm và các máy biến áp thử nghiệm được cấp điện khác. Hình 12 chỉ ra môi trường như vậy với sự lan truyền tạp nền trạng thái ổn định từ trái sang phải qua đối tượng thử nghiệm.

Các vị trí cặp micro được chỉ ra bởi micro trắng A và micro đen B.

Hình 12 – Minh họa âm thanh nền đi qua vùng thử nghiệm và âm thanh bức xạ khỏi đối tượng thử nghiệm

Với đối tượng thử nghiệm không được cấp điện, sẽ có cường độ âm đo được bên phía trái, cường độ dương đo được bên phía phải và không đo được cường độ trên các mép dài. Do đó cường độ được lấy trung bình trong không gian sẽ bằng không. Khi đối tượng thử nghiệm được cấp điện, sẽ có một lượng cường độ dương bổ sung trên cả bốn cạnh phát ra. Như đề cập ở trên, ảnh hưởng của cường độ do tạp nền bằng không và do đó không có ảnh hưởng lên cường độ của các đối tượng thử nghiệm. Lưu ý là điều này không áp dụng cho áp suất âm thanh.

Vị trí lý tưởng ở trên không còn đúng nếu tạp nền tương đối cao so với tạp của đối tượng thử nghiệm. Trong các trường hợp như vậy, cường độ phía cạnh ngắn bên trái là nhỏ hoặc thậm chí có giá trị âm và cường độ phía cạnh ngắn bên phải tăng lên. Điều này không phải là vấn đề nếu độ lớn áp suất tuyệt đối (p_A + p_B)/2 không làm mất tác dụng của chênh lệch áp suất (p_A – p_B). Trên các cạnh phía trên và phía dưới (cạnh dài) của đối tượng thử nghiệm, ảnh hưởng này là nhiều hơn vì cả hai micro đều chịu sự tăng áp suất tuyệt đối giống nhau do tạp nền. Chỉ số P-I thể hiện điều này và cần rút ra chỉ số P-I chỉ từ các phép đo được lấy trung bình trong không gian dọc theo toàn bộ tuyến đo (khép kín) xung quanh đối tượng thử nghiệm.

Tóm lại, phương pháp cường độ âm thanh dùng cho tạp nền trạng thái ổn định nhưng chỉ ở một phạm vi nhất định. Khi các mức tạp nền trạng thái ổn định tăng lên, mức cường độ âm thanh đo được của đối tượng thử nghiệm giảm đi và hiển nhiên là không chấp nhận được. Đồng thời giá trị chỉ số P-I tăng lên. Làm việc trong phạm vi giới hạn đối với chỉ số P-I như nêu trong 11.3.5 của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10) sẽ duy trì khả năng chấp nhận của phép đo.

Các phép đo cường độ âm thanh phân biệt giữa trường âm thanh chủ động và phản xạ: do đó các hiệu ứng trường gần sẽ không ảnh hưởng bất lợi đến mức cường độ âm thanh đo được.

Như nêu trong 11.3.1 của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10), thiết yếu đối với phương pháp cường độ âm thanh là bề mặt đo và do đó tuyến đo phải bao hoàn toàn đối tượng thử nghiệm. Trong khi chỉ thị điểm của cường độ âm thanh và chỉ số P-I có thể chỉ mang tính tham khảo nhằm xác định các vị trí có phát xạ âm thanh mơ hồ thì các phép đo được thực hiện nhằm ước lượng công suất âm thanh và chỉ số P-I tương ứng phải được rút ra từ các phép đo dọc theo toàn bộ tuyến đo.

5.3.4 Chọn phương pháp đo âm thanh thích hợp

Cả phương pháp áp suất âm thanh và phương pháp cường độ âm thanh có thể được sử dụng để ước lượng công suất âm thanh và chúng được kỳ vọng là cho các kết quả tương đương nhau.

Phương pháp cường độ âm thanh thường tính đến tính vật lý của âm thanh và điều này được phản ảnh trong thực tế là không có yêu cầu hiệu chỉnh. Các kết quả đo được được chấp nhận với điều kiện duy trì các giới hạn chỉ số P-I (11.3.5 của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10). Giá trị 4 dB là giới hạn cơ sở được đưa vào sau khi xem xét và đánh giá cẩn thận các ảnh hưởng của từng nhiễu riêng rẽ và trên cơ sở các kinh nghiệm thực tế. Kinh nghiệm này cũng cho thấy rằng các ước lượng công suất âm thanh dựa trên các phép đo cường độ âm thanh trong giới hạn này thể hiện giá trị đúng của công suất âm thanh một cách chính xác hơn so với các ước lượng công suất âm thanh dựa trên các phép đo áp suất âm thanh có hiệu chỉnh.

Dựa trên đường cơ sở 4 dB đối với chỉ số P-I, cường độ âm thanh có xu hướng đánh giá thấp và áp suất âm thanh có xu hướng đánh giá cao công suất âm thanh. Trong trường hợp này, mức cường độ âm thanh ghi lại được được giả thiết là thấp hơn 4 dB so với mức áp suất âm thanh đo được, xem 11.3.5 của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10). Ước lượng này tránh được rủi ro đánh giá thấp công suất âm thanh.

Giới hạn trên đối với chỉ số P-I là 8 dB cho trong 11.3.5 của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10) được dự kiến để duy trì chất lượng tối thiểu của môi trường thử nghiệm.

Trong trường hợp các điều kiện trên không thể đáp ứng tức là chỉ số P-I vượt quá 8 dB và trong trường hợp mức áp suất âm thanh được cho là đánh giá quá cao công suất âm thanh thì có thể xem xét các phương pháp đo thay thế như phép đo đồng bộ thời gian và băng tần hẹp có lựa chọn.

5.4 Thông tin về các băng tần

Độ rộng băng tần mặc định trong tiêu chuẩn này là 1/3 octave. Độ rộng băng tần này thường được sử dụng trong công nghiệp và thường có sẵn trên các thiết bị đo mức âm thanh. Độ rộng băng tần này thường cung cấp đủ chi tiết để đánh giá đối tượng thử nghiệm, đặc biệt là với các âm sắc của máy biến áp.

CHÚ THÍCH: Các mức băng tần octave và mức âm thanh tổng có thể được rút ra từ các mức băng tần 1/3 octave.

Để đo các âm sắc cơ bản và hài của máy biến áp riêng rẽ, cần chọn các băng tần đo hẹp thích hợp. Khi âm sắc nằm giữa hai băng tần kế tiếp thì năng lượng của âm sắc này sẽ được phân bố trên hai băng tần kế tiếp này.

Đối với các hệ thống 50 Hz, các âm sắc đến 600 Hz trùng khớp với độ rộng có ích của các băng tần 1/3 octave; điều này không xảy ra với các hệ thống 60 Hz. Hài bậc ba của hệ thống 60 Hz ví dụ nằm trên giới hạn băng tần thấp hơn của băng 400 Hz; do đó một phần của năng lượng âm sắc được thể hiện trong băng tần 315 Hz. Để xác định độ lớn của việc phân chia âm sắc trên hai băng tần kế tiếp, có hai mức băng tần phải được tổng hợp, nếu không phải chấp nhận độ rộng băng tần lớn hơn.

Hình 13 thể hiện các âm sắc đang xét và các băng tần 1/3 octave và 1/1 octave.

Các âm sắc cần xét chiếm ưu thế đối với phần lớn máy biến áp và cuộn kháng thường không nằm ngoài hài bậc sáu.

Hình 13 – Các băng tần 1/1 octave và 1/3 octave với âm sắc máy biến áp trong các hệ thống 50 Hz và 60 Hz

Tạp của thiết bị làm mát không khí cưỡng bức và bơm có đặc tính của băng tần rộng đôi khi có các thành phần âm sắc và các phép đo ở băng tần 1/3 octave nhìn chung là thích hợp.

Hệ thống đo với độ phân giải tần số lớn hơn, ví dụ hệ thống băng tần 1/12 octave trong đó băng tần 1/3 octave được chia thành các băng nhỏ hơn, nhìn chung được xem là phép đo băng tần hẹp. Các phép đo băng tần hẹp có tính chọn lọc hơn đối với các thành phần âm thanh âm sắc so với các phép đo băng tần 1/3 octave và cho phép triệt tiêu các tín hiệu không mong muốn có trong tạp nền. Để đánh giá công suất âm thanh, chỉ cần xét đến các băng tần thể hiện các âm sắc đặc trưng của đối tượng thử nghiệm. Phương pháp này áp dụng như nhau đối với các phép đo áp suất âm thanh và phép đo cường độ âm thanh và có thể được sử dụng để xác định các mức công suất âm thanh.

Hậu quả của việc sử dụng các băng tần hẹp là nguy cơ năng lượng âm sắc được thể hiện trên cả hai băng tần liền kề. Do đó, khi đánh giá các phép đo băng tần hẹp, phải xem xét sự góp phần của các băng tần liền kề.

Hậu quả tiếp theo của việc sử dụng các băng tần hẹp là làm tăng thời gian lấy mẫu cần thiết, đặc biệt đối với các tần số thấp hơn. Để tránh các phép đo không chính xác, thời gian lấy mẫu được thực hiện theo hướng dẫn của thiết bị đo.

Hai kỹ thuật thường được sử dụng để thực hiện các phép đo băng tần hẹp.

Kỹ thuật lọc số đóng vai trò là tổ hợp các bộ lọc song song thời gian thực. Với kỹ thuật này, các phép đo băng tần 1/n octave thể hiện phổ tần số trên thang đo loga bằng cách sử dụng băng tần có phần trăm không đổi (cpb), trong đó ví dụ độ rộng băng tần 1/3 octave là 23 % và độ rộng băng tần ½ octave là 6 % tần số trung tâm của băng.

Kỹ thuật phân tích chuỗi Fourier nhanh (FFT) thể hiện phổ tần số trên thang đo tần số tuyến tính sử dụng các độ rộng băng tần không đổi. Khuyến cáo là độ rộng băng tần đo được chọn ở 10 Hz hoặc nhỏ hơn và sử dụng cửa sổ thời gian “sàn-trần” của thiết bị đo. Với cửa sổ thời gian, biên độ đo được của âm sắc là không nhạy với bất cứ khi nào nó rơi vào phạm vi băng tần tuy nhiên âm sắc thuần túy cũng sẽ thể hiện các mức cao của các băng tần liền kề. Việc “rò rỉ” này không ảnh hưởng đến độ chính xác của băng tần chứa âm sắc. Nếu chỉ công thêm các băng tần riêng rẽ chứa các âm sắc đặc trưng thì sự có mặt của rò rỉ này rõ ràng là không liên quan. Tuy nhiên phải xem xét khi các băng tần kế tiếp được thêm vào ví dụ trong trường hợp các phép đo với thiết bị làm mát đang vận hành. Tổng các băng tần kế tiếp có chứa “rò rỉ” và vượt quá mức đúng bởi một lượng cụ thể cửa sổ của bộ lọc. Các mức âm thanh tổng trở về từ thiết bị hiện đại sẽ tính đến điều này.

5.5 Thông tin về bề mặt đo

Ước lượng của công suất âm thanh dựa trên phương pháp đường bao trong ISO 3746. Điều kiện để áp dụng phương pháp này là không có công suất âm thanh truyền qua mặt phẳng phản xạ mà trên đó đặt nguồn âm thanh và tất cả các công suất âm thanh được truyền hoàn toàn qua bề mặt bao quanh nguồn âm thanh. Ví các phép đo âm thanh được thực hiện dọc theo bề mặt này, bề mặt này được gọi là mặt phẳng đo. Công suất âm thanh của nguồn về lý thuyết có được bằng cách tích phân theo mặt phẳng của cường độ âm thanh vuông góc với toàn bộ mặt phẳng đo. Với mục đích thực tế, mặt phẳng này được chia thành các mặt phẳng thành phần mà trên đó các phép đo riêng rẽ được thực hiện. Trong trường hợp các mặt phẳng thành phần này có diện tích bằng nhau thì có thể suy ra giá trị cường độ âm thanh vuông góc trung bình của tất cả các phép đo riêng rẽ và nhân giá trị này với diện tích toàn bộ mặt phẳng để có được công suất âm thanh. Điều này giải thích tại sao cần thiết phải tính chiều cao của mặt phẳng đo từ mặt phẳng phản xạ và các kết cấu đỡ bất kỳ khác giữa mặt phẳng phản xạ và đối tượng thử nghiệm phải được đưa vào mặt phẳng đo. Xem thêm ISO 3746.

Đối với máy biến áp, thường không thể tiếp cận được nắp để đo âm thanh. Do đó, khi xác định mặt phẳng đo, tình huống này phải được tính đến và thường được thực hiện với sự mở rộng chiều cao đo. Hai cách tiếp cận đã từng được sử dụng:

Cách tiếp cận thứ nhất: S = 1,25 h I_m

Cách tiếp cận thứ hai: S = (h + x) I_m

Cách tiếp cận thứ nhất chỉ áp dụng cho các khoảng cách đo ngắn, cụ thể là 0,3 m. Cách tiếp cận này tính đến cả diện tích mặt phẳng của nắp theo cách gần đúng bằng hệ số 1,25. Nếu khoảng cách đo tăng lên thì diện tích nắp sẽ bị đánh giá thấp và điều này không đáp ứng nguyên lý đường bao. Cách tiếp cận thứ hai tính đến điều này và do đó phù hợp với nguyên lý đường bao. Cách tiếp cận này cũng đồng nhất với cách tiếp cận bán cầu trường xa (xem 10.2 của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10)) ở khoảng cách đo đường biên xác định là 30 m.

Khi khoảng cách đo là 0,3 m thì cả hai công thức đều sai lệch nhỏ hơn 1 dB đối với phép đo mặt phẳng và công thức thứ hai duy trì nguyên lý đường bao ở tất cả các khoảng cách đo liên quan, chỉ chọn công thức này để sử dụng trong TCVN 6306-10 (IEC 60076-10).

5.6 Thông tin về khoảng cách đo

Khoảng cách đo tiêu chuẩn được xác định là 0,3 m đối với máy biến áp phân phối, 1 m đối với tất cả các máy biến áp khác và 2 m đối với các phép đo với cơ cấu làm mát bằng không khí cưỡng bức đang vận hành và đối với cuộn kháng kiểu khô lõi không khí (xem Điều 8 của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10)) được nhận biết là tối ưu vì các lý do sau.

1) Tỷ số tín hiệu trên tạp

Micro càng gần đối tượng thử nghiệm thì tỷ số tín hiệu trên tạp nền càng tốt và điều này là mong muốn; tuy nhiên điều này lại mâu thuẫn với các yêu cầu khác được nêu dưới đây.

Việc đạt được tỷ số tạp trên nhiễu thường là tác nhân chính khi thử nghiệm máy biến áp phân phối hoặc các khối tạp thấp và chấp nhận khoảng cách đo 0,3 m đối với các ứng dụng này là thừa nhận yêu cầu này.

2) Tối thiểu hóa các ảnh hưởng trường gần

Như giải thích trong 3.6.4, trường gần suy giảm theo hàm số mũ với khoảng cách đo và ảnh hưởng của nó lên phương pháp áp suất âm thanh trở nên nhỏ chấp nhận được đối với các khoảng cách đo 1 m hoặc lớn hơn thậm chí đối với các tần số cần xét thấp nhất.

Với thông tin nêu trên cùng với tỷ số tín hiệu-tạp chấp nhận được ở khoảng cách 1 m đối với phần lớn máy biến áp không phải loại máy biến áp phân phối đã dẫn đến quyết định quy định khoảng cách đo tiêu chuẩn là 1 m đối với phương pháp áp suất âm thanh.

3) Tối thiểu hóa chỉ số P-I

Có hai hiệu ứng ảnh hưởng đến chỉ số P-I. Liên quan đến đối tượng thử nghiệm, có các thành phần trường âm thanh phản xạ cao làm tăng chỉ số P-I khi thực hiện các phép đo sát với các đường bao của môi trường thử nghiệm. Các thực tế này cùng với tỷ số tín hiệu trên tạp chấp nhận được ở khoảng cách 1 m đối với phần lớn máy biến áp đã dẫn đến quyết định quy định khoảng cách đo tiêu chuẩn là 1 m đối với phương pháp cường độ âm thanh.

4) Tối thiểu hóa các ảnh hưởng của nhiễu động đến micro

Các micro đo rất nhạy với nhiễu động. Trường âm thanh bản thân nó cũng bị ảnh hưởng khi có các nhiễu động. Cả hai hiệu ứng này dẫn đến việc chấp nhận khoảng cách đo 2 m đối với thiết bị làm mát bằng không khí cưỡng bức khi vận hành. Thông tin thêm về tác động của nhiễu động này lên các trường âm thanh được cho trong Phụ lục C của ISO 9614-1:1993 và Phụ lục C của ISO 9614-2:1996.

Tấm chắn gió của micro sẽ làm giảm tác động của nhiễu động đến micro và phải sử dụng các tấm này.

5) Khía cạnh an toàn

Các khía cạnh an toàn do tiếp cận với các bộ phận điện áp cao phải được quan tâm hơn khoảng cách đo ưu tiên được đề cập ở trên.

Cuộn kháng lõi không khí đặc biệt nhấn mạnh trường hợp nêu trên; khoảng cách đo 2 m được chấp nhận phổ biến.

6) Giới hạn của khoang thử nghiệm

Các khoảng cách đo quy định phải được tuân thủ bất cứ khi nào có thể; tuy nhiên các giới hạn của khoang thử nghiệm có thể phải được chấp nhận dẫn đến việc chấp nhận khoảng cách đo nhỏ nhất tiếp theo.

CHÚ THÍCH: Trong các trường hợp cực đoan, tức là khi các phép đo âm thanh tin cậy theo TCVN 6306-10 (IEC 60076-10) không thể đạt được trong phòng thử nghiệm thì có thể xét đến thử nghiệm thay thế tại hiện trường.

5.7 Thông tin về quy trình đo (quy trình liên tục và quy trình từng điểm)

Tiêu chuẩn này thừa nhận sự tương đương của hai quy trình: quy trình liên tục và quy trình từng điểm. Cả hai quy trình đều cung cấp các mức khả năng lặp lại trong phạm vi dung sai chuẩn.

Lưu ý là quy trình liên tục thường nhanh hơn; đòi hỏi những đặc điểm hữu ích khi nhiều thử nghiệm thể hiện các điều kiện làm việc khác nhau. Ngoài ra, nỗ lực xử lý kết quả cũng được giảm thiểu.

Trong Điều 9 của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10), tốc độ di chuyển lớn nhất trong quy trình liên tục được quy định là 1 m/s. Người vận hành có thể chọn tốc độ chậm hơn, khoảng 0,5 m/s. Tốc độ này có thể dễ duy trì hơn ở mức không đổi, dễ khống chế sự tăng vọt và giảm thiểu được tạp do bước chân.

Việc sử dụng quy trình liên tục có thể không thích hợp nếu tạp bước chân tiếp cận hoặc vượt quá tín hiệu đo được. Chi tiết hơn, xem 6.3.

Như giải thích trong 4.5 mức âm thanh thay đổi theo tuyến đo. Sự thăng giáng áp suất âm thanh đối với nhưng khối lớn thường nằm trong phạm vi 5 dB, tuy nhiên có thể xảy ra một vài sự thăng giáng cực đoan lên đến 16 dB, đặc biệt đối với các phép đo mức âm thanh do dòng điện tải (xem Hình 14). Đối với các khối nhỏ (máy biến áp phân phối), sự thăng giáng sẽ nhỏ hơn.

Quy trình liên tục đưa ra phép đo lấy trung bình theo không gian để xử lý các thăng giáng nêu trên. Quy trình từng điểm cũng đề cập đến các thăng giáng này bằng cách giới hạn khoảng cách lớn nhất giữa các micro là 1 m và bằng cách quy định số lượng vị trí micro nhỏ nhất đối với các khối nhỏ.

Hình 14 dưới đây mô tả phép đo áp suất âm thanh của quy trình liên tục thể hiện sự thăng giáng theo thời gian/khoảng cách khi di chuyển micro dọc theo tuyến đo. Đối tượng thử nghiệm và tham số của bố trí thử nghiệm như dưới đây:

Đối tượng thử nghiệm	3 pha / 30 MVA / ONAN
Thử nghiệm được thực hiện	Mức âm thanh ở dòng điện danh định
Độ cao đo	1/3 và 2/3 độ cao thùng dầu máy biến áp
Khoảng cách đo	0,3 m
Chiều dài tuyến đo	25,7 m
Thời gian đo	70 s
Tốc độ di chuyển	2 x 25,7 / 70 s= 0,73 m/s
Độ phân giải	100 ms

Hình 14 – Phép đo có ghi mô tả sự thăng giáng theo không gian dọc theo tuyến đo

CHÚ THÍCH: Đối với các phép đo cường độ, tín hiệu logging có thể phức tạp hơn vì hướng của cường độ thường thay đổi theo ác giá trị âm tại vị trí nhất định.

6 Khía cạnh thực tế khi thực hiện các phép đo âm thanh

6.1 Quy định chung

Điều này đưa ra những lời khuyên thực tế trong việc thực hiện các phép đo áp suất âm thanh và cường độ âm thanh chất lượng và lặp lại được.

6.2 Hướng của đối tượng thử nghiệm để tránh hiệu ứng sóng đứng

Khi đối tượng thử nghiệm được đặt sao cho các vách song song với các vách phản xạ của môi trường thử nghiệm thì điều này có thể gây ra lượng sóng đứng quá mức, xem 3.6. Phép đo áp suất âm thanh được thực hiện trong vùng có sóng đứng sẽ gây ra việc đánh giá cao công suất âm thanh. Các phép đo cường độ âm thanh được thực hiện trong vùng có sóng đứng sẽ gây ra việc đánh giá thấp công suất âm thanh. Do đó nên đặt đối tượng thử nghiệm như minh họa trong Hình 15 dưới đây.

CHÚ DẪN

A đối tượng thử nghiệm	D sóng âm thanh trực tiếp
B vị trí micro	E sóng âm thanh phản xạ
C mặt phẳng phản xạ của phòng thử nghiệm	F tạp nền

Hình 15 – Môi trường thử nghiệm

6.3 Vận hành thiết bị để có phép đo âm thanh tốt

Thường cần phải lắp micro trên một cần. Người vận hành có trách nhiệm đảm bảo tính năng đo như nhau khi có hoặc không có cần kéo dài.

Trong trường hợp sử dụng thiết bị cầm tay mà không có cần, người vận hành phải tránh các phản xạ từ cơ thể của họ. Điều này thường đạt được nếu thiết bị không được giữ giữa đối tượng thử nghiệm và cơ thể người vận hành.

Đối với phương pháp cường độ, miếng đệm micro phải có tiếp xúc chặt chẽ với micro.

Tuổi thọ bình thường của tấm chắn gió dạng xốp (tấm che cửa sổ) trong môi trường sạch vào khoảng 5 năm nhưng độ nhiễm bẩn của khí quyển có thể làm giảm khoảng thời gian rất nhanh thậm chí chỉ còn vài tháng. Để tránh các tác động lên phép đo mức âm thanh, phải thay các tấm chắn gió đã lão hóa. Các dấu hiệu của lão hóa là mất tính đàn hồi và trở nên giòn. Cũng phải thay các tấm chắn gió bị bụi và dính.

Cáp micro lớn có thể có ảnh hưởng bất lợi đến các phép đo mức âm thanh. Mức âm thanh thăng giáng tạo nên các thành phần nhất định trong dải tần từ 500 Hz đến 1 250 Hz là chỉ thị điển hình của cáp lớn. Các phép đo được thực hiện có hoặc không có cần đo dài có thể bị ảnh hưởng. Cố định cáp micro vào cần hoặc một cách lý tưởng, cho micro di chuyển bên trong cần có thể giảm thiểu hiệu ứng này.

Khi đo các mức áp suất âm thanh nhỏ hơn 40 dV(A), tạp bước chân của người vận hành có thể có tác động đến kết quả có được từ quy trình liên tục. Do đó nguồn tạp này cần càng nhỏ càng tốt. Nếu không thể giảm thiểu đủ, cần xem xét sử dụng quy trình từng điểm. Một cách khác, tuyến đo có thể chia thành các tuyến nhỏ hơn khi đó có thể di chuyển micro với tốc độ không đổi mà không cần phải bước chân. Các phép đo riêng lẻ khi đó phải được gộp lại thành kết quả cuối cùng. Điều này thường được áp dụng cho các máy biến áp nhỏ.

Quy trình hiệu chuẩn phải được hiểu và áp dụng cẩn thận.

• Thiết bị hiệu chuẩn bản thân nó cũng đòi hỏi phải hiệu chỉnh thường xuyên theo các quy trình QA cần thiết.

• Thiết bị hiệu chuẩn phải được ghép nối đúng với micro.

• Hiệu chuẩn micro/đầu đo cường độ phải tuân thủ các yêu cầu của nhà chế tạo.

• Hiệu chuẩn phải được thực hiện với các cáp kéo dài đi kèm khi được sử dụng.

6.4 Chọn miếng đệm micro cho phép đo cường độ âm thanh

Khi sử dụng phương pháp cường độ âm thanh, cần chọn miếng đệm (xem Hình 11) thích hợp với dải tần số cần đo. Giả thiết được thực hiện trong lý thuyết của các phép đo cường độ âm thanh là đưa ra một tần số giới hạn trên cho các phép đo chính xác – miếng đệm càng nhỏ thì tần số có thể đo càng cao. Sự lệch pha trong hệ thống phân tích đưa ra giới hạn tần số thấp – miếng đệm càng lớn thì tần số có thể đo một cách chính xác càng nhỏ.

Người vận hành cần lưu ý đến hướng dẫn của nhà chế tạo thiết bị đo để xác định chiều dài thích hợp của miếng đệm đối với từng phép đo. Để hướng dẫn, miếng đệm có chiều dài 50 mm thường được sử dụng cho âm thanh tần số thấp (xấp xỉ 63 Hz đến 1 250 Hz) từ máy biến áp và cuộn kháng, trong khi miếng đệm dài 12 mm được yêu cầu đối với âm thanh tần số cao hơn (xấp xỉ 250 Hz đến 5 000 Hz) từ thiết bị làm mát. Tuy nhiên, thông lệ chung là chỉ sử dụng một chiều dài miếng đệm cho tất cả các phép đo âm thanh của máy biến áp trong một phòng thử nghiệm cụ thể và điều này là chấp nhận được nếu quy trình hiệu chuẩn cường độ cho thấy có đủ độ chính xác trên dải tần cần xét.

6.5 Phép đo với các tấm âm thanh được lắp trên thùng dầu tạo ra vỏ bọc không hoàn toàn

Trong trường hợp máy biến áp có các tấm âm thanh được lắp trên thùng dầu máy biến áp với các phần của thùng dầu không bị che phủ (thường là nóc thùng) thì không còn có thể giả thiết rằng năng lượng âm thanh bức xạ như nhau theo mọi hướng. Do đó, các xấp xỉ S = (h+1)I_m đối với khoảng cách đo tiêu chuẩn 1 m sẽ không hợp lệ và có thể gây ra đánh giá thấp năng lượng âm thanh bức xạ vào trường xa.

Một phương pháp để ước lượng công suất âm thanh bức xạ bằng cách sử dụng phương pháp cường độ âm thanh đối với một khối có các tường bên được che phủ hoàn toàn (các lỗ trống giữa tấm và thùng dầu được làm khít) nhưng nắp thùng dầu để mở để thực hiện hai phép đo theo quy trình quy định trong TCVN 6306-10 (IEC 60076-10), một có lắp các tấm và một không lắp. Phép đo được thực hiện không có tấm âm thanh thể hiện vùng không bị che phủ trong khi phép đo được thực hiện với tấm âm thanh thể hiện vùng bị che phủ. Khi đó sẽ lấy diện tích liên quan được tính ở khoảng cách đo thích hợp để xác định công suất âm thanh của tấm; mức công suất âm thanh tổng được rút ra bằng cách cộng loga các mức công suất âm thanh thành phần.

Trường hợp các vách của thùng dầu chỉ bị che phủ một phần, phương pháp đo cường độ nêu trong tiêu chuẩn này không áp dụng được vì mức cường độ đo được tại các vị trí micr sẽ không đại diện cho toàn bộ bề mặt máy biến áp. Mức công suất âm thanh trong trường hợp đó được ước lượng tốt nhất với một phép đo duy nhất dựa trên phương pháp áp suất âm thanh như mô tả trong tiêu chuẩn này ở khoảng cách đo không nhỏ hơn 1 m. Quy trình này cũng có thể áp dụng cho các khối có các vách bị che phủ hoàn toàn nhưng nắp thùng dầu để mở.

Tình huống thứ nhất (các vách của thùng dầu bị che phủ hoàn toàn bởi tấm âm thanh) tính đến ưu điểm của độ nhạy theo hướng của đầu đo cường độ âm thanh trong đó trong tình huống thứ hai (các vách của thùng dầu chỉ bị che phủ một phần) thì độ nhạy theo hướng này có thể dẫn đến sai số.

Không loại trừ các phương pháp khác, ví dụ vẽ bản độ cường độ, nhưng cần có thỏa thuận với người mua.

6.6 Thử nghiệm cuộn kháng

Thử nghiệm cuộn kháng đòi hỏi cung cấp công suất đầy đủ cho cuộn kháng. Cụ thể điện áp thường gây ra các mức âm thanh cao phát ra từ máy biến áp cấp nguồn mà có thể ảnh hưởng đến phép đo mức âm thanh của cuộn kháng. Việc áp dụng phương pháp cường độ có thể làm giảm điều này và tránh việc xác định riêng rẽ mức công suất âm thanh của máy biến áp cấp nguồn mang tải bởi hai phép đo riêng rẽ.

Có thể không thể cấp điện cho các cuộn kháng lớn ở điện áp danh định do các giới hạn trong nguồn điện của phòng thí nghiệm. Trong các trường hợp này, có thể cần thực hiện phép đo mức âm thanh tại hiện trường. Điều này phải được nêu trong hồ sơ thầu và được thỏa thuận giữa nhà chế tạo và khách hàng. Một cách khác, trong trường hợp các khối ba pha có tuyến cho thông lượng trở về (năm cuộn kháng thành phần), mức âm thanh có thể được đo đối với ba cuộn kháng một pha riêng rẽ trong điều kiện đầy tải và các giá trị có được sẽ được cộng loga với nhau. Điều này chỉ cung cấp giá trị gần đúng của mức âm thanh tổng vì giả thiết rằng ba nguồn âm thanh là không tương quan, mà sẽ không phải trường hợp khi khối đang làm việc. Việc sử dụng xấp xỉ này phải được thỏa thuận từ giai đoạn đấu thầu.

7 Khác nhau giữa thử nghiệm tại nhà máy và phép đo mức âm thanh tại hiện trường

7.1 Quy định chung

Để đảm bảo tính lặp lại, các phép đo tại nhà máy được thực hiện trong các điều kiện có khống chế quy định trong các tiêu chuẩn đo âm thanh. Các phép đo mức âm thanh được thực hiện trong vận hành có nhiều khả năng khác với phép đo trong nhà máy vì các điều kiện làm việc của đối tượng thử nghiệm sẽ sai lệch với điều kiện được sử dụng trong nhà máy. Các điều kiện làm việc này là hướng và vị trí đặt máy biến áp, phương pháp lắp đặt, đối tượng phản xạ như các vách chống cháy và tòa nhà, sự thay đổi các hài tần số, điện áp và dòng điện, điện áp mạng không đồng bộ, để gần các khối khác, vầng quang của trạm điện và đường dây trên không. Các điều kiện khí tượng này không thể không chế nhưng cần ghi lại.

Một số hiệu ứng nêu trên và các yếu tố khác được mô tả chi tiết hơn trong 7.2 đến 7.9 và do đó cần được xét đến khi khách hàng quy định các yêu cầu mức âm thanh đối với máy biến áp và khi các phép đo mức âm thanh cần thực hiện trong vận hành.

Khi đóng cắt trong vận hành, mức âm thanh của máy biến áp sẽ tăng tạm thời do từ hóa một chiều. Hiệu ứng này có thể xảy ra trong vài phút, vài giờ hoặc thậm chí vài ngày đối với các khối lớn có cảm ứng suy giảm danh nghĩa thấp (xem thêm 7.7).

7.2 Điện áp làm việc

Điện áp mạng điện có thể thay đổi cỡ ±10 % trong các điều kiện làm việc thực tế và do đó cảm ứng lõi và mức công suất âm thanh lõi sẽ thay đổi. Tùy thuộc vào thiết kế máy biến áp, sai lệch mức công suất âm thanh so với các kết quả thử nghiệm tại nhà máy đến 5 dB hoặc thậm chí 10 dB.

7.3 Dòng điện tải

Dòng điện tải trong vận hành thay đổi giữa điều kiện không tải và trường hợp quá tải. Giữa các cực trị này, mức công suất âm thanh do dòng điện tải sẽ thay đổi theo công thức (7) của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10).

Tuy nhiên công thức này không xét đến hiệu ứng bão hòa gây ra do thông lượng rò trong che chắn từ (ví dụ điện trở sun của bình dầu) do dòng điện tải. Điều này có thể xảy ra trong các trường hợp quá tải.

Đối với các thiết kế máy biến áp điện lực có mức công suất âm thanh không tải, việc mang tải có thể tác động đáng kể đến mức công suất âm thanh tổng. Ngoài ra, các dòng điện tải cũng thay đổi điện áp rơi bên trong trên trở kháng máy biến áp (xem 7.4). Điều này tác động đến mức cảm ứng của lõi và gây ra những thay đổi trong mức công suất âm thanh của lõi máy biến áp.

Khi các phép đo mức âm thanh được thực hiện trong vận hành, dòng điện, điện áp và vị trí nấc điều chỉnh trong từng cuộn dây phải được ghi lại nếu sẵn có để hiểu các mức kích thích trong các phần khác nhau của lõi và mang tải của cuộn dây.

Một số máy biến áp được cấp điện với cuộn khác giới hạn dòng bên trong được nối trong mạch cuộn dây thứ ba. Khi cuộn dây thứ ba được mang tải, cuộn kháng góp phần vào mức công suất âm thanh, việc góp phần này thay đổi mạnh theo mức mang tải. Trong các trường hợp này, mức công suất âm thanh đo được do dòng điện tải có thể sai lệch so với mức ghi lại trong thử nghiệm chấp nhận cuối cùng. Có thể yêu cầu các phép đo công suất âm thanh riêng rẽ với cuộn thứ ba hở mạch.

7.4 Hệ số công suất tải và hướng luồng công suất

Trong nhà máy, các mức công suất âm thanh không tải và có tải được đo riêng rẽ. Hai mức này sau đó được cộng lại để dự đoán mức công suất âm thanh tổng của đối tượng thử nghiệm. Tuy nhiên điều này giả thiết các rung động của lõi và cuộn dây là không tương quan với nhau.

Trong các điều kiện vận hành, tùy thuộc vào hệ số công suất của tải và hướng của luồng công suất, từ thông trong các phần của lõi có thể sửa đổi bởi sự xếp chồng của thông lượng tạp tán của cuộn dây. Góc pha giữa điện áp và dòng điện tải làm cho công suất âm thanh được đo trong vận hành khác với công suất âm thanh được dự đoán trong nhà máy bởi một lượng nhỏ, nhìn chung vào cỡ ±1 dB. Đảo ngược luồng công suất có thể thúc đẩy hiệu ứng này và đôi khi thúc đẩy đáng kể hiệu ứng này. Việc mang tải phản xạ được nối với điện trở sun cũng có thể có hiệu ứng có nghĩa, làm tăng hoặc giảm mức công suất âm thanh. Ví dụ điển hình là với các máy biến áp SVC.

7.5 Nhiệt độ làm việc

Đối với phần lớn máy biến áp, mức âm thanh sẽ không thay đổi khi nhiệt độ làm việc thay đổi tự nhiên, đối với các khối nhất định, mức âm thanh có thể thay đổi. Trong các trường hợp này, sự thay đổi so với sự bắt đầu cân bằng ở điều kiện lạnh trong các điều kiện làm việc bình thường có thể đạt đến 3 dB.

7.6 Các hài trong dòng điện tải và điện áp

Trong thử nghiệm chấp nhận tại nhà máy, tiêu chuẩn này đòi hỏi điện áp và dòng điện cần phải là hình sin và công suất âm thanh bức xạ là kết quả của điều kiện này.

Mức công suất âm thanh ở điều kiện vận hành có thể tăng lên do có các hài này.

Vì các mạng điện được vận hành với điện áp không đổi và các giới hạn đối với méo hài phải được duy trì, dạng sóng điện áp hình sin sẽ được duy trì ở mức cao, chỉ gây ra ảnh hưởng nhỏ đến các mức âm thanh không tải của máy biến áp. Điều này cũng áp dụng cho các máy biến áp được nối với bộ chuyển đổi.

Tuy nhiên, khi các dòng điện hài được đưa vào các cuộn dây của máy biến áp và cuộn kháng bởi các thiết bị điện tử công suất, điều này gây ra việc tăng mức công suất âm thanh tải. Hiệu ứng này lên mức công suất âm thanh tổng có thể đáng kể vì các tần số cao hơn này bị suy giảm ít hơn bởi trọng số A so với tần số cơ bản 100 Hz hoặc 120 Hz.

Để có thông tin chi tiết, xem 4.2.5 và Phụ lục A.

Các máy biến áp ghép nối với lưới, máy biến áp tăng áp và máy biến áp giảm áp thường sẽ phải chịu méo hài dòng điện.

Vì thông số đặc trưng của bộ chuyển đổi điện tử công suất tiếp cận với thông số đặc trưng của máy biến áp, méo hài dòng điện dần trở nên đáng kể hơn. Điều này áp dụng cho ứng dụng sau: máy biến áp HVDC, máy biến áp có cuộn nghịch lưu, máy biến áp dùng cho ứng dụng SVC và VSC, fiđơ cho đường sắt dựa trên các bộ chuyển đổi, máy biến áp kéo và máy biến áp dùng cho các ứng dụng điều khiển.

7.7 Từ hóa một chiều

Ngay cả khi từ hóa một chiều vừa phải của lõi máy biến áp, như mô tả trong 4.2.1 có thể gây ra việc tăng đáng kể mức âm thanh của máy biến áp. Các lõi máy biến áp có dòng điện không tải rất thấp và khi phải chịu dòng điện thiên áp một chiều, chúng có thể tạo ra mức âm thanh cỡ 30 dB cao hơn giá trị thử nghiệm tại nhà máy (xem thêm Hình 6).

Các mạch điện ví dụ như fiđơ một chiều cho các hệ thống truyền tải có nguồn trường một chiều trong máy biến áp. Tuy nhiên, với sự tăng thiết bị điện tử công suất cao trong các hệ thống và ngành công nghiệp truyền tải điện, số lượng nguồn có thể có đối với từ hóa một chiều tiếp tục tăng. Ví dụ, các hệ thống HVDC làm việc trong phương thức trở về đất có thể tạo ra dòng điện một chiều trong các trung tính của máy biến áp mà sau đó lan ra mạng xoay chiều xung quanh.

Nguồn khác gây ra các dòng điện một chiều hoặc dòng điện gần một chiều có thể là nguồn điện hóa kể cả các hệ thống bảo vệ catốt.

Các dòng điện một chiều vừa phải có thể được phát ra bởi sự không đối xứng đóng cắt trong các bộ chuyển đổi VSC được nối với máy biến áp.

Nếu các đường dây xoay chiều và một chiều đi song song (được đỡ bởi cùng một cột) điều này gây ra các dòng điện một chiều tạp tán nhỏ chạy trong đường dây xoay chiều.

Trong các máy biến áp được nối với đường dây truyền tải dài, bão có thể gây ra dòng điện cảm ứng địa từ (GIC) cũng có thể tạo ra từ hóa một chiều nghiêm trọng. Các máy biến áp một pha, ba pha năm dây và tất cả các máy biến áp kiểu vỏ bọc đặc biệt nhạy.

Chặn dòng điện một chiều sẽ giảm thiểu vấn đề đối với máy biến áp cụ thể, tuy nhiên điều này có thể chuyển vấn đề đến vị trí khác trên mạng điện.

7.8 Ảnh hưởng của từ thông dư

Từ thông dư có ảnh hưởng đến mức âm thanh không tải tương tự với ảnh hưởng sinh ra bởi các dòng điện thiên áp một chiều. Trong thử nghiệm tại nhà máy, cần rất thận trọng để đảm bảo rằng từ thông dư bắt nguồn từ thử nghiệm xung (chủ yếu là xung đóng cắt) hoặc phép đo điện trở được tiêu tán trước khi thực hiện các thử nghiệm mức âm thanh.

Tại hiện trường, cấp điện và ngắt điện máy biến áp hoặc các hành động đóng cắt trên mạng điện có thể đưa vào từ thông dư và do đó làm tăng mức ồn của máy biến áp. Các hiệu ứng từ thông dư này sẽ suy giảm tự nhiên theo thời gian; điều này có thể diễn ra trong vài phút, vài giờ hoặc thậm chí vài ngày đối với các khối lớn có cảm ứng danh nghĩa thấp.

7.9 Hình thành mức âm thanh do phản xạ

Phép đo mức âm thanh trong nhà máy tính đến sự có mặt của phản xạ bằng cách sử dụng phương pháp cường độ âm thanh hoặc phương pháp áp suất âm thanh có hiệu chỉnh.

Các hệ thống lắp đặt tại hiện trường thường được đặc trưng bởi sự có mặt của các đối tượng phản xạ như các vách chống cháy và các tòa nhà. Trong các trường hợp này khi không tồn tại các điều kiện trường tự do thì các phép đo sẽ bị ảnh hưởng bất lợi khi có các phản xạ. Điều này sẽ gây ra các mức áp suất âm thanh cao hơn tại các vị trí phía trước mặt phẳng phản xạ (cụ thể là giữa máy biến áp và mặt phẳng phản xạ lớn). Có thể không thể có các phép đo mức âm thanh hợp lệ.

Trong trường hợp vỏ bọc hoàn toàn hoặc hệ thống lắp đặt trong nhà, việc hình thành mức áp suất âm thanh có thể được ước lượng bằng cách áp dụng hệ số hiệu chỉnh môi trường K theo 11.2.5 của TCVN 6306-10 (IEC 60076-10). Trong các trường hợp này, K có thể vượt quá mức 7 dB nhưng vẫn chấp nhận được.

7.10 Máy biến áp có bộ chuyển đổi với cuộn kháng bão hòa được (cuộn cảm bão hòa)

Thường không thể thực hiện các phép đo mức âm thanh tại nhà máy trên các máy biến áp có bộ chuyển đổi với cuộn kháng bão hòa được khi cuộn kháng làm việc như trong vận hành, tức là với dòng điện một chiều danh nghĩa. Trong thử nghiệm tại nhà máy, các dòng diện xoay chiều được đặt vào và chúng không làm cho các cuộn kháng bão hòa được sinh ra bất cứ âm thanh đáng kể nào.

Vì các cuộn kháng bão hòa được là các cuộn dây được quấn về cơ bản là liên tục từ thép kỹ thuật điện mà không có khe hở nên rung động của các cuộn kháng này thường tương đối nhỏ, ngay cả khi làm việc ở điều kiện gần với hoặc bão hòa. Đáp ứng này cùng với mặt phẳng bức xạ âm thanh tương đối nhỏ của chúng tạo ra mức công suất âm thanh của cuộn kháng bão hòa được lắp trong không đáng kể so với mức công suất âm thanh sinh ra bởi máy biến áp có bộ chuyển đổi, đặc biệt khi vận hành có các hài dòng điện.

CHÚ THÍCH: Các mức âm thanh từ máy biến áp có bộ chuyển đổi cũng được thảo luận trong IEC TS 61973:2012 và trong tài liệu kỹ thuật CIGRÉ No. 202:2001, “HVDC stations audible noise”.

Phụ lục A

(tham khảo)

Hình thành mức âm thanh do dòng điện hài trong các cuộn dây

A.1 Phép lấy đạo hàm các lực của cuộn dây do dòng điện hài

Dòng điện i(f) gồm thành phần chính (chỉ số 1) và thành phần hài thứ n được cho như sau:

(A.1)

trong đó

ω = 2pf là tần số góc cơ sở;

f là tần số cơ sở (ví dụ 50 Hz)

t là thời gian;

φ_n góc pha của hài thứ n tương đối so với cơ sở.

Lực F trong các cuộn dây gây ra rung và cuối cùng phát xạ âm tỷ lệ với bình phương dòng điện:

(A.2)

Bằng cách sử dụng đồng nhất thức sau:

Công thức (A.2) có thể viết lại như sau:

(A.3)

Thuật ngữ đầu tiên trong công thức (A.3) không phụ thuộc vào thời gian và thường mô tả lực tĩnh không gây ra rung của cuộn dây và công suất âm thanh.

Bảng A.1 tóm tắt các thành phần lực từ công thức (A.3) gây ra các rung động của cuộn dây và do đó gây ra công suất âm thanh.

Bảng A.1 – Thành phần lực của cuộn dây do dòng điện hài

Tần số âm thanh	Độ lớn (hiệu dung)	Góc pha	Thành phần rung gây ra bởi
2 f	i₁²	180°	Dòng điện cơ bản
(n – 1) f	2 i₁ i_n	φ_n	Tương tác giữa dòng điện cơ sở và dòng điện hài (hài trung gian giới hạn dưới)
(n + 1) f	2 i₁ i_n	180° + φ_n	Tương tác giữa dòng điện cơ sở và dòng điện hài (hài trung gian giới hạn trên)
2 n f	i_n²	180° + 2φ_n	Dòng điện hài bậc n

Thành phần cuối cùng với tần số âm thanh bằng hai lần tần số hài bậc n có ý nghĩa nhỏ đối với sự tăng mức âm thanh. Điều này là do biên độ nhỏ của dòng điện hài so với dòng điện cơ sở.

Khi phổ dòng điện chứa, bên cạnh dòng điện cơ sở, nhiều hơn một hài, ví dụ hài bậc 5, 7, 11 và 13, thực tế thường là đủ để chỉ xét các thành phần lực có chứa dòng điện cơ sở.

A.2 Thành phần lực đối với phổ dòng điện điển hình do cầu B6

Phổ dòng điện của cầu gồm các bộ chuyển đổi B6 được sử dụng rộng rãi, ví dụ trong HVDC, có biên độ và tần số phổ biến. Trong khi biên độ đồng nhất đối với các cuộn dây được nối sao và nối tam giác, điều này không xảy ra với góc pha. Các con số trong cả hai trường hợp được đưa vào Bảng A.2 cùng với trường hợp thứ ba, trong đó quan hệ về pha được giả thiết là chưa biết.

Bảng A.2 – Phổ dòng điện của cầu B6

		Cuộn dây được nối tam giác		Cuộn dây được nối hình sao		Quan hệ pha chưa biết
Bậc của dòng điện hài	Tần số dòng điện hài	Biên độ dòng điện	Pha dòng điện	Biên độ dòng điện	Pha dòng điện	Biên độ dòng điện	Pha dòng điện
Bậc của dòng điện hài	Tần số dòng điện hài	p.u.	độ el.	p.u.	độ el.	p.u.	độ el.
Bậc 1	50 Hz	1,000	0°	1,000	0°	1,000	Chưa biết
Bậc 5	250 Hz	0,200	0°	0,200	180°	0,200	Chưa biết
Bậc 7	350 Hz	0,143	0°	0,143	0°	0,143	Chưa biết
Bậc 11	550 Hz	0,091	0°	0,091	180°	0,091	Chưa biết
Bậc 13	650 Hz	0,077	0°	0,077	0°	0,077	Chưa biết
Bậc 17	850 Hz	0,059	0°	0,059	180°	0,059	Chưa biết
Bậc 19	950 Hz	0,053	0°	0,053	0°	0,053	Chưa biết

Hình A.1 – Dạng sóng dòng điện đối với cuộn dây được nối sao và nối tam giác đối với phổ dòng điện cho trong Bảng A.2

Việc áp dụng lý thuyết nêu trong Điều A.1 lên phổ dòng điện trong Bảng A.2 cho phép ước lượng các lực của cuộn dây trên mỗi tần số âm thanh. Từ số lượng này, có thể rút ra tập các dòng điện thử nghiệm tương đương. Dòng điện thử nghiệm tạo ra các lực cuộn dây giống nhau như phổ dòng điện được cung cấp và cần được đưa vào trong trường hợp các phép đo mức âm thanh kế tiếp theo tần số như tóm tắt trong 4.2.5.2.

Trong Bảng A.3, tính toán lực và dòng điện thử nghiệm được cung cấp chi tiết đối với tất cả các thành phần liên quan đến dòng điện cơ sở, vì chúng có đóng góp đáng kể vào việc tăng mức âm thanh trong trường hợp này. Có thể yêu cầu khách hàng chứng minh tầm quan trọng bằng cách mở rộng các tính toán trên các hài và cặp hài. Vì phổ dòng điện được cho theo đơn vị tương đối p.u. Vì thế chúng là lực và dòng điện thử nghiệm.

Bảng A.3 – Tính toán các thành phần lực và dòng điện thử nghiệm

Tần số hài âm thanh	Bậc hài của dòng điện	Độ lớn hài của lực	Pha/lực/dòng điện thử nghiệm/tần số thử nghiệm Lực theo phương pháp SRSS: F_n = [(2I_nI₁)² + (2I_mI₁)²]^1/2 Dòng điện thử nghiệm: i_Tn = F_n^1/2
Hz		p.u.	Cuộn dây nối tam giác	Cuộn dây nối sao	Quan hệ pha chưa biết
100	Bậc 1	1,000	F₁ = 1,000 / i_1T = 1,000 / 50 Hz
200	5^th– ^{Bậc 1}	2 x 0,200 x 1,000 = 0,400	F₂ = 0,400 / i_2T = 0,632 / 100 Hz
300	5^th+ ^{Bậc 1} 7^th– ^{Bậc 1}	2 x 0,200 x 1,000 = 0,400 2 x 0,143 x 1,000 = 0,286	φ₅ = 0° φ₇ = 0° Hiệu F₃ = 0,114 / i_3T = 0,338 / 150 Hz	φ₅ =180° φ₇ = 0° Tổng F₃ = 0,686 / i_3T = 0,828 / 150 Hz	SRSS F₃ = 0,492 / i_3T = 0,701 / 150 Hz
400	7^th+ ^{Bậc 1}	2 x 0,143 x 1,000 = 0,286	F₄ = 0,286 / i_4T = 0,535 / 200 Hz
500	11^th– ^{Bậc 1}	2 x 0,091 x 1,000 = 0,182	F₅ = 0,182 / i_5T = 0,427 / 250 Hz
600	11^th+ ^{Bậc 1} 13^th– ^{Bậc 1}	2 x 0,091 x 1,000 = 0,182 2 x 0,077 x 1,000 = 0,154	φ₁₁ = 0° φ₁₃ = 0° Hiệu F₆ = 0,028 / i_6T = 0,167 / 300 Hz	φ₁₁ =180° φ₁₃ = 0° Tổng F₆ = 0,336 / i_6T = 0,580 / 300 Hz	SRSS F₆ = 0,238 / i_6T = 0,488 / 300 Hz
700	13^th+ ^{Bậc 1}	2 x 0,077 x 1,000 = 0,154	F₇ = 0,154 / i_7T = 0,392 / 350 Hz
800	17^th– ^{Bậc 1}	2 x 0,059 x 1,000 = 0,118	F₈ = 0,118 / i_8T = 0,344 / 400 Hz
900	17^th+ ^{Bậc 1} 19^th– ^{Bậc 1}	2 x 0,059 x 1,000 = 0,118 2 x 0,053 x 1,000 = 0,106	φ₁₇ = 0° φ₁₉ = 0° Hiệu F₉ = 0,012 / i_9T = 0,110 / 450 Hz	φ₁₇ =180° φ₁₉ = 0° Tổng F₉ = 0,224 / i_9T = 0,473 / 450 Hz	SRSS F₉ = 0,159 / i_9T = 0,398 / 450 Hz
1 000	19^th+ ^{Bậc 1}	2 x 0,053 x 1,000 = 0,106	*F₁₀* = 0,106 / i_10T = 0,326 / 500 Hz

Các kết quả cho trong Bảng A.3 được tổng hợp trong Bảng A.4.

Bảng A.4 – Tổng hợp các lực hài và dòng điện thử nghiệm

Tần số hài âm thanh	Tần số dòng diện thử nghiệm	Cuộn dây được nối tam giác		Cuộn dây được nối hình sao		Quan hệ pha chưa biết
		Lực	Dòng diện thử nghiệm	Lực	Dòng điện thử nghiệm	Lực	Dòng điện thử nghiệm
Hz	Hz	p.u.	p.u.	p.u.	p.u.	p.u.	p.u.
100	50	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
200	100	0,400	0,632	0,400	0,632	0,400	0,632
300	150	0,114	0,338	0,114	0,338	0,114	0,338
400	200	0,286	0,535	0,286	0,535	0,286	0,535
500	250	0,182	0,427	0,182	0,427	0,182	0,427
600	300	0,028	0,167	0,028	0,167	0,028	0,167
700	350	0,154	0,392	0,154	0,392	0,154	0,392
800	400	0,118	0,344	0,118	0,344	0,118	0,344
900	450	0,012	0,110	0,012	0,110	0,012	0,110
1 000	500	0,106	0,326	0,106	0,326	0,106	0,326

Bảng A.4 cho thấy tác động của góc pha dòng điện hài đến lực cuộn dây và hài âm thanh. Mức âm thanh tăng do phổ dòng điện của cầu B6 trong cuộn dây nối sao lớn hơn trong cuộn dây nối tam giác. Vì trong thực tế mối quan hệ giữa các dòng điện hài thường không được cung cấp nên việc áp dụng phương pháp SRRS (xem 4.2.5.3) có thể chỉ là cách duy nhất tiếp cận trường hợp này. Như có thể nhận thấy, phương pháp này tạo ra các giá trị lực nằm giữa các giá trị đối với cuộn dây được nối sao và tam giác nhưng gần với các giá trị cao hơn của cuộn dây nối sao. Do đó, việc áp dụng phương pháp SRRS được coi là cách tiếp cận hợp lý trong các trường hợp khi không thể cung cấp mối quan hệ về pha.

Bảng A.4 cho thấy sự cần thiết phải xem xét các thành phần tần số âm thanh đến 1 000 Hz hoặc thậm chí cao hơn khi tính toán hoặc thử nghiệm sự tăng mức âm thanh của máy biến áp/cuộn kháng do các dòng điện hài. Thường đo mức âm thanh của cuộn kháng lọc bằng dòng điện hài đưa vào có tần số đến 1 000 Hz.

A.3 Ước lượng sự tăng mức âm thanh do dòng điện hài bằng cách tính toán

Trong các trường hợp khi không thể kích thích máy biến áp/cuộn kháng ở các tần số cao hơn, ước lượng bằng cách tính toán là khả năng duy nhất để dự đoán mức âm thanh do các dòng điện hài. Trường hợp này thường áp dụng cho các máy biến áp điện lực lớn nhưng cũng có thể được sử dụng cho các khối khác, tùy thuộc vào thiết bị thử nghiệm sẵn có tại phòng thử nghiệm.

Công suất âm thanh bức xạ từ mặt phẳng rung được cho bởi công thức (4) của tiêu chuẩn này như sau:

W = ρ₀ c S σ ω² x²

Với công suất âm thanh của máy biến áp/cuộn kháng đã biết ở dòng điện tần số cơ sở, có thể tính một cách tương đối công suất âm thanh ở dòng điện và tần số hài khác bất kỳ với điều kiện đã biết độ dịch chuyển cuộn dây x và hiệu suất bức xạ σ là hàm của tần số âm thanh. Trình tự của quy trình tính toán được nêu trong 4.2.5.3 với các bước từ a) đến c) nêu chi tiết trong A.1 và A.2. Các bước từ d) đến i) được giải thích như sau:

• Áp dụng cách tiếp cận loga đối với đáp ứng động của độ dịch chuyển của cuộn dây với các lực (các bước d) và e) của 4.2.5.3)

Độ dịch chuyển của cuộn dây x tỷ lệ với các lực tác động F nhưng cũng phụ thuộc vào tần số. Mối quan hệ giữa lực và độ dịch chuyển được cho bởi đáp ứng động hoặc hàm truyền R(f). Hàm này được viết như sau:

x(f) ~ R(f) x F và x²(f) ~ R²(f) x F²

(A.4)

mà trong cách tiếp cận loga tương đối so với tần số âm thanh cơ sở f₀ (ví dụ 100 Hz) góp phần vào sự thay đổi mức âm thanh là

∆x(f) = 20 x lg[R(f) / R(f₀) + 20 x lg[F(f) / F(f₀)]

(A.5)

Trong khi đạo hàm của các thành phần lực hài được minh họa trong A.2, hàm đáp ứng động R(f) đòi hỏi cách tiếp cận cụ thể về thiết kế.

• Chuyển đổi tần số góc thành số loga (bước f) trong 4.2.5.3)

Chuyển đổi tần số góc bình phương ω² theo công thức (4) của tiêu chuẩn này thành số liên quan đến tần số âm thanh cơ sở f₀ gây ra sự thay đổi mức âm thanh

∆ω = 20 x lg[f / f₀]

(A.6)

• Áp dụng cách tiếp cận loga đối với hiệu quả bức xạ (bước g) trong 4.2.5.3)

Hiệu quả bức xạ của cuộn dây hoặc thùng dầu phụ thuộc tần số (xem 4.4) và điều này phải được xem xét đối với sự thay đổi mức âm thanh ở tần số âm thanh f theo tần số âm thanh cơ sở f₀, được thể hiện bằng công thức sau:

∆σ(f) = 10 x lg[σ(f) / σ(f₀)]

(A.7)

• Áp dụng trọng số A (bước h) trong 4.2.5.3)

Vì các mức âm thanh phải được cung cấp dưới dạng lấy theo trọng số A (xem 5.2) nên cần xét đến sự thay đổi mức âm thanh tương đối và có công thức sau

∆A(f) = A(f) – A(f₀)

(A.8)

• Tổng các thành phần (các bước từ d) đến h) trong 4.2.5.3)

Độ tăng mức âm thanh tổng ∆L(f) do dòng điện hài tương đương với tần số âm thanh kết hợp f so với dòng điện kết hợp với tần số âm thanh cơ sở f₀ được thể hiện bằng dB(A) được tính bằng cách cộng các đầu ra của công thức (A.5) đến công thức (A.8)

∆L(f) = ∆x(f) +∆ω + ∆σ(f) + ∆A(f)

(A.9)

Áp dụng quy trình đầy đủ với các giá trị lực như cho trong Bảng A.4 và với các hàm cụ thể đối với đáp ứng cuộn dây động và hiệu quả bức xạ của thiết kế nhất định của các máy biến áp điện lực lớn tạo ra sự tăng mức âm thanh từ 9 dB(A) đối với phổ hài của cuộn dây nối sao và 15 dB(A) đối với phổ hài của cuộn dây nối tam giác.

CHÚ THÍCH: Các phép đo tại hiện trường trên các máy biến áp có bộ chuyển đổi thể hiện các mức tăng đến 20 dB(A) hoặc nhiều hơn.

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] TCVN 6627-6 (IEC 60034-6), Máy điện quay – Phần 6: Phương pháp làm mát (Mã IC)

[2] IEC 61672-1:2013, Electroacoustics – Sound level meters – Part 1: Specifications

[3] IEC TS 61973:2012, High voltage direct current (HVDC) substation audible noise

[4] ISO 3746:2010, Acoustics – Determination of sound power levels and sound energy levels of noise sources using sound pressure – Survey method using an enveloping measurement surface over a reflecting plane

[5] ISO 9614-1:1993, Acoustics – Determination of sound power levels of noise sources using sound intensity – Part 1: Measurement at discrete points

[6] ISO 9614-2:1996, Acoustics – Determination of sound power levels of noise sources using sound intensity – Part 2: Measurement by scanning

[7] CIGRÉ Techincal Brochure No. 202:2002, HVDC stations audible noise

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1 Phạm vi áp dụng

2 Tài liệu viện dẫn

3 Bản chất vật lý của âm thanh

4 Nguồn và đặc tính âm thanh của máy biến áp và cuộn kháng

5 Nguyên lý đo

6 Khía cạnh thực tế khi thực hiện các phép đo âm thanh

7 Khác nhau giữa thử nghiệm tại nhà máy và phép đo mức âm thanh tại hiện trường

Phụ lục A (tham khảo) – Hình thành mức âm thanh do dòng điện hài trong các cuộn dây

Thư mục tài liệu tham khảo

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 6306-10-1:2018 (IEC 60076-10-1:2016) VỀ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC – PHẦN 10-1: XÁC ĐỊNH MỨC ÂM THANH – HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG
Số, ký hiệu văn bản	TCVN6306-10-1:2018	Ngày hiệu lực
Loại văn bản	Tiêu chuẩn Việt Nam	Ngày đăng công báo
Lĩnh vực	Công nghiệp nặng	Ngày ban hành
Cơ quan ban hành		Tình trạng	Còn hiệu lực

Các văn bản liên kết

Văn bản được hướng dẫn		Văn bản hướng dẫn
Văn bản được hợp nhất		Văn bản hợp nhất
Văn bản bị sửa đổi, bổ sung		Văn bản sửa đổi, bổ sung
Văn bản bị đính chính		Văn bản đính chính
Văn bản bị thay thế		Văn bản thay thế
Văn bản được dẫn chiếu		Văn bản căn cứ

Tải văn bản

Tải văn bản về Bản PDF/Bản gốc