目前,國內(nèi)外已有相當(dāng)多的文獻(xiàn)研究如何用超聲波信號定位變壓器內(nèi)部的局部放電源。然而,對變壓器局部放電產(chǎn)生超聲波的機(jī)理和傳播規(guī)律的研究并不多。為了更好地運(yùn)用超聲波來檢測和定位局部放電源,對局部放電產(chǎn)生超聲波的機(jī)理和傳播規(guī)律的研究顯得尤為重要。在變壓器中,只要存在局部放電,隨著放電的發(fā)生,在放電過程中就會伴隨著崩裂狀的聲發(fā)射,產(chǎn)生超聲波,且很快向四周傳播。
絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生局部放電的原因很多,放電形式也多種多樣,因此放電過程很復(fù)雜。然而,變壓器油中的氣泡或其固體絕緣介質(zhì)中的氣隙是變壓器局部放電通常發(fā)生的場所。
波起源于振動(dòng),具有彈性和慣性的力學(xué)系統(tǒng)都具有振動(dòng)的能力。當(dāng)變壓器內(nèi)部的絕緣介質(zhì)發(fā)生局部放電時(shí),由于氣泡受到電場力或壓力的作用,會發(fā)生膨脹和收縮的過程,這將引起局部體積的變化。局部體積的變化將在外部產(chǎn)生超聲波。當(dāng)過電壓很低時(shí),某些局部放電幾乎不向外輻射熱量;當(dāng)過電壓很高時(shí),另外一些局部放電則可能向外輻射很高的熱量。變壓器內(nèi)部的絕緣介質(zhì)發(fā)生局部放電時(shí),氣泡處于一定的電場中,這時(shí)氣泡帶有一定的電荷,因此氣泡會受到電場力的作用。在局放向外輻射很高熱量的情況下,電弧電流會在放電通道中產(chǎn)生高溫,此高溫會使氣泡膨脹而受到一定的壓力。因此,氣泡產(chǎn)生超聲波主要受2個(gè)因素影響:其一為局放瞬時(shí)氣泡所承受的電場力;其二是局放產(chǎn)生后所發(fā)出的熱量使氣泡擴(kuò)張,這樣氣泡將承受壓力的作用。當(dāng)過電壓較低時(shí),承受電場力的氣泡會形成振幅慢慢減小的振蕩運(yùn)動(dòng),進(jìn)而超聲波會在周圍的絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生。當(dāng)過電壓較高時(shí),氣泡將發(fā)生放電,進(jìn)而被擊穿,從而產(chǎn)生細(xì)微的線度參差不齊的放電路徑,放電路徑內(nèi)的氣體受到強(qiáng)烈的電離與加熱,氣體的加熱引起放電路徑的膨脹,進(jìn)而使氣泡受到壓力,從而在絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生超聲波。實(shí)際上,變壓器內(nèi)部絕緣介質(zhì)的局部放電中超聲波的產(chǎn)生通常是上述兩種因素聯(lián)合作用的結(jié)果。