Attualmente, le barriere di protezione di trasformatori e reattori nelle sottostazioni domestiche UHV adottano spesso strutture in calcestruzzo gettato in opera o strutture intelaiate in mattoni e polvere, che presentano un certo effetto di isolamento acustico. Tuttavia, a causa della bassa frequenza di rumore di trasformatori e reattori e dell'elevata lunghezza d'onda delle onde sonore, le loro capacità di diffrazione e trasmissione del rumore sono molto elevate, quindi l'isolamento acustico e la riduzione del rumore sono spesso scarsi. Inoltre, le attuali barriere acustiche e coperture fonoisolanti delle sottostazioni UHV non sono progettate specificamente per le caratteristiche di rumore a bassa frequenza della sottostazione e l'effetto di riduzione del rumore non è ottimale. Considerando le caratteristiche delle sottostazioni UHV, dominate dal rumore a media e bassa frequenza, e adottando una struttura fonoassorbente composita che svolga sia funzioni di silenziamento che di assorbimento acustico, si spera che possa ridurre efficacemente il rumore a media e bassa frequenza e avere proprietà ignifughe e isolanti. Ciò è di grande importanza per il miglioramento della qualità dell'ambiente acustico delle sottostazioni.
Sulla base di ciò, questo articolo analizza le caratteristiche di intensità della sorgente di rumore delle principali apparecchiature della sottostazione UHV. Considerando i requisiti che i materiali della sottostazione devono possedere proprietà ignifughe, isolanti e di altro tipo, abbiamo scelto di condurre esperimenti di assorbimento acustico singoli e combinati su campioni di schiuma melaminica , campioni di piastre microforate e campioni di cemento espanso, e abbiamo proposto una struttura composita fonoassorbente adatta alla riduzione del rumore nelle sottostazioni UHV. Ciò riveste un'importante valenza pratica per le applicazioni ingegneristiche.
Ⅰ. Analisi della misurazione del rumore delle principali apparecchiature della sottostazione UHV
Durante il funzionamento delle sottostazioni UHV, le principali fonti di rumore includono trasformatori ad alta tensione, reattori shunt, strutture delle sottostazioni, ecc. Il rumore dei trasformatori include il rumore del corpo e il rumore dei dispositivi di raffreddamento, il rumore dei reattori shunt è rumore elettromagnetico e il rumore delle strutture delle sottostazioni è rumore corona. Il rumore corona è generalmente a media-alta frequenza, si attenua rapidamente durante la propagazione e ha un intervallo di impatto ridotto. Il rumore a bassa frequenza generato dalla struttura interna di trasformatori e reattori shunt si attenua lentamente e ha un ampio intervallo di influenza. Pertanto, il controllo del rumore di trasformatori e reattori shunt è al centro del controllo del rumore nelle sottostazioni.
- Analisi della misurazione del rumore del trasformatore principale
Il livello di potenza sonora del trasformatore viene misurato utilizzando il metodo intensimetrico. Considerando un trasformatore monofase come oggetto di misura, la distanza tra la linea di livello prescritta e la superficie di emissione di riferimento è di 2 m e vengono impostate due linee di livello prescritte, posizionate rispettivamente su un piano orizzontale di 2 m e 4 m. Tutti i punti di misura si trovano sulla linea di livello specificata e la distanza orizzontale tra punti di misura adiacenti è di 1 m. Le sonde intensimetriche vengono utilizzate per la misurazione punto per punto.
Quando il carico di potenza di un singolo gruppo di trasformatori è di 2000 MW, la misurazione dell'intensità sonora risultante è relativa alla fase C del trasformatore del Gruppo I. Il livello di potenza sonora ponderato A è il più elevato nella banda di frequenza di 1/3 d'ottava con frequenze centrali di 100, 125, 160 e 200 Hz del trasformatore UHV. Secondo il meccanismo di generazione del rumore del trasformatore, il rumore in questa banda di frequenza proviene principalmente dal rumore elettromagnetico del corpo del trasformatore. Pertanto, quando si riduce il rumore del trasformatore, è necessario dare priorità alla riduzione della banda di frequenza 100~200 Hz. Durante la misurazione, il carico di potenza di un singolo gruppo di trasformatori è rimasto stabile a 2000 MW e il corrispondente livello di potenza sonora totale ponderato A dei trasformatori era di 102.7 dB(A).
- Misurazione e analisi del rumore del reattore ad alta tensione
Il metodo di misurazione del livello di potenza sonora del reattore è lo stesso di quello del trasformatore. Considerando come oggetto di misurazione la fase B del reattore parallelo nella sottostazione UHV, la distanza tra la linea di livello prescritta e la superficie di emissione di riferimento è di 1 m e vengono impostate due linee di livello prescritte con altezze rispettivamente di 1.5 m e 3 m. La distanza orizzontale tra punti di misurazione adiacenti è di 1 m.
L'analisi mostra che nell'intera banda di 1/3 d'ottava, le componenti a bassa frequenza rappresentano una quota maggiore, tra cui la potenza sonora alla frequenza di 100 Hz è la maggiore, raggiungendo 96.4 dB(A), ovvero 11.5 dB(A) in più rispetto al livello di potenza sonora di 200 Hz. La potenza sonora nella banda di 1/3 d'ottava, dove si trova la frequenza di 100 Hz, rappresenta il 91.2% dell'alta potenza antisonora monofase. Pertanto, si può determinare che il fenomeno di interferenza nella distribuzione del campo sonoro del reattore è causato dall'onda sonora a 100 Hz.
Ⅱ. Materiali porosi ed esperimenti con piastre microforate
Nella progettazione di sistemi di controllo del rumore, è spesso difficile ottenere l'effetto di riduzione del rumore desiderato utilizzando un singolo materiale per l'assorbimento acustico e l'isolamento termico. Pertanto, si ricorre spesso a strutture che combinano materiali fonoassorbenti. Questa applicazione è particolarmente comune negli ambienti interni con volumi ampi e tempi di riverbero prolungati. Per studiare la struttura fonoassorbente più adatta al controllo del rumore nelle sottostazioni ad altissima tensione, è necessario innanzitutto considerare le proprietà isolanti e ignifughe del materiale e, in secondo luogo, combinare misure specifiche per definire la struttura fonoassorbente ottimale.
Attualmente, piastre forate e materiali fonoassorbenti vengono utilizzati negli involucri fonoisolanti delle sottostazioni UHV per ridurre il rumore, ma l'effetto non è soddisfacente nella banda delle basse frequenze. Ciò richiede la combinazione delle caratteristiche della sorgente sonora delle apparecchiature principali della sottostazione UHV. Dopo aver definito le specifiche misure di riduzione del rumore, la scelta dei materiali fonoassorbenti porosi e la definizione della struttura fonoassorbente diventano fondamentali per il controllo del rumore nella sottostazione. Di seguito, vengono selezionati tre campioni di piastra microforata, schiuma melamminica e cemento espanso da combinare tra loro per condurre esperimenti.
- Combinazione di piastre microforate a doppio strato
Campioni sperimentali di piastre microforate, in cui il tasso di perforazione del campione di piastre microforate 1 è dell'1.5%, lo spessore della piastra è di 1 mm e il diametro dei pori è di 0.7 mm; il tasso di perforazione del campione di piastre microforate 2 è dell'1.1%, lo spessore della piastra è di 1 mm e il diametro dei pori è di 0.7 mm, campione di piastre microforate 3, il tasso di perforazione è dello 0.7%, lo spessore della piastra è di 1 mm e il diametro dei fori è di 0.7 mm.
Sono state condotte due serie di esperimenti sulla combinazione di piastre microforate a doppio strato. L'esperimento 1 consisteva in una combinazione del campione 2 di piastre microforate e del campione 1 di piastre microforate, mentre l'esperimento 2 consisteva in una combinazione del campione 1 di piastre microforate e del campione 3 di piastre microforate. Due serie di esperimenti sulla struttura di combinazione di piastre microforate a doppio strato mostrano che il coefficiente di assorbimento acustico a 100 Hz è pari a circa 0.7, e il valore massimo del coefficiente di assorbimento acustico si verifica tra 500 Hz e 600 Hz in entrambe le serie di esperimenti. Nella banda di frequenza superiore a 600 Hz, il coefficiente di assorbimento acustico diminuisce gradualmente.
- Combinazione di cemento schiumato e pannello microforato
In primo luogo, è stata utilizzata una struttura fonoassorbente che combina cemento espanso e una piastra microforata monostrato. Sono stati condotti due esperimenti con parametri diversi combinando cemento espanso e una piastra microforata monostrato. In entrambi gli esperimenti, il cemento espanso è stato posizionato davanti alla piastra microforata.
Non si riscontrano differenze significative tra i dati dell'Esperimento 3 e dell'Esperimento 4. Le prestazioni di assorbimento acustico della struttura combinata non cambiano sostanzialmente con lievi variazioni dello spessore del cemento espanso e della distanza tra il cemento espanso e la piastra microforata. A 100 Hz, il coefficiente di assorbimento acustico è pari a circa 0.4, a 250 Hz raggiunge il suo massimo e a circa 900 Hz raggiunge nuovamente il valore massimo.
- Schiuma melamminica e combinazione di pannelli microforati
Sono state condotte due serie di esperimenti sulla combinazione di schiuma melamminica e piastre microforate monostrato. In entrambe le serie di esperimenti, la schiuma melamminica è stata posizionata prima delle piastre microforate. I coefficienti di assorbimento acustico a 100 Hz in entrambi i gruppi di esperimenti sono tutti intorno a 0.7, e tra 100 Hz e 500 Hz, i coefficienti di assorbimento acustico sono tutti superiori a 0.7. Intorno a 500 Hz, il coefficiente di assorbimento acustico diminuisce, ma all'aumentare della frequenza, il coefficiente di assorbimento acustico aumenta gradualmente. Questa combinazione ha un effetto di assorbimento acustico relativamente ideale sia nelle bande a bassa frequenza che in quelle ad alta frequenza.
III. Analisi dei risultati sperimentali
In base alle caratteristiche della sorgente di rumore delle apparecchiature principali della sottostazione UHV, che è prevalente nella banda delle basse frequenze, sono stati condotti esperimenti selezionando una struttura composita con piastre microforate, una struttura composita in cemento espanso e piastre microforate e una struttura composita in schiuma melamminica e piastre microforate. I risultati dei test mostrano che tutte e tre le combinazioni possono ottenere un certo effetto di assorbimento acustico nella banda delle basse frequenze, ma la loro applicazione pratica richiede specifiche misure di riduzione del rumore.
- Struttura combinata di piastre microforate
I pannelli microforati a doppio strato possono ampliare la banda di frequenza di assorbimento acustico dei pannelli microforati a strato singolo. Basato sul principio dell'adattamento di impedenza, il principio di progettazione combinata prevede che la velocità di perforazione dello strato anteriore dei pannelli microforati sia maggiore di quella dello strato posteriore. Il design combinato di pannelli microforati può raggiungere un coefficiente di assorbimento acustico superiore a 0.7 nella gamma di frequenze 150-800 Hz quando lo spessore dell'intera struttura combinata è di 20 cm. Quando lo spessore dell'intera struttura combinata è di 30 cm, può raggiungere un coefficiente di assorbimento acustico superiore a 0.7 nella gamma di frequenze 100-800 Hz.
- Struttura composita in cemento schiumato più piastra microforata
L'aggiunta di cemento schiumogeno davanti al pannello microforato può ampliare la banda di frequenza di assorbimento acustico del pannello microforato; inoltre, il cemento schiumogeno può svolgere anche una funzione ignifuga.
Il cemento espanso più un pannello microforato monostrato può raggiungere un coefficiente di assorbimento acustico superiore a 0.7 nella gamma di frequenza 150-1000 Hz quando lo spessore dell'intera struttura combinata è di 20 cm. Il cemento espanso più pannelli microforati a doppio strato può raggiungere un coefficiente di assorbimento acustico superiore a 0.7 nella gamma di frequenza 150-1400 Hz quando lo spessore dell'intera struttura combinata è di 20 cm. Quando lo spessore dell'intera struttura combinata è di 30 cm, può raggiungere un coefficiente di assorbimento acustico superiore a 0.7 nella gamma di frequenza 100-1400 Hz. Allo stesso tempo, minore è la densità apparente del cemento espanso, maggiore è la porosità e migliore è l'effetto di assorbimento acustico a bassa frequenza.
- Per la struttura combinata di materiale fonoassorbente e piastra microforata, il materiale fonoassorbente può espandere la banda di frequenza fonoassorbente della piastra microforata e aumentare la distanza tra la piastra fonoassorbente e quella microforata. Il coefficiente di assorbimento acustico delle frequenze medie e alte aumenta e il picco di assorbimento acustico si sposta alle basse frequenze. Aumentando lo spessore del materiale fonoassorbente, il coefficiente di assorbimento acustico a bassa frequenza diminuisce leggermente e il coefficiente di assorbimento acustico a media e alta frequenza aumenta. Aumentando lo spessore dello strato di cavità dietro la piastra microforata è possibile aumentare l'assorbimento acustico a bassa frequenza. I materiali fonoassorbenti con pannelli microforati a doppio strato offrono un assorbimento acustico migliore e bande di frequenza fonoassorbenti più ampie rispetto ai materiali fonoassorbenti con pannelli microforati a singolo strato.
Dall'analisi dei dati sperimentali si evince che la schiuma melamminica più una piastra microforata monostrato può raggiungere un coefficiente di assorbimento acustico superiore a 0.6 nell'intervallo di frequenza 200-1600 Hz quando lo spessore dell'intera struttura combinata è di 20 cm. Quando lo spessore dell'intera struttura combinata è di 30 cm, è possibile raggiungere un coefficiente di assorbimento acustico superiore a 0.6 nell'intervallo di frequenza 100-1600 Hz. La schiuma melamminica più pannelli microforati a doppio strato può raggiungere un coefficiente di assorbimento acustico superiore a 0.7 nell'intervallo di frequenza 200-1600 Hz quando lo spessore dell'intera struttura combinata è di 20 cm. Quando lo spessore dell'intera struttura combinata è di 30 cm, è possibile raggiungere un coefficiente di assorbimento acustico superiore a 0.7 nell'intervallo di frequenza 100-1600 Hz.
Sulla base dell'analisi delle caratteristiche di frequenza del rumore del trasformatore principale UHV e del reattore shunt ad alta tensione, l'energia del rumore del trasformatore principale UHV è concentrata principalmente a 100-200 Hz, mentre l'energia del rumore del reattore ad alta tensione è concentrata principalmente a 100 Hz. Per selezionare un materiale antirumore, è necessario combinare le frequenze delle due principali sorgenti di rumore. Allo stesso tempo, i metodi di riduzione del rumore devono essere combinati con la configurazione in loco della sottostazione per controllare il rumore con la combinazione ottimale di materiali e metodi.
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