局部放電發(fā)生的物理過(guò)程很復(fù)雜，它的產(chǎn)生有很多原因。由于局部放電一般是都是在變壓器油中的氣泡或絕緣介質(zhì)中的氣隙發(fā)生的，因此本文以氣泡模型作為離子分析局部放電產(chǎn)生超聲波的過(guò)程。
宏觀上講，局部放電發(fā)生時(shí)，由于氣泡帶電，所以會(huì)受到電場(chǎng)力的作用而發(fā)生擠壓，從而引起氣泡局部體積的變化。氣泡體積變化會(huì)對(duì)周圍形成疏密波，這種波就是超聲波。局部放電產(chǎn)生超聲波的過(guò)程其實(shí)就是是電一力一聲轉(zhuǎn)化的過(guò)程，本文采用電一力一聲類比的方法研究局部放電產(chǎn)生超聲波的機(jī)理。
從數(shù)學(xué)角度上分析，電磁振動(dòng)、力振動(dòng)及聲波振動(dòng)都有相似的類型的微分方程，這種數(shù)學(xué)角度上的相似性決定了它們?cè)谖锢肀举|(zhì)上也有一定的相似性。
電-力-聲類比表
| 電學(xué) | 力學(xué) | 聲學(xué) |
| 電壓 | 力 | 聲壓 |
| 電流 | 速度 | 體速度 |
| 電感 | 質(zhì)量 | 聲質(zhì)量 |
| 電容 | 力順 | 聲容 |
| 電阻 | 力阻 | 聲阻 |
氣泡模型圖
如圖所示，設(shè)變壓器內(nèi)部有個(gè)氣泡為Q，半徑為：質(zhì)量為M，氣泡處于電場(chǎng)中帶有電荷。發(fā)生局放前氣泡到外加電場(chǎng)力Fe，氣泡內(nèi)部會(huì)有Fq與之平衡，此時(shí)氣泡處于受力平衡狀態(tài)。局部放電發(fā)生時(shí)一個(gè)納秒級(jí)的過(guò)程，相對(duì)微秒級(jí)的超聲波發(fā)生過(guò)程來(lái)說(shuō)，這個(gè)過(guò)程是很快，所以局部的震蕩可以忽略不計(jì)，可以簡(jiǎn)化成是一個(gè)單脈沖，局放一發(fā)生，氣泡所受的電場(chǎng)力Fe消失，氣泡的受力不再平衡，于是發(fā)生震動(dòng)，此時(shí)對(duì)施加的力有三個(gè)：從力順元件Cm到氣泡壁的彈性力；從力阻元件Rm到氣泡壁的摩擦力；從質(zhì)量元件Mm到氣泡壁的慣性力。
有研究表明，在納秒級(jí)的范圍內(nèi)，超聲波的幅值與脈沖的寬度成正比，但當(dāng)時(shí)間范圍超過(guò)10納秒之后，超聲波急劇衰減，其幅值與脈沖寬度的平方甚至N次方成反比，其頻率不受脈沖寬度影響。
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