目前,國內外已有相當多的文獻研究如何用超聲波信號定位變壓器內部的局部放電源。然而,對變壓器局部放電產生超聲波的機理和傳播規(guī)律的研究并不多。為了更好地運用超聲波來檢測和定位局部放電源,對局部放電產生超聲波的機理和傳播規(guī)律的研究顯得尤為重要。在變壓器中,只要存在局部放電,隨著放電的發(fā)生,在放電過程中就會伴隨著崩裂狀的聲發(fā)射,產生超聲波,且很快向四周傳播。
絕緣介質中產生局部放電的原因很多,放電形式也多種多樣,因此放電過程很復雜。然而,變壓器油中的氣泡或其固體絕緣介質中的氣隙是變壓器局部放電通常發(fā)生的場所。
波起源于振動,具有彈性和慣性的力學系統(tǒng)都具有振動的能力。當變壓器內部的絕緣介質發(fā)生局部放電時,由于氣泡受到電場力或壓力的作用,會發(fā)生膨脹和收縮的過程,這將引起局部體積的變化。局部體積的變化將在外部產生超聲波。當過電壓很低時,某些局部放電幾乎不向外輻射熱量;當過電壓很高時,另外一些局部放電則可能向外輻射很高的熱量。變壓器內部的絕緣介質發(fā)生局部放電時,氣泡處于一定的電場中,這時氣泡帶有一定的電荷,因此氣泡會受到電場力的作用。在局放向外輻射很高熱量的情況下,電弧電流會在放電通道中產生高溫,此高溫會使氣泡膨脹而受到一定的壓力。因此,氣泡產生超聲波主要受2個因素影響:其一為局放瞬時氣泡所承受的電場力;其二是局放產生后所發(fā)出的熱量使氣泡擴張,這樣氣泡將承受壓力的作用。當過電壓較低時,承受電場力的氣泡會形成振幅慢慢減小的振蕩運動,進而超聲波會在周圍的絕緣介質中產生。當過電壓較高時,氣泡將發(fā)生放電,進而被擊穿,從而產生細微的線度參差不齊的放電路徑,放電路徑內的氣體受到強烈的電離與加熱,氣體的加熱引起放電路徑的膨脹,進而使氣泡受到壓力,從而在絕緣介質中產生超聲波。實際上,變壓器內部絕緣介質的局部放電中超聲波的產生通常是上述兩種因素聯(lián)合作用的結果。