DE102016100447B4

DE102016100447B4 - Elektrische Anlage und Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Anlage

Info

Publication number: DE102016100447B4
Application number: DE102016100447.2A
Authority: DE
Inventors: Tobias Stirl; Christian Breuer
Original assignee: General Electric Technology GmbH
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2036-01-13
Also published as: DE102016100447A1

Abstract

Eine elektrische Anlage (2) mit einem Aktivteil (8), das innerhalb eines mit Isolierflüssigkeit (6) gefüllten Gehäuses (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Gehäusewand und dem Aktivteil (8) eine zumindest teilweise von Isolierflüssigkeit (6) umgebene Gegenschalleinheit (10) angeordnet ist, welche zur Reduktion eines in die Isolierflüssigkeit (6) eingekoppelten Schalls ausgebildet ist, und dass die Gegenschalleinheit (10) umfasst:
- eine Schallaufnahmeeinrichtung (14), die zur Wandlung von empfangenen ersten Fluidschallwellen in ein erstes Signal (18) ausgebildet ist,
- eine Schallabgabeeinrichtung (16), die zur Wandlung eines zweiten Signals (20) in zweite Fluidschallwellen ausgebildet ist, und
- ein Gehäuse (12), in welchem die Schallabgabeeinrichtung (16) und die Schallaufnahmeeinrichtung (14) angeordnet sind, und dessen Innenraum (26) in eine Schallquellenrichtung (28) durch eine Öffnung (30) begrenzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren nach einem nebengeordneten Anspruch.
Bei elektrischen Transformatoren, insbesondere bei Hoch- und Mittelspannungs-Leistungstransformatoren, entstehen im Betrieb Geräusche, die als ein Brummen wahrnehmbar sind. Diese Geräusche werden im Wesentlichen durch mechanische Schwingungen des Aktivteils verursacht, wobei die Schwingungen in das Öl als Isolierflüssigkeit eingekoppelt werden. Die in das Öl eingekoppelten Schwingungen werden ungedämpft durch die Isolierflüssigkeit an die Gehäusewand übertragen. Damit wird die Gehäusewand zu einer Schwingung angeregt und die resultierenden Geräusche werden dann als Luftschall freigesetzt und als störend wahrgenommen.
Aus der DE 10 2008 061 552 A1 ist ein Verfahren zur Geräuschminderung für einen elektrischen Transformator bekannt. Hierbei ist ein Messprotokoll vorhanden, das das betriebspunktabhängige Verhalten des Transformators in Bezug auf die Abgabe von Geräuschen charakterisiert. Kompensationsgeräusche für den aktuellen Betriebspunkt des Transformators werden erzeugt. Diese Kompensationsgeräusche werden nach dem Prinzip des sogenannten Antischalls aus dem Messprotokoll für den aktuellen Betriebspunkt angegebenen Geräuschen ermittelt.
In der WO 81/ 01 479 A1 wird außerdem eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Geräuschminderung für einen Transformator beschrieben, wobei der Transformator einen ölgefüllten Transformatorbehälter, einen darin angeordneten Transformatorkern und eine Einrichtung zum Erzeugen von geräuschunterdrückenden Schwingung aufweist. Die Einrichtung weist ein bewegliches Teil auf, das mit dem Öl im Transformatorbehälter in Kontakt steht, wobei das bewegliche Teil durch ein elektrisches Stellglied in Schwingung versetzt werden kann.
Ferner wird in der US 6 633 107 B1 wird ein elektrischer Transformator beschrieben, der einen mit einer Transformatorflüssigkeit gefüllten Tank und eine aktive innerhalb des Tanks angeordnete Einrichtung aufweist, wobei die Einrichtung das Volumen der Transformatorflüssigkeit variieren kann, um Druckwellen zu reduzieren.
In US 5 394 376 A wird außerdem eine Vorrichtung zur Reduzierung der Schallabstrahlung von einem fluidgefüllten Gehäuse beschrieben, die einen oder mehrere Schwingungssensoren aufweist, die mit den Oberflächen des Gehäuses mechanisch verbunden sind. Mithin ist es Aufgabe der Erfindung, die Geräuschreduktion für elektrische Anlagen zu verbessern.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine elektrische Anlage nach dem Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach einem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Es wird eine elektrische Anlage mit einem Aktivteil, das innerhalb eines mit Isolierflüssigkeit gefüllten Gehäuses angeordnet ist, vorgeschlagen. Zwischen einer Gehäusewand und dem Aktivteil ist eine zumindest teilweise von Isolierflüssigkeit umgebene Gegenschalleinheit angeordnet, welche zur Reduktion eines in die Isolierflüssigkeit eingekoppelten Schalls ausgebildet ist. So kann im Umfeld der elektrischen Anlage das Betriebsgeräusch wesentlich reduziert werden. Darüber hinaus ist durch die Anordnung innerhalb des Gehäuses die Gegenschalleinheit nicht sichtbar, was die Akzeptanz beim Kunden erhöht. Auch beim Transport ergeben sich Vorteile, da keine weiteren separaten Anlagenteile zum Aufstellungsort transportiert werden müssen, die der Geräuschreduktion dienen. Außerdem ergeben sich Kosteneinsparungen durch die Optimierung der elektrischen Anlage.
Das Aktivteil kann insbesondere mittelbar weitere Komponenten der elektrischen Anlage zu einer Geräuschabgabe anregen. Dies kann entweder über direkte mechanische bzw. fluidische Vibrationsübertragung oder aber über vom Aktivteil erzeugte Magnetfelder geschehen. Diese weiteren angeregten Komponenten koppeln wiederum Fluidschallwellen in die Isolierflüssigkeit ein, die mithilfe der Gegenschalleinheit reduziert werden können.
Die Gegenschalleinheit weist eine Schallaufnahmeeinrichtung auf, die zur Wandlung von empfangenen ersten Fluidschallwellen in ein erstes Signal ausgebildet ist, und eine Schallabgabeeinrichtung, die zur Wandlung eines zweiten Signals in zweite Fluidschallwellen ausgebildet ist.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform ist die Schallaufnahmeeinrichtung außerhalb des Gehäuses angeordnet. Diese dient zur Wandlung von empfangenen Luftschallwellen in ein erstes Signal. Des Weiteren ist eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Schallabgabeeinrichtung vorgesehen, die zur Wandlung eines zweiten Signals in Fluidschallwellen ausgebildet ist.
Die Gegenschalleinheit weist ein Gehäuse auf, in welchem die Schallabgabeeinrichtung und die Schallaufnahmeeinrichtung angeordnet sind. Der Innenraum der Gegenschalleinheit ist in eine Schallquellenrichtung, insbesondere in Richtung des Aktivteils, durch eine Öffnung begrenzt. Dadurch trifft eine durch die Öffnung definierte Wellenfront in Form des Fluidschalls auf die Gegenschalleinheit und insbesondere auf die Schallaufnahmeeinrichtung, was sich vorteilhaft auf die Aufnahme und anschließende Reduktion der Betriebsgeräusche auswirkt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Gehäuse der Gegenschalleinheit eine weitere, der vorgenannten Öffnung abgewandte Öffnung auf. Mithin können auch auf der dem Aktivteil abgewandten Seite der Gegenschalleinheit die Betriebsgeräusche weiter reduziert werden.
In einer weiteren alternativen vorteilhaften Weiterbildung ist das Gehäuse der Gegenschalleinheit auf einer der Öffnung abgewandten Seite mit der Gehäusewand der elektrischen Anlage verbunden. Hierdurch kann eine kompakte Ausführung der elektrischen Anlage erreicht werden. Gleichzeitig befinden sich die Schallaufnahmeeinrichtung und die Schallabgabeeinrichtung in einer Position, die von dem Aktivteil entfernt ist, wodurch weniger Störfelder ausgehend von dem Aktivteil in die Schallaufnahmeeinrichtung und die Schallabgabeeinrichtung eingekoppelt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das zweite Signal derart in Abhängigkeit von dem ersten Signal mittels einer der Gegenschalleinheit zugeordneten Verarbeitungseinheit erzeugbar, so dass die Schallabgabeeinrichtung die zweiten Fluidschallwellen erzeugt, welche die empfangenen Fluidschallwellen in Ihrer Amplitude reduzieren. Vorteilhaft kann durch diese Verarbeitungseinheit, die nicht nur innerhalb sondern auch außerhalb des Gehäuses anordenbar ist, auf einfache Art und Weise die Reduktion der Betriebsgeräusche ermöglicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Gegenschallanordnung umfassend eine Anzahl von Gegenschalleinheiten vorgesehen. Hierdurch kann die Geräuschreduktion weiter verbessert und auf größere Bereiche ausgedehnt werden. Des Weiteren kann durch eine derartige Vereinzelung das jeweilige auf die Öffnung auftreffende Fluidschallwellenpaket reduziert werden. Selbstverständlich ist jeder Gegenschalleinheit eine jeweilige Verarbeitungseinheit zugeordnet, um individuell für jede Gegenschalleinheit und deren Anordnung bezüglich des Aktivteils die zweiten Fluidschallwellen zu erzeugen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung grenzen die Gegenschalleinheiten, insbesondere deren Gehäuse, aneinander an. Damit kann über weite Bereiche um das Aktivteil herum das Betriebsgeräusch der elektrischen Anlage reduziert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Für funktionsäquivalente Merkmale und Größen werden in allen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, ohne dass nochmals darauf hingewiesen wird. In der Zeichnung zeigen:

1 eine elektrische Anlage in einer schematischen Ansicht; und
2 in schematischer perspektivischer Darstellung eine Gegenschalleinheit.

1 zeigt eine elektrische Anlage 2, die vorliegend als Leistungstransformator ausgebildet ist, in schematischer Ansicht. Die elektrische Anlage 2 umfasst ein Gehäuse 4, das im Inneren mit einer Isolierflüssigkeit 6 gefüllt ist. Des Weiteren ist im Innern der elektrischen Anlage 2 ein Aktivteil 8 angeordnet. Das Aktivteil 8 umfasst insbesondere den Kern und die Transformatorwicklungen. In 1 sind aus Übersichtsgründen keine Hochspannungsdurchführungen, Barrierensysteme oder Ähnliches gezeigt. Selbstverständlich lassen sich die hier beschriebenen Merkmale der elektrischen Anlage 2 in Form eines Leistungstransformators auch auf eine elektrische Drosselspule oder eine elektrische Schaltanlage übertragen. Bei einer elektrischen Schaltanlage können beispielsweise Schalter als Aktivteil bezeichnet werden. In der Isolierflüssigkeit 6 ist eine Gegenschalleinheit 10 angeordnet. Die Gegenschalleinheit 10 umfasst ein Gehäuse 12, eine Schallaufnahmeeinrichtung 14 und eine Schallabgabeeinrichtung 16. Die Schallaufnahmeeinrichtung 14 dient zur Erfassung von ersten Fluidschallwellen in der Isolierflüssigkeit 6 und zur Umsetzung dieser in ein erstes Signal 18. Die Schallabgabeeinrichtung 16 dient zur Wandlung eines zweiten Signals 20 in zweite Fluidschallwellen, die in die Isolierflüssigkeit 6 eingekoppelt werden.
Das Aktivteil 8 erzeugt während des Betriebs mechanische Schwingungen, die als Fluidschallwellen in die Isolierflüssigkeit 6 eingekoppelt werden. Um diese ersten Fluidschallwellen in Ihrer Amplitude zu reduzieren, ist die Gegenschalleinheit 10 mit einer Verarbeitungseinheit 22 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 22 empfängt das erste Signal 18 und erzeugt in Abhängigkeit von dem ersten Signal 18 das zweite Signal 20. Mittels des zweiten Signals 20 betreibt die Verarbeitungseinheit 22 die Schallabgabeeinrichtung 16 derart, dass die zweiten Fluidschallwellen erzeugt werden, welche die empfangenen ersten Fluidschallwellen in Ihrer Amplitude reduzieren und in idealisierter Form sogar auslöschen.
Hierzu wird das erste Signal 18 von der Verarbeitungseinheit 22 beispielsweise in ein Amplitudenspektrum zerlegt. Ein Gegensignal im Sinne des zweiten Signals 20 wird in Abhängigkeit von dem ermittelten Amplitudenspektrum ermittelt und in Form der zweiten Fluidschallwellen über die Schallabgabeeinrichtung 16 in die Isolierflüssigkeit 6 abgegeben. Insbesondere werden die zweiten Fluidschallwellen gegenphasig zu den ersten Fluidschallwellen, die von dem Aktivteil 8 ausgehen, erzeugt. Durch die Überlagerung der Antischallwellen gemäß den zweiten Fluidschallwellen mit den von dem Aktivteil 8 erzeugten ersten Fluidschallwellen wird eine Geräuschreduktion innerhalb des Gehäuses 4 erreicht. Dies wirkt sich insbesondere in einem Außenraum 24 außerhalb des Gehäuses 4 positiv aus, da nunmehr nur noch in ihrer Amplitude reduzierte dritte Fluidschallwellen die Gehäusewand erreichen. Die dritten Fluidschallwellen entsprechen einer Überlagerung der ersten und zweiten Fluidschallwellen. Eine Auskopplung von Betriebsgeräuschen ausgehend von dem Aktivteil über die Gehäusewand des Gehäuses 4 wird somit stark reduziert.
Alternativ zu der in 1 gezeigten Ausführungsform der elektrischen Anlage 2 ist anstatt der gezeigten Schallaufnahmeeinrichtung 14 oder zusätzlich eine außerhalb des Gehäuses 4 angeordnete Schallaufnahmeeinrichtung vorgesehen. Diese externe Schallaufnahmeeinrichtung wandelt empfangene Luftschallwellen in das erste Signal 18. Die innerhalb des Gehäuses 4 angeordnete Schallabgabeeinrichtung 16 wandelt das zweite Signal 20 in Fluidschallwellen um.
2 zeigt in schematischer Form eine perspektivische Darstellung der Gegenschalleinheit 10. Ein Innenraum 26 der Gegenschalleinheit 10 ist in eine Richtung 28, aus der die zu kompensierenden ersten Fluidschallwellen ankommen, insbesondere in Richtung des Aktivteils 8, durch eine Öffnung 30 begrenzt. Die Öffnung 30 ist durch eine Berandung 32 gebildet, die im Wesentlichen in einer lotrechten Ebene zu einer Mittenachse 34 verläuft. Die Mittenachse 34 ist in die Richtung 28 ausgerichtet. Selbstverständlich muss die Mittenachse 34 nicht direkt in Richtung 28 ausgerichtet sein.
Die Schallaufnahmeeinrichtung 14 befindet sich bevorzugt auf der Mittenachse 34 in dem Innenraum 26, wobei ein Schallaufnahmebereich 35 in Richtung 28 ausgerichtet ist. Aus Übersichtsgründen ist die Befestigung der Schallaufnahmeeinrichtung 14 nicht gezeigt. Die Schallabgabeeinrichtung 16 kann beispielsweise an einem Bodenbereich 36 der Gegenschalleinheit 10 angeordnet sein. Ein Schallabgabebereich 37 kann beispielsweise in z-Richtung ausgerichtet sein. Selbstverständlich sind auch mehrere Schallabgabeeinrichtungen 16 denkbar. Diese können beispielsweise entlang einer x-Richtung in dem Innenraum 26 angeordnet sein. Selbstverständlich kann die Schallabgabeeinrichtung 16 auch an einer anderen Stelle der Gegenschalleinheit 10 angeordnet sein. Der Innenraum 26 ist somit mit Isolierflüssigkeit 6 gefüllt und die Schallaufnahmeeinrichtung 14 und die Schallabgabeeinrichtung 16 sind zumindest im Bereich des Schallaufnahmebereichs 35 bzw. des Schallabgabebereichs 37 von Isolierflüssigkeit 6 umgeben.
Das Gehäuse 12 weist eine weitere, der Öffnung 30 abgewandte Öffnung 38 auf, die durch eine Berandung 40 gebildet wird. Selbstverständlich kann die Berandung 40 sich auch alternativ an eine innere Gehäusewand des Gehäuses 4 anschließen.
Des Weiteren weist das Gehäuse 12 mit seinen Innenflächen entlang der Mittenachse 34 einen im Wesentlichen gleich bleibenden Querschnitt auf, um für die Fluidschallwellen einen definierten Durchtritt in x-Richtung zu schaffen.
Selbstverständlich können mehrere Gegenschalleinheiten 10 nebeneinander und/oder übereinander in einer yz-Ebene in Form einer Gegenschallanordnung angeordnet sein. Insbesondere können die Gehäuse 12 der Gegenschalleinheiten 10 aneinander Grenzen, um eine möglichst gute Geräuschreduktion zu erzielen. Auch können Gegenschalleinheiten 10 nicht nur an der inneren Gehäusewand sondern auch an einem Gehäuseboden oder an einer Gehäusedecke angeordnet werden.
Darüber hinaus können Barrierensysteme, die das Aktivteil 8 umgeben, die vom Aktivteil 8 erzeugten ersten Fluidschallwellen in der Isolierflüssigkeit 6 und insbesondere deren Verlauf beeinflussen. Entsprechend kann die Gegenschalleinheit 10 auf das Barrierensystem abgestimmt und angepasst in der Isolierflüssigkeit 6 angeordnet werden.

Claims

Eine elektrische Anlage (2) mit einem Aktivteil (8), das innerhalb eines mit Isolierflüssigkeit (6) gefüllten Gehäuses (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Gehäusewand und dem Aktivteil (8) eine zumindest teilweise von Isolierflüssigkeit (6) umgebene Gegenschalleinheit (10) angeordnet ist, welche zur Reduktion eines in die Isolierflüssigkeit (6) eingekoppelten Schalls ausgebildet ist, und dass die Gegenschalleinheit (10) umfasst: - eine Schallaufnahmeeinrichtung (14), die zur Wandlung von empfangenen ersten Fluidschallwellen in ein erstes Signal (18) ausgebildet ist, - eine Schallabgabeeinrichtung (16), die zur Wandlung eines zweiten Signals (20) in zweite Fluidschallwellen ausgebildet ist, und - ein Gehäuse (12), in welchem die Schallabgabeeinrichtung (16) und die Schallaufnahmeeinrichtung (14) angeordnet sind, und dessen Innenraum (26) in eine Schallquellenrichtung (28) durch eine Öffnung (30) begrenzt ist.
Die elektrische Anlage (2) nach dem Anspruch 1, wobei das Gehäuse (12) der Gegenschalleinheit (10) eine weitere, der vorgenannten Öffnung (30) abgewandte Öffnung (38) aufweist.
Die elektrische Anlage (2) nach dem Anspruch 1, wobei das Gehäuse (12) der Gegenschalleinheit (10) auf einer der Öffnung (30) abgewandten Seite mit der Gehäusewand des Gehäuses (4) der elektrischen Anlage (2) verbunden ist.
Die elektrische Anlage (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Signal (20) derart in Abhängigkeit von dem ersten Signal (18) mittels einer der Gegenschalleinheit (10) zugeordneten Verarbeitungseinheit (22) erzeugbar ist, so dass die Schallabgabeeinrichtung (16) die zweiten Fluidschallwellen erzeugt, welche die empfangenen Fluidschallwellen in ihrer Amplitude reduzieren.
Die elektrische Anlage (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche umfassend: - eine Gegenschallanordnung umfassend eine Anzahl von Gegenschalleinheiten (10).
Die elektrische Anlage (2) nach Anspruch 5, wobei die Gegenschalleinheiten (10) aneinander angrenzen.
Die elektrische Anlage (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrische Anlage (2) als elektrischer Transformator oder elektrische Drosselspule oder elektrische Schaltanlage ausgebildet ist.
Ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Anlage (2) mit einem Aktivteil (8), das innerhalb eines mit Isolierflüssigkeit (6) gefüllten Gehäuses (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Gehäusewand und dem Aktivteil (8) eine zumindest teilweise von Isolierflüssigkeit (6) umgebene Gegenschalleinheit (10) angeordnet ist, welche zur Reduktion eines in die Isolierflüssigkeit (6) eingekoppelten Schalls betrieben wird, und dass die Gegenschalleinheit (10) umfasst: - eine Schallaufnahmeeinrichtung (14), die zur Wandlung von empfangenen ersten Fluidschallwellen in ein erstes Signal (18) ausgebildet ist, - eine Schallabgabeeinrichtung (16), die zur Wandlung eines zweiten Signals (20) in zweite Fluidschallwellen ausgebildet ist, und - ein Gehäuse (12), in welchem die Schallabgabeeinrichtung (16) und die Schallaufnahmeeinrichtung (14) angeordnet sind, und dessen Innenraum (26) in eine Schallquellenrichtung (28) durch eine Öffnung (30) begrenzt ist.
Das Verfahren nach dem Anspruch 8, wobei das Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Anlage (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 7 ausgebildet ist.