DE102008061552A1

DE102008061552A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Geräuschminderung für einen elektrischen Transformator

Info

Publication number: DE102008061552A1
Application number: DE102008061552A
Authority: DE
Inventors: Tobias Stirl; Wolfgang Schmidt
Original assignee: Areva Energietechnik GmbH
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2010-07-01

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Geräuschminderung für einen elektrischen Transformator (10) beschrieben. Es wird der aktuelle Betriebspunkt des Transformators (10) ermittelt. Weiterhin ist ein Messprotokoll (15) vorhanden, das das betriebspunktabhängige Verhalten des Transformators (10) hinsichtlich der Abgabe von Geräuschen charakterisiert. Es werden Kompensationsgeräusche für den aktuellen Betriebspunkt des Transformators (10) erzeugt, wobei die Kompensationsgeräusche nach den Prinzipien der sogenannten Antischalls aus den in dem Messprotokoll (15) für den aktuellen Betriebspunkt angegebenen Geräuschen ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Geräuschminderung für einen elektrischen Transformator.
Bei elektrischen Transformatoren, insbesondere bei Leistungstransformatoren, entstehen im Betrieb Geräusche, die als ein Brummen wahrnehmbar sind. Im Leerlauf des Transformators werden die Geräusche im wesentlichen durch mechanische Schwingungen des Transformatorkerns erzeugt, die ihrerseits durch Längenänderungen der Kernbleche hervorgerufen werden. Unter Last entstehen in dem Transformator elektromagnetische Kräfte, die zu Schwingungen in den Wicklungen des Transformtors führen. Die Schwingungen werden nahezu ungedämpft durch das Transformatoröl und über die Kesselwände übertragen und die resultierenden Geräusche werden dann als Luftschall freigesetzt.
Es ist bekannt, die Geräusche dadurch zu vermindern, dass beispielsweise der Transformatorkern schwingungsgedämpft innerhalb des Transformatorkessels untergebracht wird. Weiterhin kann der gesamte Transformator auf einem schwingungsgedämpften Boden aufgestellt werden und/oder es können geräuschdämmende Stellwände um den Transformator herum aufgestellt werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Geräuschminderung von Transformatoren ist aus der DE 42 28 101 A1 bekannt. Dort werden schalldämmende Konzentratoren zur Geräuschminderung vorgesehen. In der Beschreibungseinleitung dieser Druckschrift ist dabei erläutert, dass die Anwendung von sogenanntem Antischall bei Transformatoren nicht zum Erfolg geführt hätte.
Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtungen für einen elektrischen Transformator zu schaffen, die mit geringem Aufwand zu einer weitreichenden Geräuschminderung führen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Verfahren und Vorrichtungen nach den Ansprüche 1 bis 4.
Die Erfindung besteht aus zwei Teilen. In einem ersten Teil wird ein Messprotokoll ermittelt, das das betriebspunktabhängige Verhalten des Transformators hinsichtlich der Abgabe von Geräuschen charakterisiert. Dieses Messprotokoll ist dann dazu verwendbar, Kompensationsgeräusche für den aktuellen Betriebspunkt des Transformators zu erzeugen. In einem zweiten Teil werden die Kompensationsgeräusche für den aktuellen Betriebspunkt des Transformators erzeugt, wobei die Kompensationsgeräusche nach den Prinzipien des sogenannten Antischalls aus den in dem Messprotokoll für den aktuellen Betriebspunkt angegebenen Geräuschen ermittelt werden.
Die Erfindung weist die Vorteile auf, dass im zweiten Teil kein Aufwand für die Messung der aktuell tatsächlich von dem Transformator erzeugten Geräusche erforderlich ist. Statt dessen wird dort in einfacher Weise das im ersten Teil ermittelte Messprotokoll verwendet. Weiterhin kann dieses Messprotokoll gegebenenfalls für jeden Transformator desselben Typs zur Anwendung kommen, so dass auch insoweit eine Verminderung des Aufwands erreichbar ist.
Gleichzeitig wird mit der erfindungsgemäßen Erzeugung von Kompensationsgeräuschen eine weitgehende Auslöschung der von dem Transformator abgegebenen Geräusche erreicht. Dies wird in einfacher Weise durch die Anwendung des Prinzips des sogenannten Antischalls bewerkstelligt. Durch dieses Prinzip kann im wesentlichen nur durch rechnerische Maßnahmen eine weitgehende Geräuschminderung realisiert werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden in dem Abstrahlungsbereich der Kompensationsgeräusche Restgeräusche gemessen, und es werden die Kompensationsgeräusche derart verstimmt, dass die Restgeräusche minimiert werden. Durch diese wiederum im wesentlichen nur rechnerische Maßnahmen kann eine Regelung aufgebaut und damit die Geräuschminderung minimiert oder gar auf Null gebracht werden.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines ersten Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Geräuschminderung für einen elektrischen Transformator, 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines zweiten Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und 3 zeigt die Vorrichtung der 2 mit einer Ergänzung.
Die nachfolgend beschriebene Erfindung besteht aus zwei Teilen. Ein erster, in der 1 gezeigter Teil wird vorzugsweise am Ende der Herstellung eines Transformators und damit üblicherweise beim Hersteller des Transformators ausgeführt. Ein zweiter, in den 2 und 3 gezeigter Teil wird nach Aufstellung eines Transformators an seinem Betriebsort und damit im normalen Betrieb des Transformators durchgeführt. Dieser zweite Teil betrifft damit üblicherweise den Betreiber des Transformators.
In der 1 ist ein Transformator 10 dargestellt, der auf einem Boden aufgestellt ist, und der in seinem Betrieb Geräusche erzeugt. Bei diesen Geräuschen handelt es sich um Schallwellen, die sich im wesentlichen gleichmäßig im Raum um den Transformator 10 ausbreiten. Die Tonlage der Geräusche wird dabei bestimmt durch die Frequenzen und die Lautstärke durch die zugehörigen Amplituden der Schallwellen.
In einem Abstand zu dem Transformator 10 ist ein Mikrofon 12 vorhanden, das mit einer Schallmesseinrichtung 13 verbunden ist. Mit Hilfe des Mikrofons 12 und der Schallmesseinrichtung 13 können die aktuell vorhandenen Frequenzen und Lautstärken der von dem Transformator 10 abgegebenen Geräusche gemessen werden. Die Empfindlichkeit des Mikrofons 12 kann dabei beispielsweise einen Frequenzbereich von etwa 20 Hertz bis etwa 20.000 Hertz aufweisen. Hinsichtlich der Lautstärke kann die Empfindlichkeit des Mikrofons 12 unter anderem an den Abstand desselben vom Transformator 10 angepasst sein.
Es wird nun der Transformator 10 in dem bereits erwähnten ersten Teil der Erfindung auf eine Mehrzahl von vorgegebenen Betriebspunkten eingestellt und es werden in jedem Betriebspunkt die zugehörigen Frequenzen und Amplituden gemessen. Im vorliegend erläuterten Ausführungsbeispiel besteht somit ein einzelnes Messergebnis aus einem Betriebspunkt, den gemessenen Frequenzen in diesem Betriebspunkt und den zu den Frequenzen zugehörigen gemessenen Amplituden. Jedes dieser Messergebnisse wird gespeichert. Die Messergebnisse für sämtliche Betriebspunkte bilden damit ein Messprotokoll 15 des Transformators 10, das in gespeicherter Form vorliegt.
Für die Durchführung dieses ersten Teils der Erfindung kann die Schallmesseinrichtung 13 ein digitales Rechengerät aufweisen und die Speicherung kann beispielsweise auf einem elektronischen Speicher erfolgen, der von dem Rechengerät abgetrennt und damit an einen anderen Ort gebracht werden kann.
Bei den vorgegebenen Betriebspunkten kann es sich beispielsweise um den Leerlauf des Transformators 10, eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Lastpunkten sowie die Volllast des Transformators 10 handeln. Die Betriebspunkte können beispielsweise durch den jeweiligen Laststrom charakterisiert sein, der den Transformator 10 beaufschlagt. Dieser Laststrom kann beispielsweise durch einen Stromwandler oder auf sonstige Weise gemessen werden. Es versteht sich, dass die Betriebspunkte auch durch andere und/oder auch durch jeweils mehrere Betriebsgrößen des Transformators 10 festgelegt sein können.
Vorzugsweise kann auch ein Messpfad gewählt werden, wie er in der DIN EN 60076-10, „Leistungstransformatoren – Teil 10: Bestimmung der Geräuschpegel" beschrieben ist. Entlang diesem Messpfad können dann die jeweiligen Frequenzen und Amplituden gemessen und abgespeichert werden.
Es versteht sich, dass auch noch andere Möglichkeiten denkbar sind, wie die einzelnen Messungen auf den Betriebsbereich des Transformators 10 verteilt werden können. Ebenfalls versteht es sich, dass nicht zwingend die Frequenzen und/oder Amplituden gemessen werden müssen, sondern dass auch andere Parameter der vom Transformator 10 erzeugten Geräusche alternativ oder additiv gemessen und abgespeichert werden können.
Wie bereits erwähnt wurde, wird der erläuterte erste Teil der Erfindung vorzugsweise vom Hersteller am Ende der Herstellung des Transformators 10 ausgeführt. Es versteht sich, dass dieser erste Teil aber auch nachträglich und damit auch beispielsweise vom Betreiber am Betriebsort des Transformators 10 durchgeführt werden kann.
Am Ende des ersten Teils ist das Messprotokoll 15 vorhanden, das das Verhalten des Transformators 10 hinsichtlich seiner Abgabe von Geräuschen während seines Betriebs charakterisiert.
Wie ebenfalls bereits erwähnt wurde, betrifft der zweite Teil der Erfindung den normalen Betrieb des Transformators 10. Dies ist in der 2 dargestellt. In der 2 ist derselbe, anhand der 1 beschriebene Transformator 10 nunmehr an seinem Betriebsort gezeigt. Der Transformator 10 ist auf einem Boden abgestellt und erzeugt in seinem Betrieb Geräusche.
Es ist eine Schallerzeugungseinrichtung 17 vorgesehen, die mit einem Lautsprecher 18 verbunden ist. Die Schallerzeugungseinrichtung 17 ist derart mit dem Transformator 10 verbunden, dass der jeweils aktuelle Betriebspunkt des Transformators 10 an die Schallerzeugungseinrichtung 17 übermittelt wird. Bei dem vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel empfängt die Schallerzeugungseinrichtung 17 zu diesem Zweck ein dem Laststrom des Transformators 10 entsprechendes Signal.
Weiterhin ist der Schallerzeugungseinrichtung 17 das Messprotokoll 15 bekannt, das anhand des ersten Teils der Erfindung ermittelt worden ist. Zu diesem Zweck wird das Messprotokoll 15 von der Schallerzeugungseinrichtung 17 in irgend einer Weise übernommen. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Schallerzeugungseinrichtung 17 mit einem digitalen Rechengerät versehen ist, das mit einem elektronischen Speicher verbunden werden kann, auf dem das Messprotokoll 15 abgespeichert ist.
In dem vorliegend erläuterten zweiten Teil der Erfindung werden von der Schallerzeugungseinrichtung 17 nunmehr Kompensationsgeräusche erzeugt, die von dem Lautsprecher 18 akustisch ausgegeben werden. Die Kompensationsgeräusche werden nach den Prinzipien des sogenannten Antischalls ermittelt. Antischall wird künstlich mit dem Ziel erzeugt, störendende Geräusche mittels sogenannter destruktiver Interferenzen auszulöschen. Es werden also die Kompensationsgeräusche gerade so erzeugt, dass sie eine entgegengesetzte Polarität zu den auszulöschenden Geräuschen aufweisen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ermittelt die Schallerzeugungseinrichtung 17 die Kompensationsgeräusche in Abhängigkeit von dem Messprotokoll 15 und dem jeweils aktuell vorhandenen Betriebspunkt des Transformators 10. Die Schallerzeugungseinrichtung 17 empfängt also den aktuellen Betriebspunkt. des Transformators 10 und liest die zu diesem Betriebspunkt zugehörigen Frequenzen und Amplituden aus dem Messprotokoll 15 aus. Danach werden Kompensationsfrequenzen berechnet, die zu den ausgelesenen Frequenzen eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Beispielsweise können die Kompensationsfrequenzen durch eine Verschiebung der Phasen der ausgelesenen Frequenzen um π/2 erzeugt werden. Diese Kompensationsfrequenzen werden schließlich mit denselben Amplituden wie die ausgelesenen Amplituden über den Lautsprecher 18 ausgegeben.
Wie erläutert wurde, sind die von dem Lautsprecher 18 aktuell abgegebenen Kompensationsgeräusche in der Lage, die für den aktuell vorhandenen Betriebspunkt des Transformators 10 im Messprotokoll 15 abgespeicherten Geräusche auszulöschen. In dem vorliegenden zweiten Teil der Erfindung wird davon ausgegangen, dass die in dem Messprotokoll 15 abgespeicherten Geräusche weitgehend mit denjenigen Geräuschen übereinstimmen, die der Transformator 10 an seinem Betriebsort der 2 tatsächlich erzeugt. Diese Annahme basiert darauf, dass das Geräuschverhalten des Transformators 10 an seinem Betriebsort sich nicht von demjenigen Geräuschverhalten unterscheidet, das der Transformator 10 bei dem ersten Teil der erläuterten Erfindung besitzt. Die tatsächlich von dem Transformator 10 an seinem Betriebsort erzeugten Geräusche werden deshalb in dem zweiten Teil der Erfindung nicht gemessen.
In dem Abstrahlungsbereich des Lautsprechers 18 werden somit die tatsächlich von dem Transformator 10 erzeugten Geräusche durch die von dem Lautsprecher ausgegebenen Kompensationsgeräusche weitgehend ausgelöscht. Dies bedeutet, dass in diesem Abstrahlungsbereich eine weitgehende Geräuschminderung vorhanden ist.
Es versteht sich, dass die Kompensationsgeräusche im zweiten Teil der Erfindung auch über mehrere Lautsprecher 18 in unterschiedliche Abstrahlungsbereiche ausgegeben werden können. Dabei ist es möglich, dass zu jedem Abstrahlungsbereich ein separates Messprotokoll 15 vorhanden ist, das im ersten Teil der Erfindung speziell für diesen Abstrahlungsbereich des Transformators 10 ermittelt worden ist. Ebenfalls ist es möglich, dass für jeden Abstrahlungsbereich eine separate Schallerzeugungseinrichtung 17 vorhanden ist.
Wie erläutert wurde, wird der erste Teil der Erfindung vorzugsweise beim Hersteller des Transformators 10 durchgeführt. Der hierfür notwendige Aufwand ist damit nur einmalig erforderlich. Wie ebenfalls erläutert wurde, wird das im ersten Teil erzeugte Messprotokoll 15 dann bei demselben Transformator 10 für die Durchführung des zweiten Schrittes zugrundegelegt.
Vorzugsweise kann das Messprotokoll 15 nicht nur für denselben Transformator 10 verwendet werden, sondern für jeglichen Transformator, der von demselben Typ wie der Transformator 10 ist.
In der 3 ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 2 dargestellt. Die 3 entspricht daher weitgehend der 2, weshalb auch gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Hinsichtlich dieser übereinstimmenden Bauelemente wird auf die vorstehende Erläuterungen der 1 und 2 verwiesen.
Der einzige Unterschied der 3 im Vergleich zur 2 besteht darin, dass ein Mikrofon 19 vorhanden ist, das mit der Schallerzeugungseinrichtung 17 verbunden ist. Das Mikrofon 19 ist dabei etwa im Kern desjenigen Abstrahlungsbereichs angeordnet, in den der Lautsprecher 18 die Kompensationsgeräusche abgibt.
Mit Hilfe des Mikrofons 19 werden diejenigen Restgeräusche gemessen, die nach der Auslöschung der von dem Transformator 10 erzeugten Geräusche durch die Kompensationsgeräusche noch vorhanden sind. Derartige Restgeräusche können gegebenenfalls dadurch noch vorhanden sein, dass die oben erläuterte Annahme nicht vollständig den Tatsachen entspricht und damit eine vollständige Auslöschung in dem anhand der 2 erläuterten zweiten Teil der Erfindung nicht erreicht wird.
Werden durch das Mikrofon 19 irgendwelche Restgeräusche festgestellt, so werden die Kompensationsgeräusche von der Schallerzeugungseinrichtung 17 derart verstimmt, dass die Restgeräusche möglichst klein werden. Dieses Verstimmen kann dabei in Abhängigkeit von den Restgeräuschen, und zwar insbesondere frequenzabhängig durchgeführt werden. Es kann auf diese Weise eine Regelung aufgebaut werden, bei der die Restgeräusche als zu regelnde Größe minimiert oder möglichst zu Null werden.
Mit dem Mikrofon 19 werden somit nicht die von dem Transformator 10 erzeugten Geräusche gemessen, sondern nur die im Abstrahlungsbereich des Lautsprechers 18 noch vorhandenen Restgeräusche. Bei diesen Restgeräuschen hat bereits eine Auslöschung der von dem Transformator 10 erzeugten Geräusche durch die Kompensationsgeräusche stattgefunden.
Gegebenenfalls kann das Mikrofon 19 nur für eine endliche Zeitdauer, beispielsweise einen Monat oder 6 Monate, vorgesehen werden. Die während dieser Zeitdauer berechneten Verstimmungen der Kompensationsgeräusche können dann betriebspunktabhängig abgespeichert werden. Nach Ablauf der Zeitdauer können diese Verstimmungen dann ohne weiteres berücksichtigt werden, obwohl das Mikrofon 19 nicht mehr vorhanden ist. Auf diese Weise kann die Minimierung der Geräuschminderung letztlich ohne einen bleibenden Aufwand erreicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4228101 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN EN 60076-10, „Leistungstransformatoren – Teil 10: Bestimmung der Geräuschpegel” [0019]

Claims

Verfahren zur Geräuschminderung für einen elektrischen Transformator (10), wobei der aktuelle Betriebspunkt des Transformators (10) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messprotokoll (15) vorhanden ist, das das betriebspunktabhängige Verhalten des Transformators (10) hinsichtlich der Abgabe von Geräuschen charakterisiert, und dass Kompensationsgeräusche für den aktuellen Betriebspunkt des Transformators (10) erzeugt werden, wobei die Kompensationsgeräusche nach den Prinzipien des sogenannten Antischalls aus den in dem Messprotokoll (15) für den aktuellen Betriebspunkt angegebenen Geräuschen ermittelt werden.
Vorrichtung zu Geräuschminderung für einen elektrischen Transformator (10) mit Mitteln zur Ermittlung des aktuellen Betriebspunkts des Transformators (10), dadurch gekennzeichnet, dass eine Schallerzeugungseinrichtung (17) vorgesehen ist, die ein Messprotokoll (15) enthält, das das betriebspunktabhängige Verhalten des Transformators (10) hinsichtlich der Abgabe von Geräuschen charakterisiert, und dass die Schallerzeugungseinrichtung (17) derart ausgebildet ist, dass Kompensationsgeräusche für den aktuellen Betriebspunkt des Transformators (10) erzeugt werden, wobei die Kompensationsgeräusche nach den Prinzipien des sogenannten Antischalls aus den in dem Messprotokoll (15) für den aktuellen Betriebspunkt angegebenen Geräuschen ermittelt werden.
Verfahren zur Geräuschminderung für einen elektrischen Transformator (10), wobei der aktuelle Betriebspunkt des Transformators (10) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messprotokoll (15) ermittelt wird, das das betriebspunktabhängige Verhalten des Transformators (10) hinsichtlich der Abgabe von Geräuschen charakterisiert, und dass das Messprotokoll (15) dazu verwendbar ist, Kompensationsgeräusche für den aktuellen Betriebspunkt des Transformators (10) zu erzeugen, wobei die Kompensationsgeräusche nach den Prinzipien des sogenannten Antischalls aus den in dem Messprotokoll (15) für den aktuellen Betriebspunkt angegebenen Geräuschen ermittelt werden.
Vorrichtung zur Geräuschminderung für einen elektrischen Transformator (10 mit Mitteln zur Ermittlung des aktuellen Betriebspunkts des Transformators (10), dadurch gekennzeichnet, dass eine Schallmesseinrichtung (13) vorgesehen ist, mit der ein Messprotokoll (15) ermittelbar ist, das das betriebspunktabhängige Verhalten des Transformators (10) hinsichtlich der Abgabe von Geräuschen charakterisiert, und dass das Messprotokoll (15) dazu verwendbar ist, Kompensationsgeräusche für den aktuellen Betriebspunkt des Transformators (10) zu erzeugen, wobei die Kompensationsgeräusche nach den Prinzipien des sogenannten Antischalls aus den in dem Messprotokoll (15) für den aktuellen Betriebspunkt angegebenen Geräuschen ermittelt werden.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kompensationsgeräusche derart erzeugt werden, dass sie eine entgegengesetzte Polarität zu den für den aktuellen Betriebspunkt angegebenen Geräuschen aufweisen.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der aktuelle Betriebspunkt des Transformators (10) durch einen Laststrom charakterisiert wird.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem Abstrahlungsbereich der Kompensationsgeräusche Restgeräusche gemessen werden, und dass die Kompensationsgeräusche derart verstimmt werden, dass die Restgeräusche minimiert werden.