Шум трансформаторно-реакторного оборудования оказывает неблагоприятное воздействие на экологию в местах его установки — в промышленных и, особенно, в густонаселенных жилых районах. С другой стороны, повышенная вибрация оборудования может влиять на его собственную механическую прочность, снижая срок службы, а возможность возникновения при этом внутренних повреждений зачастую приводит, в том числе, к разливу трансформаторного масла с последующими пожарами.
Эти обстоятельства, а также возрастающее внимание общества к экологическим проблемам, диктуют ужесточение норм экологической безопасности и соответствующих требований, предъявляемых к трансформаторно-реакторному оборудованию в части его уровней шума и вибрации.
Физические основы звука и вибрации
Характеристики звука
Создаваемые источником звука колебания передаются волнами разрежения и сжатия окружающей среды. При 20 °С скорость звука составляет: в воздухе — 310 м/с, в масле — 1300 м/с, в стали — 5029 м/с.
Характеристиками звука являются:
• звуковое давление р (Па), определяющее звуковое состояние окружающей источник звука среды;
• звуковая мощность (Вт), характеризующая источник звука;
• интенсивность звука (Вт/м2), определяемая, как средняя мощность звука, проходящего через единицу поверхности в заданном направлении.
• Звуком называют продольные механические волны, которые испускаются источником звука — колеблющимся телом — и распространяются в твердых телах, жидкостях и газах в виде колебаний давления (волн давления). Человеческое ухо воспринимает частоты от 16 до 20 000 Гц. Колебания более высокой частоты называют ультразвуком, более низкой — инфразвуком.
• Шум — беспорядочные колебания, смесь многочисленных колебаний примерно одинаковой амплитуды и с самыми разнообразными частотами. В быту под шумом понимают различного рода нежелательные акустические помехи.
Диапазон воспринимаемых человеческим ухом звуковых давлений чрезвычайно широк: от 2 • 10-5 Па до 2 • 102 Па. Столь широкий диапазон делает ненаглядным использование абсолютных значений звукового давления в Па или звуковой мощности в Вт. С целью преодоления этого недостатка в акустике принята шкала относительных единиц — Бел, посредством которой оценивается уровень звукового давления или уровень звуковой мощности. Бел равен десятичному логарифму отношения значения, подлежащего оценке, к стандартизированному опорному значению заданной величины. 1 Бел = 10 децибелам (дБ).
При переходе к шкале децибел весь диапазон слышимых звуков сокращается до 140 дБ. Экспериментально установлено, что реакция человеческого уха на изменения уровней звукового давления также носит логарифмический характер.
Зачастую, воспринимаемая человеческим ухом громкость звука неадекватна действительным значениям уровней звукового давления. Причина этого — в пониженной чувствительности уха за пределами диапазона частот 1—5 кГц, и особенно на низких частотах, где снижение чувствительности достигает 20 дБ на частоте 100 Гц и 50 дБ на частоте 20 Гц. Из-за необходимости оценки звука с точки зрения его воздействия на человека, были введены понятия корректированного уровня звукового давления и корректированного уровня звуковой мощности, учитывающие частотную чувствительность человеческого уха. На практике, коррекция означает ослабление измерительным прибором отдельных частотных составляющих звукового давления в соответствии со среднестатистической частотной чувствительностью человеческого уха. В частности, шумомеры оснащаются измерительными схемами частотной коррекции А, В, С и D (рис. 1), которые позволяют, в дополнение к измерениям истинных значений уровней звукового давления, выполнять также оценку «субъективных» уровней звука.
Рис. 1. Стандартные частотные характеристики схем коррекции А, В, С, D.
Чувствительности человеческого уха соответствует характеристика частотной коррекции А. Уровень звукового давления, измеренный с использованием схемы коррекции А, называется уровнем звука LA, дБА.
Корректированный уровень звуковой мощности 1РА рассчитывается по результатам измерений уровней звука также в дБА.
Частотный диапазон слышимых звуков простирается от 20 Гц до 20 кГц. Обычно слышимые нами звуки состоят из ряда отдельных тонов, где под тоном понимается звук, обусловленный синусоидальным изменением давления среды при постоянной частоте. С целью идентификации отдельных тональных составляющих диапазон частот слышимых звуков разделяется на полосы, в которых измеряются уровни звукового давления.
Процесс последовательного или одновременного измерения уровней звукового давления в полосах частот называется спектральным анализом.
При спектральном анализе звука измерения осуществляются, чаще всего, в октавных полосах частот (октава — частотный диапазон, в котором его высшая частота вдвое больше низшей), а также в третьоктавных полосах частот (третьоктава получается путем деления октавы на три части). Граничные частоты октавных и третьоктавных полос стандартизованы, а сами полосы обозначаются их среднегеометрическими частотами.
Частотный диапазон слышимого звука разделен стандартом на октавные полосы со среднегеометрическими частотами: 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000, 16000 Гц.
При оценке спектральных составляющих звука применяется также узкополосный анализ: в полосах частот с шириной, выраженной в процентах, например, 10, 3, 1 %, либо в полосах частот, выраженных в децибелах — 10, 3, 1 дБ.
По временным характеристикам звук подразделяется на постоянный, когда его уровень в течение 8 часов изменяется не более, чем на 5 дБА, и непостоянный при изменениях уровня более, чем на 5 дБА. Звук трансформаторов, в большинстве случаев, является постоянным.
