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超声波法检测局部放电的原理
点击次数:2261 发布时间:2017-12-19

机械波在弹性介质中传播时,按波的频率不同可以分为次声波、声波和超声波三种。其中,频率低于20Hz的称为次声波;频率在0.02-20kHz之间的称为声波,这正是能被人们听觉所识别的机械波的频率范围;超声波的频率范围为20kHz以上。超声波的特性与声波差不多,但是因为超声波的频率要高于声波,它具有一些与声波不同的特性。声波和超声波都可以在气体、液体和固体中传播,但是声波是一种纵波,而超声波在不同的介质中则有所不同。超声波在气体和液体中以纵波的形式传播,在固体中则以横波的形式传播。超声波的频率高于声波,频率较高的结果会使超声波在传播过程中相比声波的衰减更大,一般,20kHz-40kHz的超声波在空气中传播5m就会衰减很多。

 

超声波的特征值包括声强、声压和声阻抗:

 

声强(I):定义为单位时间内垂直通过单位面积的声的能量。声强的大小与机械波的频率的平方成正比,由于超声波频率很高,所以它的声强相对很大,这种特征正是超声波能够用于绝缘状态诊断的重要依据。

 

声压(P):介质在没有受到任何外力时候所具有的压强称为静态压强,用P0表示。当超声波在介质中传播时,传播的过程中,介质的质点会振动,振动会使介质中的压强交替变化。令超声场传播路径中的某一点在某一瞬间的压强值为Pr,声压就是该点的Pr与该点的静态压强之差。

 

声阻抗(Z):定义为超声波传播路径上的某一点的声压P与该点的质点振动速度v之比,它的大小可以表示超声场中的介质对质点振动的阻碍作用的强弱。

 

在GIS内部发生局部放电时,就会产生冲击波,检测这种冲击波可以发现早期内部绝缘缺陷的异常。这种冲击波具有广泛的频率范围,为了减少现场噪声的干扰而利用超声波范围的声进行局部放电检测。局部放电的位置到超声波传感器之间有一定的距离,在超声波传播的过程中,可能会遇到GIS内的夹层、裂缝等,这些情况会改变局部放电超声波信号的幅值、相位、频谱等特征。超声波检测局部放电的探头为压电传感器,当超声波传播至传感器时,传感器根据压电原理将振动信号变成电信号。然后对电信号进行放大、变换等运算处理,根据实际的需要可以得到信号的波形、到达时间等信息,根据这些数据信息可以对GIS内部局部放电的情况进行定量分析和定位。

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