局(jú)部(bù)放(fàng)電發生的物理過程很複雜,它的產生有很(hěn)多原因(yīn)。由於局部放電(diàn)一般是都是在變壓器油中的氣泡或絕緣介質中的氣隙發(fā)生的,因此本文以氣泡模型作為離(lí)子(zǐ)分析局部放電產(chǎn)生超聲波的過程。
宏觀上講,局部(bù)放電發生時,由於氣泡帶(dài)電,所以會受到電場力(lì)的作用而發(fā)生擠壓(yā),從(cóng)而引起氣泡局部體積的變(biàn)化(huà)。氣泡體積變化會對周(zhōu)圍形成疏密波,這種波(bō)就是超聲波。局部放電產生超聲波的過程其實就是是電一力一聲轉化的過程,本文采用電一力一聲類比的方法研究局(jú)部放電產生超聲波(bō)的機理。
從數學角(jiǎo)度上分析,電磁(cí)振動、力振動及聲波振(zhèn)動都有相似的類型的微分方程(chéng),這種數學角度上的相似性決定了它們(men)在(zài)物理本質上也有一定的相似性(xìng)。
電-力-聲類比(bǐ)表
電學 | 力學 | 聲學 |
電壓 | 力 | 聲壓 |
電流 | 速度 | 體速度 |
電感 | 質量(liàng) | 聲質量 |
電容 | 力順 | 聲(shēng)容 |
電阻 | 力阻 | 聲阻 |
氣泡模型圖

如圖所示,設(shè)變壓器內部(bù)有個氣泡為Q,半徑為:質量為M,氣泡處於電場中帶有電荷。發生局(jú)放前氣泡到外加電場力Fe,氣泡(pào)內部(bù)會有Fq與之平衡(héng),此時氣泡處於受力平衡狀態。
局(jú)部放電發生時一(yī)個(gè)納秒級的過程,相對微秒級的超聲波發生過程來說,這個過程是很快,所以局部的震蕩可以(yǐ)忽(hū)略不計,可以簡化成是一個單脈衝,局放一發生,氣泡(pào)所受的電場力Fe消失,氣泡的受力不再平衡,於是(shì)發生震動,此(cǐ)時對施加的力有三個:從(cóng)力順元(yuán)件Cm到氣泡壁的彈性力;從力(lì)阻元件Rm到氣泡壁的摩(mó)擦力;從質量元件Mm到氣泡壁的慣性力。
有研究表明,在納秒級的範圍內,超聲波的幅值與脈衝的寬度成正比,但當時間範圍超過10納秒之後,超(chāo)聲波急劇衰減,其(qí)幅值與(yǔ)脈衝寬度的平方甚至N次方成反比,其頻率不受脈衝寬度影響。