El problema del ruido en los Centros de Transformación (CT’s)

Hasta hace unos años la mayor parte del ruido generado por los transformadores era casi exclusivamente por el campo magnético que induce vibraciones longitudinales en las chapas del núcleo. La amplitud de estas vibraciones depende de la densidad de flujo en las chapas y de las propiedades magnéticas del acero del núcleo y por tanto independientes de la corriente de carga. Sin embargo, los avances realizados en el diseño del núcleo magnético junto con el uso de bajos niveles de inducción, han reducido el ruido generado en el núcleo pudiendo llegar a ser significativo el ruido generado por las fuerzas electromagnéticas.

A diferencia del ruido en el núcleo, también puede generarse ruido debido a la corriente de carga del transformador cuyo origen son las fuerzas electromagnéticas resultantes de los campos de fuga magnética en los bobinados, y es proporcional al cuadrado de la corriente. 

Generalmente, las fuentes de este ruido son las vibraciones en las paredes de la cuba, herrajes propios del transformador incluso en el núcleo y aquellas otras inducidas por simpatía en bandejas de cables y estructuras metálicas externas al transformador. La experiencia ha demostrado que el ruido de la corriente de carga puede ser del mismo orden de magnitud que el ruido generado por magnetostricción del núcleo. 

Puede decirse que, al margen del ruido provocado por los sistemas de refrigeración, las pérdidas en vacío y el ruido del núcleo magnético están normalmente ligados entre sí, en este sentido, una reducción de las pérdidas en vacío corresponde a una reducción del ruido. Estas pérdidas en vacío y los niveles de ruido (presión acústica) están normalizadas según sus potencias.

Por ejemplo, el Reglamento de Alta Tensión RAT en la ITC 07 apartado 5 indica lo siguiente:

PÉRDIDAS Y NIVELES DE POTENCIA ACÚSTICA MÁXIMOS 

Para los transformadores trifásicos en baño de aceite para distribución en baja tensión hasta 2500 kVA, los valores de pérdidas y niveles de potencia acústica deben ser como máximo los indicados en las normas de obligado cumplimiento correspondientes que figuran en la ITC-RAT 02, pero en ningún caso podrán ser superiores a los valores de la tabla 1. 

Los valores establecidos de impedancia de cortocircuito a 75 ºC deben ser los que se indican en la tabla 1.

Tabla 1- Pérdidas debidas a la carga Pk (W) a 75 ºC, pérdidas en vacío P0 (W), nivel de potencia acústica Lw(A) e impedancia de cortocircuito a 75ºC, para transformadores de distribución de Um ≤ 36 kV. 

Nota1: para potencias diferentes de las indicadas en la tabla, los valores de las pérdidas y de la potencia acústica deben determinarse por interpolación. 

Nota2: los valores de la tabla están sujetos a las tolerancias especificadas en la norma de la serie UNE-EN 60076, excepto los niveles de potencia acústica que corresponden a máximos admisibles.

Las pérdidas y niveles de presión acústica indicados por el RAT están adaptadas al ecodiseño de transformadores en baño de aceite de 50 a 2500 kVA según los niveles B0Bk de la norma EN 50464.

Se echa en falta en dicha ITC 07 del RAT una mención similar para los transformadores secos de 100 a 2500 kVA, lo cual hace suponer como pérdidas válidas las indicadas en la norma UNE 21538 sobre transformadores secos para distribución de 100 a 2500 kVA.

Hechas estas aclaraciones, debemos tener presente que para una determinada potencia y tensión las partes activas de los transformadores secos son mayores que la de los transformadores sumergidos, lo que implica mayores pérdidas y por consiguiente mayor nivel de ruido, entre 10 y 15 dB de diferencia en la potencia acústica en los transformadores de distribución.

Todas estas apreciaciones nos llevan a entender que cada transformador tiene un ruido propio, sin embargo pueden existir influencias externas que pueden hacer aumentar notablemente el ruido “normal” del transformador, influencias que hay que conocer para reducirlas o limitarlas en lo posible.

Las principales causas que pueden incrementar el ruido en los transformadores pueden ser:

• Por sobreflujo, este fenómeno corresponde a la explotación del transformador a una tensión anormalmente elevada que genera pérdidas excesivas en el hierro causando calentamientos importantes y armónicos que presuponen riegos de resonancia. Este problema suele producirse mucho en la práctica cuando los transformadores están dispuestos en una toma de regulación inferior a la que verdaderamente le corresponde o bien cuando las tensiones de la red se elevan notablemente en épocas de poca carga (noches o fines de semana),
• Por armónicos de tensión, por ejemplo, causados por la alimentación de convertidores,
• Por efecto bóveda del local que los contiene que puede llegar a multiplicar el ruido como si de una caja acústica se tratara,
• Trasmisión de vibraciones y ruido a través del suelo, paredes, bandejas de cables, estructuras, etc,
• Por saturación magnética debida a pequeñas componentes de corriente continua circulando por los arrollamientos.

El ruido aumenta de la forma indicada en la figura 1 cuando existen varios transformadores iguales en el mismo CT.

Figura 1: Aumento del nivel de ruido cuando existen varias fuentes sonoras de idéntico nivel

En el caso en que la fuente esté encerrada en una celda, caso que nos ocupa, el problema es complejo. El nivel de presión sonora en un punto será la composición del directo y del de las sucesivas reflexiones que tienen lugar en las paredes, suelo y techo.

Figura 2: Factores que determinan la emisión del ruido en un CT

Es evidente que el valor del sonido reflejado, depende del grado de absorción de las paredes, suelo y techo, por lo que será necesario introducir un factor α que recoja este extremo. 

Las paredes y el techo dentro del CT provocan por reflexión un aumento del ruido a través del aire. Para el grado de reflexión sonora son relevantes:

• AR = Superficie total del recinto
•  AT = S = Superficie del transformador
• α = Grado de absorción sonora de paredes y techos

La Figura 2 muestra cómo estos factores determinan la emisión de ruido.

A continuación se presentan algunos ejemplos del grado de absorción sonora α para diferentes materiales de construcción, en este caso a 125 Hz.

Figura 3: Aumento del ruido por reflexión dentro del CT

Así, el aumento de los ruidos por reflexión en servicio puede reducirse revistiendo el recinto del transformador, lográndose una fuerte reducción, p. ej., utilizando lana mineral.

La Figura 4 pone de manifiesto este efecto. El nivel de presión acústica en el CT se atenúa hacia el exterior a través de las paredes. Ejemplos de efecto de atenuación:

Figura 4: Superficie del transformador AT (valor aprox.) con el correspondiente coeficiente de superficie envolvente Ls.

Pared de ladrillos de 12 cm de grosor = atenuación de 35 dB (A) 

Pared de ladrillos de 24 cm de grosor = atenuación 39 dB (A)

Se ha de tener en cuenta el efecto de atenuación de puertas y canales de ventilación (en la mayoría de los casos reducen la atenuación del CT). Fuera del CT, el nivel de presión acústica disminuye ininterrumpidamente con la distancia.

Los ruidos generados por los transformadores se transmiten también a través de la superficie de contacto del transformador con el pavimento, hacia las paredes y hacia otras partes del recinto del transformador.

El aislamiento del transformador en cuanto al ruido propagado por los cuerpos reduce o suprime esta vía de transmisión del sonido.

Figura 5: Pieza elástica en las ruedas para amortiguación de ruidos y vibraciones

La intensidad de ruido de servicio primario no puede reducirse de esta manera Sin embargo, el aislamiento del ruido propagado por los cuerpos optimiza la atenuación en el recinto. 

De este modo, en numerosos casos puede prescindirse de un revestimiento de las paredes, p. ej., con lana mineral para absorber el ruido.

Para el aislamiento del ruido y vibración propagado por los cuerpos que producen los transformadores se emplean guías de goma de caucho-metal y apoyos especiales o silent blocks para transformadores (Fig. 5). Es importante tener en cuenta que cada transformador de distribución, debido a la variación de su peso, requerirá un tipo de amortiguador concreto,

También para la conexión de las barras de los cuadros de distribución de baja tensión se utilizan piezas elásticas intermedias que permiten un aislamiento consecuente del ruido y las vibraciones propagadas por los elementos instalados en el CT (Fig. 6).

1.- tratamiento absorbente. 2.- Material aislante entre paramentos. 3.- Placa aislante. 4.- Aislamiento cuadro y armario o celdas. 5.- Fijaciones elásticas para soportar el paso de cables. 6.- Elementos antivibratorios. 7.- Silenciosos en aberturas. 8.- Cables flexibles en conexiones a Bornas.

Figura 6: Posibles medidas para impedir la transmisión de ruido y vibraciones a viviendas contiguas

Es importante considerar que los niveles de ruido emitidos por los transformadores de distribución (Ver normas UNE 21538 y UNE 21428) son diferentes y superiores a los considerados por las legislaciones locales sobre polución sonora del medio ambiente, por ejemplo, un transformador de 1000 kVA tiene una potencia acústica de 70 dB al que corresponde una presión acústica de 60 dB, sin embargo, en ambientes urbanos se establecen los siguientes niveles máximos en los CT’s situados en el interior de inmuebles:

• De 8h a 22 h = 55 dB (A)
• De 22 h a 8 h = 45 dB (A)
• De 22 h a 8 h en zonas saturadas = 30 dB(A)

Por ello, la Norma Técnica de la Edificación en su antigua y actual versión establece la necesidad de aislar acústicamente los recintos destinados a este tipo de servicios.

REFERENCIAS:

• Reglamento de Alta Tensión (RAT)
• Norma EN 50464
• Norma UNE 21428 y UNE 21538
• Norma Técnica de Edificación
• Catalogo Siemens “Transformadores aislados por resina colada Geafol”

ARTÍCULO EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:

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