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揚(yáng)州國(guó)浩電氣有限公司
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2017-11-2 閱讀(3350)
局部放電經(jīng)常發(fā)生在電力設(shè)備內(nèi)部，在測(cè)量局部放電聲波時(shí)，傳感器一般布置在設(shè)備的外殼上，所以，聲波到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的過程中會(huì)發(fā)生衰減，并且由于介質(zhì)界面的不一致，還會(huì)發(fā)生反射，在不同的介質(zhì)中傳播速度也不同。例如在液體介質(zhì)和氣體介質(zhì)中，由于沒有橫向運(yùn)動(dòng)的彈力，聲波主要以縱波形式傳播：然而在固體中，橫波和縱波是都有的。因此應(yīng)用超聲檢測(cè)法檢測(cè)局部放電時(shí)，在氣體和液體介質(zhì)中主要測(cè)量得到的是縱波。在固體介質(zhì)中，得到的一般橫波。假如在GIS設(shè)備內(nèi)部發(fā)生了局部放電，則縱波會(huì)通過SF6氣體傳播到金屬外殼，zui后又會(huì)在外殼上進(jìn)行傳播。
在檢測(cè)時(shí)，使用超聲波zui大的好處就是能夠進(jìn)行局部放電的定位，在進(jìn)行定位的過程中，首先需得到在不同溫度的情況下不同介質(zhì)中超聲波的傳播速度。如圖1所示，在變壓器中存在礦物質(zhì)的油層，隨著油溫的升高，超聲波的傳播速度反而減慢。具體來說，超聲波的頻率越高，傳播速度越快，見圖1和2。此外，橫波和縱波的傳播速度也不是相同的，縱波的傳播速度是橫波的兩倍。
圖1 礦物油中超聲波傳播速度與溫度變化的曲線
圖2 礦物油中超聲波傳播速度與頻率變化的曲線
超聲波在傳播過程中，傳播距離越大，聲波的能量會(huì)逐漸減小，這樣的現(xiàn)象叫衰減。在空氣中衰減速率隨著頻率的1-2次方增加；固體介質(zhì)中聲波能力衰減速率和頻率f成正比；液體中衰減速率正比于頻率的2次方，具體如下表所示：
縱波的衰減情況
| 材料 | 測(cè)量頻率 | 溫度 | 衰減（dB/m） |
| 空氣 | 50Hz | 20-28 | 0.98 |
| SF6 | 40Hz | 20-28 | 26.0 |
| 鋁 | 10Hz | 25 | 9.0 |
| 鋼/鐵 | 10Hz | 25 | 21.5 |
從表中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)不同的材料，聲波的衰減速度也是差別很大的，以40 kHz的聲波為例，和在空氣中出現(xiàn)的衰減速度相比，聲波在SF6氣體當(dāng)中發(fā)生的衰減速度至少是前者的20倍，而聲波衰減zui快的就是在橡膠和海綿等軟性的材料中，所以在對(duì)局部放電進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，為了能夠在較遠(yuǎn)距離對(duì)聲波進(jìn)行檢測(cè)，聲波傳感器必須具有足夠高的前置放大設(shè)備增益。
在介質(zhì)中進(jìn)行傳播時(shí)，超聲波不僅會(huì)出現(xiàn)一定程度的衰減，而且具有非常強(qiáng)的方向性，所以在傳播的過程中，超聲波會(huì)在兩種介質(zhì)的交界處發(fā)生反射，這種反射現(xiàn)象的發(fā)生會(huì)進(jìn)一步較少聲波傳播過程中的聲能。一般來說，超聲波在空氣中的反射臨界角為26°，當(dāng)超聲波的入射角超過了該值時(shí)，超聲波會(huì)就產(chǎn)生全反射，從而導(dǎo)致傳感器無法接收到任何信號(hào)。所以，在實(shí)際檢測(cè)過程中，需要將傳感器安裝在合適的位置，保證聲波的入射角度小于其反射臨界角。
對(duì)不同的介質(zhì)而言，其具有的聲阻抗是不盡相同的，而聲波在不同介質(zhì)之間的傳遞也會(huì)出現(xiàn)不同程度的衰減，對(duì)某一固定介質(zhì)而言，其聲阻抗等于聲波在此其中傳播的速度ν乘以其密度ρ，即ρν，聲波在兩個(gè)介質(zhì)的交界處會(huì)產(chǎn)生衰減，其反射時(shí)的系數(shù)如下：
R=ρ?ν?-ρ?ν?/ρ?ν?+ρ?ν?
式中，ρ?ν?、ρ?ν?分別表示的是兩種材料不同，但互相接觸的介質(zhì)所具有的聲阻抗，從上式能夠看出，聲波在發(fā)生反射時(shí)導(dǎo)致的衰減程度和兩種接觸的介質(zhì)具有的聲阻抗差的大ρν小成正比。
