Actualmente, las barreras acústicas de transformadores y reactores en subestaciones domésticas de ultraalta tensión (UHV) suelen adoptar estructuras de hormigón colado in situ o estructuras de ladrillo y polvo, que ofrecen cierto aislamiento acústico. Sin embargo, debido a la baja frecuencia de ruido de los transformadores y reactores y a la larga longitud de onda de las ondas sonoras, su capacidad de difracción y transmisión de ruido es muy alta, por lo que el aislamiento y la reducción del ruido suelen ser deficientes. Además, las barreras acústicas y las cubiertas de aislamiento acústico actuales de las subestaciones de ultraalta tensión (UHV) no están diseñadas específicamente para las características de ruido de baja frecuencia de la subestación, por lo que el efecto de reducción de ruido no es óptimo. Si consideramos las características de las subestaciones de ultraalta tensión, donde predomina el ruido de media y baja frecuencia, y adoptamos una estructura fonoabsorbente compuesta con funciones de silenciamiento y absorción acústica, se espera que pueda reducir eficazmente el ruido de media y baja frecuencia, además de tener propiedades ignífugas y aislantes. Esto es fundamental para mejorar la calidad del entorno acústico de las subestaciones.
En base a esto, este artículo analiza las características de intensidad de la fuente de ruido de los equipos principales de la subestación de ultra alta tensión (UHV). Considerando que los materiales de la subestación deben poseer propiedades ignífugas, aislantes y otras, se optó por realizar experimentos de absorción acústica, tanto individuales como combinados, con muestras de espuma de melamina , placas microperforadas y cemento espumado. Se propuso una estructura compuesta fonoabsorbente adecuada para la reducción de ruido en subestaciones de UHV. Esto tiene una importante relevancia práctica para aplicaciones de ingeniería.
Ⅰ. Análisis de medición de ruido de los equipos principales de la subestación de UHV
Durante la operación de subestaciones de UHV, las principales fuentes de ruido incluyen transformadores de alta tensión, reactores shunt, estructuras de subestaciones, etc. El ruido del transformador incluye el ruido del cuerpo y del dispositivo de refrigeración; el ruido del reactor shunt es ruido electromagnético; y el ruido de la estructura de la subestación es ruido de corona. El ruido de corona es generalmente de frecuencia media a alta, se atenúa rápidamente durante la propagación y tiene un rango de impacto pequeño. El ruido de baja frecuencia generado por la estructura interna de transformadores y reactores shunt se atenúa lentamente y tiene un amplio rango de influencia. Por lo tanto, el control del ruido de transformadores y reactores shunt es el objetivo principal del control de ruido en subestaciones.
- Análisis de la medición del ruido del transformador principal
El nivel de potencia acústica del transformador se mide mediante el método de intensidad acústica. Se toma un transformador monofásico como objeto de medición, la distancia entre la curva de nivel prescrita y la superficie de emisión de referencia es de 2 m, y se establecen dos curvas de nivel prescritas, ubicadas en planos horizontales de 2 m y 4 m, respectivamente. Todos los puntos de medición se ubican en la curva de nivel especificada, y la distancia horizontal entre puntos de medición adyacentes es de 1 m. Se utilizan sondas de intensidad acústica para la medición punto por punto.
Cuando la carga de potencia de un solo grupo de transformadores es de 2000 MW, los resultados de la medición de la intensidad del sonido de la fase C del transformador en el Grupo I. El nivel de potencia acústica ponderada A es el más alto en la banda de frecuencia de 1/3 de octava con las frecuencias centrales de 100, 125, 160 y 200 Hz del transformador UHV. Según el mecanismo de generación de ruido del transformador, el ruido en esta banda de frecuencia proviene principalmente del ruido electromagnético del cuerpo del transformador. Por lo tanto, al reducir el ruido del transformador, se debe dar prioridad a la reducción de la banda de frecuencia de 100~200 Hz. Durante la medición, la carga de potencia de un solo grupo de transformadores se mantuvo estable en 2000 MW, y el nivel de potencia acústica ponderada A total correspondiente de los transformadores fue de 102.7 dB(A).
- Medición y análisis del ruido de reactores de alta tensión
El método de medición del nivel de potencia acústica del reactor es el mismo que el del transformador. Tomando como objeto de medición la fase B del reactor en paralelo de la subestación UHV, la distancia entre la curva de nivel prescrita y la superficie de emisión de referencia es de 1 m, y se establecen dos curvas de nivel prescritas con alturas de 1.5 m y 3 m, respectivamente. La distancia horizontal entre puntos de medición adyacentes es de 1 m.
El análisis muestra que, en toda la banda de 1/3 de octava, los componentes de baja frecuencia representan una mayor proporción, entre los cuales la potencia sonora a 100 Hz es la mayor, alcanzando 96.4 dB(A), 11.5 dB(A) superior al nivel de potencia sonora de 200 Hz. La potencia sonora en la banda de 1/3 de octava, donde se ubican los 100 Hz, representa el 91.2 % de la alta potencia antisonora monofásica. Por lo tanto, se puede determinar que el fenómeno de interferencia en la distribución del campo sonoro del reactor es causado por la onda sonora de 100 Hz.
II. Experimentos con materiales porosos y placas microperforadas
En el diseño de ingeniería para el control del ruido, a menudo resulta difícil lograr la reducción de ruido deseada utilizando un solo material para la absorción y el aislamiento acústico . Por ello, se suelen emplear estructuras que combinan diferentes materiales fonoabsorbentes para reducir el ruido. Su aplicación es especialmente común en espacios interiores con grandes volúmenes y tiempos de reverberación prolongados. Para estudiar la estructura fonoabsorbente idónea para el control del ruido en subestaciones de ultra alta tensión, primero debemos considerar las propiedades aislantes e ignífugas del material y, en segundo lugar, combinar medidas específicas para determinar la estructura fonoabsorbente adecuada.
Actualmente, se utilizan placas perforadas y materiales fonoabsorbentes en los recintos de aislamiento acústico de las subestaciones de ultraalta tensión (UHV) para reducir el ruido, pero su efecto no es bueno en la banda de baja frecuencia. Esto requiere combinar las características de la fuente sonora de los equipos principales de la subestación de ultraalta tensión (UHV). Tras determinar las medidas específicas de reducción de ruido, la selección de materiales fonoabsorbentes porosos y la determinación de la estructura fonoabsorbente se convierten en la clave para el control del ruido en la subestación. A continuación, se seleccionan tres muestras de placa microperforada, espuma de melamina y cemento espumado para combinarlas en experimentos.
- Combinación de placas microperforadas de doble capa
Muestras experimentales de placa microperforada, en las que la tasa de perforación de la muestra de placa microperforada 1 es del 1.5%, el espesor de la placa es de 1 mm y el diámetro de poro es de 0.7 mm; la tasa de perforación de la muestra de placa microperforada 2 es del 1.1%, el espesor de la placa es de 1 mm y el diámetro de poro es de 0.7 mm, Muestra de placa microperforada 3, la tasa de perforación es del 0.7%, el espesor de la placa es de 1 mm y el diámetro del orificio es de 0.7 mm.
Se realizaron dos series de experimentos con la combinación de placas microperforadas de doble capa. El experimento 1 consistió en una combinación de las muestras 2 y 1, y el experimento 2, en una combinación de las muestras 1 y 3. Dos series de experimentos con la estructura de la combinación de placas microperforadas de doble capa muestran que el coeficiente de absorción acústica a 100 Hz es de aproximadamente 0.7, y su valor máximo se alcanza entre 500 y 600 Hz en ambas series. En la banda de frecuencias superior a 600 Hz, el coeficiente de absorción acústica disminuye gradualmente.
- Combinación de cemento espumado y tablero microperforado
En primer lugar, se utilizó una estructura fonoabsorbente que combinaba cemento espumado y una placa microperforada monocapa. Se realizaron dos experimentos con diferentes parámetros combinando cemento espumado y una placa microperforada monocapa. En ambos experimentos, el cemento espumado se colocó delante de la placa microperforada.
Los datos del Experimento 3 y el Experimento 4 prácticamente no presentan cambios significativos. El rendimiento de absorción acústica de la estructura combinada prácticamente no varía con ligeros cambios en el espesor del cemento espumado ni en la distancia entre este y la placa microperforada. A 100 Hz, el coeficiente de absorción acústica es de aproximadamente 0.4; a 250 Hz, alcanza su máximo, y a aproximadamente 900 Hz, alcanza de nuevo su valor máximo.
- Espuma de melamina y combinación de paneles microperforados
Se realizaron dos series de experimentos combinando espuma de melamina y placas microperforadas monocapa. En ambas series, se colocó espuma de melamina antes de las placas microperforadas. Los coeficientes de absorción acústica a 100 Hz en ambos grupos de experimentos se situaron en torno a 0.7, y entre 100 Hz y 500 Hz, fueron superiores a 0.7. Alrededor de 500 Hz, el coeficiente de absorción acústica disminuye, pero a medida que aumenta la frecuencia, aumenta gradualmente. Esta combinación ofrece un efecto de absorción acústica relativamente óptimo tanto en las bandas de baja como de alta frecuencia.
3. Análisis de resultados experimentales
De acuerdo con las características de la fuente de ruido del equipo principal de la subestación UHV, predominante en la banda de baja frecuencia, se realizaron experimentos seleccionando una estructura compuesta de placa microperforada, una estructura compuesta de cemento espumado con placa microperforada, y una estructura compuesta de espuma de melamina con placa microperforada. Los resultados de las pruebas muestran que las tres combinaciones pueden lograr un cierto efecto de absorción acústica en la banda de baja frecuencia; sin embargo, su aplicación en la ingeniería real requiere medidas específicas de reducción de ruido.
- Estructura combinada de placas microperforadas
Los paneles microperforados de doble capa amplían la banda de frecuencia de absorción acústica de los paneles microperforados de una sola capa. Basado en el principio de adaptación de impedancia, el principio del diseño combinado consiste en que la tasa de perforación de la capa frontal de los paneles microperforados sea mayor que la de la capa posterior. El diseño combinado de los paneles microperforados permite alcanzar un coeficiente de absorción acústica superior a 0.7 en el rango de frecuencia de 150 a 800 Hz con un espesor de la estructura combinada de 20 cm. Con un espesor de la estructura combinada de 30 cm, se alcanza un coeficiente de absorción acústica superior a 0.7 en el rango de frecuencia de 100 a 800 Hz.
- Estructura compuesta de cemento espumado más placa microperforada
Agregar cemento espumoso delante del tablero microperforado puede ampliar la banda de frecuencia de absorción de sonido del tablero microperforado, y el cemento espumoso también puede desempeñar un papel ignífugo.
El cemento espumado combinado con un panel microperforado de una sola capa puede alcanzar un coeficiente de absorción acústica superior a 0.7 en el rango de frecuencia de 150 a 1000 Hz cuando el espesor de la estructura combinada es de 20 cm. El cemento espumado combinado con paneles microperforados de doble capa puede alcanzar un coeficiente de absorción acústica superior a 0.7 en el rango de frecuencia de 150 a 1400 Hz cuando el espesor de la estructura combinada es de 20 cm. Cuando el espesor de la estructura combinada es de 30 cm, puede alcanzar un coeficiente de absorción acústica superior a 0.7 en el rango de frecuencia de 100 a 1400 Hz. Al mismo tiempo, cuanto menor sea la densidad aparente del cemento espumado, mayor será la porosidad y mejor será el efecto de absorción acústica de baja frecuencia.
- Para la estructura combinada de material absorbente de sonido Con la placa microperforada, el material fonoabsorbente expande la banda de frecuencia de la placa y aumenta la distancia entre ambas. El coeficiente de absorción acústica de frecuencias medias y altas aumenta, y el pico de absorción se desplaza hacia las bajas. Al aumentar el espesor del material fonoabsorbente, el coeficiente de absorción acústica de baja frecuencia disminuye ligeramente, mientras que el de frecuencias medias y altas aumenta. Aumentar el espesor de la cavidad tras la placa microperforada aumenta la absorción acústica de baja frecuencia. Los materiales fonoabsorbentes con paneles microperforados de doble capa ofrecen una mejor absorción acústica y bandas de frecuencia más amplias que los materiales fonoabsorbentes con paneles microperforados de una sola capa.
Del análisis de datos experimentales se desprende que la espuma de melamina más una placa microperforada de una sola capa puede alcanzar un coeficiente de absorción acústica de más de 0.6 en el rango de frecuencia de 200-1600 Hz cuando el espesor de toda la estructura combinada es de 20 cm. Cuando el espesor de toda la estructura combinada es de 30 cm, se puede alcanzar un coeficiente de absorción acústica de más de 0.6 en el rango de frecuencia de 100-1600 Hz. La espuma de melamina más paneles microperforados de doble capa puede alcanzar un coeficiente de absorción acústica de más de 0.7 en el rango de frecuencia de 200-1600 Hz cuando el espesor de toda la estructura combinada es de 20 cm. Cuando el espesor de toda la estructura combinada es de 30 cm, se puede alcanzar un coeficiente de absorción acústica de más de 0.7 en el rango de frecuencia de 100-1600 Hz.
Según el análisis de las características de frecuencia de ruido del transformador principal de UHV y del reactor shunt de alta tensión, la energía de ruido del transformador principal de UHV se concentra principalmente entre 100 y 200 Hz, mientras que la del reactor de alta tensión se concentra principalmente entre 100 Hz. Para seleccionar un material reductor de ruido, es necesario combinar las frecuencias de las dos fuentes principales. Asimismo, los métodos de reducción de ruido deben integrarse con la disposición in situ de la subestación para controlar el ruido con la combinación óptima de materiales y métodos.
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