現在、国内のUHV変電所の変圧器やリアクトルの防火壁は、一定の遮音効果を持つ場所打ちコンクリート構造やレンガ・粉体塗装構造を採用することが多い。しかし、変圧器やリアクトルの騒音周波数が低く、音波の波長が長いため、騒音の回折・透過能力が非常に強く、遮音・騒音低減効果が乏しい場合が多い。また、現在のUHV変電所の防音壁や遮音カバーは、変電所の低周波騒音特性に合わせて特別に設計されておらず、騒音低減効果は理想的ではない。中低周波騒音が支配的なUHV変電所の特性を考慮し、消音機能と吸音機能を併せ持つ複合吸音構造を採用すれば、中低周波騒音を効果的に低減し、難燃性と遮音性も備えた効果が期待できる。これは、変電所の音響環境の質を向上させる上で非常に意義深い。
本稿では、これに基づき、超高圧変電所の主要機器の騒音源強度特性を分析する。変電所内の材料には難燃性、絶縁性などの特性が求められることから、メラミンフォーム、微細穿孔板、発泡セメントの各サンプルについて、単独および複合的な吸音実験を行い、超高圧変電所の騒音低減に適した複合吸音構造を提案する。これは、実際の工学応用において重要な実践的指針となる。
Ⅰ. 超高電圧変電所主要機器の騒音測定解析
UHV変電所の運転中、主な騒音源としては、高圧変圧器、分路リアクトル、変電所構造物などが挙げられます。変圧器の騒音には、本体騒音と冷却装置騒音が含まれ、分路リアクトル騒音は電磁騒音、変電所構造物騒音はコロナ騒音です。コロナ騒音は一般的に中高周波で、伝播中に減衰が速く、影響範囲が狭いのに対し、変圧器や分路リアクトルの内部構造から発生する低周波騒音は減衰が遅く、影響範囲が広いため、変圧器や分路リアクトルの騒音対策は変電所の騒音対策の重点となっています。
- 主変圧器の騒音測定解析
変圧器の音響パワーレベルは、音響インテンシティ法を用いて測定されます。単相変圧器を測定対象とし、規定等高線と基準放射面との距離は2mとし、2mと4mの水平面に1本の規定等高線を設定します。すべての測定点は規定等高線上にあり、隣接する測定点間の水平距離はXNUMXmです。音響インテンシティプローブを用いて、各測定点ごとに測定を行います。
変圧器単体群の電力負荷が2000MWの場合、I群の変圧器C相の音響強度測定結果です。UHV変圧器の中心周波数が1、3、100、125Hzの160/200オクターブ周波数帯域で、A特性音響パワーレベルが最も大きくなります。変圧器の騒音発生メカニズムによると、この周波数帯域の騒音は主に変圧器本体の電磁ノイズに起因します。したがって、変圧器の騒音を低減する場合、100～200Hzの周波数帯域の低減を優先する必要があります。測定中、変圧器単体群の電力負荷は2000MWで安定しており、対応する変圧器全体のA特性音響パワーレベルは102.7dB(A)でした。
- 高電圧リアクトルノイズの測定と解析
リアクトル音響パワーレベルの測定方法は変圧器の測定方法と同様である。超高圧変電所の並列リアクトルB相を測定対象とし、規定等高線と基準放射面との距離は1mとし、それぞれ高さ1.5mと3mの1本の規定等高線を設定する。隣接する測定点間の水平距離はXNUMXmとする。
分析の結果、1/3オクターブ帯域全体において低周波成分の割合が高く、その中でも100Hzの音響パワーが最も大きく、96.4dB(A)に達し、11.5Hzの音響パワーレベルより200dB(A)高いことが分かりました。1Hzが位置する3/100オクターブ帯域の音響パワーは、単相高反音響パワーの91.2%を占めています。したがって、原子炉音場分布における干渉現象は、100Hzの音波によって引き起こされたものと判断できます。
Ⅱ. 多孔質材料と微細孔板の実験
騒音制御設計において、吸音と遮音処理に単一の材料を用いるだけでは、期待される騒音低減効果を得ることは困難な場合が多い。そのため、吸音材を組み合わせた構造が騒音低減によく用いられる。特に、容積が大きく残響時間が長い屋内空間では、この手法の適用は非常に一般的である。超高圧変電所の騒音制御に適した吸音構造を検討するには、まず材料の遮音性と難燃性を考慮し、次に具体的な対策を組み合わせて吸音構造を決定する必要がある。
現在、UHV変電所の防音エンクロージャには、騒音低減のために多孔板と吸音材が使用されていますが、低周波帯域では効果が十分ではありません。そのため、UHV変電所の主要機器の音源特性との組み合わせが求められます。具体的な騒音低減策を決定した後、多孔質吸音材の選定方法と吸音構造の決定方法が、変電所の騒音対策の鍵となります。以下では、微細多孔板、メラミンフォーム、発泡セメントの3つのサンプルを選択し、これらを組み合わせて実験を行います。
- 二層マイクロパーフォレーションプレートの組み合わせ
マイクロ多孔板実験サンプルで、マイクロ多孔板サンプル1の穿孔率は1.5％、板厚は1mm、孔径は0.7mmである。マイクロ多孔板サンプル2の穿孔率は1.1％、板厚は1mm、孔径は0.7mmである。マイクロ多孔板サンプル3の穿孔率は0.7％、板厚は1mm、孔径は0.7mmである。
二層微細穿孔板の組み合わせについて、1組の実験を行った。実験2は微細穿孔板サンプル1と微細穿孔板サンプル2の組み合わせであり、実験1は微細穿孔板サンプル3と微細穿孔板サンプル100の組み合わせであった。二層微細穿孔板の組み合わせ構造に関する0.7組の実験では、500Hzにおける吸音率は約600であり、吸音率は両実験とも600HzからXNUMXHzで最大値を示した。XNUMXHzを超える周波数帯域では、吸音率は徐々に減少する。
- 発泡セメントと微細穿孔板の組み合わせ
まず、発泡セメントと単層微細穿孔板を組み合わせた吸音構造を用いた。発泡セメントと単層微細穿孔板を組み合わせた2種類の異なるパラメータの実験を行った。どちらの実験でも、発泡セメントは微細穿孔板の前面に配置された。
実験3と実験4のデータに大きな変化はほとんどありません。発泡セメントの厚さや発泡セメントと微細孔板との距離をわずかに変化させても、複合構造の吸音性能は基本的に変化しません。100Hzでは吸音率が約0.4、250Hzでは吸音率が最大となり、900Hz付近で再び吸音率が最大値に達します。
- メラミンフォーム マイクロパーフォレーションパネルの組み合わせ
メラミンフォームと単層微細穿孔板の組み合わせについて、100組の実験を実施しました。どちらの実験でも、メラミンフォームは微細穿孔板の前に配置されました。0.7Hzにおける吸音率は両グループとも約100であり、500Hzから0.7Hzの間では吸音率はすべて500を超えています。XNUMXHz付近では吸音率は低下しますが、周波数が上昇するにつれて吸音率は徐々に増加します。この組み合わせは、低周波域と高周波域の両方において、比較的理想的な吸音効果を発揮します。
Ⅲ. 実験結果の分析
超高圧変電所主要機器の騒音源は低周波帯域で顕著であることから、微細穿孔板複合構造、発泡セメント＋微細穿孔板複合構造、メラミンフォーム＋微細穿孔板複合構造の3つの組み合わせを選定し、実験を行った。試験結果によると、これら3つの組み合わせはいずれも低周波帯域において一定の吸音効果を達成できるものの、実際のエンジニアリングへの適用には具体的な騒音低減対策が必要となる。
- マイクロパーフォレーションプレートの組み合わせ構造
二層マイクロ穿孔板は、単層マイクロ穿孔板の吸音周波数帯域を拡大することができます。インピーダンス整合の原理に基づき、前層のマイクロ穿孔板の穿孔率が後層のマイクロ穿孔板の穿孔率よりも大きくなるように組み合わせ設計されています。マイクロ穿孔板の組み合わせ設計は、全体の厚さが0.7cmの場合、150～800Hzの周波数範囲で20以上の吸音率を達成できます。全体の厚さが30cmの場合、0.7～100Hzの周波数範囲で800以上の吸音率を達成できます。
- 発泡セメントと微細穿孔板の複合構造
マイクロ穿孔ボードの前に発泡セメントを添加すると、マイクロ穿孔ボードの吸音周波数帯域が広がり、発泡セメントは防火の役割を果たすこともできます。
発泡セメントに単層微細穿孔板を併用した場合、全体の厚さが0.7cmの場合、150～1000Hzの周波数範囲で吸音率が20以上になります。発泡セメントに二層微細穿孔板を併用した場合、全体の厚さが0.7cmの場合、150～1400Hzの周波数範囲で吸音率が20以上になります。全体の厚さが30cmの場合、0.7～100Hzの周波数範囲で吸音率が1400以上になります。同時に、発泡セメントの嵩密度が小さいほど、多孔度が高くなり、低周波吸音効果が高まります。
- の組み合わせ構造については 吸音材 吸音材とマイクロ穿孔板を組み合わせることで、マイクロ穿孔板の吸音周波数帯域を拡大し、吸音材とマイクロ穿孔板との距離を広げることができます。中高音域の吸音率が増加し、吸音ピークは低音域に移動します。吸音材の厚さを増やすと、低音域の吸音率はわずかに低下し、中高音域の吸音率は増加します。マイクロ穿孔板の後ろの空洞層の厚さを増やすと、低音域の吸音率を高めることができます。吸音材と二層マイクロ穿孔板を組み合わせると、吸音材と単層マイクロ穿孔板を組み合わせる場合よりも吸音性が高まり、吸音周波数帯域が広がります。
実験データの分析から、メラミンフォームと単層微細穿孔板を組み合わせた場合、全体の厚さが0.6cmのとき、200～1600Hzの周波数範囲で20以上の吸音率を達成できることが分かります。全体の厚さが30cmのとき、0.6～100Hzの周波数範囲で1600以上の吸音率を達成できます。メラミンフォームと二層微細穿孔板を組み合わせた場合、全体の厚さが0.7cmのとき、200～1600Hzの周波数範囲で20以上の吸音率を達成できます。全体の厚さが30cmのとき、0.7～100Hzの周波数範囲で1600以上の吸音率を達成できます。
UHV主変圧器と高圧分路リアクトルの騒音周波数特性を分析した結果、UHV主変圧器の騒音エネルギーは主に100～200Hzに集中し、高圧リアクトルの騒音エネルギーは主に100Hzに集中していることが判明した。騒音低減材料の選定には、XNUMXつの主要な騒音源の周波数を組み合わせる必要がある。同時に、変電所の現場レイアウトと騒音低減方法を組み合わせることで、最適な材料と方法の組み合わせで騒音を抑制する必要がある。
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