Atualmente, as barreiras acústicas de transformadores e reatores em subestações UHV domésticas frequentemente adotam estruturas de concreto moldadas no local ou estruturas de tijolo e pó, que apresentam certos efeitos de isolamento acústico. No entanto, devido à baixa frequência de ruído de transformadores e reatores e ao longo comprimento de onda das ondas sonoras, suas capacidades de difração e transmissão de ruído são muito fortes, de modo que os efeitos de isolamento acústico e redução de ruído são frequentemente insatisfatórios. Além disso, as barreiras acústicas e coberturas de isolamento acústico atuais de subestações UHV não são especialmente projetadas para as características de ruído de baixa frequência da subestação, e o efeito de redução de ruído não é ideal. Se pudermos considerar as características das subestações UHV dominadas por ruído de média e baixa frequência e adotarmos uma estrutura composta de absorção de som que tenha funções de silenciamento e absorção de som, espera-se que ela possa reduzir efetivamente o ruído de média e baixa frequência e tenha propriedades de retardamento de chama e isolamento. Isso é de grande importância para melhorar a qualidade do ambiente acústico das subestações.
Com base nisso, este artigo analisa as características de intensidade da fonte de ruído dos principais equipamentos da subestação UHV. Considerando os requisitos de que os materiais da subestação possuam propriedades retardantes de chama, isolantes e outras, optamos por realizar experimentos de absorção sonora individuais e combinados em amostras de espuma de melamina , placas microperfuradas e cimento espumado, e propusemos uma estrutura composta de absorção sonora adequada para a redução de ruído em subestações UHV. Isso possui importante significado prático para aplicações de engenharia.
Ⅰ. Análise de medição de ruído dos principais equipamentos da subestação UHV
Durante a operação de subestações UHV, as principais fontes de ruído incluem transformadores de alta tensão, reatores de derivação, estruturas de subestações, etc. O ruído do transformador inclui ruído de corpo e ruído do dispositivo de resfriamento, o ruído do reator de derivação é ruído eletromagnético e o ruído da estrutura da subestação é ruído corona. O ruído corona é geralmente de média a alta frequência, atenua-se rapidamente durante a propagação e tem um pequeno alcance de impacto. O ruído de baixa frequência gerado pela estrutura interna de transformadores e reatores de derivação atenua-se lentamente e tem uma ampla faixa de influência. Portanto, o controle de ruído de transformadores e reatores de derivação é o foco do controle de ruído em subestações.
- Análise de medição de ruído do transformador principal
O nível de potência sonora do transformador é medido utilizando o método da intensidade sonora. Tomando um transformador monofásico como objeto de medição, a distância entre a curva de nível prescrita e a superfície de emissão de referência é de 2 m, e duas curvas de nível prescritas são definidas, localizadas no plano horizontal de 2 m e 4 m, respectivamente. Todos os pontos de medição estão localizados na curva de nível especificada, e a distância horizontal entre os pontos de medição adjacentes é de 1 m. Sondas de intensidade sonora são utilizadas para a medição ponto a ponto.
Quando a potência de carga de um único grupo de transformadores é de 2000MW, a medição da intensidade sonora resulta da fase C do transformador do Grupo I. O nível de potência sonora ponderado A é o maior na faixa de frequência de 1/3 de oitava com as frequências centrais de 100, 125, 160 e 200 Hz do transformador UHV. De acordo com o mecanismo de geração de ruído do transformador, o ruído nessa faixa de frequência provém principalmente do ruído eletromagnético do corpo do transformador. Portanto, ao reduzir o ruído do transformador, deve-se priorizar a redução da faixa de frequência de 100 a 200Hz. Durante a medição, a potência de carga de um único grupo de transformadores permaneceu estável em 2000MW, e o nível de potência sonora total ponderado A correspondente dos transformadores foi de 102.7dB(A).
- Medição e análise de ruído de reator de alta tensão
O método de medição do nível de potência sonora do reator é o mesmo do transformador. Tomando a fase B do reator paralelo na subestação UHV como objeto de medição, a distância entre a curva de nível prescrita e a superfície de emissão de referência é de 1 m, e duas curvas de nível prescritas com alturas de 1.5 m e 3 m são definidas, respectivamente. A distância horizontal entre os pontos de medição adjacentes é de 1 m.
A análise mostra que, em toda a faixa de 1/3 de oitava, os componentes de baixa frequência representam uma proporção maior, sendo a potência sonora na frequência de 100 Hz a maior, atingindo 96.4 dB(A), 11.5 dB(A) acima do nível de potência sonora de 200 Hz. A potência sonora na faixa de 1/3 de oitava, onde se localizam 100 Hz, representa 91.2% da alta potência antissônica monofásica. Portanto, pode-se determinar que o fenômeno de interferência na distribuição do campo sonoro do reator é causado pela onda sonora de 100 Hz.
Ⅱ. Experimentos com materiais porosos e placas microperfuradas
Em projetos de engenharia para controle de ruído, muitas vezes é difícil alcançar o efeito de redução de ruído esperado utilizando um único material para tratamento de absorção e isolamento acústico. Portanto, estruturas combinadas de materiais absorventes de som são frequentemente utilizadas para reduzir o ruído. Essa aplicação é bastante comum, especialmente em espaços internos com grandes volumes e tempos de reverberação mais longos. Para estudar a estrutura de absorção acústica adequada para o controle de ruído em subestações de UHV (Ultra High Voltage), devemos primeiro considerar as propriedades de isolamento e retardamento de chama do material e, em segundo lugar, combinar medidas específicas para determinar a estrutura de absorção acústica ideal.
Atualmente, placas perfuradas e materiais de absorção sonora são utilizados nos invólucros de isolamento acústico de subestações UHV para reduzir o ruído, mas o efeito não é satisfatório na faixa de baixas frequências. Isso requer a combinação das características da fonte sonora dos principais equipamentos da subestação UHV. Após a determinação das medidas específicas de redução de ruído, a seleção de materiais porosos de absorção sonora e a determinação da estrutura de absorção sonora tornam-se a chave para o controle do ruído na subestação. A seguir, três amostras de placa microperfurada, espuma de melamina e cimento espumado são selecionadas para serem combinadas para a realização de experimentos.
- Combinação de placas microperfuradas de dupla camada
Amostras experimentais de placas microperfuradas, nas quais a taxa de perfuração da amostra de placa microperfurada 1 é de 1.5%, a espessura da placa é de 1 mm e o diâmetro do poro é de 0.7 mm; a taxa de perfuração da amostra de placa microperfurada 2 é de 1.1%, a espessura da placa é de 1 mm e o diâmetro do poro é de 0.7 mm, Amostra de placa microperfurada 3, a taxa de perfuração é de 0.7%, a espessura da placa é de 1 mm e o diâmetro do furo é de 0.7 mm.
Dois conjuntos de experimentos foram realizados na combinação de placas microperfuradas de dupla camada. O experimento 1 foi uma combinação da amostra 2 da placa microperfurada e da amostra 1 da placa microperfurada, e o experimento 2 foi uma combinação da amostra 1 da placa microperfurada e da amostra 3 da placa microperfurada. Dois conjuntos de experimentos na estrutura combinada de placas microperfuradas de dupla camada mostram que o coeficiente de absorção sonora em 100 Hz é em torno de 0.7, e o valor máximo do coeficiente de absorção sonora aparece em 500 Hz a 600 Hz em ambos os conjuntos de experimentos. Na faixa de frequência acima de 600 Hz, o coeficiente de absorção sonora diminui gradualmente.
- Combinação de cimento espumado e placa microperfurada
Primeiramente, foi utilizada uma estrutura de absorção sonora combinando cimento espumado e uma placa microperfurada de camada única. Dois experimentos com parâmetros diferentes foram realizados combinando cimento espumado e uma placa microperfurada de camada única. Em ambos os experimentos, o cimento espumado foi colocado na frente da placa microperfurada.
Quase não houve grandes alterações entre os dados do Experimento 3 e do Experimento 4. O desempenho de absorção sonora da estrutura combinada basicamente não se altera com pequenas alterações na espessura do cimento espumado e na distância entre o cimento espumado e a placa microperfurada. A 100 Hz, o coeficiente de absorção sonora é de cerca de 0.4; a 250 Hz, o coeficiente de absorção sonora atinge seu máximo e, em torno de 900 Hz, atinge novamente o valor máximo do coeficiente de absorção sonora.
- Espuma de melamina e combinação de painéis microperfurados
Dois conjuntos de experimentos foram conduzidos combinando espuma de melamina e placas microperfuradas de camada única. Em ambos os conjuntos de experimentos, a espuma de melamina foi colocada antes das placas microperfuradas. Os coeficientes de absorção sonora a 100 Hz em ambos os grupos de experimentos estão todos em torno de 0.7, e entre 100 Hz e 500 Hz, os coeficientes de absorção sonora estão todos acima de 0.7. Em torno de 500 Hz, o coeficiente de absorção sonora diminui, mas à medida que a frequência aumenta, o coeficiente de absorção sonora aumenta gradualmente. Essa combinação tem um efeito de absorção sonora relativamente ideal tanto nas bandas de baixa quanto de alta frequência.
Ⅲ. Análise de resultados experimentais
De acordo com as características da fonte de ruído do equipamento principal da subestação UHV, predominante na faixa de baixas frequências, foram realizados experimentos selecionando uma estrutura composta de placas microperfuradas, uma estrutura composta de cimento espumado e placas microperfuradas e uma estrutura composta de espuma de melamina e placas microperfuradas. Os resultados dos testes mostram que todos os três esquemas combinados podem atingir um certo efeito de absorção sonora na faixa de baixas frequências, mas a aplicação prática desses esquemas na engenharia requer medidas específicas de redução de ruído.
- Estrutura combinada de placas microperfuradas
Placas microperfuradas de camada dupla podem ampliar a faixa de frequência de absorção sonora de placas microperfuradas de camada única. Com base no princípio de casamento de impedância, o princípio do projeto combinado é que a taxa de perfuração da camada frontal das placas microperfuradas é maior do que a taxa de perfuração da camada traseira das placas. O projeto combinado de painéis microperfurados pode atingir um coeficiente de absorção sonora superior a 0.7 na faixa de frequência de 150 a 800 Hz quando a espessura de toda a estrutura combinada é de 20 cm. Quando a espessura de toda a estrutura combinada é de 30 cm, pode atingir um coeficiente de absorção sonora superior a 0.7 na faixa de frequência de 100 a 800 Hz.
- Estrutura composta de cimento espumado e placa microperfurada
Adicionar cimento espumado na frente da placa microperfurada pode ampliar a faixa de frequência de absorção sonora da placa microperfurada, e o cimento espumado também pode desempenhar um papel à prova de fogo.
Cimento espumado mais uma placa microperfurada de camada única pode atingir um coeficiente de absorção sonora superior a 0.7 na faixa de frequência de 150 a 1000 Hz quando a espessura de toda a estrutura combinada é de 20 cm. Cimento espumado mais painéis microperfurados de camada dupla podem atingir um coeficiente de absorção sonora superior a 0.7 na faixa de frequência de 150 a 1400 Hz quando a espessura de toda a estrutura combinada é de 20 cm. Quando a espessura de toda a estrutura combinada é de 30 cm, pode atingir um coeficiente de absorção sonora superior a 0.7 na faixa de frequência de 100 a 1400 Hz. Ao mesmo tempo, quanto menor a densidade aparente do cimento espumado, maior a porosidade e melhor o efeito de absorção sonora em baixas frequências.
- Para a estrutura combinada de material absorvente de som e placa microperfurada, o material de absorção sonora pode expandir a banda de frequência de absorção sonora da placa microperfurada e aumentar a distância entre a placa de absorção sonora e a placa microperfurada. O coeficiente de absorção sonora de frequências médias e altas aumenta, e o pico de absorção sonora se move para frequências baixas. Ao aumentar a espessura do material de absorção sonora, o coeficiente de absorção sonora de baixa frequência diminui ligeiramente, e o coeficiente de absorção sonora de média e alta frequência aumenta. Aumentar a espessura da camada da cavidade atrás da placa microperfurada pode aumentar a absorção sonora de baixa frequência. Materiais de absorção sonora mais painéis microperfurados de camada dupla têm melhor absorção sonora e bandas de frequência de absorção sonora mais amplas do que materiais de absorção sonora mais painéis microperfurados de camada única.
A análise dos dados experimentais demonstra que a espuma de melamina mais uma placa microperfurada de camada única pode atingir um coeficiente de absorção sonora superior a 0.6 na faixa de frequência de 200 a 1600 Hz quando a espessura de toda a estrutura combinada é de 20 cm. Quando a espessura de toda a estrutura combinada é de 30 cm, um coeficiente de absorção sonora superior a 0.6 pode ser alcançado na faixa de frequência de 100 a 1600 Hz. A espuma de melamina mais painéis microperfurados de camada dupla pode atingir um coeficiente de absorção sonora superior a 0.7 na faixa de frequência de 200 a 1600 Hz quando a espessura de toda a estrutura combinada é de 20 cm. Quando a espessura de toda a estrutura combinada é de 30 cm, um coeficiente de absorção sonora superior a 0.7 pode ser alcançado na faixa de frequência de 100 a 1600 Hz.
Com base na análise das características de frequência de ruído do transformador principal UHV e do reator de derivação de alta tensão, a energia de ruído do transformador principal UHV concentra-se principalmente em 100-200 Hz, enquanto a energia de ruído do reator de alta tensão concentra-se principalmente em 100 Hz. Para selecionar um material redutor de ruído, é necessário combinar as frequências das duas principais fontes de ruído. Ao mesmo tempo, os métodos de redução de ruído também precisam ser combinados com o layout local da subestação para controlar o ruído com a combinação ideal de materiais e métodos.
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