局部放電發(fā)生時(shí),放電區(qū)域內(nèi)分子間會(huì)劇烈撞擊,以及介質(zhì)內(nèi)放電發(fā)熱導(dǎo)致體積改變,都會(huì)產(chǎn)生脈沖壓力波。超聲波就是其中頻率大于20KHZ,人耳無法識(shí)別的聲波分量??蓪⒕植糠烹娫纯醋鼽c(diǎn)脈沖聲源,遵循機(jī)械波的傳播規(guī)律,聲波以球面波的形式向四周傳播,在不同介質(zhì)中傳播速度不同,不同介質(zhì)交界處會(huì)產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象。在開關(guān)柜等設(shè)備外部安裝換能元件,可將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),然后經(jīng)過分析處理,得到表征設(shè)備局部放電信息的各種特征量。通過分析這些特征量,就可以有效地對(duì)介質(zhì)的絕緣缺陷情況進(jìn)行判斷。
在絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部,局部放電激發(fā)出的聲波通常要經(jīng)過多種介質(zhì)才能傳到接收聲波的換能原件上來。例如變壓器內(nèi)固體介質(zhì)中的氣隙發(fā)生局部放電時(shí)所發(fā)出的聲波要通過固體介質(zhì)、液體介質(zhì)和金屬外殼才能到達(dá)置于外殼表面上的換能元件。傳播過程中,聲波會(huì)發(fā)生折射、反射和衰減。下面小編就超聲波的傳輸特性為大家做簡(jiǎn)要分析。
聲波在各種介質(zhì)中傳播的速度是不同的,表中列出幾種常用電工材料的聲波傳播速度。因此聲波在傳播過程遇到不同的介質(zhì)時(shí),就會(huì)在介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生折射或反射。入射角θa與折射角θb之間的關(guān)系是決定于下式
各種材料中的聲波傳播速度
材料 | 變壓器油 | 油紙 | 浸油電工紙板 | 銅 | 鋼 | 硅鋼片 |
速度(m/s) | 1400 | 1420 | 2300 | 3580 | 6000 | 5050 |
式中Ca為入射的聲波速度,Cb為折射的聲波速度。當(dāng)θa>90°時(shí),入射的聲波全部都反射回來,這時(shí)聲波被阻塞而不能繼續(xù)傳播。這種情況在用超聲波檢測(cè)法來確定局部放電發(fā)生的部位和大小時(shí)應(yīng)充分考慮到。
超聲波通過兩種介質(zhì)的分界面造成的損失可以用反射系數(shù)R0來表示。在垂直入射時(shí)
式中ρ1, ρ2各為兩種介質(zhì)材料的密度(kg/m3);而C1, C2為兩種介質(zhì)中聲波的速度(m/s)。
介質(zhì)材料的密度ρ與聲速度的乘積稱為特性阻抗,只有當(dāng)兩種介質(zhì)的特性阻抗相等時(shí),聲波通過這兩種介質(zhì)的分界面才不會(huì)損失。特性阻抗相差愈大,造成的損失也愈大。鋼、蓖麻油、空氣的特性阻抗分別為39.4x106,1.143x106,0.0004 x 106(kg/m2/s)。