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揚(yáng)州國(guó)浩電氣有限公司

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超聲波法檢測(cè)局部放電的原理

2017-12-19 閱讀(8876)

機(jī)械波在彈性介質(zhì)中傳播時(shí),按波的頻率不同可以分為次聲波、聲波和超聲波三種。其中,頻率低于20Hz的稱(chēng)為次聲波;頻率在0.02-20kHz之間的稱(chēng)為聲波,這正是能被人們聽(tīng)覺(jué)所識(shí)別的機(jī)械波的頻率范圍;超聲波的頻率范圍為20kHz以上。超聲波的特性與聲波差不多,但是因?yàn)槌暡ǖ念l率要高于聲波,它具有一些與聲波不同的特性。聲波和超聲波都可以在氣體、液體和固體中傳播,但是聲波是一種縱波,而超聲波在不同的介質(zhì)中則有所不同。超聲波在氣體和液體中以縱波的形式傳播,在固體中則以橫波的形式傳播。超聲波的頻率高于聲波,頻率較高的結(jié)果會(huì)使超聲波在傳播過(guò)程中相比聲波的衰減更大,一般,20kHz-40kHz的超聲波在空氣中傳播5m就會(huì)衰減很多。

 

超聲波的特征值包括聲強(qiáng)、聲壓和聲阻抗:

 

聲強(qiáng)(I):定義為單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積的聲的能量。聲強(qiáng)的大小與機(jī)械波的頻率的平方成正比,由于超聲波頻率很高,所以它的聲強(qiáng)相對(duì)很大,這種特征正是超聲波能夠用于絕緣狀態(tài)診斷的重要依據(jù)。

 

聲壓(P):介質(zhì)在沒(méi)有受到任何外力時(shí)候所具有的壓強(qiáng)稱(chēng)為靜態(tài)壓強(qiáng),用P0表示。當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),傳播的過(guò)程中,介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)會(huì)振動(dòng),振動(dòng)會(huì)使介質(zhì)中的壓強(qiáng)交替變化。令超聲場(chǎng)傳播路徑中的某一點(diǎn)在某一瞬間的壓強(qiáng)值為Pr,聲壓就是該點(diǎn)的Pr與該點(diǎn)的靜態(tài)壓強(qiáng)之差。

 

聲阻抗(Z):定義為超聲波傳播路徑上的某一點(diǎn)的聲壓P與該點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度v之比,它的大小可以表示超聲場(chǎng)中的介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用的強(qiáng)弱。

 

在GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí),就會(huì)產(chǎn)生沖擊波,檢測(cè)這種沖擊波可以發(fā)現(xiàn)早期內(nèi)部絕緣缺陷的異常。這種沖擊波具有廣泛的頻率范圍,為了減少現(xiàn)場(chǎng)噪聲的干擾而利用超聲波范圍的聲進(jìn)行局部放電檢測(cè)。局部放電的位置到超聲波傳感器之間有一定的距離,在超聲波傳播的過(guò)程中,可能會(huì)遇到GIS內(nèi)的夾層、裂縫等,這些情況會(huì)改變局部放電超聲波信號(hào)的幅值、相位、頻譜等特征。超聲波檢測(cè)局部放電的探頭為壓電傳感器,當(dāng)超聲波傳播至傳感器時(shí),傳感器根據(jù)壓電原理將振動(dòng)信號(hào)變成電信號(hào)。然后對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、變換等運(yùn)算處理,根據(jù)實(shí)際的需要可以得到信號(hào)的波形、到達(dá)時(shí)間等信息,根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息可以對(duì)GIS內(nèi)部局部放電的情況進(jìn)行定量分析和定位。



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