Электрическая трансформаторная подстанция состоит из целого комплекса устройств (проводников, измерительно — управляющих приборов, трансформатора) которые издают характерный звук трансформатора. Все они предназначены для преобразования напряжения, подаваемого распределительной сетью напряжением несколько киловольт в значения пригодные для потребителей 220/380 вольт.
В настоящее время широкое распространение получили мачтовые трансформаторные подстанции которые располагаются на опорах, что имеет существенные достоинства. Кроме отсутствия явного трансформаторного звука или гула ввиду нахождения не в зданиях они более безопасны из-за отсутствия доступа к токопроводящим элементам.
Из-за чего гудит трансформатор
В течение многих лет коммунальные компании размещали трансформаторы в подвалах или снаружи, но поблизости от зданий, чтобы обеспечить потребителей необходимой энергией. В городах, где земля и площадь первого этажа ограничены они могли оказаться даже внутри здания. В этих условиях силовые подстанции часто располагали вблизи занятых помещений.
Как и другие устройства трансформаторы работают с переменным напряжением, которое вызывает колебания сердечников. Эта вибрация часто может быть услышана как слышимый звук (характерный трансформаторный гул), но также может ощущаться как вибрация.
Вибрации, которые передаются на конструкцию, могут распространяться в другие помещения внутри зданий и излучаться от поверхности пола, стен или потолка, а также быть услышанными обитателями. Изоляция этой вибрации от занимаемого пространства может быть серьезной проблемой, особенно после того, как строительство завершено и арендаторы или жильцы занимают здание. Мачтовые трансформаторные подстанции ввиду специфики установки не передают характерный гул.
Трансформаторы генерируют шум и вибрацию из-за магнитострикции, которую они испытывают.
Магнитострикция заставляет сердечники расширяться и сжиматься в ответ на альтернативное напряжение, которое испытывают устройства. Это расширение и сжатие приводит к вибрации и шуму, которые генерируют эти устройства.
На какой частоте гудит трансформатор
Генерируют преобразователи свой звук трансформатора на частоте 100 Гц и его гармониках (200, 300 Гц).
Частота 100 Гц — это довольно длинная длина волны, которая может создавать стоячие волны в замкнутых пространствах, например там, где этот звук может повлиять на будущих жильцов. Трудность возникает потому, что эти стоячие волны создают очень выраженный узловой паттерн на тоне 100 Гц и гармониках внутри внутреннего пространства. Измерения показали, что узловая картина может вызывать колебания уровня звука на этой частоте на целых 7-10 дБ в пределах площади около 10 м2.[box type=»shadow» ]Хотя частота сети 50 Гц — слышны пики синусоиды, а именно — 100 Гц. Индукция в трансформаторе достигает максимума за один период частоты переменного тока (50 Гц). Более отчетливо слышна вибрация с частотой 100 Гц при частоте сети 50 Гц.[/box]
Имеется ли замена силовых устройств в подстанциях
Будущие устройства силовой электроники разработаны для замены громоздкого распределительного оборудования — это твердотельные устройства (SST).
Обычные распределительные устройства понижают напряжение несколько киловольт в 2-3 фазное напряжение уровня распределения напряжения коммунальной сети 220/380В. Они также обеспечивают изоляцию между входным и выходным напряжением. Хотя традиционные преобразователи напряжения эффективны (99% при номинальной нагрузке и 96% при легкой нагрузке), но громоздки, обычно охлаждаются маслом и требуют затрат на установку.
Основной мотивацией для проектирования полупроводниковых трансформаторов является поиск альтернативного решения с меньшим весом и более высокой эффективностью.
Трудно построить высокоэффективный, легкий, магнито и электрически изолированный твердотельный трансформатор для подключения к сетям высокого напряжения. Уже разработан взамен тиристоров высоковольтный биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT — БТИЗ) и диодами. Пока существующие современные высоковольтные высокоскоростные силовые устройства вызывают значительные коммутационные и проводящие потери. С появлением полупроводников на карбит кремниевой основе (SiC) эти ограничения в значительной степени смягчаются, и это обеспечивает мотивацию для новых топологий. Целевая эффективность карбид кремниевых устройств в области силовых приборов составляет 98%.
Разрабатываемые современные полупроводниковые трансформаторы обеспечивают двунаправленное управление потоком мощности, а также могут компенсировать нежелательные нагрузки в виде гармоник, а также могут выступать в качестве статического компенсатора реактивной мощности на стороне высокого напряжения, чтобы обеспечить регулирование.
В настоящее время основной проблемой построения SST являются высоковольтные ограничения силовых устройств. Тиристоры могут быть надежно подключены к высоковольтной сети, но их производительность ограничена низкой частотой переключения работы. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT – БТИЗ) быстры, но они снова ограничены своей способностью блокировать напряжение устройств пока до 6,5 кв.
В этих устройствах высоковольтный ток выпрямляется и понижается до изолированного низковольтного (400 В) с помощью высокочастотного преобразователя. Это двухуровневый трехфазный инвертор который переключается на частоте 20 кГц.
Это уже не характерный звук трансформатора, они уже не «гудят» на частоте 100 Гц, а едва «пищат» на более высокой частоте.
