局部放電發(fā)生的物理過程很復(fù)雜，它的產(chǎn)生有很多原因。由于局部放電一般是都是在變壓器油中的氣泡或絕緣介質(zhì)中的氣隙發(fā)生的，因此本文以氣泡模型作為離子分析局部放電產(chǎn)生超聲波的過程。
宏觀上講，局部放電發(fā)生時，由于氣泡帶電，所以會受到電場力的作用而發(fā)生擠壓，從而引起氣泡局部體積的變化。氣泡體積變化會對周圍形成疏密波，這種波就是超聲波。局部放電產(chǎn)生超聲波的過程其實就是是電一力一聲轉(zhuǎn)化的過程，本文采用電一力一聲類比的方法研究局部放電產(chǎn)生超聲波的機(jī)理。
從數(shù)學(xué)角度上分析，電磁振動、力振動及聲波振動都有相似的類型的微分方程，這種數(shù)學(xué)角度上的相似性決定了它們在物理本質(zhì)上也有一定的相似性。
電-力-聲類比表
| 電學(xué) | 力學(xué) | 聲學(xué) |
| 電壓 | 力 | 聲壓 |
| 電流 | 速度 | 體速度 |
| 電感 | 質(zhì)量 | 聲質(zhì)量 |
| 電容 | 力順 | 聲容 |
| 電阻 | 力阻 | 聲阻 |
氣泡模型圖
如圖所示，設(shè)變壓器內(nèi)部有個氣泡為Q，半徑為：質(zhì)量為M，氣泡處于電場中帶有電荷。發(fā)生局放前氣泡到外加電場力Fe，氣泡內(nèi)部會有Fq與之平衡，此時氣泡處于受力平衡狀態(tài)。局部放電發(fā)生時一個納秒級的過程，相對微秒級的超聲波發(fā)生過程來說，這個過程是很快，所以局部的震蕩可以忽略不計，可以簡化成是一個單脈沖，局放一發(fā)生，氣泡所受的電場力Fe消失，氣泡的受力不再平衡，于是發(fā)生震動，此時對施加的力有三個：從力順元件Cm到氣泡壁的彈性力；從力阻元件Rm到氣泡壁的摩擦力；從質(zhì)量元件Mm到氣泡壁的慣性力。
有研究表明，在納秒級的范圍內(nèi)，超聲波的幅值與脈沖的寬度成正比，但當(dāng)時間范圍超過10納秒之后，超聲波急劇衰減，其幅值與脈沖寬度的平方甚至N次方成反比，其頻率不受脈沖寬度影響。
關(guān)注微信公眾號