GB 1094《电力变压器》目前包含了11个部分,本部分为GB 1094系列标准的第10.1部分。本部分首次发布。本部分等同采用IEC 60076-10-1：2005《电力变压器—第10-1部分：声级测定—应用导则》(英文版)。本部分根据IEC 60076-10-1：2005采用翻译法起草。为便于使用，本部分进行了下列编辑性修改：——用小数点“.”代替作为小数点的逗号“，”；——删除了IEC 60076-10-1：2005的“前言”GB 1094的本部分是向制造方及用户提供如何使用GB 1094.10 所阐述的测量技术的一份支持性资料。本部分阐述了变压器和电抗器的噪声源及特性；提供了进行测量的实际指导；讨论了可能影响测量方法准确度的各种因素。在拟订变压器或电抗器技术条件时，本部分也阐明了那些应由供需双方协商确定的因素，并指出了工厂测量值与现场测量值不同的原因。本部分适用于变压器和电抗器连同其相关的冷却设备。 GB/T 1094.101-2008 电力变压器 第10.1部分: 声级测定 应用导则 GB/T1094.101-2008 标准下载解压密码：www.bzxz.net

ICS.29.180
中华人民共和国国家标准
GB/T1094.101—2008/IEC60076-10-1:2005电力变压器
声级测定
第10.1部分：
应用导则
Power transformers—Part 10. 1:DeterminationofsoundlevelsApplicationguide(IEC60076-10-1:2005.IDT）
2008-06-30发布
数码防伪
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2009-04-01实施
GB/T1094.101—2008/IEC60076-10-1:2005目
规范性引用文件
声的物理基础
变压器和电抗器的噪声源及其特点测量原理
测量方法的比较
声测量的实施要点·
工厂试验与现场声级测量的差异.8
变压器和电抗器声级规范·
附录A（资料性附录）工作举例：带有安装于独立支架上的冷却设备的电力变压器，该支架距离变压器主发射面>3m—用声压法进行声功率级测定附录B（资料性附录）工作举例：用时间同步声强法测定配电变压器的声功率级2
GB/T1094.101-2008/IEC60076-10-1:2005前言
GB1094《电力变压器》目前包含了下列几个部分：第1部分：总则；
第2部分：温升；
一第3部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙；第4部分：电力变压器和电抗器的雷电冲击和操作冲击试验导则；第5部分：承受短路的能力；
第7部分：油浸式电力变压器负载导则—第10部分：声级测定；
—第10.1部分：声级测定
应用导则：
第11部分：干式变压器。
本部分为GB1094系列标准的第10.1部分。本部分等同采用IEC60076-10-1：2005《电力变压器一第10-1部分：声级测定一应用导则》(英文版）。
本部分根据IEC60076-10-1：2005采用翻译法起草。为便于使用，本部分进行了下列编辑性修改：用小数点“，”代替作为小数点的逗号“，”；删除了IEC60076-10-1：2005的“前言”。本部分的附录A和附录B均为资料性附录。本部分由中国电器工业协会提出。本部分由全国变压器标准化技术委员会（SAC/TC44)归口。本部分主要起草单位：沈阳变压器研究所、保定天威保变电气股份有限公司、特变电工沈阳变压器集团有限公司、西安西电变压器有限责任公司、特变电工衡阳变压器有限公司、中电电气集团有限公司、广州骏发电气有限公司。
本部分主要起草人：孙军、张喜乐、王国刚、帅远明、陈东风、金承祥、樊建平。本部分首次发布。
1范围
GB/T1094.101—2008/IEC60076-10-1:2005电力变压器第10.1部分：
声级测定应用导则
GB1094的本部分是向制造方及用户提供如何使用GB/T1094.10所阐述的测量技术的一份支持性资料。本部分阑述了变压器和电抗器的噪声源及特性；提供了进行测量的实际指导；讨论了可能影响测量方法准确度的各种因素。在拟订变压器或电抗器技术条件时，本部分也阐明了那些应由供需双方协商确定的因素，并指出了工厂测量值与现场测量值不同的原因。本部分适用于变压器和电抗器连同其相关的冷却设备。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB1094的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GB/T1094.10—2003电力变压器第10部分：声级测定（IEC60076-10:2001，MOD）3声的物理基础
3.1声压p
声音可定义为人耳能感受到的(在空气、水或其他弹性媒质中的)压力变化。此压力变化是声源通过媒质（对于本部分，则指空气）传递到听者的耳朵内。每秒钟发生周期性压力变化的次数称为声音的频率，其测量值的单位为赫兹（Hz)。声音的频率产生了其独特的声调或音色。变压器的嗡喻声基本上是100Hz或120Hz的低频声，而汽笛声则是高频声，其典型频率值超过3kHz。健康青年人的正常听力范围约为20Hz～20kHz。
为了进一步描述声音特征，用压力变化的幅值来表征，其测量值的单位为帕斯卡（Pa）。健康人耳能感受到的最弱声音与频率有明显的关系，一般在1kHz下为20μPa。可以忍受的声音阈值对应于百万倍甚至更高的声压，因此，为了避免使用很大的数值，采用分贝(dB)标度。分贝（dB)标度是对数，并用20μPa作为参考值（po），它对应于0dB。声压级L按式（1)的定义，即：
L,=10lg
式中：
p传声器测得的声压值。声压是标量，它只表示大小。（1）
使用分贝标度的实用观点是：它与线性刻度的帕斯卡值相比，更接近于人的听力感受。这是因为人耳是按对数形式对声音作出反应的。然而，人耳不会对每个频率作出同样的反映量。因此，需要一个合适的滤波器，以确保传声器测得的声音真实地反映人耳所感受到的声音。一种名为“A计权”的国际标准化的滤波器可以处理这种需求。3.2质点速度u
用来阐述传递声波的媒质质点振荡速度的一个量。其测量值用每秒的米数(ms1)表示。3.3声强I
声强是表示某一指定位置处声能净流量的大小和方向的矢量。它是指定位置处的声压与质点速度1
GB/T1094.101—2008/IEC60076-10-1:2005乘积的时间平均值。
I=p×u
（2）
声强的测量值用每平方米的瓦数（Wm-2）表示。能量流动的方向用指定位置处的质点速度与声压之间的相位角表示（参考电能的流动，可以设想声压与电压类似，而质点速度与电流类似）。法向声强是指流过单位面积上的声能的比值，在垂直于(即90°的方向)单位面积的方向上测量。3.4声功率W
声源向周围空气辐射声功率，从而形成一个声压场。声功率是起因，而声压是效果。听到（或用传声器测出）的声压与到声源之间的距离和声环境有关。因此声源的声特性不可能只用简单的声压测量作定量的表示。因而必须测量声功率，它与环境无关，且是唯一用来表示声源声特性的叙词。声功率是能量辐射的比值（单位时间内的能量），用瓦（W)表示。3.5声场
3.5.1概述
声场指声音存在的区域，它是按声波传递的方式进行划分的。关于声压和声强之间的准确关系，只能通过3.5.2和3.5.3·所叙述的两种特定场合才能了解。3.5.2自由场
本术语指声音的传递是在理想的无反射体的自由空间进行的。声音是由自由场中某个点声源向四周传播，若沿声音传播方向到声源的距离加倍时，其声压级和声强级便降低6dB。对于具有一定空间的声源，若距该声源的距离相当大时，足以将其看成是点声源，从而亦有较准确的结果。在露天中测量时，只要其离地面和任何墙壁足够远，或者在一个完全无回声的试验室（当声音达到其墙壁、天花板或地面时，统统被它们吸收了）内测试时，仍认为保持了上述这些条件。注：GB/T1094.10要求所有的声音测盘应在反射面上方进行。因此，不允许在完全无回声的试验室内进行测量。3.5.3扩散场
在扩散场中，声音经多次反射以同一幅值和相同的概率向所有各方向传递，因此所有各测量点上的声压级相同。混响室便是近似的扩散场。按照能量守恒定律，当壳体吸收或通过壳体传递的声功率等于声源发出的声功率时，便处于平衡的条件。由此，在声音吸收或传递特性低的环境中，便有可能出现声压级非常高的情况。
3.5.4有功声场和无功声场
声音传播是一种能量流动，当不存在纯（完全)传播时，则存在着可以测量的声压。如果声压和质点速度同相位，则将是一个完全的有功场。此时，由声源发出的全部声能是向外传递的。
在纯无功场中，不存在净能流，声压与质点速度之间呈90°相位角。在任一瞬间，能量都可以向外传递，但在稍后的瞬间，能量又会流回，能量就像在弹簧体中那样可以存储。对全部周期数进行平均时，净能的传递等于零，因而测得的声强等于零。总之，声场具有有功和无功两个分量。3.5.5驻波
声场中出现驻波是由于声源和声场边界之间出现了反射，例如，在存在频率为于的驻波的房间内，f与房间内两个反射墙壁之间的距离d的关系如式（3)所示：f=a
式中：
c—--声音在空气中的速度。在20℃时，c=343单位为米每秒(ms-1）。.·（3）
驻波并不将声能传递至远场，它是无功场的一个例子。在有驻波的区域内，在一个距离较小的范围内所测得的声压值会有较大的变化。2
3.5.6近场
GB/T1094.101—2008/1EC60076-10-1:2005近场是指与声源相邻的区域，一般规定为要测声音波长的1/4距离之内。在此区域内，空气就像一个密集弹簧系统那样储存能量而不向外界传播。因此，近场可能具有明显的无功分量。在空气为20℃时，100Hz声音的波长为3.4m，而1000Hz声音的波长为0.34m。4变压器和电抗器的噪声源及其特点4.1概述
变压器和电抗器的噪声具有几个声源，每一种声音产生模式的相对重要性与电气设备的设计及其运行条件有关。当变压器或电抗器噪声是从声源传递到油箱或外壳的表面时，还可通过产品的设计来改变此噪声的振动。
4.2声源
4.2.1磁致伸缩
磁致伸缩是一种尺寸变化现象，在某些材料中已观察出：当通过其内部的磁通发生变化时，该材料的尺寸也发生了变化。在作为导磁铁心用的钢材中，当其磁密达到某个典型值时，其每米长度下的尺寸变化为10-1m～10-5m。图1表示某种牌号铁心在五种不同的磁密下的磁致伸缩与其磁密之间的关系曲线。图中每个闭合形曲线表示为磁致伸缩与50Hz时磁密Bmax的对应关系。3.0
(w/un)/
Bmx =1.9T
Bear=1.2T
磁通密度/T
图1某一牌号铁心叠片，在施加交流50Hz完整周期的不同峰值磁密Bmax=1.2T～1.9T时的磁致伸缩长度相对变化曲线注：对某些牌号的导磁钢，在其铁心叠片上出现机械应力时，将会对其磁致伸缩现象有明显的影响。这种长度变化率与磁密的极性无关，只与其幅值和其钢材结晶轴之间的相对方向有关。因此，在正弦波磁通励磁下，长度变化的基波频率为励磁电压频率的二倍。尤其在磁密值接近饱和的情况下，这种效应很明显是非线性的。非线性将在铁心振动频谱中产生一个明显的谐波分量。图2表示磁密为B一1.8T、频率为50Hz时磁致伸缩的振荡变化曲线，其周期数等于励磁频率（连同其谐波）的二倍，且在5ms及15ms处的峰值也难以区分。变压器铁心发出的声音与振动的速度有关，即与图2中磁致伸缩（点画线）的时间导数有关。求导的后果是突出了信号的谐波（畸变)现象（相对于基波频率为二倍励磁频率而言）。在频谱中将会看到一些等于励磁频率偶数倍的频率，且基波（即二倍励磁频率的波形)很少是声波最重要的频率分量。3
GB/T1094.101—2008/IEC60076-10-1:20053.0
时间/ms
2在无直流偏磁下施加交流磁密（1.8T,50Hz)时的磁密随时间变化的曲线（平滑实线）和叠片长度随时间的相对变化曲线（点画线）3.0
如果磁通有直流偏磁，例如，在此之前因测量绕组电阻而残留了剩磁，或者在电流中含有直流分量这时都会使磁致伸缩现象出现明显的非线性，从而使振动幅值显著增大。由于直流偏磁励磁，使得在正、负极性磁密峰值下的磁致伸缩峰值明显地出现了差异。这可以从图3的磁致伸缩的环形曲线看出。3.0
(w/wr)/
磁通密度/T
图3在有小量直流偏磁时一个完整交流磁密周期下(50Hz，1.8T和0Hz,0.1T)叠片长度的相对变化曲线2.0
每360°，即在50Hz下每过20mS，振动图便表示出在励磁频率下的磁致伸缩重复性，见图4。在励磁频率奇数倍的频谱图中出现的峰值明显地表示出了励磁中的直流偏磁。4
时间/ms
GB/T1094.101-2008/IEC60076-10-1:20053.0
图4在有小量直流偏磁下施加交流磁密(50Hz下1.8T和0Hz下0.1T)时的磁密随时间变化的曲线（平滑实线）和叠片长度随时间的相对变化曲线（点画线）(u/ur)/
由于直流偏磁可能会对真实测量有影响，因此，在测量之前，进行噪声试验的变压器应保持充足的通电直到涌流效应和剩磁完全消失，使声级值保持稳定。如果出现了剩余的直流磁化，它对声级的影响可能长达几分钟，在极端的情况下或者可能长达几小时。在确定直流偏磁电流导致声功率预期增加中，此直流偏磁电流与空载电流之比是一个重要的参数。曾在一些大型电力变压器上测量了直流偏磁电流与声级增大之间的关系，图5示出了其中的一组数据。y
图中：
X轴直流偏磁电流，表示为空载电流的标么值；Y轴一
一总声级的增加量(dB(A))。
声级增加值与绕组中直流电流之间的关系x
注：图5所示是某一设计的大型电力变压器的结果曲线图。对于其他结构的设计，例如当铁心的形状或导磁材料5
GB/T1094.101—2008/IEC60076-10-1:2005牌号不同时，尽管曲线有细微的差别，但曲线向上变化的趋势却是基本上一致的。4.2.2绕组中的电磁力
由变压器或电抗器绕组中负载电流建立的磁场，是在电网频率下振荡的。由此产生的作用于绕组上的电磁力既有沿绕组轴向的，也有沿绕组幅向的。这些力的大小只与负载电流和所在位置处的磁场强度有关，而磁场强度也是负载电流的函数。因此，绕组中的电磁力与负载电流的平方成正比，其频率为电源频率的2倍。振动幅值与导线及绝缘材料的弹性特性有关。在绕组卷制紧密且又紧固良好的情况下，以及在正常运行电流下所出现的位移范围内，绝缘材料的弹性特性几乎是线性的。金属材料本来就具有良好的线性特性，所以，通常只产生较小的谐波振动，在振动频谱中，基波或许还有第一个谐波是主要的，见图6。
绕组的偏移及其振动速度与作用的电磁力成正比，即与负载电流的平方成正比。由振动体发出的声功率与振动速度的平方成正比（见4.4）。因此，声功率的变化与负载电流的4次方成正比。在要求采用低噪声变压器的场合中，绕组中负载电流产生的声功率可能会对变压器全部声功率值有明显影响，见GB/T1094.10—2003中的6.3。由负载电流谐波引起的声频谱中的各频率值分别为2倍的各电频率和任意两个电频率之和以及它们之差，这些谐波电流下的声级对变压器或电抗器的声级有明显的影响，例如，在高压直流换流站或整流变压器运行时。
额率/Hz
图6短路条件下测得的典型负载电流声级频谱4.2.3电抗器中的电磁力
有几种不同类型的单相和三相电抗器，在其设计中一般采用两种不同的生产工艺和技术：2 000
在空心电抗器中，由绕组中负载电流引起的声功率是主要的噪声源。绕组内通过的电流和由此电流产生的磁场之间的相互作用，便产生了使绕组振动的力。虽然可以明确地确定振动力，但绕组结构的振动响应却十分复杂。此振动幅值和电气设备的声发射面的尺寸就基本上决定了其发出的可听声值。因此，所发出的声值就是由绕组沿发射方向的振动幅值（这是由于绕组本身就代表了发射表面的主要部分)决定的。绕组以及其他元件的轴向振动产生的声值占电抗器总发射声值中的相对小的一部分。6
GB/T1094.101—2008/IEC60076-10-12005一在磁屏蔽式电抗器（铁心中带或不带气隙）中，磁场力试图使铁轭间的间隙缩小，而使磁通量增加；由此所引起的周期性位移是产生噪声源的主要原因。这些力主要作用于电抗器的铁心，因此在其噪声频谱中占主要的是二倍电源频率及其几个最小的谐波频率。磁致伸缩和绕组振动也是产生噪声的一些原因。
4.2.4油箱磁屏蔽
油箱磁屏蔽已频繁地应用于大型变压器中以降低因负载电流产生的漏磁通而引起的涡流损耗。在满载电流下，磁屏蔽中的漏磁通密度可能超过正常的铁心磁密。因此，磁屏蔽中便产生了磁致伸缩引起的噪声，且可能对总声级值有明显加大的影响。4.2.5风扇噪声
风扇噪声发生的原因是由于空气的涡旋流动所致，因此出现了频率范围较宽的压力波动。这种宽频带噪声具有一个围绕某个频率的较宽峰值的特征，它是风扇叶片在这个频率下由空气掠过风扇或风扇电机支撑件或风扇防护罩上筋条所构成的结构件而产生的。4.2.6泵噪声
通过冷却装置的油流可能会引起振动，但是，油泵的振动通常不会成为声功率的重要构成因素，除非在其油流速度特别高的情况下，或特殊应用情况下要求变压器是超低噪声时才会成为总声功率的重要组成部分。
4.3振动的传递
铁心、绕组和油箱或外壳都是一种具有固有振动频率的机械构件。如果各施加力中某个力的频率恰巧等于构件的自振频率，则可能会使该频率下的量值出现明显放大的现象。所以，在产品设计阶段就要设法消除共振现象，或者采取充分的阻尼措施以控制振动的幅值。在液浸式变压器中，由铁心和绕组产生的振动是通过其装配体中的支撑构件和通过液体传至油箱的。在油箱内的铁心支撑件下面的隔振件或在油箱外的隔振件，将减弱通过地表的振动传递，亦即减弱了它向远处的传播。隔振件对变压器油箱表面发出的声功率影响很小。如果将绝缘液体换为气体，像干式变压器那样，则由器身支撑件引起的外壳或箱体表面内的振动是明显的。应该注意GB/T1094.10是要求测定发射到周围空气中的声功率，而不是着重于振动传递。在某些应用场合中，可能通过结构传递的声功率明显较大，当变压器安装在建筑物内时，这种振动可能会引起噪声问题，安装在基础上的变压器有可能使位于同一基础但离变压器1km远的建筑物出现噪声同题。
4.4声发射
发射到远场的声功率与振动速度的平方、声发射表面面积和表面的声发射效率等有关，如式（4）所示：
W=PcSow\rwww.bzxz.net
式中：
W一发射的声功率，单位为瓦特(W);P—空气密度，单位为千克每立方米(kg·m-\);c——声在流体(油或空气)中的速度，单位为米每秒(ms-1)；S-声发射表面积，单位为平方米（m)；g-发射效率(无单位)；它与频率和元件的几何形状及结构性质有关；振动速度，单位为米每秒(ms-1)；wr
w=2元f——声的角频，单位为每秒（(s-\）；工—振动幅值，单位为米(m)。
·（4）
当振动物体的尺寸小于发射频率波长时，发射效率就低。脉冲式振动下的发射效率高于振荡式振动。具有复杂振动模式的大型软板，其所发射的声音在同一振动幅值下弱于具有更简单振动模式的刚7
GB/T1094.101—2008/IEC60076-10-1:2005性硬板所发射的声音。
5测量原理
5.1概述
声源的声功率级可以用直接测量已知距离的某一点的声压或声强来确定。这两种方法均有效且可使用其中任何一种方法。这两种方法都采用了GB/T1094.10一2003第8章和第9章所述的同一规定轮廓线和传声器测量位置。这两种方法均假定了在变压器油箱壁处测得的平均声压级或声强级，可以推断为油箱盖处的声压级或声强级。出于安全方面的原因，尚不可能在油箱盖上进行声级测量。从历史上看，先是采用声压级测量值表示变压器噪声水平。通过近年来研究工作的成果，现已将声强测量纳人GB/T1094.10中，作为一种可选用的测量方法。这两种方法在近场测量中的基本差别见本部分第6章。
5.2声压级测量
声级计是一种能得到客观的、可重复测量声压级的仪器。现在已有多种不同的可用测量系统。尽管有些差异，但每个测量系统都包含有传声器、处理单元和读数单元。传声器是将声信号变为等值的电信号。最适合于声级计用的传声器是电容型传声器。它不但精密度高，而且具有良好的稳定性和可靠性。由传声器产生的电信号相当小，因此需先用前置放大器将信号放大，然后再对该信号进行处理。可听音频范围（通常为20Hz～20kHz)内的非加权声的简单测量法是很少采用的，这是由于具有主观性的响应，且其相关性也差。因此，声级计还要配置一个被称为“A计权”的电气滤波网络，以改变其频率响应，从而达到模拟人耳的响应。在国际标准化中曾出现的其他频率计权方式，如B、C和D计权方式，它们尚未在变压器噪声测量中得到普遍的应用。A计权声级已表现出其与人对声音的主观响应有良好的相关性，且也表现出其与其他声标度对比中有良好的一致性。这种事实，连同一种灵敏度会随频率变化的电子线路可装入声级计内，就使得它成为国家标准和国际标准优先使用的标度。5.3声强级测量
声强是声压与质点速度之积的时间平均值。一个单一的传声器可测量声压。但是，要测量质点的速度却不是一件简单的事，按欧拉线性方程式，质点速度可能与压力梯度（即在此速度下，瞬时压力是随距离变化的)有关。
从本质上说，欧拉方程是牛顿第二定律用于流体中的情况。牛顿第二定律表示了某一物体的加速度与该物体的质量及该物体所受到的作用力之间的关系。如果力和质量已知，则加速度便可求得，然后将此加速度对时间进行积分，即可求出其速度。在欧拉方程中，压力梯度使密度为β的流体得到了加速度。当压力梯度和流体密度已知时，质点的加速度(或减速度)可用式(5)计算出：a=x
式中的α是质点在密度为p的流体中移动距离,时由于压力变化而产生的减速度。将上式对时间进行积分，得到如式(6)的质点速度：u=-[(×)
（5）
...（6)
有可能使用两只相距较近且面对面放置的传声器来测量此压力梯度，并用上述公式求出质点的速度。
两只传声器A和B之间用一块长度为△r的分隔件使其隔离（见图7），当分别测得它们的压力值为PA和P时，它们之间的压力差除以距离△r即可得到近似线性的压力梯度。这种近似计算方法即8
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