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揚州國浩電氣有限公司
主營產品： 局部放電測試儀,超聲波局部放電測試儀,開關柜局部放電測試儀,局部放電在線監測,電力電纜故障測距儀,高壓電纜故障測試儀,高壓電纜故障檢測儀,通信電纜故障綜合測試儀 |
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2017-11-2 閱讀(3258)
局部放電經常發生在電力設備內部，在測量局部放電聲波時，傳感器一般布置在設備的外殼上，所以，聲波到達檢測點的過程中會發生衰減，并且由于介質界面的不一致，還會發生反射，在不同的介質中傳播速度也不同。例如在液體介質和氣體介質中，由于沒有橫向運動的彈力，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。因此應用超聲檢測法檢測局部放電時，在氣體和液體介質中主要測量得到的是縱波。在固體介質中，得到的一般橫波。假如在GIS設備內部發生了局部放電，則縱波會通過SF6氣體傳播到金屬外殼，zui后又會在外殼上進行傳播。
在檢測時，使用超聲波zui大的好處就是能夠進行局部放電的定位，在進行定位的過程中，首先需得到在不同溫度的情況下不同介質中超聲波的傳播速度。如圖1所示，在變壓器中存在礦物質的油層，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，聲波的能量會逐漸減小，這樣的現象叫衰減。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 |
從表中可以發現，對不同的材料，聲波的衰減速度也是差別很大的，以40 kHz的聲波為例，和在空氣中出現的衰減速度相比，聲波在SF6氣體當中發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，所以在對局部放電進行檢測時，為了能夠在較遠距離對聲波進行檢測，聲波傳感器必須具有足夠高的前置放大設備增益。
在介質中進行傳播時，超聲波不僅會出現一定程度的衰減，而且具有非常強的方向性，所以在傳播的過程中，超聲波會在兩種介質的交界處發生反射，這種反射現象的發生會進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°，當超聲波的入射角超過了該值時，超聲波會就產生全反射，從而導致傳感器無法接收到任何信號。所以，在實際檢測過程中，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。
對不同的介質而言，其具有的聲阻抗是不盡相同的，而聲波在不同介質之間的傳遞也會出現不同程度的衰減，對某一固定介質而言，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，聲波在兩個介質的交界處會產生衰減，其反射時的系數如下：
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，但互相接觸的介質所具有的聲阻抗，從上式能夠看出，聲波在發生反射時導致的衰減程度和兩種接觸的介質具有的聲阻抗差的大ρν小成正比。
