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IEC 60076-10 e IEC 60076-10: a determinação do nível de ruído dos transformadores de potência

Essas duas normas, publicadas pela International Electrotechnical Commision (IEC) em 2001 e 2005, estando prevista em 2016 a publicação de uma nova edição dessas normas, definem o nível sonoro e os métodos de medição da intensidade de som dos transformadores de potência, reatores e os equipamentos auxiliares de refrigeração associados a essas máquinas.

09/03/2016 - Equipe Target

O nível de ruído de transformadores

A IEC 60076-10 - Power transformers - Part 10: Determination of sound levels define o nível sonoro e os métodos de medição da intensidade de som emitida pelos níveis de potência de transformadores, reatores e os equipamentos auxiliares de refrigeração associados a eles. É aplicável a transformadores e reatores cobertos pela série IEC 60076, IEC 60289 e IEC 61378, sem limitação no que se refere ao tamanho ou tensão e quando equipado com os seus auxiliares de refrigeração normais.

Já a IEC 60076-10-1 - Power transformers - Part 10-1: Determination of sound levels - Application guide fornece as informações de apoio para ajudar os fabricantes e compradores a aplicar as técnicas de medição descritos na IEC 60076-10. Descreve as fontes e as características do som dos transformadores e reatores, fornece as orientações práticas sobre como fazer as medições e discute os fatores que podem influenciar a precisão desses métodos. É aplicável a transformadores e reatores, juntamente com os equipamentos auxiliares de refrigeração associados.

Conteúdo da norma

Prefácio…......3

Introdução.....5

1 Escopo.......7

2 Referências normativas............7

3 Definições..8

4 e Instrumentação e calibração........9

5 Escolha do método de teste...........9

6 Condições de carga........9

6.1 Geral.....9

6.2 Corrente e tensão nominal sem carga......................... 10

6.3 Corrente e tensão de curto-circuito.......... 10

6.4 Corrente de carga..... 11

7 Superfície principal irradiante.... 11

7.1 Geral.....11

7.2 Transformadores com ou sem Equipamentos auxiliares de refrigeração, transformadores do tipo seco em recintos e transformadores do tipo seco com equipamentos auxiliares de refrigeração no interior dos recintos................. 11

7.3 Equipamentos auxiliares de refrigeração montado em uma estrutura separada espaçadas ≥ 3 m de distância da superfície principal irradiando do transformador........ 11

7.4 Transformadores a seco, sem caixas.........................11

8 Contorno prescrito....................................12

9 Posição dos microfones ....12

10 Cálculo da área da superfície de medição.............. 12

10.1 Medições feitas a 0,3 m da superfície principal irradiante................. 12

10.2 Medições efetuadas a 2 m da superfície principal irradiante........... 13

10.3 Medições efetuadas a 1 m da superfície principal irradiante.............. 13

10.4 Medições em objetos de teste em que as considerações de apuramento de segurança requerem uma distância de medição que durante toda ou parte do contorno prescrito excede as disposições dos itens 10.1 a 10.3.......13

11 Método de nível sonoro......................................13

11.1 Teste ambiental...................................13

11.2 Medições do nível sonoro.................... 16

11.3 Cálculo médio do nível sonoro.............. 16

12 Método de intensidade de som............................................. ..18

12.1 Teste ambiental............................................18

12.2 Medições do nível de intensidade do som.... 18

12.3 Cálculo da média do nível de intensidade sonora ................. 18

13 Cálculo do nível de potência sonora....................................... 19

14 Adição de sem carga e carregamento dos níveis de potência sonora..... 20

15 Cálculos no campo....................................20

16 Apresentação dos resultados......................20

Anexo A (informativo) Faixa de medições de tempo síncronos.........29

Anexo B (informativo) Relatório típico de determinação do nível sonoro.......31

Os transformadores são máquinas elétricas estáticas que têm a função de transmitir, mediante um campo eletromagnético alternado, a energia elétrica de um sistema, com determinada tensão, para outro sistema, com a tensão desejada, porém com capacidade e frequência inalteradas. Todo transformador em operação emite ruído, que tem como causa básica a magnetostricção, causada pela a expansão e a contração do núcleo de ferro (lâminas), devido ao efeito magnético da corrente que flui através de alternância das bobinas do equipamento.

A magnetostricção pode ser parcialmente controlada na concepção do transformador, mas não totalmente eliminada. Existem basicamente três fontes de geração de ruído em transformador, que são: no núcleo sem carga, no núcleo com carga e o gerado por equipamentos de ventilação e refrigeração.

Assim, um dos muitos parâmetros a serem considerados ao projetar e situar transformadores, reatores e seus equipamentos de refrigeração associados é a quantidade de som que o equipamento está susceptível de emitir sob condições normais de funcionamento no local. O som audível irradiado por transformadores é gerado por uma combinação de magnetostricção e deformação das forças fundamentais, e eletromagnetismo nos enrolamentos, paredes do tanque e escudos magnéticos.

Historicamente, o som gerado pelo campo magnético longitudinal é induzido por vibrações nas laminações do núcleo. A amplitude destas vibrações depende da densidade de fluxo nas laminações e as propriedades magnéticas do aço do núcleo, e é, por conseguinte, independente da corrente de carga. Recentes avanços em projeto do núcleo, combinados com a utilização de níveis mais baixos de indução, reduziram a quantidade de som gerado no núcleo de tal modo que o som provocado pelas forças electromagnéticas pode se tornar significativo.

A corrente que flui nos condutores de enrolamento produz forças electromagnéticas nos enrolamentos. Adicionalmente, os campos magnéticos podem induzir vibrações em componentes estruturais. A força e, por conseguinte, a amplitude das vibrações são proporcionais ao quadrado da corrente e a potência sonora irradiada é proporcional ao quadrado da amplitude de vibração.

Consequentemente, a potência sonora irradiada é fortemente dependente da corrente de carga. As vibrações no núcleo e as montagens sinuosas podem induzir vibrações em paredes do tanque, nos escudos magnéticos e nos dutos de ar (se houver).

No caso do tipo seco, de shunt ou na série de reatores tubulares ar o som é gerado pelas forças electromagnéticas que atuam sobre os enrolamentos de um modo semelhante. Estas forças oscilatórias fazem com que o reator vibre axialmente e radialmente. Na vibração axial, os suportes radiais e as tolerâncias de fabricação podem resultar na excitação dos equipamentos.

O ruído de ventilação tem como características a baixa intensidade e uma banda larga, iniciando-se próxima aos harmônicos mais altos do ruído estrutural do transformador. Em função destas características é um ruído que só representa contribuição relevante quando os equipamentos da subestação estão muito próximos dos receptores (a vizinhança).

A vibração estrutural dos transformadores resulta da excitação do núcleo pelas forças de magnetostricção, principalmente, e, de forma menos pronunciada, pelas forças de atração/repulsão magnéticas. Por meio de mecanismo de acoplamento estrutural e interação fluido estrutural (via óleo do transformador) a vibração do núcleo é transmitida para as paredes do tanque e as chapas dos radiadores que funcionam como placas irradiantes.

Como as forças de excitação surgem a semiciclo da frequência de linha, o primeiro harmônico acústico corresponde ao dobro da frequência de linha, ou seja, 120 Hz no Brasil. O segundo, terceiro e quarto harmônicos são também importantes, observando-se que em muitos casos o maior harmônico não é necessariamente o de maior amplitude.

A importância relativa de um determinado harmônico é determinada a partir da geometria da subestação e redondezas, e da configuração estrutural do transformador. A primeira condição está relacionada ao fato que a atenuação em sinais sonoros com o percurso é função da frequência. A segunda condição decorre do fato que os modos de resposta de um sistema mecânico são determinados de forma pela configuração estrutural.

Enfim, a quantidade de barulho produzido por um transformador depende do seu tamanho. Os transformadores industriais instalados no topo dos postes ou torres de transmissão emitem uma quantidade significativa de ruído devido à sua capacidade e à quantidade de tensão que passa por eles. As unidades menores, do tamanho de uma mão ou menos, emitem um som ligeiramente audível na mesma frequência que os maiores.

A magnetostrição ocorre quando as partes internas de ferro de um transformador, que transmite a eletricidade através de peças condutivas, reverte o caminho elétrico, para frente e para trás, pelo menos 60 vezes por segundo. Isso deixa o metal maleável à medida que começa a se deformar um pouco. A deformação e reformação do metal cria o barulho, que é medido como um zumbido de 120 Hz. O processo ocorre tão rápido que o ruído é registrado pelos ouvidos humanos como uma vibração ou um zumbido.

Porém, deve ser ressaltado que qualquer unidade elétrica, seja no chão ou em um poste, deve ficar afastada. A quantidade de energia envolvida para fazer uma dessas unidades zumbir pode variar de 20.000 a 50.000 volts, o suficiente para matar uma pessoa instantaneamente, caso entre em contato com essa energia. Nunca se deve ignorar os avisos que costumam ser afixados em todos os equipamentos.

FONTE: Equipe Target

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