IEC 60076-10-1:2005
(Main)Power transformers - Part 10-1: Determination of sound levels - Application guide
Power transformers - Part 10-1: Determination of sound levels - Application guide
Provides supporting information to help both manufacturers and purchasers apply the measurement techniques described in IEC 60076-10. Describes the sources and characteristics of transformer and reactor sound, provides practical guidance on making measurements, and discusses factors that may influence the accuracy of the methods. Is applicable to transformers and reactors together with their associated cooling auxiliaries.
Transformateurs de puissance - Partie 10-1: Détermination des niveaux de bruit - Guide d'application
Fournit un support d'information pour aider aussi bien les constructeurs que les acheteurs à appliquer les techniques de mesure décrites dans la CEI 60076-10. Décrit les sources et les caractéristiques du bruit du transformateur et de la bobine d'inductance. Fournit un guide pratique pour réaliser les mesures, et examine les facteurs qui peuvent influencer la précision des méthodes. Est applicable aux transformateurs et aux bobines d'inductance ainsi qu'à leurs auxiliaires de refroidissement associés.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL IEC
STANDARD 60076-10-1
First edition
2005-10
Power transformers –
Part 10-1:
Determination of sound levels –
Application guide
This English-language version is derived from the original
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language pages.
Reference number
Publication numbering
As from 1 January 1997 all IEC publications are issued with a designation in the
60000 series. For example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.
Consolidated editions
The IEC is now publishing consolidated versions of its publications. For example,
edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to the base publication, the
base publication incorporating amendment 1 and the base publication incorporating
amendments 1 and 2.
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The technical content of IEC publications is kept under constant review by the IEC,
thus ensuring that the content reflects current technology. Information relating to
this publication, including its validity, is available in the IEC Catalogue of
publications (see below) in addition to new editions, amendments and corrigenda.
Information on the subjects under consideration and work in progress undertaken
by the technical committee which has prepared this publication, as well as the list
of publications issued, is also available from the following:
• IEC Web Site (www.iec.ch)
• Catalogue of IEC publications
The on-line catalogue on the IEC web site (www.iec.ch/searchpub) enables you to
search by a variety of criteria including text searches, technical committees
and date of publication. On-line information is also available on recently issued
publications, withdrawn and replaced publications, as well as corrigenda.
• IEC Just Published
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is also available by email. Please contact the Customer Service Centre (see
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• Customer Service Centre
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please contact the Customer Service Centre:
Email: custserv@iec.ch
Tel: +41 22 919 02 11
Fax: +41 22 919 03 00
INTERNATIONAL IEC
STANDARD 60076-10-1
First edition
2005-10
Power transformers –
Part 10-1:
Determination of sound levels –
Application guide
IEC 2005 Copyright - all rights reserved
No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical,
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60076-10-1 IEC:2005 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.7
1 Scope.11
2 Normative references .11
3 Basic physics of sound .11
3.1 Sound pressure, p .11
3.2 Particle velocity, u .13
3.3 Sound intensity, I .13
3.4 Sound power, W .13
3.5 Sound fields .15
4 Sources and characteristics of transformer and reactor sound.17
4.1 General .17
4.2 Sources.17
4.3 Vibration transmission .27
4.4 Sound radiation .29
5 Measuring principles .29
5.1 General .29
5.2 Sound pressure level measurement.31
5.3 Sound intensity measurements.31
5.4 Guidance on narrow-band measurements.33
6 Comparison of measuring methods.39
6.1 General .39
6.2 Sensitivity of the sound pressure method to the test environment.41
6.3 Sensitivity of the sound intensity method to test environment .43
6.4 Guidance on method selection .47
7 Practical aspects of making sound measurements.47
7.1 General .47
7.2 Orientation of the test object .47
7.3 Number of measurement points on a measuring surface.47
7.4 Choice of microphone spacer for sound intensity measurements .49
7.5 Impact of background noise on sound intensity measurements.51
7.6 Measurements in the presence of sound-proofing screens .53
8 Difference between factory tests and field sound level measurements .53
8.1 General .53
8.2 Load power factor .53
8.3 Load current.55
8.4 Operating voltage.55
8.5 Operating temperature .55
8.6 Harmonics in the load current and voltage.57
8.7 DC magnetization.57
8.8 Effect of remanent flux .57
8.9 Sound level build-up due to reflections .57
8.10 Influence of distance when making on-site measurements.59
8.11 Converter transformers with saturable reactors and/or interphase
transformers.59
60076-10-1 IEC:2005 – 5 –
9 Specifying transformer and reactor sound levels.61
9.1 General .61
9.2 Guarantee sound levels.61
9.3 Choice of test method .63
9.4 Load conditions .65
9.5 Auxiliary cooling equipment.67
9.6 Voltage regulation .67
9.7 On-site operating conditions.67
9.8 Example noise specification for power transformer and cooling auxiliaries
(see Annex A) .67
9.9 Example noise specification for a distribution transformer (see Annex B) .69
Annex A (informative) Worked example: Power transformer with cooling auxiliaries
mounted on a separate structure >3 m from the principal radiating surface of the
transformer – Sound power level determined via sound pressure method .71
Annex B (informative) Worked example: Distribution transformer, sound power
determined via time-synchronous sound intensity method.91
Figure 1 – Example curves showing relative change in length for one type of core
lamination during complete cycles of applied 50 Hz a.c. induction up to different peak
flux densities B = 1,2 T – 1,9 T.19
max
Figure 2 – Induction (smooth line) and relative change in lamination length (dotted) as
a function of time due to applied a.c. induction: 1,8 T, 50 Hz – no d.c. bias.21
Figure 3 – Example curve showing relative change in lamination length during one
complete cycle of applied a.c. induction with a small d.c. bias: 1,8 T, 50 Hz and
0,1 T, 0 Hz.21
Figure 4 – Induction (smooth line) and relative change in lamination length (dotted) as
a function of time due to applied a.c. induction with a small d.c. bias: 1,8 T, 50 Hz and
0,1 T, 0 Hz.23
Figure 5 – Sound level increase with d.c. current in the windings.23
Figure 6 – Typical load current sound spectrum measured under short-circuit
conditions .25
Figure 7 – Microphone arrangement .33
Figure 8 – Test environment .41
Figure 9 – Distribution of disturbances to sound pressure in the test environment.43
Figure 10 – Sketch of dry-type transformer showing measurement points .49
Figure 11 – Illustration of background sound passing through test area and sound
radiated from the test object. Microphone pair positions indicated by open
(microphone A) and full (microphone B) circles .51
Table 1 – Values of A-weighting as a function of frequency.37
60076-10-1 IEC:2005 – 7 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
POWER TRANSFORMERS –
Part 10-1: Determination of sound levels –
Application guide
FOREWORD
1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications,
Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC
Publication(s)”). Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested
in the subject dealt with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-
governmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation. IEC collaborates closely
with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by
agreement between the two organizations.
2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international
consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all
interested IEC National Committees.
3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National
Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC
Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any
misinterpretation by any end user.
4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications
transparently to the maximum extent possible in their national and regional publications. Any divergence
between any IEC Publication and the corresponding national or regional publication shall be clearly indicated in
the latter.
5) IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with an IEC Publication.
6) All users should ensure that they have the latest edition of this publication.
7) No liability shall attach to IEC or its directors, employees, servants or agents including individual experts and
members of its technical committees and IEC National Committees for any personal injury, property damage or
other damage of any nature whatsoever, whether direct or indirect, or for costs (including legal fees) and
expenses arising out of the publication, use of, or reliance upon, this IEC Publication or any other IEC
Publications.
8) Attention is drawn to the Normative references cited in this publication. Use of the referenced publications is
indispensable for the correct application of this publication.
9) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this IEC Publication may be the subject of
patent rights. IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 60076-10-1 has been prepared by technical committee 14: Power
transformers.
This standard is to be read in conjunction with IEC 60076-10.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
14/505/FDIS 14/513/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 2.
60076-10-1 IEC:2005 – 9 –
IEC 60076 consists of the following parts, under the general title Power transformers:
Part 1: General
Part 2: Temperature rise
Part 3: Insulation levels, dielectric tests and external clearances in air
Part 4: Guide to the lightning impulse and switching impulse testing – Power transformers
and reactors
Part 5: Ability to withstand short circuit
Part 6: Reactors (under consideration)
Part 7: Loading guide for oil-immersed power transformers
Part 8: Application guide
Part 10: Determination of sound levels
Part 10-1: Determination of sound levels – Application guide
Part 11: Dry-type transformers
Part 12: Loading guide for dry-type power transformers (under consideration)
Part 13: Self-protected liquid filled transformers
Part 14: Design and application of liquid-immersed power transformers using high-
temperature insulation materials
Part 15: Gas-filled-type power transformers (under consideration).
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until
the maintenance result date indicated on the IEC web site under "http://webstore.iec.ch" in
the data related to the specific publication. At this date, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
60076-10-1 IEC:2005 – 11 –
POWER TRANSFORMERS –
Part 10-1: Determination of sound levels –
Application guide
1 Scope
This part of IEC 60076 provides supporting information to help both manufacturers and
purchasers apply the measurement techniques described in IEC 60076-10. The sources and
characteristics of transformer and reactor sound are described. Practical guidance on making
measurements is given, and factors that may influence the accuracy of the methods are
discussed. This application guide also clarifies those factors which should be agreed between
manufacturer and purchaser when specifying a transformer or reactor, and indicates why
values measured in the factory may differ from those measured on site.
This application guide is applicable to transformers and reactors together with their
associated cooling auxiliaries.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document.
For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition
of the referenced document (including any amendments) applies.
IEC 60076-10:2005, Power transformers – Part 10: Determination of sound levels
3 Basic physics of sound
3.1 Sound pressure, p
Sound may be defined as any pressure variation (in air, water or other elastic media) that the
human ear can detect. The pressure variations travel through the medium (for the purposes of
this document, air) from the source of the sound to the listener’s ears. The number of cyclic
pressure variations per second is called the ‘frequency’ of the sound, and is measured in
hertz (Hz). The frequency of a sound produces its own distinctive tone or pitch. A transformer
‘hum’ is low frequency, fundamentally 100 Hz or 120 Hz, while a whistle is high frequency,
typically above 3 kHz. The normal range of hearing for a healthy young person extends from
approximately 20 Hz to 20 kHz.
A further characteristic used to describe a sound is the amplitude of the pressure fluctuations
which is measured in pascals (Pa). The weakest sound that a healthy human ear can detect is
strongly dependent on frequency; at 1 kHz it has an amplitude of 20 µPa. The threshold of
pain corresponds to a sound pressure of more than a million times higher. Therefore, to avoid
the use of large numbers, the decibel scale (dB) is used.
60076-10-1 IEC:2005 – 13 –
The dB scale is ‘logarithmic’ and uses 20 µPa as the reference level, p , which then
corresponds to 0 dB. Sound pressure level L is defined in equation 1:
p
p
L = 10lg
(1)
p
p
where p is the sound pressure measured by a microphone. Sound pressure is a scalar
quantity, which means that it has magnitude only.
A useful aspect of the decibel scale is that it gives a better approximation to the human
perception of relative loudness than the linear pascal scale. This is because the ear responds
to sound logarithmically. However, the human ear does not respond by the same amount for
each frequency, hence a suitable filter is required to ensure that the microphone
measurements truly reflect the sound perceived by the ear. An internationally-standardized
filter, termed 'A weighting', addresses this requirement.
3.2 Particle velocity, u
This quantity describes the oscillation velocity of the particles of the medium in which the
–1
sound waves are propagating. It is measured in metres per second, ms .
3.3 Sound intensity, I
Sound intensity is a vector quantity describing the magnitude and direction of the nett flow of
sound energy at a given position. It is the time-averaged product of the sound pressure and
particle velocity at a given point.
(2)
I= p × u
–2
It is measured in watts per square metre, Wm . The direction of the energy flow is given by
the phase angle between the sound pressure and particle velocity at the specific location.
(sound pressure can be thought of as analogous to voltage while the particle velocity is
analogous to current when considering the flow of electrical energy.) The normal sound
intensity is the rate of sound energy flow through a unit area, measured in a direction normal
(that is at 90º) to the specified unit area.
3.4 Sound power, W
A sound source radiates power into the surrounding air resulting in a sound pressure field.
Sound power is the cause. Sound pressure is the effect. The sound pressure which is heard
(or measured with a microphone) is dependent on the distance from the source and the
acoustic environment. Therefore, the noisiness of a source cannot be quantified by simply
measuring sound pressure alone. Instead, it is necessary to determine its sound power; this is
independent of the environment and a unique descriptor of the noisiness of a sound source.
Sound power is the rate at which energy is radiated (energy per unit time) and is measured in
watts.
60076-10-1 IEC:2005 – 15 –
3.5 Sound fields
3.5.1 General
A sound field is a region in which there is sound. It is classified according to the manner in
which the sound waves propagate. The precise relationship between sound pressure and
sound intensity is known in only the first two special cases described in 3.5.2 and 3.5.3.
3.5.2 The free field
This term describes sound propagation in an idealised free space where there are no
reflections. Sound propagation from a point source in a free field is characterised by a 6 dB
drop in sound pressure level and intensity level each time the distance from the source is
doubled in the direction of sound propagation. This is also approximately correct when the
distance from an extended source is large enough to treat it as a point source. These
conditions hold in the open air when sufficiently far away from the ground and any walls, or in
a fully anechoic chamber where all the sound that strikes the walls, ceiling or floor is
absorbed.
NOTE IEC 60076-10 requires all sound measurements to be made over a reflecting surface. Therefore,
measurements in fully anechoic chambers are not allowed.
3.5.3 The diffuse field
In a diffuse field, sound is reflected so many times that it travels in all directions with equal
magnitude and probability, hence the same sound pressure level exists at all locations. This
field is approximated in a reverberant room. According to the law of conservation of energy,
an equilibrium condition will occur when the sound power absorbed by or transmitted through
the enclosure equals the sound power emitted by the source. This phenomenon may result in
very high sound pressure levels in environments having low sound absorption or transmission
characteristics.
3.5.4 Active and reactive sound fields
Sound propagation involves energy flow, but there can be a measurable sound pressure when
there is no nett propagation.
If sound pressure and particle velocity are in phase, the result is a totally active field. In this
case, all energy emitted by the source is transmitted outwards.
In a pure reactive field, there is no nett energy flow; sound pressure is 90° out of phase with
particle velocity. At any instant, energy may be travelling outward, but it will be returned at a
later instant; the energy is stored as if in a spring. Averaged over a whole number of cycles,
the nett energy transfer is zero and hence the measured sound intensity is zero.
In general, a sound field will have both active and reactive components.
3.5.5 Standing waves
Standing waves arise in sound fields as a result of reflections between a sound source and
the boundaries of the sound field. For example, in a room, the existence of a standing wave of
frequency, f, depends upon the distance, d, between the reflecting walls as follows:
60076-10-1 IEC:2005 – 17 –
c
f =
(3)
2d
where c is the speed of sound in air in m/s. At 20 °C, c = 343 m/s.
A standing wave does not transmit energy to the far field; it is an example of a reactive field.
Within the region of a standing wave, large variations in measured sound pressure will occur
over small distances.
3.5.6 The near-field
The near-field is a region close to a sound source, usually defined as within a distance of ¼ of
the wavelength of the tone to be measured. In this region, the air acts as a mass-spring
system that stores energy that circulates without propagating. The near-field therefore can
have a significant reactive component.
At 20 °C in air, the wavelength of a 100 Hz tone is 3,4 m, while that of a 1 kHz tone is 0,34 m.
4 Sources and characteristics of transformer and reactor sound
4.1 General
Transformer and reactor sound have several origins. The relative importance of each mode of
sound generation depends on the design of the equipment and its operating conditions. The
design of the transformer or reactor will also modify the sound-producing vibrations as they
travel from their origin to the transformer tank or enclosure surface.
4.2 Sources
4.2.1 Magnetostriction
Magnetostriction is the change in dimensions, which is observed in certain materials when
they are subjected to a change in magnetic flux. In magnetic core steel, the dimensional
–7 –5
change is in the range of 10 to 10 metres per metre length at typical induction levels.
Figure 1 shows magnetostriction vs. flux density for one type of core lamination measured at
five different flux densities. Each loop describes one 50 Hz cycle with flux density B .
max
60076-10-1 IEC:2005 – 19 –
3,0
2,0
1,0
B = 1,9 T
max
B = 1,8 T
max
0,0 B = 1,6 T
max
B = 1,4 T
max
B = 1,2 T
max
–1,0
–2,0
–3,0
–2,0 –1,0 0,0 1,0 2,0
Flux density T
IEC 1411/05
Figure 1 – Example curves showing relative change in length for one type
of core lamination during complete cycles of applied 50 Hz a.c. induction
up to different peak flux densities B = 1,2 T – 1,9 T
max
NOTE For a given quality of steel, the mechanical stress in the core laminations will have a strong influence on
the magnetostriction.
The strain does not depend on the sign of the flux density, only on its magnitude and
orientation relative to certain crystallographic axes of the material. Therefore, when excited by
a sinusoidal flux, the fundamental frequency of the dimensional change will be twice the
exciting frequency. The effect is highly non-linear, especially at high, near saturation,
induction levels. The non-linearity will result in a significant harmonic content in the vibration
spectrum of the core. Figure 2 shows magnetostriction under oscillating induction to B = 1,8 T,
50 Hz. It has a periodicity of twice the exciting frequency (and its harmonics) and the peaks at
5 ms and 15 ms are indistinguishable.
The sound emitted by transformer cores depends on the velocity of the vibrations, i.e. the
time derivative of the magnetostriction (dotted line) seen in Figure 2. The effect of derivation
is to emphasise the harmonics (distortion) of the signal in relation to the fundamental 2 ×
exciting frequency. Several even multiples of the exciting frequency will be seen in the
spectrum and the fundamental 2 × exciting frequency is seldom the most important frequency
component of the sound.
Strain µm/m
60076-10-1 IEC:2005 – 21 –
3,0 3,0
2,0 2,0
1,0 1,0
0,0 0,0
–1,0 –1,0
–2,0 –2,0
–3,0 –3,0
0 10 20 30 40
Time ms
IEC 1412/05
Figure 2 – Induction (smooth line) and relative change in lamination length (dotted)
as a function of time due to applied a.c. induction: 1,8 T, 50 Hz – no d.c. bias
If the flux has a d.c. bias, for example due to remanence in the core from preceding
measurements of the windings’ resistance, or due to a d.c. component in the current, the
strong non-linearity of magnetostriction causes a significant increase in vibration amplitudes.
With a d.c. bias on the induction, the peaks in magnetostriction at the positive and negative
peaks in flux density differ significantly; this is obvious from the magnetostriction loop of
Figure 3.
3,0
2,0
1,0
0,0
–1,0
–2,0
–3,0
–2,0 –1,0 0,0 1,0 2,0
Flux density T
IEC 1413/05
Figure 3 – Example curve showing relative change in lamination length
during one complete cycle of applied a.c. induction with a small d.c. bias:
1,8 T, 50 Hz and 0,1 T, 0 Hz
The vibration pattern is repeated every 360°, that is every 20 ms in a 50 Hz system, indicating
a magnetostriction at 1 × the exciting frequency. See Figure 4. The presence of peaks in the
spectrum at odd multiples of the exciting frequency, is a clear indication of d.c. bias in the
induction.
Strain µm/m
Flux density T
Strain µm/m
60076-10-1 IEC:2005 – 23 –
3,0 3,0
2,0 2,0
1,0 1,0
0,0 0,0
–1,0 –1,0
–2,0 –2,0
–3,0 –3,0
0 10 20 30 40
Time ms
IEC 1414/05
Figure 4 – Induction (smooth line) and relative change in lamination length (dotted)
as a function of time due to applied a.c. induction with a small d.c. bias:
1,8 T, 50 Hz and 0,1 T, 0 Hz
Because of the possibility of d.c. bias magnetization affecting the true measurements, a
transformer undergoing sound tests should be kept fully energised until the effects of inrush
currents and remanence have died away and the sound levels have stabilised before making
measurements. If residual d.c. magnetization is present, the sound level may be affected for a
few minutes or, in extreme cases, for several hours.
The ratio between the d.c. bias current and the no-load current is an important parameter in
determining the expected increase in sound power caused by the d.c. bias current. The
relationship between d.c. bias current and sound level increase has been measured on a
number of large power transformers; Figure 5 shows one set of this data.
Y
0 1 2 3 4 5 6 7 8 X
IEC 1415/05
Key
X axis d.c. bias current as per unit of a.c. no-load current
Y axis increase in total sound level in dB(A)
Figure 5 – Sound level increase with d.c. current in the windings
Flux density T
Strain µm/m
60076-10-1 IEC:2005 – 25 –
NOTE Figure 5 shows the results for a certain design of large power transformer. For other constructions, for
example with different core form or different core steel type, the curve will look different in detail but will basically
contain the same upward trend.
4.2.2 Electromagnetic forces in the windings
Load current in the windings of transformers and reactors generates a magnetic field that
oscillates at the network frequency. The resultant electromagnetic forces act in both axial and
radial directions in the windings. The magnitude of these forces depends only on the
magnitude of the load current and on the local magnetic field, which is also a function of the
load current. Thus, the magnetic forces in the windings are proportional to the square of the
load current while their frequency is twice the network frequency. The resulting vibration
amplitudes depend on the elastic properties of the conductor and of the electrical insulation.
In a well-clamped and tightly-wound winding, the elastic properties of the insulating material
are almost linear in the range of displacements occurring under normal operating currents.
Metals have very linear elastic moduli. Therefore little harmonic vibration is normally
generated, and the fundamental and perhaps the first harmonic dominate the vibration
spectrum, see Figure 6.
The deflections of the windings and their vibration velocities are proportional to the exciting
force, that is, proportional to the square of the load current. The sound power radiated from a
vibrating body is proportional to the square of the vibration velocity (see 4.4). Consequently,
the sound power varies with the fourth power of the load current. In applications demanding
low sound level transformers, the load current sound power produced by the winding can
make a significant contribution to the overall sound power of the transformer, see 6.3 of
IEC 60076-10.
Harmonics in the load current are audible in the sound spectrum at twice their electrical
frequency and at the sum and difference of all their frequencies. They can make a significant
contribution to the transformer or reactor sound level, for example, when operating in HVDC
convertor stations or rectifier transformers.
0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000
Frequency Hz
IEC 1416/05
Figure 6 – Typical load current sound spectrum
measured under short-circuit conditions
A-weigthed sound pressure level dB(A)
60076-10-1 IEC:2005 – 27 –
4.2.3 Magnetic forces in reactors
There are several different types of single-phase and three-phase reactors, utilising (in
general) two different technologies in their design:
– in air-cored reactors, the load current sound power produced by the winding is the main
sound source. The interaction of the current flowing through the winding and its magnetic
field lead to vibrational winding forces. While the oscillating forces can be clearly
determined, the vibrational response of the winding structure is rather complex. The
vibrational amplitude and the size of the sound radiating surface of the apparatus
essentially determine the emitted audible sound. Therefore, the sound emitted is governed
by the magnitude of the winding vibration in the radial direction (because the winding
represents the main part of the radiating surface). The contribution of axial winding
vibrations, and that of other components, to the total sound emitted is relatively low.
– in magnetically-shielded reactors (with or without gapped cores), the magnetic force
between the yokes tends to close the gap as the flux increases; the cyclic displacement
thus produced is the dominant sound source. These forces mechanically excite the entire
magnetic circuit of the reactor, resulting in a sound spectrum that is dominated by twice
the power frequency and its first few harmonics. Magnetostriction and winding vibrations
are also contributing factors.
4.2.4 Magnetic tank shields
Magnetic shields are frequently used in large transformers to reduce eddy current losses due
to leakage of the flux which results from the load currents. At full load currents, the leakage
flux in magnetic shields can reach values that may exceed the nominal core flux densities.
This results in magnetostrictive sound generation in the magnetic shields, and may result in a
significant contribution to the overall sound level.
4.2.5 Fan noise
The origin of fan noise is the turbulent flow of air, resulting in pressure fluctuations with a
wide range of frequencies. This broad-band noise has a wide peak around the frequency at
which the fan blades pass by structural parts such as the fan or fan motor supports, or the
ribs in the protective screen.
4.2.6 Pump noise
Oil flow through cooling auxiliaries may cause vibrations, however oil pumps do not normally
contribute a significant amount of sound power except at the highest flow rates or on special
application, extremely low-noise transformers.
4.3 Vibration transmission
The magnetic circuit, the windings and the transformer tank or enclosure are mechanical
structures with their own typical resonance frequencies. If the frequency of one of the exciting
forces coincides with a structural resonance, a significant amplification of this frequency may
occur. Resonances should be eliminated at the design stage, or sufficient damping provided
to control the vibration amplitude.
60076-10-1 IEC:2005 – 29 –
In liquid-filled transformers, vibrations from both the core and windings are transmitted to the
tank through the structural supports of the core and coil assemblies and through the liquid.
Vibration isolators under the core supports inside the tank, or outside the tank, reduce the
transmission of vibrations through the ground and hence decrease their propagation to remote
locations. Vibration isolators have less influence on the sound power radiated from the
transformer tank surface itself. If the insulating fluid is a gas, as in the case of dry-type
transformers, the excitation of vibrations in the enclosure or tank surfaces is dominated by the
structural supports of the active part.
It should be noted that IEC 60076-10 determines the sound power radiated through the
surrounding air; vibration transmission is not addressed. In some applications, the power
transmitted via structural vibration may be significant and these vibrations may cause noise
problems if the transformer is installed in a building. Similarly, transformers mounted on
bedrock can cause problems in buildings mounted on the same bedrock even when they are
as much as a kilometre apart.
4.4 Sound radiation
The sound power radiated into the far field depends on the square of the vibration velocity,
the radiating surface area and the radiation efficiency of that surface as defined in equation 4:
2 2
W = ρ cSσω x (4)
where
W is the radiated sound power in W;
ρ is the air density in kg/m ;
c is the speed of sound in fluid (oil or air) in m/s;
S is the sound radiating surface in m ;
σ is the radiation efficiency (no unit); this depends on the frequency and geometrical and
structural properties of the component;
ωx is the vibration velocity in m/s;
–1
ω = 2πf is the acoustical angular frequency in s ;
x is the vibrational amplitude in m.
Vibrating objects with smaller dimensions than the wavelength of the radiating frequency have
a low radiation efficiency. Pulsating vibration shapes have higher radiation efficiencies than
oscillating vibration shapes. Large, flexible plates with complex vibration patterns radiate less
sound than stiff plates with simpler vibration patterns when the vibration amplitudes are equal.
5 Measuring principles
5.1 General
The sound power level of a source may be determined by directly measuring sound pressure
or sound intensity at a known distance. Both methods are valid and either can be used. Both
methods use the same prescribed contour and microphone positions, as described in Clauses
8 and 9 of IEC 60076-10. Both methods use the assumption that the average sound measured
at the walls of the transformer can be extrapolated to the tank cover, where measurements
are not possible due to safety considerations. Historically, sound pressure measurements
60076-10-1 IEC:2005 – 31 –
have been used for quantifying sound levels from transformers. As a result of recent work,
sound intensity measurements have now been incorporated as an alternative in
IEC 60076-10. The systematic difference in the near-field measurements between the two
methods is discussed in Clause 6.
5.2 Sound pressure level measurement
A sound level meter is an instrument designed to give objective, reproducible measurements
of sound pressure level. There are many different measuring systems available. Although
different in detail, each system consists of a microphone, a processing section and a read-out
unit.
The microphone converts the sound signal to an equivalent electrical signal. The most
suitable type of microphone for sound level meters is the condenser microphone, which
combines precision with stability and reliability. The electrical signal produced by the
microphone is quite small. It is therefore amplified by a preamplifier before being processed.
A simple measurement of the unweighted sound over the audible frequency range (usually
taken to be 20 Hz to 20 kHz) is rarely used because of its poor correlation with subjective
response. Consequently, sound level meters usually incorporate an electrical filtering network
known as ‘A-weighting’ which modifies the frequency response to simulate that of the human
ear. Other frequency weightings that are internationally-standardized but not in general use
for measuring transformer noise are the B-, C- and D-weightings.
The A-weighted sound level has been shown to correlate well with the subjective response of
people to noises, and has shown up consistently well in comparisons with other noise scales.
This fact, together with the ease with which an electronic circuit whose sensitivity varies with
frequency can be built into sound level meters, has led to it becoming the preferred scale for
national and international standards.
5.3 Sound intensity measurements
Sound intensity is the time-averaged product of the pressure and particle velocity. A single
microphone can measure pressure. However, measuring particle velocity is not as simple.
With Euler’s linearized equation, the particle velocity can be related to the pressure gradient
(that is, the rate at which the instantaneous pressure changes with distance).
Euler's equation is essentially Newton's second law applied to a fluid. Newton's second law
relates the acceleration given to a mass to the force acting on it. If the force and the mass are
known, the acceleration can be found and then integrated with respect to time to find the
velocity.
With Euler's equation, the pressure gradient accelerates a fluid of density ρ.
With the knowledge of pressure gradient and density of the fluid, the particle acceleration (or
deceleration) can be calculated using equation 5.
−1 δp
a = ×
(5)
ρ δr
where a is the particle deceleration due to a pressure change δp in a fluid of density ρ across
a distance δr.
60076-10-1 IEC:2005 – 33 –
Integrating the above, equation 6 gives the particle velocity u as follows:
1 δ p
u= − × dt
(6)
∫
ρ δ r
It is possible to measure the pressure gradient with two closely spaced microphones facing
each other and relate it to the particle velocity using the above equation.
With two closely-spaced microphones, A and B, separated by a spacer of length Δr, it is
possible to obtain a straight line approximation to the pressure gradient by taking the
difference in their measured pressures p and p , and dividing it by the distance Δr between
A B
them. This is called a finite difference approximation.
B A
Δr C
IEC 1417/05
Key
A and B microphones
C spacer of length Δr
Figure 7 – Microphone arrangement
The pressure gradient signal must now be integrated to give the particle velocity u as shown
in equation 7:
(7)
1 p − p
A B
u = − dt
∫
ρ Δr
Since sound intensity, I, is the time-averaged product of pressure, p, and particle velocity, u,
(8)
p + p p − p
A B A B
I = − dt
∫
2ρ Δr
This is the basic principle
...
NORME CEI
INTERNATIONALE 60076-10-1
Première édition
2005-10
Transformateurs de puissance –
Partie 10-1:
Détermination des niveaux de bruit –
Guide d’application
Cette version française découle de la publication d’origine
bilingue dont les pages anglaises ont été supprimées.
Les numéros de page manquants sont ceux des pages
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Numéro de référence
CEI 60076-10-1:2005(F)
Numérotation des publications
Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI sont numérotées à partir de
60000. Ainsi, la CEI 34-1 devient la CEI 60034-1.
Editions consolidées
Les versions consolidées de certaines publications de la CEI incorporant les
amendements sont disponibles. Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2
indiquent respectivement la publication de base, la publication de base incorporant
l’amendement 1, et la publication de base incorporant les amendements 1 et 2
Informations supplémentaires sur les publications de la CEI
Le contenu technique des publications de la CEI est constamment revu par la CEI
afin qu'il reflète l'état actuel de la technique. Des renseignements relatifs à cette
publication, y compris sa validité, sont disponibles dans le Catalogue des
publications de la CEI (voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, amende-
ments et corrigenda. Des informations sur les sujets à l’étude et l’avancement des
travaux entrepris par le comité d’études qui a élaboré cette publication, ainsi que la
liste des publications parues, sont également disponibles par l’intermédiaire de:
• Site web de la CEI (www.iec.ch)
• Catalogue des publications de la CEI
Le catalogue en ligne sur le site web de la CEI (www.iec.ch/searchpub) vous permet
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recherches textuelles, par comité d’études ou date de publication. Des informations
en ligne sont également disponibles sur les nouvelles publications, les publications
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NORME CEI
INTERNATIONALE 60076-10-1
Première édition
2005-10
Transformateurs de puissance –
Partie 10-1:
Détermination des niveaux de bruit –
Guide d’application
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procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur.
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International Electrotechnical Commission
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– 2 – 60076-10-1 CEI:2005
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS.6
1 Domaine d'application .10
2 Références normatives.10
3 Physiques de base du bruit sonore.10
3.1 Pression acoustique, p .10
3.2 Vitesse de particules, u .12
3.3 Intensité acoustique, I .12
3.4 Puissance acoustique, W.12
3.5 Champs acoustiques .14
4 Sources et caractéristiques du son acoustique du transformateur et de la bobine
d'inductance .16
4.1 Généralités.16
4.2 Sources.16
4.3 Transmission de vibration.26
4.4 Rayonnement acoustique .28
5 Principes de mesure.28
5.1 Généralités.28
5.2 Mesure du niveau pression acoustique.30
5.3 Mesures d'intensité acoustique.30
5.4 Guide sur les mesures à bande étroite .32
6 Comparaison des méthodes de mesure .38
6.1 Généralités.38
6.2 Sensibilité de la méthode de pression acoustique à l'environnement d'essai .40
6.3 Sensibilité de la méthode d’intensité acoustique à l'environnement d'essai .42
6.4 Guide sur le choix de méthode .46
7 Aspects pratiques des mesures du son acoustique.46
7.1 Généralités.46
7.2 Orientation de l'objet d'essai .46
7.3 Nombre de points de mesure sur une surface de mesure .46
7.4 Choix de l'espacement du microphone pour les mesures d'intensité
acoustique.48
7.5 Impact du bruit de fond sur les mesures d'intensité acoustique .50
7.6 Mesures en présence d’écrans d'insonorisation.52
8 Différence entre les essais d'usine et les mesures du niveau acoustique de champ.52
8.1 Généralités.52
8.2 Facteur de puissance de charge.52
8.3 Courant de charge.54
8.4 Tension de fonctionnement .54
8.5 Température de fonctionnement .54
8.6 Les harmoniques dans le courant et la tension de charge.56
8.7 Aimantation par courant continu .56
8.8 Effet de flux rémanent .56
8.9 Formation de niveau sonore due aux réflexions.56
8.10 Influence de la distance lorsqu'on fait des mesures sur le site.58
8.11 Transformateurs de convertisseur avec bobines d'inductance et/ou
transformateurs d’interphase à noyau saturable .58
– 4 – 60076-10-1 CEI:2005
9 Spécification des niveaux acoustiques de transformateur et de bobine
d’inductance .60
9.1 Généralités.60
9.2 Niveaux acoustiques de garantie.60
9.3 Choix de la méthode d'essai.62
9.4 Conditions de charge .64
9.5 Appareil de refroidissement auxiliaire.66
9.6 Régulation de tension.66
9.7 Conditions de fonctionnement sur site .66
9.8 Exemple de spécification de bruit pour transformateur de puissance et
auxiliaires de refroidissement (voir Annexe A) .66
9.9 Exemple de spécification de bruit pour un transformateur de distribution (voir
Annexe B) .68
Annexe A (informative) Exemple traité: Transformateur de puissance avec auxiliaires
de refroidissement montés sur une structure séparée > 3 m de la surface de
rayonnement principale du transformateur – Niveau de puissance acoustique
déterminé par l'intermédiaire de la méthode de pression acoustique.70
Annexe B (informative) Exemple traité: Transformateur de distribution, puissance
acoustique déterminée par la méthode d'intensité acoustique synchrone .90
Figure 1 – Exemple de courbes montrant le changement relatif de la longueur pour un
type de tôles du noyau pendant les cycles complets de l’application d’une induction de
courant alternatif de 50 Hz pour différentes densités maximales de flux B = 1,2 T –
max
1,9 T .18
Figure 2 – Induction (ligne continue) et changement relatif de la longueur d’une tôle
magnétique (ligne pointillée) en fonction du temps pour une induction maximale c.a.
1,8 Tesla, 50 Hz – pas de polarisation en courant continu .20
Figure 3 – Exemple de courbe montrant le changement relatif de la longueur de tôle
pendant un cycle complet d’induction appliqué en courant alternatif avec une petite
polarisation en courant continu: 1,8 T, 50 Hz et 0,1 T, 0 Hz .20
Figure 4 – Induction (ligne continue) et changement relatif de la longueur de tôle
(pointillée) en fonction du temps dus à l'application de l’induction à courant alternatif
avec une petite polarisation en courant continu: 1,8 T, 50 Hz et 0,1 T, 0 Hz .22
Figure 5 – Augmentation du niveau acoustique avec le courant en polarisation
continue dans les enroulements.22
Figure 6 – Spectre acoustique du courant de charge typique mesuré dans des
conditions de court-circuit .24
Figure 7 – Disposition de microphone .32
Figure 8 – Environnement d’essai .40
Figure 9 – Distribution des perturbations à la pression acoustique dans
l'environnement d'essai.42
Figure 10 – Croquis du transformateur de type sec montrant les points de mesure .48
Figure 11 – Illustration du bruit d’ambiance traversant la zone d'essai et le son
acoustique rayonné de l'objet d'essai. Positions de paire de microphones indiquées
par les cercles ouverts (microphone A) et fermés (microphone B).50
Tableau 1 – Valeurs de pondération A en fonction de la fréquence .36
– 6 – 60076-10-1 CEI:2005
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE –
Partie 10-1: Détermination des niveaux de bruit –
Guide d’application
AVANT-PROPOS
1) La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI – entre autres activités – publie des Normes
internationales, des Spécifications techniques, des Rapports techniques, des Spécifications accessibles au
public (PAS) et des Guides (ci-après dénommés "Publication(s) de la CEI"). Leur élaboration est confiée à des
comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le sujet traité peut participer. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent
également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO),
selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux de la CEI
intéressés sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les Publications de la CEI se présentent sous la forme de recommandations internationales et sont agréées
comme telles par les Comités nationaux de la CEI. Tous les efforts raisonnables sont entrepris afin que la CEI
s'assure de l'exactitude du contenu technique de ses publications; la CEI ne peut pas être tenue responsable
de l'éventuelle mauvaise utilisation ou interprétation qui en est faite par un quelconque utilisateur final.
4) Dans le but d'encourager l'uniformité internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent, dans toute la
mesure possible, à appliquer de façon transparente les Publications de la CEI dans leurs publications
nationales et régionales. Toutes divergences entre toutes Publications de la CEI et toutes publications
nationales ou régionales correspondantes doivent être indiquées en termes clairs dans ces dernières.
5) La CEI n’a prévu aucune procédure de marquage valant indication d’approbation et n'engage pas sa
responsabilité pour les équipements déclarés conformes à une de ses Publications.
6) Tous les utilisateurs doivent s'assurer qu'ils sont en possession de la dernière édition de cette publication.
7) Aucune responsabilité ne doit être imputée à la CEI, à ses administrateurs, employés, auxiliaires ou
mandataires, y compris ses experts particuliers et les membres de ses comités d'études et des Comités
nationaux de la CEI, pour tout préjudice causé en cas de dommages corporels et matériels, ou de tout autre
dommage de quelque nature que ce soit, directe ou indirecte, ou pour supporter les coûts (y compris les frais
de justice) et les dépenses découlant de la publication ou de l'utilisation de cette Publication de la CEI ou de
toute autre Publication de la CEI, ou au crédit qui lui est accordé.
8) L'attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L'utilisation de publications
référencées est obligatoire pour une application correcte de la présente publication.
9) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Publication de la CEI peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 60076-10-1 a été établie par le comité d’études 14 de la CEI:
Transformateurs de puissance.
La présente norme doit être lue conjointement avec la CEI 60076-10.
Le texte de la présente norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
14/505/FDIS 14/513/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de la présente norme.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 2.
– 8 – 60076-10-1 CEI:2005
La CEI 60076 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Transforma-
teurs de puissance:
Partie 1: Généralités
Partie 2: Echauffement
Partie 3: Niveaux d'isolement, essais diélectriques et distances d'isolement dans l'air
Partie 4: Guide pour les essais au choc de foudre et au choc de manoeuvre –
Transformateurs de puissance et bobines d'inductance
Partie 5: Tenue au court-circuit
Partie 6: Réacteurs (à l'étude)
Partie 7: Guide de charge pour transformateurs de puissance immergés dans l'huile
Partie 8: Guide d'application
Partie 10: Détermination des niveaux de bruit
Partie 10-1: Détermination des niveaux de bruit – Guide d'application
Partie 11: Transformateurs de type sec
Partie 12: Guide de charge pour transformateurs de puissance du type sec (à l'étude)
Partie 13: Transformateurs auto-protégés à remplissage liquide
Partie 14: Conception et application des transformateurs de puissance immergés dans du
liquide utilisant des matériaux isolants haute température
Partie 15: Gas-filled-type power transformers (titre français non disponible, à l'étude)
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant la date de
maintenance indiquée sur le site web de la CEI sous «http://webstore.iec.ch» dans les
données relatives à la publication recherchée. A cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
– 10 – 60076-10-1 CEI:2005
TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE –
Partie 10-1: Détermination des niveaux de bruit –
Guide d’application
1 Domaine d'application
La présente partie de la CEI 60076 fournit un support d’information pour aider aussi bien les
constructeurs que les acheteurs à appliquer les techniques de mesure décrites dans la
CEI 60076-10. Les sources et les caractéristiques du bruit du transformateur et de la bobine
d'inductance sont décrites. Un guide pratique pour réaliser les mesures est donné, et les
facteurs qui peuvent influencer la précision des méthodes sont examinés. Ce guide
d'application clarifie également les facteurs dont il convient qu’ils fassent l’objet d’un accord
entre fabricant et acheteur lorsque l’on spécifie un transformateur ou une bobine
d’inductance, et il indique également pourquoi les valeurs mesurées chez le constructeur
peuvent différer de celles mesurées sur site.
Les informations fournies dans ce guide d'application sont applicables aux transformateurs et
aux bobines d’inductance ainsi qu’à leurs auxiliaires de refroidissement associés.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent
document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références
non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
CEI 60076-10:2005, Transformateurs de puissance – Partie 10: Détermination des niveaux de
bruit
3 Physiques de base du bruit sonore
3.1 Pression acoustique, p
Le son peut être défini comme toute variation de pression (dans l'air, dans l'eau ou dans
d'autres milieux élastiques) que l'oreille humaine peut détecter. Les variations de pression
traversent le milieu (pour les besoins du présent document, l’air) de la source du bruit sonore
jusqu’aux oreilles de l’utilisateur. Le nombre de variations de pression cycliques par seconde
s'appelle la «fréquence» du son, et est mesuré en hertz (Hz). La fréquence d'un son
acoustique produit sa propre tonalité distinctive ou pas. Le ronflement d’un transformateur est
à faible fréquence, fondamentalement 100 Hz ou 120 Hz, tandis qu’un sifflement est à haute
fréquence, typiquement au-dessus de 3 kHz. La gamme normale d'audition pour un jeune en
bonne santé s'étend approximativement de 20 Hz à 20 kHz.
Une autre caractéristique utilisée pour décrire un son acoustique est l'amplitude des
fluctuations de pression qui est mesurée en pascals (Pa). Le son acoustique le plus faible
qu'une oreille humaine saine peut détecter dépend fortement de la fréquence; à 1 kHz, il
possède une amplitude de 20 µPa. Le seuil de la douleur correspond à une pression
acoustique de plus d’un million de fois plus élevée. Par conséquent, pour éviter l'utilisation de
grands nombres, l’échelle décibel (dB) est utilisée.
– 12 – 60076-10-1 CEI:2005
L’échelle dB est «logarithmique» et utilise un niveau de référence, p de 20 µPa, qui
0,
correspond alors à 0 dB. Le niveau de pression acoustique L est défini dans l'équation 1
p
suivante:
p
L = 10lg (1)
p
p
où p est la pression acoustique mesurée par un microphone. La pression acoustique est une
grandeur scalaire, ce qui signifie qu'elle possède l'amplitude seulement.
Un aspect utile de l’échelle décibel est qu'elle donne une meilleure approximation de la
perception humaine du volume relatif en comparaison de l’échelle linéaire en pascal. Cela
s’explique par le fait que l'oreille répond au son acoustique de manière logarithmique.
Cependant, l'oreille humaine ne répond pas par la même quantité pour chaque fréquence, par
conséquent un filtre approprié est exigé pour s'assurer que les mesures de microphone
reflètent vraiment le son acoustique perçu par l'oreille. Un filtre normalisé internationalement,
nommé «pondération A», compose cette exigence.
3.2 Vitesse de particules, u
Cette quantité décrit la vitesse d'oscillation des particules du milieu dans lequel les ondes
−1
acoustiques se propagent. Elle est mesurée en mètres par seconde, ms .
3.3 Intensité acoustique, I
L’intensité acoustique est une grandeur vectorielle décrivant l’amplitude et le sens du flux
total d'énergie acoustique dans une position donnée. C'est le produit moyen temporel de la
pression acoustique et de la vitesse de particules à un point donné.
(2)
I= p × u
–2
Elle est mesurée en watts par mètre carré, Wm . Le sens du flux d'énergie est donné par
l'angle de phase entre la pression acoustique et la vitesse de particules à l'endroit spécifique.
(La pression acoustique peut être considérée comme analogue à la tension tandis que la
vitesse de particules est analogue au courant quand on considère le flux de l'énergie
électrique). L'intensité acoustique normale est le taux du flux d'énergie acoustique à travers
une unité de surface, mesurée dans le sens perpendiculaire (c'est-à-dire à 90°) par rapport à
l’unité de surface spécifiée.
3.4 Puissance acoustique, W
Une source de bruit rayonne la puissance dans l'air environnant ayant pour résultat un champ
de pression acoustique. La puissance acoustique est la cause. La pression acoustique est
l’effet. La pression acoustique qui est entendue (ou mesurée avec un microphone) dépend de
la distance de la source et de l'environnement acoustique. Par conséquent, la bruyance d'une
source ne peut pas être quantifiée en mesurant simplement la pression acoustique seule. Par
contre, il est nécessaire de déterminer sa puissance acoustique; celle-ci est indépendante de
l'environnement et est un descripteur unique de bruyance d'une source sonore.
La puissance acoustique est le taux auquel l'énergie est rayonnée (énergie par unité de
temps) et est mesurée en watts.
– 14 – 60076-10-1 CEI:2005
3.5 Champs acoustiques
3.5.1 Généralités
Un champ acoustique est une région dans laquelle il y a du son. Le champ acoustique est
classifié selon la manière dont les ondes acoustiques se propagent. La relation précise entre
la pression acoustique et l'intensité acoustique est connue uniquement dans les deux
premiers cas spéciaux décrits en 3.5.2 et 3.5.3.
3.5.2 Le champ libre
Ce terme décrit la propagation acoustique dans un espace libre idéalisé où il n’y aura pas de
réflexions. La propagation acoustique d'une source ponctuelle dans un champ libre est
caractérisée par une baisse de 6 dB du niveau de pression acoustique et du niveau
d'intensité chaque fois que la distance de la source est doublée dans le sens de la
propagation acoustique. Cela est également vrai lorsque la distance d'une source étendue est
assez grande pour la traiter comme source ponctuelle. Ces conditions se retrouvent en plein
air à une distance suffisante du sol et de tous les murs, ou dans une chambre entièrement
anéchoïde où l’intégralité du bruit qui heurte les murs, le plafond ou le plancher est absorbée.
NOTE La CEI 60076-10 exige que toutes les mesures du son acoustique soient réalisées sur une surface
réfléchissante. Par conséquent, les mesures dans les chambres entièrement anéchoïdes ne sont pas autorisés.
3.5.3 Le champ diffus
Dans un champ diffus, le son acoustique est reflété autant de fois qu'il voyage dans toutes les
directions d’amplitude et de probabilité égales, d’où le même niveau de pression acoustique à
tous les endroits. Ce champ est approché dans une salle à écho. Selon la loi de la
conservation d'énergie, un état d'équilibre se produira quand la puissance acoustique
absorbée ou transmise à travers l’enveloppe égale la puissance acoustique émise par la
source. Ce phénomène peut avoir comme conséquence des niveaux très élevés de pression
acoustique dans les environnements ayant de faibles caractéristiques d'absorption ou de
transmission acoustique.
3.5.4 Champs acoustiques actifs et réactifs
La propagation acoustique correspond au flux d'énergie, mais il peut y avoir une pression
acoustique mesurable quand il n'y a aucune propagation nette.
Si la pression acoustique et la vitesse acoustique d’une particule sont en phase, le résultat
est un champ totalement actif. Dans ce cas, toute énergie émise par la source est transmise à
l'extérieur.
Dans un champ réactif pur, il n'y a aucun flux d'énergie net; la pression acoustique est à 90°
en discordance de phase avec la vitesse acoustique de particules. À tout moment, l'énergie
peut voyager à l'extérieur, mais elle sera retournée à un instant postérieur; l'énergie est
stockée comme dans un ressort. Sur un nombre entier de cycles, la moyenne du transfert
d'énergie nette est nulle et par conséquent l'intensité acoustique mesurée est nulle.
En général, un champ acoustique aura les deux composantes active et réactive.
3.5.5 Ondes stationnaires
Les ondes stationnaires apparaissent dans les champs acoustiques en raison des réflexions
entre une source de bruit et les limites du champ acoustique. Par exemple, dans une salle,
l'existence d'une onde stationnaire de fréquence, f, dépend de la distance, d, entre les murs
réfléchissants comme suit:
– 16 – 60076-10-1 CEI:2005
c
f =
(3)
2d
où c est la vitesse du son dans l'air en m/s. A 20 °C, c = 343 m/s.
Une onde stationnaire ne transmet pas d'énergie au champ lointain; c'est un exemple d'un
champ réactif. A l'intérieur de la région d'une onde stationnaire, de grandes variations de la
pression acoustique mesurée se produiront sur de petites distances.
3.5.6 Le champ proche
Le champ proche est une région près d'une source de bruit, habituellement définie comme à
l’intérieur d’une distance du ¼ de la longueur d'onde de la tonalité à mesurer. Dans cette
région, l'air agit en tant que système de masse-ressort qui stocke l'énergie qui circule sans
propagation. C’est pourquoi le champ proche peut avoir une composante réactive
significative.
A 20 °C dans l’air, la longueur d’onde d’une tonalité de 100 Hz est de 3,4 m, alors que celle
d’une tonalité de 1 kHz est de 0,34 m.
4 Sources et caractéristiques du son acoustique du transformateur et de la
bobine d'inductance
4.1 Généralités
Le bruit du transformateur et de la bobine d’inductance a plusieurs origines. L'importance
relative de chaque mode de génération de son acoustique dépend de la conception des
appareils et de leurs conditions de fonctionnement. La conception du transformateur ou de la
bobine d’inductance modifiera également les vibrations produisant le son acoustique
puisqu’elles partent de leur point origine jusqu’à la cuve du transformateur ou à l’enveloppe
extérieure.
4.2 Sources
4.2.1 Magnétostriction
La magnétostriction est le changement des dimensions, qui est observé dans certains
matériaux quand ils sont soumis à un changement de flux magnétique. Pour la tôle
–7 –5
magnétique, le changement dimensionnel est dans la gamme de 10 à 10 mètres par
longueur de mètre aux niveaux typiques d'induction. La Figure 1 montre la magnétostriction
par rapport à l'induction pour un type de tôles du noyau mesuré pour cinq densités de flux
différentes. Chaque boucle décrit un cycle de 50 Hz avec une densité de flux de B .
max
– 18 – 60076-10-1 CEI:2005
3,0
2,0
1,0
B = 1,9 T
max
B = 1,8 T
max
0,0 B = 1,6 T
max
B = 1,4 T
max
B = 1,2 T
max
–1,0
–2,0
–3,0
–2,0 –1,0 0,0 1,0 2,0
Densité de flux T
IEC 1411/05
Figure 1 – Exemple de courbes montrant le changement relatif de la longueur pour un
type de tôles du noyau pendant les cycles complets de l’application d’une induction de
courant alternatif de 50 Hz pour différentes densités maximales de flux
B = 1,2 T – 1,9 T
max
NOTE Pour une qualité de tôle donnée, la contrainte mécanique dans les tôles du noyau aura une influence
importante sur la magnétostriction.
Les contraintes ne dépendent pas du signe de l'induction, mais uniquement de son amplitude
et de l’orientation relative de certains axes cristallographiques du matériel. Par conséquent,
en étant excitée par un flux sinusoïdal, la fréquence fondamentale de la variation des
dimensions sera deux fois la fréquence d’excitation. L'effet est fortement non linéaire,
particulièrement en haut, près de la saturation, qui correspond aux niveaux d'induction. La
non-linéarité aura comme conséquence un résidu harmonique significatif dans le spectre de
vibration du noyau. La Figure 2 montre la magnétostriction sous l'induction oscillante à B =
1,8 T, 50 Hz. Elle a une périodicité de deux fois la fréquence d’excitation (avec ses
harmoniques) et les crêtes à 5 ms et à 15 ms sont indiscernables.
Le son acoustique émis par les noyaux du transformateur dépend de la vitesse de vibrations,
c’est-à-dire la dérivée temporelle de la magnétostriction (ligne pointillée) visible sur la
Figure 2. L'effet de la dérivation est de souligner les harmoniques (déformation) du signal par
rapport au fondamental 2 × la fréquence d’excitation. Plusieurs multiples pairs de la
fréquence d’excitation seront observés dans le spectre et le fondamental 2 × la fréquence
d’excitation est rarement la composante de fréquence la plus importante du son acoustique.
Contrainte µm/m
– 20 – 60076-10-1 CEI:2005
3,0 3,0
2,0 2,0
1,0 1,0
0,0 0,0
–1,0 –1,0
–2,0 –2,0
–3,0 –3,0
0 10 20 30 40
Temps ms
IEC 1412/05
Figure 2 – Induction (ligne continue) et changement relatif de la longueur d’une tôle
magnétique (ligne pointillée) en fonction du temps pour une induction maximale c.a.
1,8 Tesla, 50 Hz – pas de polarisation en courant continu
Si le flux a une polarisation en courant continu c.c., par exemple en raison d’une rémanence
dans le noyau des mesures précédentes de la résistance des enroulements, ou en raison
d'une composante continue dans le courant, l’importante non-linéarité de la magnétostriction
cause une augmentation significative des amplitudes de vibration. Avec une polarisation en
courant continu c.c. sur l'induction, il y a une différence importante entre les crêtes dans la
magnétostriction et les crêtes positives et négatives dans la densité de flux; cela est évident à
partir de la boucle à magnétostriction de la Figure 3.
3,0
2,0
1,0
0,0
–1,0
–2,0
–3,0
–2,0 –1,0 0,0 1,0 2,0
Densité de flux T
IEC 1413/05
Figure 3 – Exemple de courbe montrant le changement relatif de la longueur de tôle
pendant un cycle complet d’induction appliqué en courant alternatif avec une petite
polarisation en courant continu: 1,8 T, 50 Hz et 0,1 T, 0 Hz
Le modèle de vibration est répété tous les 360°, ce qui correspond à toutes les 20 ms dans
un système de 50 Hz, indiquant une magnétostriction à 1 × la fréquence d’excitation. Voir la
Figure 4. La présence des crêtes dans le spectre aux multiples impairs de la fréquence
d’excitation est une indication claire de polarisation continue dans l'induction.
Contrainte µm/m
Densité de flux T
Contrainte µm/m
– 22 – 60076-10-1 CEI:2005
3,0 3,0
2,0 2,0
1,0 1,0
0,0 0,0
–1,0 –1,0
–2,0 –2,0
–3,0 –3,0
0 10 20 30 40
Temps ms
IEC 1414/05
Figure 4 – Induction (ligne continue) et changement relatif de la longueur de tôle
(pointillée) en fonction du temps dus à l'application de l’induction à courant alternatif
avec une petite polarisation en courant continu: 1,8 T, 50 Hz et 0,1 T, 0 Hz
En raison de la possibilité de magnétisation en polarisation continue affectant les vraies
mesures, il est recommandé qu’un transformateur subissant les essais acoustiques soit
maintenu entièrement activé jusqu'à ce que les effets des courants d'appel et de rémanence
aient disparu et les niveaux acoustiques soient stabilisés avant de faire des mesures. Si une
magnétisation continue résiduelle est présente, le niveau acoustique peut être affecté
pendant quelques minutes ou, dans les cas extrêmes, pendant plusieurs heures.
Le rapport entre le courant en polarisation continue et le courant à vide est un paramètre
important pour la détermination de l'augmentation prévisible de la puissance acoustique
provoquée par le courant en polarisation continue. La relation entre le courant en polarisation
continue et l’augmentation du niveau acoustique a été mesurée sur un certain nombre de gros
transformateurs de puissance; la Figure 5 montre un ensemble de ces données.
Y
0 1 2 3 4 5 6 7 8 X
IEC 1415/05
Légende
Axe X courant en polarisation continue par unité de courant à vide alternatif
Axe Y augmentation dans le niveau acoustique total dB(A)
Figure 5 – Augmentation du niveau acoustique avec le courant
en polarisation continue dans les enroulements
Densité de flux T
Contrainte µm/m
– 24 – 60076-10-1 CEI:2005
NOTE La Figure 5 montre les résultats pour une certaine conception de gros transformateur de puissance. Pour
d'autres constructions, par exemple de forme de noyau différente ou de qualité en acier de noyau différente, la
courbe semblera différente dans le détail mais contient en principe la même tendance à la hausse.
4.2.2 Forces électromagnétiques dans les enroulements
Le courant de charge dans les enroulements des transformateurs et des bobines d’inductance
produit un champ magnétique qui oscille à la fréquence de réseau. Les forces
électromagnétiques résultantes agissent dans les deux directions axiales et radiales dans les
enroulements. L'importance de ces forces dépend seulement de l'importance du courant de
charge et du champ magnétique local, qui est également une fonction du courant de charge.
Ainsi, les forces magnétiques dans les enroulements sont proportionnelles au carré du
courant de charge tandis que leur fréquence est deux fois la fréquence de réseau. Les
amplitudes de vibration résultantes dépendent des propriétés élastiques du conducteur et de
l'isolation électrique. Dans un enroulement bien fixé et fermement bobiné, les propriétés
élastiques du matériel isolant sont presque linéaires dans la gamme des déplacements se
produisant sous les courants de fonctionnement normaux. Les métaux ont des modules
élastiques très linéaires. Par conséquent, une petite vibration harmonique est normalement
produite, et le fondamental et peut-être la première harmonique dominent le spectre de
vibration, voir Figure 6.
Les déviations des enroulements et de leurs vitesses de vibration sont proportionnelles à la
force d’excitation, c’est-à-dire proportionnelles au carré du courant de charge. La puissance
acoustique rayonnée d'un corps vibrant est proportionnelle au carré de la vitesse de vibration
(voir 4.4). En conséquence, la puissance acoustique change avec la quatrième puissance du
courant de charge. Dans les applications exigeant des transformateurs de faible niveau
acoustique, la puissance acoustique du courant de charge produite par l'enroulement peut
apporter une contribution significative à la puissance acoustique globale du transformateur,
voir 6.3 de la CEI 60076-10.
Les harmoniques dans le courant de charge sont audibles dans le spectre acoustique à deux
fois leur fréquence électrique et à la somme et à la différence de toutes les fréquences
constituantes. Ils peuvent apporter une contribution significative au niveau acoustique du
transformateur ou de la bobine d’inductance, par exemple en fonctionnant dans des groupes
convertisseurs de CCHT ou des transformateurs redresseurs.
0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000
Fréquence Hz
IEC 1416/05
Figure 6 – Spectre acoustique du courant de charge typique mesuré
dans des conditions de court-circuit
Niveau de pression acoustique pondérée A dB(A)
– 26 – 60076-10-1 CEI:2005
4.2.3 Forces magnétiques dans les bobines d’inductance
Il existe différents types de bobines d’inductance monophasés et triphasés, utilisant (en
général) deux technologies différentes dans leur conception:
– dans les inductances dans l’air, la puissance acoustique du courant de charge produite
par l'enroulement est la principale source de bruit. L'interaction du courant circulant à
travers l'enroulement et son champ magnétique mènent aux forces d'enroulement de
vibrations. Lorsque que les forces d'oscillation peuvent être clairement déterminées, la
réponse vibratoire de la structure d'enroulement est plutôt complexe. L'amplitude de
vibration et la taille de la surface de rayonnement acoustique de l'appareil déterminent
essentiellement le son acoustique audible émis. Par conséquent, le son acoustique émis
est régi par l'amplitude de la vibration d'enroulement dans le sens radial (parce que
l'enroulement représente la partie principale de la surface de rayonnement). La
contribution des vibrations axiales d'enroulement, et celle d'autres composants, sur la
totalité du son acoustique émis est relativement basse.
– dans les bobines d’inductance protégées magnétiquement (avec ou sans noyaux à
entrefer), la force magnétique entre les culasses tend à combler l'espace à mesure que le
flux augmente; le déplacement cyclique produit ainsi est la source de bruit dominante. Ces
forces excitent mécaniquement l’ensemble du circuit magnétique de la bobine
d’inductance, ayant pour résultat un spectre acoustique qui est dominé par deux fois la
fréquence du réseau et ses harmoniques premiers. Les vibrations de magnétostriction et
d'enroulement sont également des facteurs contribuants.
4.2.4 Blindages des cuves magnétiques
Les blindages magnétiques sont fréquemment utilisés dans les grands transformateurs pour
réduire les pertes de courant de Foucault dues à la fuite du flux qui résulte des courants de
charge. Pour les courants de pleine charge, le flux de fuite dans les blindages magnétiques
peut atteindre des valeurs qui peuvent dépasser les densités nominales de flux de noyau.
Cela a comme conséquence la génération acoustique magnétostrictive dans les blindages
magnétiques, et peut avoir comme conséquence une contribution significative sur le niveau
acoustique global.
4.2.5 Bruit généré par les ventilateurs
L'origine du bruit de ventilateur est le flux turbulent d'air, ayant pour résultat des fluctuations
de pression avec une large plage de fréquences. Ce bruit à large bande possède une crête
large autour de la fréquence à laquelle les pales de ventilateur passent par les parties
structurelles telles que les appuis de ventilateur ou les appuis de moteur de ventilateur, ou les
nervures dans l'écran de protection.
4.2.6 Bruit généré par les pompes
La circulation de l’huile à travers les auxiliaires de refroidissement peut causer des vibrations;
toutefois les pompes de circulation de l’huile ne contribuent pas normalement de façon
significative au niveau de bruit, excepté à des débits très importants ou dans le cas
d’application particulière telle que les transformateurs demandés avec un niveau de bruit très
réduit.
4.3 Transmission des vibrations
Le circuit magnétique, les enroulements et la cuve ou l’enveloppe de transformateur sont des
structures mécaniques avec leurs propres fréquences typiques de résonance. Si la fréquence
d’une des forces d’excitation coïncide avec une résonance structurelle, une amplification
significative de cette fréquence peut se produire. Il convient d’éliminer les résonances à
l'étape de conception, ou de fournir un amortissement suffisant pour commander l'amplitude
de vibration.
– 28 – 60076-10-1 CEI:2005
Dans les transformateurs remplis de liquide, tant les vibrations du noyau que les vibrations
d’enroulements sont transmises à la cuve au travers d’appuis structuraux des ensembles
noyau et bobine et à travers le liquide. Les isolateurs de vibration sous les appuis de noyau à
l'intérieur de la cuve, ou à l'extérieur de la cuve, réduisent la transmission des vibrations à
travers la terre et par conséquent diminuent leur propagation aux sites éloignés. Les
isolateurs de vibration ont moins d'influence sur la puissance acoustique rayonnée à partir de
la surface de la cuve du transformateur elle-même. Si le fluide isolant est un gaz, comme
dans le cas des transformateurs de type sec, l'excitation des vibrations dans l’enveloppe ou
des surfaces de la cuve est dominée par les appuis structuraux de la partie active.
Il convient de noter que la CEI 60076-10 détermine la puissance acoustique rayonnée à
travers l'air environnant; la transmission de vibration n'est pas traitée. Dans quelques
applications, la puissance transmise par l'intermédiaire de la vibration structurelle peut être
significative et ces vibrations peuvent poser des problèmes de bruit si le transformateur est
installé dans un bâtiment. De même, les transformateurs montés sur un socle rocheux
peuvent poser des problèmes dans les bâtiments montés sur le même socle rocheux même
lorsqu'ils sont distants d'un kilomètre.
4.4 Rayonnement acoustique
La puissance acoustique rayonnée dans le champ distant dépend du carré de la vitesse de
vibration, de la zone de surface de rayonnement et de l'efficacité de rayonnement de cette
surface, comme défini dans l'équa
...
NORME CEI
INTERNATIONALE
IEC
60076-10-1
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
2005-10
Transformateurs de puissance –
Partie 10-1:
Détermination des niveaux de bruit –
Guide d'application
Power transformers –
Part 10-1:
Determination of sound levels –
Application guide
Numéro de référence
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CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1
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respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and
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– 2 – 60076-10-1 CEI:2005
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS.6
1 Domaine d'application .10
2 Références normatives.10
3 Physiques de base du bruit sonore.10
3.1 Pression acoustique, p .10
3.2 Vitesse de particules, u .12
3.3 Intensité acoustique, I .12
3.4 Puissance acoustique, W.12
3.5 Champs acoustiques .14
4 Sources et caractéristiques du son acoustique du transformateur et de la bobine
d'inductance .16
4.1 Généralités.16
4.2 Sources.16
4.3 Transmission de vibration.26
4.4 Rayonnement acoustique .28
5 Principes de mesure.28
5.1 Généralités.28
5.2 Mesure du niveau pression acoustique.30
5.3 Mesures d'intensité acoustique.30
5.4 Guide sur les mesures à bande étroite .32
6 Comparaison des méthodes de mesure .38
6.1 Généralités.38
6.2 Sensibilité de la méthode de pression acoustique à l'environnement d'essai .40
6.3 Sensibilité de la méthode d’intensité acoustique à l'environnement d'essai .42
6.4 Guide sur le choix de méthode .46
7 Aspects pratiques des mesures du son acoustique.46
7.1 Généralités.46
7.2 Orientation de l'objet d'essai .46
7.3 Nombre de points de mesure sur une surface de mesure .46
7.4 Choix de l'espacement du microphone pour les mesures d'intensité
acoustique.48
7.5 Impact du bruit de fond sur les mesures d'intensité acoustique .50
7.6 Mesures en présence d’écrans d'insonorisation.52
8 Différence entre les essais d'usine et les mesures du niveau acoustique de champ.52
8.1 Généralités.52
8.2 Facteur de puissance de charge.52
8.3 Courant de charge.54
8.4 Tension de fonctionnement .54
8.5 Température de fonctionnement .54
8.6 Les harmoniques dans le courant et la tension de charge.56
8.7 Aimantation par courant continu .56
8.8 Effet de flux rémanent .56
8.9 Formation de niveau sonore due aux réflexions.56
8.10 Influence de la distance lorsqu'on fait des mesures sur le site.58
8.11 Transformateurs de convertisseur avec bobines d'inductance et/ou
transformateurs d’interphase à noyau saturable .58
60076-10-1 IEC:2005 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.7
1 Scope.11
2 Normative references .11
3 Basic physics of sound .11
3.1 Sound pressure, p .11
3.2 Particle velocity, u .13
3.3 Sound intensity, I .13
3.4 Sound power, W .13
3.5 Sound fields .15
4 Sources and characteristics of transformer and reactor sound.17
4.1 General .17
4.2 Sources.17
4.3 Vibration transmission .27
4.4 Sound radiation .29
5 Measuring principles .29
5.1 General .29
5.2 Sound pressure level measurement.31
5.3 Sound intensity measurements.31
5.4 Guidance on narrow-band measurements.33
6 Comparison of measuring methods.39
6.1 General .39
6.2 Sensitivity of the sound pressure method to the test environment.41
6.3 Sensitivity of the sound intensity method to test environment .43
6.4 Guidance on method selection .47
7 Practical aspects of making sound measurements.47
7.1 General .47
7.2 Orientation of the test object .47
7.3 Number of measurement points on a measuring surface.47
7.4 Choice of microphone spacer for sound intensity measurements .49
7.5 Impact of background noise on sound intensity measurements.51
7.6 Measurements in the presence of sound-proofing screens .53
8 Difference between factory tests and field sound level measurements .53
8.1 General .53
8.2 Load power factor .53
8.3 Load current.55
8.4 Operating voltage.55
8.5 Operating temperature .55
8.6 Harmonics in the load current and voltage.57
8.7 DC magnetization.57
8.8 Effect of remanent flux .57
8.9 Sound level build-up due to reflections .57
8.10 Influence of distance when making on-site measurements.59
8.11 Converter transformers with saturable reactors and/or interphase
transformers.59
– 4 – 60076-10-1 CEI:2005
9 Spécification des niveaux acoustiques de transformateur et de bobine
d’inductance .60
9.1 Généralités.60
9.2 Niveaux acoustiques de garantie.60
9.3 Choix de la méthode d'essai.62
9.4 Conditions de charge .64
9.5 Appareil de refroidissement auxiliaire.66
9.6 Régulation de tension.66
9.7 Conditions de fonctionnement sur site .66
9.8 Exemple de spécification de bruit pour transformateur de puissance et
auxiliaires de refroidissement (voir Annexe A) .66
9.9 Exemple de spécification de bruit pour un transformateur de distribution (voir
Annexe B) .68
Annexe A (informative) Exemple traité: Transformateur de puissance avec auxiliaires
de refroidissement montés sur une structure séparée > 3 m de la surface de
rayonnement principale du transformateur – Niveau de puissance acoustique
déterminé par l'intermédiaire de la méthode de pression acoustique.70
Annexe B (informative) Exemple traité: Transformateur de distribution, puissance
acoustique déterminée par la méthode d'intensité acoustique synchrone .90
Figure 1 – Exemple de courbes montrant le changement relatif de la longueur pour un
type de tôles du noyau pendant les cycles complets de l’application d’une induction de
courant alternatif de 50 Hz pour différentes densités maximales de flux B = 1,2 T –
max
1,9 T .18
Figure 2 – Induction (ligne continue) et changement relatif de la longueur d’une tôle
magnétique (ligne pointillée) en fonction du temps pour une induction maximale c.a.
1,8 Tesla, 50 Hz – pas de polarisation en courant continu .20
Figure 3 – Exemple de courbe montrant le changement relatif de la longueur de tôle
pendant un cycle complet d’induction appliqué en courant alternatif avec une petite
polarisation en courant continu: 1,8 T, 50 Hz et 0,1 T, 0 Hz .20
Figure 4 – Induction (ligne continue) et changement relatif de la longueur de tôle
(pointillée) en fonction du temps dus à l'application de l’induction à courant alternatif
avec une petite polarisation en courant continu: 1,8 T, 50 Hz et 0,1 T, 0 Hz .22
Figure 5 – Augmentation du niveau acoustique avec le courant en polarisation
continue dans les enroulements.22
Figure 6 – Spectre acoustique du courant de charge typique mesuré dans des
conditions de court-circuit .24
Figure 7 – Disposition de microphone .32
Figure 8 – Environnement d’essai .40
Figure 9 – Distribution des perturbations à la pression acoustique dans
l'environnement d'essai.42
Figure 10 – Croquis du transformateur de type sec montrant les points de mesure .48
Figure 11 – Illustration du bruit d’ambiance traversant la zone d'essai et le son
acoustique rayonné de l'objet d'essai. Positions de paire de microphones indiquées
par les cercles ouverts (microphone A) et fermés (microphone B).50
Tableau 1 – Valeurs de pondération A en fonction de la fréquence .36
60076-10-1 IEC:2005 – 5 –
9 Specifying transformer and reactor sound levels.61
9.1 General .61
9.2 Guarantee sound levels.61
9.3 Choice of test method .63
9.4 Load conditions .65
9.5 Auxiliary cooling equipment.67
9.6 Voltage regulation .67
9.7 On-site operating conditions.67
9.8 Example noise specification for power transformer and cooling auxiliaries
(see Annex A) .67
9.9 Example noise specification for a distribution transformer (see Annex B) .69
Annex A (informative) Worked example: Power transformer with cooling auxiliaries
mounted on a separate structure >3 m from the principal radiating surface of the
transformer – Sound power level determined via sound pressure method .71
Annex B (informative) Worked example: Distribution transformer, sound power
determined via time-synchronous sound intensity method.91
Figure 1 – Example curves showing relative change in length for one type of core
lamination during complete cycles of applied 50 Hz a.c. induction up to different peak
flux densities B = 1,2 T – 1,9 T.19
max
Figure 2 – Induction (smooth line) and relative change in lamination length (dotted) as
a function of time due to applied a.c. induction: 1,8 T, 50 Hz – no d.c. bias.21
Figure 3 – Example curve showing relative change in lamination length during one
complete cycle of applied a.c. induction with a small d.c. bias: 1,8 T, 50 Hz and
0,1 T, 0 Hz.21
Figure 4 – Induction (smooth line) and relative change in lamination length (dotted) as
a function of time due to applied a.c. induction with a small d.c. bias: 1,8 T, 50 Hz and
0,1 T, 0 Hz.23
Figure 5 – Sound level increase with d.c. current in the windings.23
Figure 6 – Typical load current sound spectrum measured under short-circuit
conditions .25
Figure 7 – Microphone arrangement .33
Figure 8 – Test environment .41
Figure 9 – Distribution of disturbances to sound pressure in the test environment.43
Figure 10 – Sketch of dry-type transformer showing measurement points .49
Figure 11 – Illustration of background sound passing through test area and sound
radiated from the test object. Microphone pair positions indicated by open
(microphone A) and full (microphone B) circles .51
Table 1 – Values of A-weighting as a function of frequency.37
– 6 – 60076-10-1 CEI:2005
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE –
Partie 10-1: Détermination des niveaux de bruit –
Guide d’application
AVANT-PROPOS
1) La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI – entre autres activités – publie des Normes
internationales, des Spécifications techniques, des Rapports techniques, des Spécifications accessibles au
public (PAS) et des Guides (ci-après dénommés "Publication(s) de la CEI"). Leur élaboration est confiée à des
comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le sujet traité peut participer. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent
également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO),
selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux de la CEI
intéressés sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les Publications de la CEI se présentent sous la forme de recommandations internationales et sont agréées
comme telles par les Comités nationaux de la CEI. Tous les efforts raisonnables sont entrepris afin que la CEI
s'assure de l'exactitude du contenu technique de ses publications; la CEI ne peut pas être tenue responsable
de l'éventuelle mauvaise utilisation ou interprétation qui en est faite par un quelconque utilisateur final.
4) Dans le but d'encourager l'uniformité internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent, dans toute la
mesure possible, à appliquer de façon transparente les Publications de la CEI dans leurs publications
nationales et régionales. Toutes divergences entre toutes Publications de la CEI et toutes publications
nationales ou régionales correspondantes doivent être indiquées en termes clairs dans ces dernières.
5) La CEI n’a prévu aucune procédure de marquage valant indication d’approbation et n'engage pas sa
responsabilité pour les équipements déclarés conformes à une de ses Publications.
6) Tous les utilisateurs doivent s'assurer qu'ils sont en possession de la dernière édition de cette publication.
7) Aucune responsabilité ne doit être imputée à la CEI, à ses administrateurs, employés, auxiliaires ou
mandataires, y compris ses experts particuliers et les membres de ses comités d'études et des Comités
nationaux de la CEI, pour tout préjudice causé en cas de dommages corporels et matériels, ou de tout autre
dommage de quelque nature que ce soit, directe ou indirecte, ou pour supporter les coûts (y compris les frais
de justice) et les dépenses découlant de la publication ou de l'utilisation de cette Publication de la CEI ou de
toute autre Publication de la CEI, ou au crédit qui lui est accordé.
8) L'attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L'utilisation de publications
référencées est obligatoire pour une application correcte de la présente publication.
9) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Publication de la CEI peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 60076-10-1 a été établie par le comité d’études 14 de la CEI:
Transformateurs de puissance.
La présente norme doit être lue conjointement avec la CEI 60076-10.
Le texte de la présente norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
14/505/FDIS 14/513/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de la présente norme.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 2.
60076-10-1 IEC:2005 – 7 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
POWER TRANSFORMERS –
Part 10-1: Determination of sound levels –
Application guide
FOREWORD
1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications,
Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC
Publication(s)”). Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested
in the subject dealt with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-
governmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation. IEC collaborates closely
with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by
agreement between the two organizations.
2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international
consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all
interested IEC National Committees.
3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National
Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC
Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any
misinterpretation by any end user.
4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications
transparently to the maximum extent possible in their national and regional publications. Any divergence
between any IEC Publication and the corresponding national or regional publication shall be clearly indicated in
the latter.
5) IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with an IEC Publication.
6) All users should ensure that they have the latest edition of this publication.
7) No liability shall attach to IEC or its directors, employees, servants or agents including individual experts and
members of its technical committees and IEC National Committees for any personal injury, property damage or
other damage of any nature whatsoever, whether direct or indirect, or for costs (including legal fees) and
expenses arising out of the publication, use of, or reliance upon, this IEC Publication or any other IEC
Publications.
8) Attention is drawn to the Normative references cited in this publication. Use of the referenced publications is
indispensable for the correct application of this publication.
9) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this IEC Publication may be the subject of
patent rights. IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 60076-10-1 has been prepared by technical committee 14: Power
transformers.
This standard is to be read in conjunction with IEC 60076-10.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
14/505/FDIS 14/513/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 2.
– 8 – 60076-10-1 CEI:2005
La CEI 60076 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Transforma-
teurs de puissance:
Partie 1: Généralités
Partie 2: Echauffement
Partie 3: Niveaux d'isolement, essais diélectriques et distances d'isolement dans l'air
Partie 4: Guide pour les essais au choc de foudre et au choc de manoeuvre –
Transformateurs de puissance et bobines d'inductance
Partie 5: Tenue au court-circuit
Partie 6: Réacteurs (à l'étude)
Partie 7: Guide de charge pour transformateurs de puissance immergés dans l'huile
Partie 8: Guide d'application
Partie 10: Détermination des niveaux de bruit
Partie 10-1: Détermination des niveaux de bruit – Guide d'application
Partie 11: Transformateurs de type sec
Partie 12: Guide de charge pour transformateurs de puissance du type sec (à l'étude)
Partie 13: Transformateurs auto-protégés à remplissage liquide
Partie 14: Conception et application des transformateurs de puissance immergés dans du
liquide utilisant des matériaux isolants haute température
Partie 15: Gas-filled-type power transformers (titre français non disponible, à l'étude)
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant la date de
maintenance indiquée sur le site web de la CEI sous «http://webstore.iec.ch» dans les
données relatives à la publication recherchée. A cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
60076-10-1 IEC:2005 – 9 –
IEC 60076 consists of the following parts, under the general title Power transformers:
Part 1: General
Part 2: Temperature rise
Part 3: Insulation levels, dielectric tests and external clearances in air
Part 4: Guide to the lightning impulse and switching impulse testing – Power transformers
and reactors
Part 5: Ability to withstand short circuit
Part 6: Reactors (under consideration)
Part 7: Loading guide for oil-immersed power transformers
Part 8: Application guide
Part 10: Determination of sound levels
Part 10-1: Determination of sound levels – Application guide
Part 11: Dry-type transformers
Part 12: Loading guide for dry-type power transformers (under consideration)
Part 13: Self-protected liquid filled transformers
Part 14: Design and application of liquid-immersed power transformers using high-
temperature insulation materials
Part 15: Gas-filled-type power transformers (under consideration).
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until
the maintenance result date indicated on the IEC web site under "http://webstore.iec.ch" in
the data related to the specific publication. At this date, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
– 10 – 60076-10-1 CEI:2005
TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE –
Partie 10-1: Détermination des niveaux de bruit –
Guide d’application
1 Domaine d'application
La présente partie de la CEI 60076 fournit un support d’information pour aider aussi bien les
constructeurs que les acheteurs à appliquer les techniques de mesure décrites dans la
CEI 60076-10. Les sources et les caractéristiques du bruit du transformateur et de la bobine
d'inductance sont décrites. Un guide pratique pour réaliser les mesures est donné, et les
facteurs qui peuvent influencer la précision des méthodes sont examinés. Ce guide
d'application clarifie également les facteurs dont il convient qu’ils fassent l’objet d’un accord
entre fabricant et acheteur lorsque l’on spécifie un transformateur ou une bobine
d’inductance, et il indique également pourquoi les valeurs mesurées chez le constructeur
peuvent différer de celles mesurées sur site.
Les informations fournies dans ce guide d'application sont applicables aux transformateurs et
aux bobines d’inductance ainsi qu’à leurs auxiliaires de refroidissement associés.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent
document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références
non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
CEI 60076-10:2005, Transformateurs de puissance – Partie 10: Détermination des niveaux de
bruit
3 Physiques de base du bruit sonore
3.1 Pression acoustique, p
Le son peut être défini comme toute variation de pression (dans l'air, dans l'eau ou dans
d'autres milieux élastiques) que l'oreille humaine peut détecter. Les variations de pression
traversent le milieu (pour les besoins du présent document, l’air) de la source du bruit sonore
jusqu’aux oreilles de l’utilisateur. Le nombre de variations de pression cycliques par seconde
s'appelle la «fréquence» du son, et est mesuré en hertz (Hz). La fréquence d'un son
acoustique produit sa propre tonalité distinctive ou pas. Le ronflement d’un transformateur est
à faible fréquence, fondamentalement 100 Hz ou 120 Hz, tandis qu’un sifflement est à haute
fréquence, typiquement au-dessus de 3 kHz. La gamme normale d'audition pour un jeune en
bonne santé s'étend approximativement de 20 Hz à 20 kHz.
Une autre caractéristique utilisée pour décrire un son acoustique est l'amplitude des
fluctuations de pression qui est mesurée en pascals (Pa). Le son acoustique le plus faible
qu'une oreille humaine saine peut détecter dépend fortement de la fréquence; à 1 kHz, il
possède une amplitude de 20 µPa. Le seuil de la douleur correspond à une pression
acoustique de plus d’un million de fois plus élevée. Par conséquent, pour éviter l'utilisation de
grands nombres, l’échelle décibel (dB) est utilisée.
60076-10-1 IEC:2005 – 11 –
POWER TRANSFORMERS –
Part 10-1: Determination of sound levels –
Application guide
1 Scope
This part of IEC 60076 provides supporting information to help both manufacturers and
purchasers apply the measurement techniques described in IEC 60076-10. The sources and
characteristics of transformer and reactor sound are described. Practical guidance on making
measurements is given, and factors that may influence the accuracy of the methods are
discussed. This application guide also clarifies those factors which should be agreed between
manufacturer and purchaser when specifying a transformer or reactor, and indicates why
values measured in the factory may differ from those measured on site.
This application guide is applicable to transformers and reactors together with their
associated cooling auxiliaries.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document.
For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition
of the referenced document (including any amendments) applies.
IEC 60076-10:2005, Power transformers – Part 10: Determination of sound levels
3 Basic physics of sound
3.1 Sound pressure, p
Sound may be defined as any pressure variation (in air, water or other elastic media) that the
human ear can detect. The pressure variations travel through the medium (for the purposes of
this document, air) from the source of the sound to the listener’s ears. The number of cyclic
pressure variations per second is called the ‘frequency’ of the sound, and is measured in
hertz (Hz). The frequency of a sound produces its own distinctive tone or pitch. A transformer
‘hum’ is low frequency, fundamentally 100 Hz or 120 Hz, while a whistle is high frequency,
typically above 3 kHz. The normal range of hearing for a healthy young person extends from
approximately 20 Hz to 20 kHz.
A further characteristic used to describe a sound is the amplitude of the pressure fluctuations
which is measured in pascals (Pa). The weakest sound that a healthy human ear can detect is
strongly dependent on frequency; at 1 kHz it has an amplitude of 20 µPa. The threshold of
pain corresponds to a sound pressure of more than a million times higher. Therefore, to avoid
the use of large numbers, the decibel scale (dB) is used.
– 12 – 60076-10-1 CEI:2005
L’échelle dB est «logarithmique» et utilise un niveau de référence, p de 20 µPa, qui
0,
correspond alors à 0 dB. Le niveau de pression acoustique L est défini dans l'équation 1
p
suivante:
p
L = 10lg (1)
p
p
où p est la pression acoustique mesurée par un microphone. La pression acoustique est une
grandeur scalaire, ce qui signifie qu'elle possède l'amplitude seulement.
Un aspect utile de l’échelle décibel est qu'elle donne une meilleure approximation de la
perception humaine du volume relatif en comparaison de l’échelle linéaire en pascal. Cela
s’explique par le fait que l'oreille répond au son acoustique de manière logarithmique.
Cependant, l'oreille humaine ne répond pas par la même quantité pour chaque fréquence, par
conséquent un filtre approprié est exigé pour s'assurer que les mesures de microphone
reflètent vraiment le son acoustique perçu par l'oreille. Un filtre normalisé internationalement,
nommé «pondération A», compose cette exigence.
3.2 Vitesse de particules, u
Cette quantité décrit la vitesse d'oscillation des particules du milieu dans lequel les ondes
−1
acoustiques se propagent. Elle est mesurée en mètres par seconde, ms .
3.3 Intensité acoustique, I
L’intensité acoustique est une grandeur vectorielle décrivant l’amplitude et le sens du flux
total d'énergie acoustique dans une position donnée. C'est le produit moyen temporel de la
pression acoustique et de la vitesse de particules à un point donné.
(2)
I= p × u
–2
Elle est mesurée en watts par mètre carré, Wm . Le sens du flux d'énergie est donné par
l'angle de phase entre la pression acoustique et la vitesse de particules à l'endroit spécifique.
(La pression acoustique peut être considérée comme analogue à la tension tandis que la
vitesse de particules est analogue au courant quand on considère le flux de l'énergie
électrique). L'intensité acoustique normale est le taux du flux d'énergie acoustique à travers
une unité de surface, mesurée dans le sens perpendiculaire (c'est-à-dire à 90°) par rapport à
l’unité de surface spécifiée.
3.4 Puissance acoustique, W
Une source de bruit rayonne la puissance dans l'air environnant ayant pour résultat un champ
de pression acoustique. La puissance acoustique est la cause. La pression acoustique est
l’effet. La pression acoustique qui est entendue (ou mesurée avec un microphone) dépend de
la distance de la source et de l'environnement acoustique. Par conséquent, la bruyance d'une
source ne peut pas être quantifiée en mesurant simplement la pression acoustique seule. Par
contre, il est nécessaire de déterminer sa puissance acoustique; celle-ci est indépendante de
l'environnement et est un descripteur unique de bruyance d'une source sonore.
La puissance acoustique est le taux auquel l'énergie est rayonnée (énergie par unité de
temps) et est mesurée en watts.
60076-10-1 IEC:2005 – 13 –
The dB scale is ‘logarithmic’ and uses 20 µPa as the reference level, p , which then
corresponds to 0 dB. Sound pressure level L is defined in equation 1:
p
p
L = 10lg
(1)
p
p
where p is the sound pressure measured by a microphone. Sound pressure is a scalar
quantity, whi
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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