从振动原理划分,声波为机械振动波,通过传播介质的振动进行传播。电气设备发生局部放电过程中产生剧烈的分子撞击,通常情况下局部放电是以脉冲形式产生,由此产生的分子撞击也是以脉冲形式进行,这种动能以声波的形式表现出来就形成了声波。实验室证明由局部放电产生的声波通常由多种波形叠加形成,频率所占区域很宽,超声波法即是通过检测超声波发生源来确定局部放电部位的方法。
(一)超声波定义:
人耳可听范围为16Hz-20KHz。当声波的频率低于16Hz时称为次声波,高于20KHz时称为超声波。
(二)超声波局部放电检测原理:
当电气设备内部发生局部放电时,会伴随电气冲击、振动及声波。超声波法(AE,即声发射法)通过在设备外壳外壁(或腔体外壳内侧)预装超声波传感器来测量局部放电信号。其优点是超声波传感器与电气设备无电回路的联系,与设备的运行状态无关,不受设备电气参数影响。缺点是现场设备复杂时易受周围设备机械振动及环境背景噪声影响。同时受超声信号在金属、陶瓷及橡胶制品中衰减较大影响,通常情况下超声波局部放电不宜进行长距离的局部放电点检测,但在短距离探测过程中其定位精度令人满意,如图所示。
超声波局部放电检测原理图
声波的传播途径
纵波20℃时的传播速度
声波并非无损传播,受波的扩散(气体、液体介质)、反射和热传导(固体介质)等因素影响,在介质中传播其能量会减弱。理想状态下,声波在均匀无衰减介质中传播,则声压与声源的距离成反比,声强与声源的距离的平方成反比。声波同样具有折射性和反射性,在不同介质的交界面上,会发生折射和反射现象。两种介质的声特性阻抗越大这种作用就越明显,即声波由声特性阻抗小的介质传播到声特性阻抗大的介质时其声波在声特性阻抗差异较大的界面上时会有较多的能量发生反射,反之则有较多的能量发生折射。此外,声波在介质中的衰减还与频率有关,频率越高传播单位距离的损耗越大。在空气中声波的衰减约正比于频率的2次方和1次方的差;在液体中声波的衰减约正比于频率的2次方;而在固体中声波的衰减约正比于频率。几种常见材料的声波传播衰减见下表。
纵波在几种材料中传播时的衰减