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局部放电超声信号在GIS中的传播特性
点击次数:796 发布时间:2018-06-25

1.1 超声信号路径

 

以跳动粒子和局部放电作为两个声波发射源。这一声信号有很宽的频带,且可达几百千赫。从GIS内部的声源和到外部声传感器的路径见图所示。从图中可以看到,对于两个声源的传播路径有很大的区别。从粒子发出的声信号直接到达金属壳,然后通过金属到达传感器。另一方面,放电产生的声信号,同样也是在到达传感器之前通过SF6气体和金属壳体。由传感器测得的声信号幅值和形状,不但是发射源的函数,而且与路径有很大关系。所以,对于传播中的声波形状特征要根据当时的GIS结构特征而定,尤其用超声波定位,就更应考虑声的传播路径。

声的传播路径

              声的传播路径

1.2 声波传播中的衰减

 

声波的幅值与声能的平方根成正比。当声波在均匀且无限的介质中传播时,声波的衰减与距发射源的距离的增加而减小。声波衰减是由于介质对声能的吸收和空间衰减而来。吸收是声波在气体介质的损耗,而在金属中的损耗较小,可在较短距离内忽略不计。在SF6气体中,声能的吸收基本不变,可谓一常数。若声能为100dBm,在40kHz时SF6吸收为26dBm。空间衰减只简单受空间几何形状的影响,在点声源发射情况下,球形声波的波强与距声源的距离的平方成反比。对于柱形声波强的衰减正比于距离。一维直线波没有空间衰减。以上关系在一个波长内是无效的。

 

1.3 声波传播形式

 

在无限大的固体中,压力波和剪力波是共存的,而且两种波的传播速度并不相同,剪力波速大约为压力波速的60%。它们的频率可认为是相互独立的频率,在气体中只有压力波存在,声速在一个大气压SF6气体中的传播速度为156m/s。

 

在复杂的结构中,如GIS中,声波形式变得更复杂。大量的附加波掺杂在其中。这些复杂的声波可分解为压力波和剪力波,而且依靠结构的几何形状、边界条件、材料等。一般情况下,每种形式都有其自己的相速度和波群速度,相速度和群速度都由频率决定。

 

对于声波特性来说,当G工S密封的管壁厚度和平板厚度相同时,GIS管壁与平板具有的相同的特性。在管壁内存在零次和一次两种基本波,如图所示。零次波一般为弯曲波和半纵向波。相速度和波群速度随频率变化的关系见图所示。如图所示,速度取决于平板厚度和频率的乘积,如果乘积小于2mmMHz,则只产生了零次波。

平板内的波形

                      平板内的波形

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