Giảm thiểu tiếng ồn trong máy biến áp sử dụng vật liệu từ vô định hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN CÔNG HUẤN

GIẢM THIỂU TIẾNG ỒN TRONG MÁY BIẾN ÁP
SỬ DỤNG VẬT LIỆU TỪ VÔ ĐỊNH HÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – Năm 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN CÔNG HUẤN

GIẢM THIỂU TIẾNG ỒN TRONG MÁY BIẾN ÁP
SỬ DỤNG VẬT LIỆU TỪ VÔ ĐỊNH HÌNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN – THIẾT BỊ ĐIỆN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. LÊ VĂN DOANH

HÀ NỘI – 2015


LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập tại lớp cao học Kỹ thuật điện – Thiết bị điện khóa
2013-2015, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tôi đã được đào tạo và tích lũy
nhiều kiến thức cho bản thân cũng như phục vụ công việc. Đặc biệt là khoảng thời
gian thực hiện đề tài “Giảm thiểu tiếng ồn trong máy biến áp sử dụng vật liệu từ
vô định hình”. Để có thể hoàn thành được luận văn này ngoài sự nỗ lực của bản
thân, tôi cũng đã nhận được nhiều sự góp ý và giúp đỡ của các thầy cô trong bộ
môn Thiết bị điện - điện tử, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Đặc biệt, tôi xin
trân thành cảm ơn PGS.TS Lê Văn Doanh vì những định hướng và hướng dẫn tôi
trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Mặc dù có nhiều cố gắng tìm tòi, nghiên cứu, song do kiến thức hạn chế,
chắc chắn luận văn tốt nghiệp của tôi còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong nhận được
sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo cũng như các bạn đồng nghiệp.
Xin trân thành cảm ơn!

1


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính bản thân tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ
luận văn của tác giả nào khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về những nội dung cam đoan trên.
Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2015
Tác giả

Nguyễn Công Huấn

2


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................................ 1
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................................... 2
MỤC LỤC ...................................................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... 5
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ................................................................................. 7
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 9
CHƢƠNG 1.................................................................................................................................. 11
TỔNG QUAN VỀ TIẾNG ỒN VÀ TIẾNG ỒN TRONG MÁY BIẾN ÁP ............... 11
1.1. Tổng quan về tiếng ồn ....................................................................................11
1.1.1. Khái niệm tiếng ồn ..................................................................................11
1.1.2. Các tiêu chuẩn về tiếng ồn [3] .................................................................12
1.1.3. Các loại tiếng ồn ......................................................................................12
1.1.4. Tác hại của tiếng ồn [3] ...........................................................................14
1.1.5. Quan trắc và đánh giá tiếng ồn [3] ..........................................................14
1.2. Tiếng ồn trong máy biến áp............................................................................17
1.2.1. Tổng quan về tiếng ồn trong máy biến áp ...............................................17
1.2.2. Nguyên nhân gây tiếng ồn trong máy biến áp[6] ....................................19
1.2.3. Tiếng ồn trong máy biến áp[10] ..............................................................20
1.2.4. Đo và định lƣợng tiếng ồn do máy biến áp công suất lớn sinh ra[11] ....24
CHƢƠNG 2: TIẾNG ỒN TRONG MÁY BIẾN ÁP CÔNG SUẤT LỚN.................. 29
2.1. Hiện tƣợng từ giảo [18] ..................................................................................30
2.1.1.Hệ số từ giảo ............................................................................................30
2.1.2.Cơ chế hiện tƣợng từ giảo ........................................................................31

2.2. Thiết kế của lõi từ để giảm tiếng ồn [10] .......................................................33
2.3. Thiết kế các cuộn dây để giảm tiếng ồn trong máy biến áp [10] ...................37

3


2.4. Giảm tiếng ồn của quạt...................................................................................42
2.4.1.Tiếng ồn gây ra bởi các hệ thống làm mát ...............................................42
2.4.2 Điều khiển quạt thông minh với việc điều chỉnh tốc độ quạt [8].............43
CHƢƠNG 3: TIẾNG ỒN TRONG MÁY BIẾN ÁP VẬT LIỆU TỪ VÔ ĐỊNH
HÌNH .............................................................................................................................................. 48
3.1. Tổng quan về máy biến áp vật liệu từ vô định hình .......................................48
3.2. Tổng quan về vật liệu từ vô định hình ...........................................................50
3.2.1.Các tính chất từ của vật liệu từ vô định hình ...........................................50
3.3. Nghiên cứu tiếng ồn trong máy biến áp lõi thép vô định hình .......................61
3.3.1 Lực từ Maxwell ........................................................................................62
3.3.2 Lực từ giảo ...............................................................................................62
3.3.3. Lực Lorentz .............................................................................................64
3.4. Thực nghiệm đo dao động và tiếng ồn của máy biến áp lõi thép vô định hình
...................................................................................................................................64
3.5. Các biện pháp giảm thiểu tiếng ồn trong máy biến áp lõi thép vô định hình 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................. 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 70

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

NC

Đƣờng cong tiếng ồn cân bằng.

NCB

Đƣờng cong tiếng ồn tới hạn cân bằng.

DC

Thành phần một chiều.

LV

Cuộn dây hạ áp.

HV

Cuộn dây cao áp.

ODWF

Hệ thống làm mát bằng dầu và nƣớc cƣỡng bức.

SPL

Mức áp suất âm.

ZDKH

Lá thép chất lƣợng cao

5


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Mức áp suất âm tƣơng đƣơng của một số nguồn ồn thƣờng gặp.[3]........11
Bảng 1.2. Giới hạn tối đa cho phép về tiếng ồn môi trƣờng
(TCVN26:2010/BTNMT) .........................................................................................12
Bảng 1.3. Kết quả đo tiếng ồn trên bốn máy biến áp. ...............................................28
Bảng 2.1. Mức ồn cho phép đối với biến áp 100 MVA làm mát ODWF[10]. .........29
Bảng 2.2. Mức ồn cho phép đối với máy biến áp 300 MVA làm mát ODWF[10]. .29
Bảng 3.1.Tóm tắt các tính năng so sánh của lá tôn silic cán nguội tinh thể định
hƣớng và lá thép vô định hình. ..................................................................................49
Bảng 3.2. Tính năng so sánh của MBA 25 kVA, 15/0,4 kV vật liệu từ vô định hình
và lá tôn silic cán nguội định hƣớng của Viện EPRI Hoa Kỳ...................................49
Bảng 3.3 Các đặc tính cơ bản của vật liệu từ ............................................................59
Bảng 3.4 Độ dãn dài của một số vật liệu từ ..............................................................63
Bảng 3.5 Các tính chất của lá thép vô định hình.......................................................67
Bảng 3.6: Quan hệ công suất âm theo độ từ cảm của lõi ..........................................68
Bảng 3.7: Công suất kích từ theo từ cảm lõi .............................................................68

6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Mức độ âm thanh hằng ngày dB (A)[8] ............................................................. 11
Hình 1.2. Sơ đồ khối mạch đo mức âm. ............................................................................... 16
Hình 1.3. Hình ảnh máy biến áp ............................................................................................. 18

Hình 1.4. Khu vực cho phép đo tiếng ồn và vị trí của điểm đo ...................................... 22
cho trạm biến áp 112 MVA. .................................................................................................... 22
Hình 1.5. Buồng thí nghiệm đo tiếng ồn. ............................................................................. 25
Hình 1.6. Buồng kiểm tra độ ồn. ............................................................................................ 25
Hình 1.7. Mức áp suất âm theo ba tần số (200, 650 và 2000 Hz) và khoảng cách từ
nguồn âm đến máy đo................................................................................................................ 26
Hình 1.8. Đƣờng cong mức áp suất âm theo tần số tiếng ồn. ......................................... 27
Hình 1.9. Bốn biến áp thử nghiệm. ........................................................................................ 28
Hình 2.1. Cơ chế hiện tƣợng từ giảo do tƣơng tác spin- quỹ đạo và sự phân bố của
đám mây điện tử .......................................................................................................................... 31
Hình 2.2. Hình ảnh mô tả cơ chế hiệu ứng từ giảo…………………………....……31
Hình 2.3. Phƣơng pháp ghép các lá thép biến áp thông dụng. ....................................... 34
Hình 2.4. Lực từ trong các khu vực xung quanh ghép nối của lá thép biến áp giữa
các thành phần của các trụ và gông từ của lõi..................................................................... 34
Hình 2.5. Thắt chặt trụ của lõi từ với gông từ đƣợc tháo ra trong quá trình lắp ráp. 35
Hình 2.6. Lõi từ đƣợc thắt chặt ............................................................................................... 36
Hình 2.7. Tiết diện gông thắt chặt của lõi từ ....................................................................... 36
Hình 2.8. Mô phỏng CAD các bộ phận của máy biến áp. ............................................... 37
Hình 2.9. Ghép mạch từ và dây quấn máy biến áp. ........................................................... 38
Hình 2.10. Làm các cuộn dây cho máy biến áp 112 MVA trên máy cuốn ngang. ... 38
Hình 2.11. Biến dạng của cuộn dây do ngắn mạch. .......................................................... 39
Hình 2.12. Phần tử cách điện tạo sức bền và chịu độ rung của dây dẫn trong cuộn
dây................................................................................................................................................... 39
Hình 2.13. Từ trƣờng tản trong không gian giữa các cuộn dây: .................................... 40

7


Hình 2.14. Mô hình ba chiều của cuộn dây của máy biến áp. ........................................ 40
Hình 2.15. Phân tích biến dạng bởi phƣơng pháp MFE. .................................................. 41

Hình 2.16. Dây dẫn chuyển vị để làm cuộn dây. .............................................................. 41
Hình 2.17. Quạt làm mát trên máy biến áp công suất lớn.[10]....................................... 42
Hình 2.18. Độ ồn theo đƣờng kính của cánh quạt, số lƣợng cực và khả năng làm mát
của quạt.......................................................................................................................................... 43
Hình 2.19. Các bộ phận của quạt theo công nghệ EC ....................................................... 45
Hình 2.20. Mức ồn so sánh 8 quạt AC (khối bên trái) với 16 quạt EC(khối bên
phải). ............................................................................................................................................... 45
Hình 2.21. Sơ đồ nhìn từ trên một máy biến áp với hệ thống dây điện điều khiển tốc
độ quạt theo quy trình công nghệ mới. ................................................................................. 46
Hình 2.22. Bộ ghép nối máy biến áp 40/50 MVA với điều khiển tốc độ quạt làm
mát theo quy trình công nghệ mới ONAN / ONAF với điều khiển theo công nghệ
EC sản xuất tại Đức trong năm 2009. ................................................................................... 47
Hình 3.1. Hình ảnh vật liệu vô định hình……………………………...………...…50
Hình 3.2.Mô hình dị hƣớng ngẫu nhiên. ...................................................................51
Hình 3.3.Dị hƣớng từ hiệu dụng <K> của vật liệu nanomet với định hƣớng ngẫu
nhiên của hạt phụ thuộc kích thƣớc hạt D............................................................................ 51
Hình 3.4. Lực kháng từ HC phụ thuộc vào kích thƣớc hạt D của các vật liệu mềm. 52
Hình 3.5: Sơ đồ mô tả các sản phẩm của vật liệu vô định hình. .................................... 60
Hình 3.6: Máy biến áp 1 pha 50 kVA - 6 kV/210 V. ........................................................ 60
Hình 3.7: Máy biến áp 3 pha: a) 3 trụ ; b) 5 trụ. ................................................................. 61
Hình 3.8: Máy biến áp khô 3 pha 1000 kVA - 6 kV/210V. ............................................ 61
Hình 3.9 a: Cơ chế lực Maxwell tác động

Hình 3.9 b: Cơ chế lực từ giảo tác động

.......................................................................................................................................................... 63

Hình 3.10: Thí nghiệm xác định dao động và tiếng ồn của máy biến áp..................... 64
Hình 3.11: Dao động cực đại của mẫu thử, hình a với tần số 1,63kHz, hình b ứng
tần số 3,23kHz, hình c ứng với tần số 3,5kHz. ................................................................... 65

Hình 3.12: Lực Maxwell tác động lên bề mặt lõi, lên khe hở không khí và lực
Lorentz tác động lên dây quấn. .............................................................................................. 65
Hình 3.13: Sơ đồ thử nghiệm dao động của lõi thép máy biến áp................................. 66

8


PHẦN MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Máy biến áp điện lực là một phần tử quan trọng cấu thành lƣới điện. Nguyên
lý hoạt động của máy biến áp điện lực vẫn giữ nguyên không đổi kể từ khi máy biến
áp ba pha đầu tiên đƣợc chế tạo vào năm 1899. Tuy vậy tính năng của nó ngày càng
đƣợc hoàn thiện và phát triển liên tục trong suốt hơn 100 năm qua. Cho đến những
năm trƣớc 1980 ngƣời ta vẫn chỉ tập trung vào việc tìm cách nâng cao công suất và
điện áp của máy biến áp, chỉ có trong vài thập kỷ gần đây việc phát triển máy biến
áp điện lực mới đi sâu vào các khía cạnh sinh thái.
Đầu những năm 70 của thế kỷ XX, ngƣời ta mới bắt đầu có ý tƣởng sử dụng
vật liệu vô định hình để chế tạo lõi thép máy biến áp phân phối nhằm giảm tổn thất
điện năng trong khâu truyền tải và phân phối điện năng, năm 1998 đã có khoảng
gần hai triệu máy biến áp sử dụng lõi thép vô định hình vận hành trên lƣới điện
phân phối trên toàn thế giới. Điều này cho thấy việc sử dụng máy biến áp lõi thép
vô định hình có tốc độ tăng nhanh, phù hợp với xu thế chung hƣớng đến sử dụng
năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả hơn. Điện năng tổn hao trong lõi thép các máy
biến áp chiếm vào khoảng 1,04 đến 2,04% điện năng truyền tải.
Khi sử dụng vật liệu vô định hình để sản xuất máy biến áp ngày càng rộng
rãi do đặc tính từ tốt hơn hẳn so với thép silic định hƣớng tinh thể cán nguội, tổn
thất lõi giảm 60% - 70% so với lõi thép silic. Bên cạnh đó, vật liệu từ vô định hình
có hệ số từ giảo bão hòa tƣơng đối lớn 20μm/m cũng là nguyên nhân gây sự rung ồn
trong lõi thép vô định hình lớn hơn lõi thép silic.
Hiện nay, ở Việt Nam nhu cầu tiêu thụ điện năng rất lớn, nếu tiếp tục sử dụng

loại máy biến áp có lõi truyền thống thì lƣợng điện năng tiêu hao lớn, gây lãng phí
và thiếu hiệu quả. Máy biến áp vô định hình đƣợc đánh giá là phù hợp với môi
trƣờng và thực tế sử dụng tại Việt Nam. Đặc biệt hiện nay các máy biến áp phân
phối thƣờng đặt trong khu dân cƣ gần các hộ tiêu thụ nên vấn đề tiếng ồn sinh ra bởi
các máy biến áp và các biện pháp giảm tiếng ồn không ảnh hƣởng đến môi trƣờng
và hệ sinh thái đang đƣợc đặc biệt quan tâm.

9


Nghiên cứu về tiếng ồn của máy biến áp vô định hình vẫn là bài toán cần phải
đƣợc nghiên cứu, tìm các giải pháp thiết kế và công nghệ chế tạo.
Với nhận thức trên, tôi đã chọn đề tài: “Giảm thiểu tiếng ồn trong máy biến
áp sử dụng vật liệu liệu từ vô định hình ” làm luận văn tốt nghiệp của mình.
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
- Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về tiếng ồn trong máy biến áp các giải pháp thiết kế
giảm tiếng ồn cho máy biến áp công suất lớn và nghiên cứu tiếng ồn, thực nghiệm
đo dao động và tiếng ồn, các biện pháp giảm thiểu tiếng ồn trong máy biến áp vô
định hình.
- Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu các máy biến áp công suất lớn và máy biến áp sử dụng vật liệu
từ vô định hình, các giải pháp giảm thiểu tiếng ồn.
- Phạm vi nghiên cứu
Tìm hiểu tổng quan về tiếng ồn, tiếng ồn trong máy biến áp. Tìm hiểu về
tiếng ồn trong máy biến áp công suất lớn, tiếng ồn trong máy biến áp sử dụng vật
liệu từ vô định hình và các giải pháp giảm thiểu tiếng ồn.
3. CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN
Nội dung chính của bản luận văn gồm 3 chƣơng:
- Chƣơng 1: Tổng quan về tiếng ồn và tiếng ồn trong máy biến áp

- Chƣơng 2: Tiếng ồn trong máy biến áp công suất lớn
- Chƣơng 3: Tiếng ồn trong máy biến áp vật liệu từ vô định hình
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Dƣới sự chỉ bảo của thầy giáo hƣớng dẫn, tổng hợp các tài liệu có liên quan
đến đề tài. Đúc kết kinh nghiệm của các công trình đã công bố các giải pháp giảm
thiểu tiếng ồn và khuyến nghị các nhà sản xuất.

10


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TIẾNG ỒN VÀ TIẾNG ỒN TRONG MÁY BIẾN ÁP
1.1. Tổng quan về tiếng ồn
1.1.1. Khái niệm tiếng ồn
Tiếng ồn là âm thanh khó chịu hoặc có hại cho con ngƣời. Trên hình 1.1 biểu
diễn mức tiếng ồn thƣờng gặp trong cuộc sống.

Hình 1.1. Mức độ âm thanh hằng ngày dB (A)[8]
Để đánh giá mức ồn ngƣời ta sử dụng Decibel là một đơn vị hàm loga, viết tắt
là dB. Tai con ngƣời có thể nghe đƣợc mức ồn trong khoảng từ 0 đến 125 dB. Dƣới
40 dB thì nghe rất khó còn trên 105 dB thì tai sẽ bị đau đớn và trên 115 dB trong
khoảng thời gian dài thì sẽ bị điếc vĩnh viễn. Mức áp suất âm của một số nguồn ồn
thƣờng gặp đƣợc cho trong bảng 1.1.

Bảng 1.1. Mức áp suất âm tương đương của một số nguồn ồn thường gặp.[3]
STT

Môi trƣờng tạo tiếng ồn

1

Trong phòng hòa nhạc khi biểu diễn

80( 1000Hz)

2

Máy bay Boeing 707 cất cánh ở cách 1km

90(1000Hz)

3

Trong máy bay hành khách của máy bay cánh quạt

100(1000Hz)

Mức áp suất âm(dB)

khi cất cánh
4

Xe tải nặng(>10 tấn) chạy bằng dầu diesel ở cách 8m

11

90(1000Hz)


5

Trong xƣởng đúc,dệt

100 - 105(1000Hz)

6

Máy phát điện

100 -110 dBA

7

Quạt gió thải nhiệt,đo ở khoảng cách 2m

97 - 105 dBA

8

Ống khói

87 – 95 dBA

1.1.2. Các tiêu chuẩn về tiếng ồn [3]
Bảng 1.2 sau đây đƣa ra tiếng ồn tối đa cho phép trong một số khu vực.

Bảng 1.2. Giới hạn tối đa cho phép về tiếng ồn môi trường
(TCVN26:2010/BTNMT)
TT

Khu vực

Mức ồn dB

Mức ồn

Từ 6 giờ đến 21 giờ

Từ 21 giờ đến 6 giờ

1

Khu vực đặc biệt

55

45

2

Khu vực thông thƣờng

70

55

Khu vực đặc biệt: là những khu vực trong hàng rào của các cơ sở y tế, thƣ
viện, nhà trẻ, trƣờng học, nhà thờ, đình, chùa và các khu vực có quy định đặc biệt
khác.
Khu vực thông thƣờng: gồm khu chung cƣ, các nhà ở riêng lẻ nằm cách biệt

hoặc liền kề, khách sạn, nhà nghỉ, cơ quan hành chính.
1.1.3. Các loại tiếng ồn
Các nguồn ồn chính bao gồm [3]:
- Nguồn ồn công nghiệp, xây dựng: tiếng ồn từ hoạt động các nhà máy, nhà
xƣởng, xây dựng…
- Nguồn ồn giao thông: tổng hợp tiếng ồn do các chi tiết và vận động của
phƣơng tiện gây ra
- Nguồn ồn sinh hoạt: bao gồm kinh doanh, công cộng…
Công thức xác định mức công suất ồn:
W= ρcS (v 2)σrad

(1.1)

Trong đó:
W: Mức công suất âm (watt)

S: Diện tích bề mặt rung

12


: Tỷ trọng không khí (kg/m3)

v: vận tốc rung

c: Tốc độ âm thanh (m/s)

σrad: Hiệu ứng bức xạ

Các loại tiếng ồn [3]:

- Tiếng ồn cơ khí: tiếng ồn phát sinh do rung ở máy, thiết bị hoặc do va đập
các chi tiết của chúng.
- Tiếng ồn khí động: tiếng ồn phát sinh trong các quá trình chuyển động của
các chất khí hoặc của vật chuyển động trong khí với vận tốc khí hoặc sinh ra do
sự chảy của các chất lỏng hay sự phun chất cháy trong vòi phun.
- Tiếng ồn điện từ: tiếng ồn phát sinh do dao động của các chi tiết trong thiết
bị cơ điện chịu ảnh hƣởng của lực điện từ biến đổi.
- Tiếng ồn thủy động (Fluid Noise): Tiếng ồn phát sinh trong các quá trình
chuyển động của chất lỏng. Thông thƣờng tiếng ồn phát sinh do vật liệu rắn có hình
bánh xe hoặc chân vịt của thuyền tác động vào chất lỏng. Tốc độ dòng chảy quyết
định đến công suất âm, nếu tăng gấp đôi tốc độ dòng chảy, W tăng 18 – 24 dB. Để
giảm tốc độ dòng chảy, cần dùng thiết bị khuếch tán (diffusers) hoặc tấm ngăn cản
hạn chế dòng chảy.
Sau đây đƣa ra một số thiết bị gây ồn trong công nghiệp[3] :
- Tiếng ồn máy hàn xì (Gas Jets): Mức công suất ồn cách 1m của thiết bị xả
hơi có thể đạt đến 105dB.
- Quạt thông gió và quạt hút (Ventilator and Exhaust Fans): Biên độ mức công
suất âm rất rộng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
- Thiết bị nén (Compressors): Hầu hết các máy nén đều có công suất ồn
lớn. Độ ồn mỗi lần nén (đóng, đập) có thể lên đến 105 dBA.
- Mô tơ điện (Electric Motors): Bộ phận phát sinh nguồn ồn chủ yếu từ cánh
quạt, tùy theo công suất máy sẽ phát sinh độ ồn khác nhau. Độ ồn mô tơ điện
có thể đạt 106dBA.
- Máy cƣa xẻ gỗ (Woodworking Machines): Độ ồn phát sinh, độ rung ở các
thiết bị cắt, nghiền; độ ồn do nguyên nhân khí động lực (ở các thiết bị quạt), độ ồn
ở thiết bị quạt bụi, ống loại bỏ mùn cƣa. Độ ồn có thể đạt đến 106dB.

13

- Thiết bị khí nén (Pneumatic Tools): Bao gồm, máy khoan, súng bắn hơi,
búa hơi, máy phá bê tông… Cơ chế phát sinh ồn: sự tác động giữa máy và bề mặt
(bao gồm cả việc truyền rung), việc xả khí nén, cấu trúc bên trong thiết bị. Độ ồn
của thiết bị khí nén cầm tay có thể đạt đến 110dB.
1.1.4. Tác hại của tiếng ồn [3]
Theo Viện Bảo vệ môi trƣờng Mỹ EPA, năm 1991 có khoảng 9 triệu công dân
Mỹ bị phơi nhiễm thƣờng xuyên với mức ồn trung bình 85 dB(A) trở lên và tăng
lên 30 triệu ngƣời vào 1990. Con số ngày ở Đức là 12 – 15% dân số, tƣơng đƣơng
4 – 5 triệu ngƣời. Tiếng ồn tác động lên con ngƣời ở 3 phƣơng diện:
- Tác động về mặt cơ học.
- Tác động về mặt sinh học.
- Tác động lên các hoạt động xã hội.
Tiếng ồn có tác động xấu đối với con ngƣời, thể hiện:
- Quấy rầy giấc ngủ.
- Tác dụng đối với thính giác.
Liệt kê một số khoảng giá trị mức ồn có ảnh hƣởng tới thính giác :
+ Mức phơi nhiễm tiếng ồn của công nhân từ 85 – 90 dB (f ~3.000Hz) trong
một thời gian dài (30 – 40 năm) là có thể gây mất thính giác. Khuyến cáo, mức tiếp
xúc tối đa của công nhân nơi làm việc là 85dB trong 8h/ngày.
+ Giảm 3 – 5 dB, thời gian phơi nhiễm cho phép có thể tăng gấp đôi.
+ Mức ồn xung(impulses noise) mà tai ngƣời có thể chịu đựng đƣợc là
140dB, tại mức này con ngƣời có thể chịu đựng đƣợc 100 lần/ngày, tại mức 130dB
là1.000 lần/ngày, 120dB là 10.000 lần/ngày.
- Tác dụng đối với việc tiếp nhận thông tin.
- Tác dụng đối với thể lực, đối với tâm thần và hiệu quả làm việc của con
ngƣời.
1.1.5. Quan trắc và đánh giá tiếng ồn [3]
+) Các mục tiêu cơ bản trong quan trắc tiếng ồn

14

- Xác định mức độ ồn ảnh hƣởng đến sức khoẻ cộng đồng theo các tiêu
chuẩn cho phép hiện hành.
- Xác định ảnh hƣởng của các nguồn gây tiếng ồn riêng biệt hay nhóm các
nguồn gây tiếng ồn.
- Cung cấp thông tin giúp cho việc lập kế hoạch kiểm soát tiếng ồn.
- Đánh giá diễn biến ô nhiễm ồn theo thời gian và không gian.
- Cảnh báo về ô nhiễm tiếng ồn.
- Đáp ứng các yêu cầu của công tác quản lý môi trƣờng của Trung ƣơng và địa
phƣơng.
+) Thông số quan trắc
- LAeq mức âm tƣơng đƣơng.
- LAmax mức âm tƣơng đƣơng cực đại.
- LAN,T mức phần trăm.
- Phân tích tiếng ồn ở các dải tần số theo khoảng tám (octave)(tại các khu công
nghiệp).
- Lƣu lƣợng dòng xe (đối với tiếng ồn giao thông).
+) Thời gian và tần suất quan trắc
- Tần suất quan trắc tiếng ồn, tối thiểu phải là 04 lần/năm.
- Thời gian quan trắc:
+ Đối với tiếng ồn tại các khu vực quy định và tiếng ồn giao thông: đo
liên tục 12, 18 hoặc 24 giờ tuỳ theo yêu cầu.
+ Đối với tiếng ồn tại các cơ sở sản xuất, phải tiến hành đo trong giờ làm
việc.
+) Thiết bị quan trắc
Yêu cầu chung của thiết bị quan trắc:
- Theo TCVN 5964:1995.
- Có kèm theo bộ phân tích tần số.

15


- Đƣợc chuẩn theo bộ phát âm chuẩn ở mức âm 94 và 104 dBA trƣớc mỗi
đợt quan trắc và định kỳ đƣợc kiểm chuẩn tại các cơ quan có chức năng kiểm chuẩn
thiết bị.
+) Phƣơng pháp quan trắc
(TCVN 5964:1995 và TCVN 5965:1995) Các phép đo âm thanh chính:
- Đo phân tích mức âm thanh theo tần số.
- Đo mức âm tổng cộng về năng lƣợng theo các thang hiệu chỉnh gần đúng
về cảm giác âm thanh của cơ quan thính giác ngƣời.
- Đo tích lũy theo từng khoảng thời gian để xác định trị số trung bình năng
lƣợng âm thanh, hay còn gọi là mức âm tƣơng đƣơng.
- Ghi lại mức áp suất âm ( trên băng giấy) hoặc ghi lại âm thanh trên băng, đĩa
và hiển thị âm thanh.
- Đo thời gian âm vang của phòng và chất lƣợng cách âm của các kết cấu.
- Đo các tính năng âm học của vật liệu …
Các phép đo âm thanh đều sử dụng một máy đo mức âm có cơ sơ đồ giới thiệu
trên hình 1.2 dƣới đây

Hình 1.2. Sơ đồ khối mạch đo mức âm.
Các phép đo ngoài trời:
Giảm phản xạ âm đến tối thiểu, cách cấu trúc phản xạ âm ít nhất 3,5 mét
không kể mặt đất. Khi không có quy định khác thì độ cao tiến hành đo là 1,2-1,5
mét so với mặt đất.
- Các phép đo ngoài trời gần các nhà cao tầng:
+ Cách tòa nhà khoảng 1-2m và cách mặt đất từ 1,2-1,5m.

16

- Các phép đo tiếng ồn giao thông:
+ Độ cao tiến hành đo là 1,2-1,5 mét so với mặt đất [QCVN], cách trục
đƣờng ít nhất 7,5m.
+ Phải giảm phản xạ âm đến tối thiểu.
+ Phải tránh các nguồn tiếng ồn gây nhiễu ảnh hƣởng tới phép đo.
- Các phép đo trong nhà:
+ Các phép đo này thực hiện bên trong hàng rào, mà ở đó tiếng ồn đƣợc quan
tâm. Nếu không có chỉ định khác, các vị trí đo cách các tƣờng hoặc bề mặt phản xạ
khác ít nhất1 mét, cách mặt sàn từ 1,2-1,5 mét và cách các cửa sổ khoảng 1,5 mét,
cách nguồn gây ồn khoảng 7,5 mét. Phòng kinh doanh karaoke thì đo tại cửa sổ, cửa
phòng.
+ Khi đo tiếng ồn tại nơi làm việc do các máy công nghiệp gây ra phải đo
tiếng ồn theo tần số ở dải 1:1 ôcta (theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 3985:1999).
- Đo tiếng ồn ổn định và không ổn định:
+ Tiếng ồn ổn định có độ biến âm không quá 5dB, thƣờng sử dụng phép đo
chậm.
+ Tiếng ồn không ổn định, thƣờng sử dụng phép đo nhanh.
1.2. Tiếng ồn trong máy biến áp
1.2.1. Tổng quan về tiếng ồn trong máy biến áp
Trong mạng điện máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải
và phân phối điện năng. Máy biến áp khi vận hành phát ra một tiếng ồn, độ lớn của
tiếng ồn tăng lên cùng với sự gia tăng trong công suất của nó. Trên thực tế, bên
trong các máy biến áp không có phần quay nhƣ trong động cơ và máy phát điện,
nhƣng chúng vẫn sản sinh ra âm thanh vì hiệu ứng từ giảo xảy ra bên trong các máy
biến áp. Hiệu ứng từ giảo là một trong những tính chất quan trọng của vật liệu sắt
từ. Do tính chất này, bất cứ vật liệu sắt từ đƣợc đặt trong từ trƣờng biến thiên làm
thay đổi tính chất của nó.
Nguyên nhân, đo đạc và các biện pháp giảm tiếng ồn của máy biến áp đang đƣợc
đặc biệt quan tâm.Vì ngày nay các máy biến áp phân phối thƣờng đặt ở các khu dân

17


cƣ, các tòa nhà cao tầng…gần các hộ tiêu thụ vấn đề ô nhiễm tiếng ồn môi trƣờng
cần chú trọng.

Hình 1.3. Hình ảnh máy biến áp

18


1.2.2. Nguyên nhân gây tiếng ồn trong máy biến áp[6]
Sơ đồ sau đây cho thấy nguyên nhân gây tiếng ồn trong máy biến áp

Trƣờng điện từ xoay chiều

Lực từ động

Lực từ giảo

Gây ra sự rung
động trong lõi thép

Chuyển động tƣơng đối của
các lá thép theo chiều ngang

Các cuộn dây
bị rung

Rung lõi thép

Cấu trúc sinh ra

Các sóng âm của chất lỏng
trong bình chứa máy biến áp

Chuyển động của
dầu làm mát

Rung động khung máy biến
áp

Không khí
Cấu trúc

sinh ra

sinh ra
Rung bình chứa

Hệ thống máy
bơm

Hệ thống quạt

Phát ra tiếng ồn

19

1.2.3. Tiếng ồn trong máy biến áp[10]
Tiếng ồn của máy biến áp điện tạo ra đƣợc xác định bởi tiêu chuẩn IEC60.07610 (2001)và đƣợc xác định bởi ba thông số cơ bản :
+ Mức áp suất âm thanh (Lp).
+ Mức công suất âm thanh (LW).
+ Cƣờng độ âm thanh (LI).
Mức áp suất âm thanh đƣợc tính theo:
2

 p
 p
Lp  10 lg    20 lg  
 p0 
 p0 

dB

(1.2)

Trong đó:
+ p: là áp suất âm thanh Pa.
+ p0: là áp suất âm thanh chuẩn p0 = 20 .10-6 Pa.
Mức công suất âm thanh Lw đƣợc tính theo:
 w 
Lw  10lg 

 w0 

dB

(1.3)

Trong đó:
+ W: là công suất âm thanh W.
+ W0: là công suất âm thanh chuẩn W0 = 10-12 W.
Mức cƣờng độ âm thanh LI đƣợc tính theo:
I 
LI  10lg  
 I0 

dB

(1.4)

Trong đó:
+ I: là cƣờng độ âm thanh W / m2.
+ I0: giá trị của cƣờng độ âm thanh chuẩn I0 = 10-12 W / m2.
Mức âm thanh A (LPA, LWA, LIA) còn phụ thuộc vào tần số tiếng ồn. Tai ngƣời
nhạy cảm nhất với các tần số khoảng 1000 Hz, và ít nhạy cảm với tần số thấp hơn
hoặc cao hơn . Đối với một tần số cụ thể của các mức âm thanh chuẩn A:
LpAf  Lpf  L f

(1.5)

Trong đó:

20


+ Lpf : là giá trị tuyến tính không điều chỉnh đƣợc mức âm thanh và

+ ΔLf: đƣợc điều chỉnh phải đƣợc thực hiện trên cơ sở các giá trị thực
nghiệm mỗi khoảng cách giữa các tần số có tần số gấp đôi.
Tổng mức tiếng ồn trong trƣờng hợp nhiều nguồn âm thanh(LWA1, LWA2, LWA3,
...) có thể đƣợc tính theo công thức sau:

LwA  10lg 100,1LwA1

(1.6)

Đối với n nguồn tiếng ồn tổng mức độ tiếng ồn bằng
LWA  LWA0  10lg n

(1.7)

Các phép đo tiếng ồn máy biến áp đƣợc thực hiện theo tiêu chuẩn IEC 60.076-10
(2001), trong đó mô tả quy trình đo đạc tiếng ồn rất chi tiết. Phép đo đƣợc thực hiện
trong các phép thử ngắn mạch với dòng điện định mức ở khoảng cách 300 mm,
1000 mm hoặc 2000 mm từ đƣờng đồng mức – phát ra mức độ bức xạ chính của
cáp và dây liên lạc của biến áp. Trong thời gian thử nghiệm, chủ yếu là áp suất âm
thanh LPA và cƣờng độ âm thanh LIA đƣợc đo đạc. Mức bức xạ bề mặt bao quanh
thùng máy biến áp và đi qua hình chiếu thẳng đứng của các đƣờng xung quanh biến
áp ở khoảng cách xác định. Đối với máy biến áp với làm mát tự nhiên các điểm đo
ở khoảng cách 300 mm từ mặt phẳng chính của bức xạ. Đối với máy biến áp khô, vì
lý do an toàn, khoảng cách nên là 1000 mm.

21


Hình 1.4. Khu vực cho phép đo tiếng ồn và vị trí của điểm đo
cho trạm biến áp 112 MVA.

Đối với máy biến áp làm mát bằng dầu điểm đo là ở khoảng cách 2000 mm từ
mặt phẳng chính của bức xạ. Điểm đo đƣợc khoảng cách đều nhau dọc các cạnh của
máy biến áp (với bƣớc lên 1000 mm)với điều kiện là phải có tối thiểu 6 điểm đo,
không phụ thuộc vào kích thƣớc của máy biến áp. Đối với máy biến áp với chiều
cao của vỏ máy biến áp dƣới 2500 mm điểm đo là ở đỉnh cao chính giữa. Đối với
máy biến áp có các vị trí đo chiều cao hơn tại hai chiều cao (một ở 1/3 và khác ở 2/3
tổng số chiều cao).

22


Độ ồn của lõi từ đƣợc tính toán theo công thức thực nghiệm sau đây:

LwA(core)  k1 lg GFe  K2 B  k3

(1.8)

Trong đó :
+ GFe : là khối lƣợng của lõi từ.
+ B: là cảm ứng từ bên trong lõi.
+ k1, k2 : là các hệ số thực nghiệm.
+ k3: là hệ số thực nghiệm mà sẽ đƣa vào phụ thuộc vào loại lá thép máy
biến áp, loại biến áp và cấu trúc lõi, tần số, thiết kế của vỏ máy của biến áp.
Lực điện từ bên trong cuộn dây, độ rung của các cuộn dây hƣớng tâm và hƣớng
trục cùng với tần số gấp đôi tần số của hệ thống phân phối điện năng (tức là100 Hz
cho mạng của 50 Hz). Sóng hài thứ tự cao hơn là không đáng kể. Tiếng ồn bên
trong các cuộn dây đƣợc gọi là tiếng ồn tải, trái ngƣợc với những tiếng ồn lõi từ là
tiếng ồn không tải. Tiếng ồn bổ sung đƣợc tạo ra bởi các rung động của thiết bị đầu
cuối các cuộn dây.
Mức ồn của cuộn dây cho tải nhất định có thể đƣợc tính toán theo công thức thực

nghiệm:

LwA(windings)  k1  k2 lg Sr  40lg

(1.9)

Trong đó:
+ Sr : là công suất danh định của máy biến áp.
+ k1 và k2 : là hệ số thực nghiệm.
+ α : đặc trƣng cho tải tƣơng đối (cuộn dây tải / cuộn dây danh nghĩa).
Tiếng ồn khí động học của quạt làm mát góp phần đáng kể vào tổng mức tiếng
ồn của máy biến áp. Mức ồn của quạt phụ thuộc vào: tốc độ của cánh quạt quay,
kích thƣớc cánh, cấu trúc và số lƣợng quạt, cách lắp đặt các quạt trong bộ phận làm
mát. Phổ tần tiếng ồn của quạt rộng hơn đáng kể so với phổ tần số của lõi từ. Tần số
của sóng hài đầu tiên đƣợc tính theo công thức:

f1  nN b

(1.10)

Trong đó:

23