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局部放电产生超声波的特性简析
点击次数:1824 发布时间:2017-05-16

局部放电产生超声波的特性

 

超声波是一种频率在20KHZ以上可以在固体、液体、气体等介质中传播的疏密变化的机械波。在电力设备,高压设备内部的局部放电往往更加容易引起严重后果,而用于接收超声波信号的的超声波传感器只能在高压设备的外部进行检测。超声波从放电源传播到被检测点由于不同的传播介质、反射等声的特性会使超声传感器在接收之前就发生一定的衰减。

 

在固体中,如变压器、开关柜的铁板,超声波以横波和纵波的方式进行传播。超声波在气体和液体中无法形成横波。例如在GIS中,产生的超声波信号以纵波的形式通过SF6气体传播到达金属外壳后,超声波将会以横波和纵波一起在金属壳中继续传播。

 

传播特性

 

1.传播速度

 

用来表征超声波在介质中传播快慢的物理量称为传播速度。由于不同介质其特性不同,从而引起超声波传播速度在不同的介质中也不相同。我们必须明确在不同材料中超声波的传播速度才能使超声波传感器定位时更加准确。传播速度也受不同介质中的温度和超声波频率的影响,如下图所示,给出了超声波在变压器油中传播速度与温度的关系,传播速度和频率的关系。

 

传播速度和频率的关系图

2.传播过程中的衰减

 

超声波在介质中传播的距离远近与其传播的能量成正比,传播越远损失越大,剩余的能量就越小,这种现象称为衰减。超声波在液体和气体中形成超声衰减的原因有:扩散传播、反射、折射等因素。固体介质中,由于超声波在介质中传播的衰减特性使得超声波传播的距离越远,传感器接收到的信号越弱图表2-1给出了超声波在空气、SF6气体、铝、钢铁介质中的衰减情况。

 

纵波在不同介质、温度、频率下的衰减表

表2-1纵波在不同介质、温度、频率下的衰减表

 

从表2-1中可以看出,不同材料、不同的超声波频率、不同的温度都是造成超声波衰减的原因。

 

3.传播中的反射情况

 

由于超声波在介质中传播时不可避免会碰到杂质或分界面,会形成反射回波。此时超声波在穿过介质继续传播的声能就会减小。

 

空气与铁之间接触面的全反射的临界角为26°,当超声波接收探头与被测铁板表面的临界角大于这个角度时,传感器将接收不到信号。

 

两种不同的介质的声特性阻抗不匹配将会引起超声波从不同的介质穿透其分界面时会形成严重的反射形成衰减。声特性阻抗用PV来表示。其反射系数R的表达式如式:

 

表达式

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