3 Měření hlukových emisí elektrických strojů

Transkript

1 3 Měření hlukových emisí elektrických strojů Cíle úlohy: Cílem laboratorní úlohy je seznámit studenty s hlukem jako vedlejším produktem průmyslové činnosti, zásadami pro jeho objektivní měření pomocí moderních digitálních měřících přístrojů, a metodami a opatřeními vedoucími ke zmírnění a omezení jeho škodlivých účinků na sluchová ústrojí živých organismů. 3.1 Zadání 1. Změřte úrovně vydávaného hluku při různých provozních stavech přístrojového transformátoru napětí, a porovnejte naměřené hodnoty. 2. Změřte úrovně hluku všech předložených el. zařízení a spotřebičů. 3.2 Teoretický rozbor úlohy Zvuk doprovází člověka při každé činnosti. Jeho vnímání patří mezi jeden z lidských smyslů, avšak ne vždy je jeho vnímání žádoucí. Zejména u vyšších intenzit zvuku hovoříme již o hluku. Hluk je nejčastěji způsobován hnacími ústrojími, doprovází průmyslovou činnost, je spojován s městským ruchem, atd. Zejména v průmyslu je důležité proniknout do podstaty problematiky vzniku a šíření hluku, a zavést činností a opatření k jeho potlačení či zmírnění, neboť před nadměrným hlukem je důležité se chránit dlouhodobá expozice nadměrnému hluku vede k trvalému poškození sluchu. Příkladem zdrojů hluku mohou být strojní zařízení a ruční nářadí s pneumatickým, hydraulickým nebo elektrickým pohonem, nebo stroje či dopravní prostředky vybavené vlastním spalovacím motorem. Je nutno rozlišovat hluk způsobovaný provozem pohonné jednotky a hluk z vlastní technologie. Z fyzikálního hlediska představuje zvuk mechanické vlnění pružného prostředí ve frekvenčním rozsahu zdravého lidského sluchu 20Hz až 20kHz. Zvuk se šíří všemi směry od zdroje prostřednictvím vln přenášejících akustickou energii. Rozdělení zvuku podle frekvence vlnění: - infrazvuk do 20Hz - nízkofrekvenční 20Hz až 40Hz - vysokofrekvenční 8kHz až 16kHz - ultrazvuk nad 20kHz Dělení zvuku podle časového průběhu: - ustálený - proměnný - přerušovaný - impulsní Při posuzování zvuku šířícího se vzduchem subjektivně rozeznáváme hlasitost, výšku a barvu. Hluk příčiny vzniku a diagnostika Při provozu elektrických točivých strojů je v jejich okolí vždy přítomný hluk způsobený různými částmi a daného systémy stroje. U točivých elektrických strojů jsou dominantní zejména následující tři skupiny hluku: - hluk elektromagnetického původu chvění kostry a jiných částí stroje způsobené

2 elektromagnetickými silami nebo magnetostrikce magnetického obvodu (vzniká při změnách délky plechů transformátoru, jako následek přemagnetování střídavého pole) - hluk mechanického původu způsobený ložisky, nevyvážením rotujících částí - hluk ventilačního původu způsobován především chodem ventilátoru stroje a jeho nejbližším okolím Diagnostika hluku elektrických strojů má za úkol detekovat změny mechanického stavu magnetického jádra stroje, popřípadě jeho částí. Měření je možné použít například i pro stanovení změn mechanického stavu valivých ložisek točivých strojů. Tyto změny se projevují změnami velikostí hladiny akustického tlaku hluku vyzařovaného strojem a jsou doprovázeny také změnami ve frekvenčních spektrech hluku stroje. Diagnostika hluku stroje nesleduje absolutní hodnoty akustického tlaku, ale jsou sledovány změny a trendy měřených veličin v závislosti na délce provozu stroje. Sledují se tedy poměry jednotlivých měření, míra nárůstu hladiny hluku apod. Měření bývají realizována za provozu stroje při jmenovitém zatížení a jmenovitých otáčkách stroje. Podle směrnic nesmí hluk v místě hlavy pracovníka překročit hodnoty hladin akustického tlaku nebo hodnoty hluku odpovídající přípustnému číslu třídy hluku N P. Toto přípustné číslo se odvozuje od základního čísla třídy hluku (základní přípustné hodnoty) N Z = 75dB (platí pro pracovní činnosti). K tomuto číslu se aritmeticky přičítávají korekce, které přihlížejí k druhu vykonávané činnosti člověka, k povaze hluku a době působení. Hodnoty vybraných korekcí jsou v Tabulka 3-1. Tabulka 3-1: Typy pracovních činností člověka a jím příslušné korekce pro stanovení přípustných úrovní hluku na pracovišti Druh pracovní činnosti Korekce (db) Práce duševní (řídící), vyžadující velkého soustředění a odpoutání -35 od okolí, práce spojené s velkou zodpovědností Práce převážně duševní povahy vyžadující soustředění, odpoutání -20 od okolí, hovorový styk Práce vykonané podle často předávaných rozkazů a akustických signálů, práce vyžadující trvalé sledování okolí sluchem, práce -10 s podílem (převahou) duševní činnosti, avšak rutinní povahy Fyzická práce náročná na přesnost a soustředění nebo vyžadující 0* občasné sledování a kontrolu okolí sluchem Fyzická práce bez nároků na duševní soustředění a sledování okolí +10* sluchem * je-li hluk způsoben nevýrobním zařízením (větracím, otopným apod.) nebo proniká-li na pracoviště ze sousedních prostor, nahrazují se hvězdičkou označené korekce hodnotou -10 Základní veličiny a) Hladina akustického tlaku veličina popisující zdroj hluku kvantitativně. Naměřená hladina závisí na vzdálenosti pozorovatele od zdroje a na kvalitě přenosového prostředí. Hladinu akustického tlaku označujeme L p a tato nám dává informaci o celkovém akustickém tlaku přes celé slyšitelné pásmo. Pro hladinu akustického tlaku LP platí = 20 log p p 0 L P ( db Pa, Pa) ; (3.1)

3 kde p změna statického tlaku p 0 minimální hodnota statického tlaku, jež je schopno zachytit lidské ucho (p 0 = Pa) (tzv. práh slyšení) b) Hladina akustického výkonu má obdobný význam, ale na rozdíl od předcházející je měřená za předem předdefinovaných podmínek. Specifickou vlastností je, že nezávisí na poloze zařízení, okolních podmínkách a na vzdálenosti od měřeného bodu. P H = 10 log ( 2 db ; W m, W m ) P0 (3.2) kde P skutečný měřený akustický výkon P 0 akustický výkon při prahu slyšitelnosti; pro průměrné lidské ucho P 0 = W. m -2. Tabulka 3-2: Přehled úrovní akustického tlaku vydávaných různými zdroji. Hladina akustického Vnímatelná hlasitost Zdroj zvuku tlaku L p (db) 0 práh slyšitelnosti - 20 extrémně tiché šelest listí, tichá místnost 40 velmi tiché vrčící lednička 60 středně hlasité běžná konverzace, restaurace 80 velmi hlasité městský provoz, nákladní auto 100 extrémně hlasité symfonický orchestr, traktor 120 práh bolesti startující tryskové letadlo Obecná pravidla při měření hluku - Pro zajištění objektivity měření se měření hluku musí provádět za určitých podmínek. Hluk například nelze měřit za nepříznivého počasí (silný vítr, déšť, sněžení), hluk způsobený dopravními prostředky je nutné měřit v den s obvyklou mírou dopravy (nikoli o víkendu). - hluk se obvykle měří buď celých 24 hodin, nebo se měří jen v některé časové úseky a zbylé jsou dopočítávány. Venkovní hluk se měří ve vzdálenosti dvou metrů od fasády domu. - pro orientační měření je možné použít ruční hlukoměr. Výsledky orientačního měření však nelze použít jako důkazní materiál pro úřady a soudy. - v interiéru budov se měřící místo volí přednostně 1,2 až 1,5 m nad podlahou, přičemž mikrofon se směruje ke zdroji (se zvukoměrem nastaveným na čelní úhel dopadu), nebo svisle vzhůru (se zvukoměrem nastaveným na náhodný úhel dopadu) - hladina měřeného signálu musí být minimálně o 3dB vyšší než hladina hluku pozadí, tzn. že hluk pozadí nesmí zcela maskovat měřený zvuk či hluk. Hlukoměr Zvukoměr, resp. Hlukoměr je elektronické měřící zařízení reagující na zvuk podobně jako lidský sluch a umožňující objektivní a reprodukovatelné měření jeho hladin. Zvukoměrná zařízení různých výrobců se vzájemně mohou lišit v detailech konstrukce a provedení, avšak všechna bez rozdílu obsahují mikrofon, ústrojí zpracování signálu a indikační zařízení.

4 Obrázek 3-1: Blokové schéma hlukoměru Kvalitní měřící mikrofon převádí na něj dopadající zvuk na ekvivalentní elektrický signál. Nejvhodnějším mikrofonem pro zvukoměry je kondenzátorový mikrofon, k jehož přednostem patří zejména přesnost, spolehlivost a stabilita. Elektrický signál na výstupu mikrofonu má zpravidla malou amplitudu, a proto musí být před dalším zpracováním náležitě zesílen předzesilovačem. Takto zesílený elektrický signál je možno dále zpracovat různými způsoby pomocí odpovídajících elektronických zařízení. Jednou s možností je použití váhových filtrů poměrně jednoduchá zařízení, jejichž kmitočtové charakteristiky odpovídají charakteristikám lidského sluchu, tj. křivkám stejné hlasitosti. Křivky váhových filtrů A, B, C jsou mezinárodně standardizované v rozsahu kmitočtů 10Hz až 20kHz. Jejich frekvenční charakteristiky odpovídají přibližně hlasitosti pro 40, 70, 100 db. 3.3 Postup měření Obrázek 3-2: Fotografie vytvořeného měřícího pracoviště 1. Testovaný přístrojový transformátor napětí (PTN) umístěte do bedny z akustické pěny, v níž bude probíhat měření. 2. Změřte úroveň hluku při vypnutém zařízení tato hodnota představuje hluk pozadí. 3. Na sekundární stranu přístrojového transformátoru napětí připojte napájení, primární stranu nechte naprázdno, napětí zvyšujte až na jmenovitou hodnotu 100V a opět změřte úroveň hluku.

5 4. Zvyšujte postupně napětí na PTN až na hodnotu 178V (simulujeme tímto přetížení transformátoru). Přetížení transformátoru se projeví zvýšenou úrovní vydávaného hluku elektromagnetického původu magnetostrikce. Opět změřte úroveň hluku. (Pro zvýšený účinek magnetostrikce lze povolit šrouby magnetického obvodu PTN. 5. Obdobným způsobem proměřte hluk všech předložených zařízení. Shrnutí: Intenzita hluku se vyjadřuje v decibelech (db), což může být značně zavádějící, protože nárůst této veličiny není symetrický jako u klasických veličin typu délka, hmotnost, atd. Decibel je logaritmická veličina nárůst hluku o 3dB znamená zdvojnásobení objemu hluku (při nárůstu o 10dB je hluk desetinásobný, při nárůstu o 20dB stonásobný). Ve výsledku to znamená, že pokud například hluk o několik decibelů překračuje povolené limity, působí tato informace na první pohled mylným dojmem, že jde jen o mírné překročení. Měření hluku a dodržování povolených limitů by proto měla být kladena odpovídající váha.