DE4228101A1 - Minderung der Schallemission von Transformatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minderung der Schallemission von Transformatoren sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Transformatoren sind Geräte zur Umwandlung einer ein- oder mehrphasigen Spannung in eine höhere oder niedrigere Span­ nung gleicher Frequenz, beispielsweise 50 Hz. Aufgrund des sinusförmigen Verlaufs der Wechselspannung haben die hier­ aus resultierenden Schallwellen in Folge der periodischen Ummagnetisierung der Transformatorwicklungen samt Eisenkern die doppelte Frequenz. Die Schallwellen werden quasi unge­ dämpft über das umgebende Gehäuse, bei flüssigkeitsisolier­ ten Transformatoren, abgestrahlt und erreichen häufig einen unzulässig hohen Schallpegel. Demgemäß sind bei der Kon­ struktion von Leistungstransformatoren neben der Einhaltung der elektrischen Anforderungen gleichzeitig auch die Anfor­ derungen an den Schallschutz zu beachten.

Die üblichen Verfahren zur Minderung des Schalls umfassen häufig Maßnahmen zur Senkung des erzeugten Schalls am Ent­ stehungsort, beispielsweise durch Absenkung der Kerninduk­ tion, oder aber zur Dämmung des Schalls durch Behinderung der Schallausbreitung mittels reflektierender Hindernisse sowie zur Schalldämpfung durch Absorption, also Vernichtung der Schallenergie innerhalb von dafür geeigneten Materia­ lien durch Umwandlung in eine andere Energieform, z. B. Wärme.

Versuche zur aktiven Schalldämmung mittels Überlagerung des emittierten Schalls mit um eine halbe Wellenlänge phasen­ verschobenen und durch um den Transformator herum aufge­ stellten Lautsprechern emittierten "Anti-Schall" sind ge­ macht worden, ohne jedoch zu dem erhofften Erfolg zu füh­ ren. Ein Einsatz in der Praxis ist nicht bekannt, nicht zu­ letzt wegen des nicht unerheblichen Kostenaufwands.

Die heutzutage üblichen Maßnahmen zur Minderung der Schal­ lemission von Transformatoren orientieren sich an den For­ derungen nach niedrigen Emissionswerten, denen entsprochen werden kann. Von Nachteil dabei ist jedoch der damit ver­ bundene, zum Teil beträchtliche, finanzielle Aufwand. Ins­ besondere auch im Hinblick auf die künftige Entwicklung mit einer weiteren Absenkung der maximal zulässigen Werte der tolerierten Schallemission besteht Bedarf an kostengünsti­ geren und gleichzeitig wirksameren Maßnahmen zur Minderung der Schallemission von Transformatoren.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine solche Maßnahme zur kostengünstigeren und noch wirksameren Minderung der Schallemission sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieser Maßnahmen anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruchs 1 sowie des Patentan­ spruchs 5 gelöst. Danach ist vorgesehen, daß die vom Trans­ formator emittierten Schallwellen, die beispielsweise über sein Gehäuse abgestrahlt werden, in einen oder mehrere Kon­ zentratoren eingeleitet und in diesen räumlich konzentriert werden, und daß die Schallwellen nach der Durchleitung durch die Konzentratoren in paarweise in akustischer Reihen­ schaltung angeordnete Interferenzschalldämmelemente ein­ geleitet werden, wobei pro Paar eines dieser Interferenz­ schalldämmelemente auf die niedrigste emittierte Schallfre­ quenz abgestimmt ist, und das andere Interferenzschalldämm­ element auf den zweifachen Wert der niedrigsten Schallfre­ quenz abgestimmt ist.

Bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Minderung der Schallemission von Transformatoren ist der betreffende Transformator auf wenigstens einer Seite mit einer Schall­ dämmwand versehen, wobei die dem Transformator zugewandte Wandseite der Schalldämmwand durch Einlauföffnungen gebil­ dete Konzentratoren für die emittierten Schallwellen auf­ weist, die einen sich nach innen verengenden Querschnitt haben und jeweils in einen Kanal münden, daß in der Schall­ dämmwand erste Interferenzschalldämmelemente in dem durch die Kanäle gebildeten Schallaufweg angeordnet sind, die auf die niedrigste emittierte Frequenz ausgelegt sind, daß in der Schalldämmwand zweite Interferenzschalldämmelemente vorgesehen sind, die auf den zweifachen Wert der niedrig­ sten emittierten Frequenz ausgelegt sind und daß die ersten und zweiten Interferenzschalldämmelemente in akustischer Reihenschaltung miteinander verbunden sind. Die zur Schall­ dämmung vorgesehene Schalldämmwand kann den betreffenden Transformator allseitig oder auch nur partiell umgeben, je nachdem, wie die örtlichen Schallschutzanforderungen lau­ ten. Stets aber ist darauf zu achten, daß die Schalldämm­ wand in ihren Abmessungen ausreichend auf die Geometrie der Schallausbreitung abgestimmt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die ersten und zweiten Interferenzschalldämmelemente als Umwegleitungs-Interferenzschalldämmelemente ausgeführt sind.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Interferenzschalldämmelemente als Resonanzdämpfer ausgeführt, wobei jeder Resonanzdämpfer als Stichleitung ausgeführt ist. Dabei entspricht der Querschnitt der Stichleitung der Summe der Querschnitte des zu der Stichleitung hinführenden Kanals und des von der Stichlei­ tung wegführenden Kanals.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemä­ ßen Einrichtung zur Minderung der Schallemission von Trans­ formatoren, die sich auf einen Transformator mit einem einen Transformatorkern umschließenden und Isolierflüssig­ keit auf nehmenden Transformatorgehäuse bezieht, ist vorge­ sehen, daß vornehmlich senkrecht zu den für die Schallei­ tung vorgesehenen Kanälen weitere Kanäle in der Schalldämm­ wand angeordnet sind, durch welche Isolierflüssigkeit hin­ durchgeleitet wird. Mit dieser Ausgestaltung ist es mög­ lich, die Anzahl und Größe der auf der Gehäuseaußenwand üb­ licherweise angeordneten Kühlrippen, die eine wesentliche Vergrößerung der Gehäuseoberfläche und damit gleichzeitig eine Vergrößerung der Abstrahlfläche für Schallwellen be­ wirken, möglichst gering zu halten, da die Kühlung der be­ triebsbedingt erwärmten Isolierflüssigkeit nunmehr in einem schallgedämpften Bereich stattfindet. Hierdurch ist einer­ seits die Kühlstelle räumlich getrennt von der Erwärmungs­ stelle und gleichzeitig ist aufgrund der verringerten Ober­ fläche des Transformatorgehäuses dessen Schallemission deutlich verringert.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Einlauföffnungen wie auch die Interferenz­ schalldämmelemente aus extrudierten Profilen, vorzugsweise aus Aluminiumlegierung, und/oder aus Blechen bestehen.

Die erfindungsgemäße Gestaltung der Schalldämmwände unter Verwendung von Einlauföffnungen sowie von ersten Interfe­ renzschalldämmelementen, die auf die niedrigste emittierte Frequenz und von zweiten Interferenzschalldämmelementen, die auf den zweifachen Wert der niedrigsten emittierten Fre­ quenz ausgelegt sind, ergibt sich entsprechend dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren nach durchlaufen der Schallwellen durch die Schalldämmwände in vorteilhafter Weise ein Auslö­ schen der Schallwellen sowohl für die Grundfrequenz als auch für alle Oberwellen, die ein vielfaches der Grundfre­ quenz sind.

Dabei erfolgt das Auslöschen der Schallwellen der niedrig­ sten emittierten Frequenz sowie aller Oberwellen, die ein ungerades Vielfaches dieser Frequenz haben, in den erfin­ dungsgemäßen ersten Interferenzschalldämmelementen, die auf die niedrigste emittierte Frequenz ausgelegt sind.

Das Auslöschen aller Oberwellen, die ein gerades Vielfaches der niedrigsten emittierten Frequenz haben, erfolgt in der erfindungsgemäßen zweiten Interferenzschalldämmelementen, die auf den zweifachen Wert der niedrigsten emittierten Fre­ quenz ausgelegt sind.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schalldämmwände bzw. der darin integrierten Bauelemente wie Einlauföffnungen, Kanäle und erste und zweite Interferenzschalldämmelemente, in der Weise, daß zusätzliche Kanäle, durch welche die Iso­ lierflüssigkeit des Transformators geleitet werden kann, ist es möglich, auf vorteilhafte und insbesondere raumspa­ rende Weise kostengünstig die ansonsten erforderlichen Küh­ ler für die Isolierflüssigkeit zu ersetzen, die üblicher­ weise ebenfalls an der Außenseite des Transformators posi­ tioniert werden.

Darüberhinaus ist es möglich mit Hilfe der erfindungsgemä­ ßen Schalldämmwände auch bereits im Betrieb befindliche Transformatoren nachzurüsten und so eine Senkung deren Lärmemission zu erreichen. Hierbei werden die vorhandenen Kühler entfernt und durch die erfindungsgemäßen Schalldämm­ wände ersetzt, denen dann auch die Funktion der Kühler zu­ kommt. Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spieles der Erfindung sollen die Erfindung, sowie vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Verbesserung der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Transformator mit daran angeordneter Schalldämmwand gemäß der Erfindung in Schrägan­ sicht

Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Schall­ dämmwand mit als Resonanzdämpfer mit Stichleitung ausgebildeten Interferenzschalldämmelementen

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Schalldämmwand mit Um­ wegleitungs-Interferenzschalldämmelementen

In Fig. 1 ist in perspektivischer Darstellung ein Groß­ transformator 10 in einem Gehäuse 12 mit an der Oberseite des Gehäuses 12 angeordneten Einspeiseisolatoren 14 darge­ stellt, an dessen dem Betrachter zugewandten Längsseite des Gehäuses 12 eine Schalldämmwand 16 angeordnet ist.

Die Schalldämmwand 16 ist aus einzelnen gleichförmig ge­ stalteten Modulen 18 gebildet, die aneinandergebaut die Schallwand 16 ergeben.

Jedes Modul 18 ist über Rohrverbindungen 20 an seiner Ober­ seite mit dem Gehäuse 12 des Transformators 10 verbunden. Durch diese Rohrverbindung 20 wird Isolierflüssigkeit zur Kühlung hindurchgeleitet.

An seiner dem Gehäuse 12 des Transformators 10 abgewandten, hierzu parallelen Fläche besitzt jedes Modul 18 eine Schall­ austrittsöffnung 22, durch welche Restschall austreten kann, nachdem der von der Transformatorlängsseite emit­ tierte und von den Modulen 18 mittels hier nicht erkennba­ rer, jedoch in Fig. 2 und 3 gezeigter Schall-Einlauföff­ nungen 24, aufgenommene Schall die in der Schalldämmwand 16 befindlichen ersten und zweiten Interferenzschalldämmele­ mente durchlaufen hat.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch mehrere Module 18 ei­ ner erfindungsgemäßen Schalldämmwand 16, bei welchem zwei Schall-Einlauföffnungen 24 nebeneinander angeordnet und mit Kanälen 26 verbunden sind. Beiderseits der Kanäle 26 sind erste und zweite Interferenzschalldämmelemente 28, 29 ange­ ordnet, die als Resonanzdämpfer mit Stichleitung ausgeführt sind. Das gezeigte Modul ist aus extrudiertem Profil, bzw. aus der Kombination von extrudierten Profilen und Verbindungsblechen gefertigt. Innerhalb der Profile sind überwiegend senkrecht zu den für die Schalleitung vorgese­ henen Kanälen 26 weitere rohrartig ausgebildete Kanäle 30 vorgesehen, die zur Durchleitung der Isolierflüssigkeit dienen.

Die Verwendung von extrudierten Profilen ist sowohl vor­ teilhaft in bezug auf die Fertigungskosten, insbesondere bei Verwendung entsprechender Aluminiumlegierungen, als auch in bezug auf den guten Wärmeübergang von der in den Kanälen 30 fließenden Isolierflüssigkeit auf die Profile und die daran angebrachten Bleche. Durch die große Ober­ fläche ist vorteilhaft für eine gute Wärmeabgabe an die um­ gebende Luft gesorgt.

Durch die entsprechende räumliche Anordnung der Profile und Bleche sind Kanäle 27 gebildet, die als Stichleitungen die Funktion von Resonanzdämpfern haben. Dabei sind die kürze­ ren Stichleitungen 29 auf den zweifachen Wert der niedrig­ sten emittierten Frequenz ausgelegt, während die längeren Stichleitungen 28 auf die niedrigste emittierte Frequenz ausgelegt sind. Durch das Nebeneinanderanordnen der Module werden auf der zum hier nicht gezeigten Transformator zuge­ wandten Seite Einlauföffnungen 24 gebildet, durch die der auf die Schalldämmwand 16 auf treffende Schall in die vor­ handenen Kanäle 26, 27 geführt wird.

In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch eine Schalldämmwand 16 gezeigt, bei der die ersten und zweiten Interferenzschall­ dämmelemente 32, 33 als Umweglei­ tungs-Interferenzschalldämmelemente ausgeführt sind. Auf der dem hier nicht gezeigten Transformator zugewandten Seite sind Einlauföffnungen 24 vorgesehen, durch welche der auf die Schalldämmwand 16 auf treffende Schall in die Kanäle 27 geleitet wird.

Jeweils zwei Kanäle 32, 33 sind in ihren unterschiedlichen Längen so aufeinander abgestimmt, daß nach dem Durchlaufen des Schalls der niedrigsten emittierten Frequenz sowie alle Oberwellen, die ein ungerades Vielfaches dieser Frequenz haben ein Auslöschen entsprechend dem Prinzip der Interfe­ renzdämpfung durch Umwegleitung erfolgt.

An den Orten 34, an denen zwei einander zugeordnete Kanäle 32, 33 wieder zusammentreffen, erfolgt jedoch für Schall, der ein gerades Vielfaches der niedrigsten emittierten Fre­ quenz hat, keine Auslöschung durch Interferenz. Deshalb sind im Anschluß an diese Orte 34 weitere, in ihren unter­ schiedlichen Längen so aufeinander abgestimmte Kanäle 35, 36 in akustischer Reihenschaltung angeordnet, die als In­ terferenzschalldämmelemente auf ein gerades Vielfaches der niedrigsten emittierten Frequenz abgestimmt sind und damit auch für diese Oberwellen ein Auslöschen am Ort 38 ihres Zusammentreffens erreichen.

Claims (12)

1. Minderung der Schallemission von Transformatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Transformator (10) emittierten Schallwellen in einen oder mehrere Konzentrato­ ren eingeleitet und in diesen räumlich konzentriert werden, und daß die Schallwellen nach der Durchleitung durch die Konzentratoren in paarweise in akustischer Reihenschaltung angeordnete Interferenzschalldämmelemente eingeleitet wer­ den, wobei pro Paar eines dieser Interferenzschalldämmele­ mente auf die niedrigste emittierte Schallfrequenz abge­ stimmt ist, und das andere Interferenzschalldämmelement auf den zweifachen Wert der niedrigsten emittierten Schallfre­ quenz abgestimmt ist.

2. Einrichtung zur Minderung der Schallemission von Transformatoren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einer Seite des Trans­ formators (10) eine Schalldämmwand (16) vorgesehen ist, die in einem definierten Abstand zum Transformator (10) ange­ ordnet ist, daß die dem Transformator zugewandte Wandseite der Schalldämmwand (16) Einlauföffnungen (24) für die von Transformator (10) emittierten Schallwellen aufweist, die einen sich verengenden Querschnitt haben und jeweils in einen Kanal (26, 31) münden, daß in der Schalldämmwand (16) erste Interferenzschalldämmelemente (28, 32) in dem durch die Kanäle (26, 31) gebildeten Schallaufweg angeordnet sind, die auf die niedrigste vom Transformator (10) emit­ tierte Frequenz ausgelegt sind, daß in der Schalldämmwand (16) ferner zweite Interferenzschalldämmelemente (29, 33) in dem durch die Kanäle (26, 31) gebildeten Schallaufweg vorgesehen sind, die auf den zweifachen Wert der niedrig­ sten vom Transformator (10) emittierten Frequenz ausgelegt sind und daß die ersten und zweiten Interferenzschalldämme­ lemente (28, 29, 32, 33) in akustischer Reihenschaltung miteinander verbunden sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die ersten und zweiten Interferenzschalldämmele­ mente als Umwegleitungs-Interferenzschalldämmelemente (32, 33) ausgeführt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Interferenzschalldämmelemente als Resonanz­ dämpfer (28, 29) ausgeführt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Resonanzdämpfer (28, 29) in Form von Stich­ leitungen (27) ausgeführt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Querschnitt der Stichleitung (27) der Summe der Querschnitte des zu der Stichleitung hinführenden Ka­ nals (26) und des von der Stichleitung wegführenden Kanals (26) entspricht.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Interfe­ renzschalldämmelemente (28, 29, 32, 33) in Modulen (18) an­ geordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schalldämmwand (16) aus Modulen (18) zusammen­ gesetzt ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8 mit einem Transformatorgehäuse, welches einen Transformatorkern und diesen umgebende Isolierflüssigkeit umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schalldämmwand (16) weitere rohrartig ausgebildete Kanäle (30) vorgesehen sind, die vornehmlich senkrecht zu den für die Schalleitung vorge­ sehenen Kanälen (26, 31) angeordnet sind und durch welche Isolierflüssigkeit zur Kühlung hindurchgeleitet wird.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einlauföffnungen (24) und die ersten und zweiten Interferenzschalldämmelemente (28, 29, 32, 33) aus extrudierten Profilen und aus Blechen gebildet sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aus Profilen und Blechen gebildeten Ein­ lauföffnungen (24) und ersten und zweiten Interferenz­ schalldämmelementen (28, 29, 32, 33) zu Modulen (18) zusam­ mengesetzt sind.

12. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlauföffnungen (24) und die ersten und zweiten Interferenzschalldämmelemente (28, 29, 32, 33) aus Aluminiumlegierung hergestellt sind.