SF6-CF4-Ar gaz karışımında elektriksel boşalma parametrelerinin hesaplanması ve ölçülmesi
Calculation and measurement of electrical discharge parameters in SF6-CF4-Ar gas mixture
Yazar: HIDIR DÜZKAYA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SÜLEYMAN SUNGUR TEZCAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Yüksek gerilim sistemleri = High voltage systems

Özet:
Bu çalışmada elektrik güç uygulamaları, plazma işleme ve gaz izoleli sistemler gibi endüstriyel uygulamalarda sıklıkla kullanılan SF6 (kükürt hekzaflorür) gazına alternatif niteliğindeki ikili ve üçlü gaz karışımlarının elektriksel boşalma parametreleri iki terimli Boltzmann eşitlikleri kullanılarak hesaplanmıştır. SF6 gazının yüksek dielektrik dayanımı ve ısıl kararlılığınna rağmen, diğer yalıtkan gazlarla kıyaslandığında nispeten yüksek maliyeti ve sera gazı etkisi nedeniyle Kyoto Protokolü başta olmak üzere uluslararası anlaşmalarla kullanımının sınırlandırılmış olması güç sistem ekipmanlarında alternatif gaz arayışlarını güncel tutmaktadır. Bu çalışmada, güç sistem ekipmanlarda kullanılabilecek alternatif gaz yalıtkanları için ikili ve üçlü gaz grupları önerilmiş ve her bir gaz grubuna ait elektron ortalama enerjisi, sürüklenme hızı, iyonlaşma, yapışma ve efektif iyonlaşma katsayısı gibi elektriksel boşalma parametreleri Boltzmann eşitlikleri kullanılarak elde edilmiştir. Bu parametreler, saf SF6, CF4 ve argon ve ikili SF6-Ar ve CF4-Ar gaz karışımları için literatürdeki verilerle karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Efektif iyonlaşma katsayısı kullanılarak elde edilen kritik elektrik alan değeriyle hesaplanan delinme gerilimi, deneysel düzenek kullanılarak elde edilen ölçümlerle karşılaştırılmıştır. Ölçüm değerlerinin hem hesaplama sonuçları hem de literatürdeki verilerle doğrulanması sonrası, literatürde daha önce çalışılmayan SF6-CF4-Ar üçlü gaz karışımı Boltzmann eşitlikleri metodu ve ölçüm sistemi kullanılarak incelenmiştir. Bu üçlü gaz karışımının elektriksel boşalma parametreleri hesaplanmış ve her iki yöntemle elde edilen delinme gerilimi değerleri literatüre bir katkı olarak sunulmuştur.

Abstract:
In this study, the electrical discharge parameters of binary and triple gas mixtures which are used as alternative to SF6 (sulfur hexafluoride) gas, and are frequently used in industrial applications such as electric power applications, plasma processing and gas insulated systems, were calculated by using two-order Boltzmann equations. Despite the high dielectric strength and thermal stability of SF6 gas, its relatively high cost compared to other insulating gases and the limited use of it with international agreements, particularly the Kyoto Protocol, due to its greenhouse effect, keep the investigation for alternative gas in power system equipment up to date. In this study, binary and triple gas groups were proposed for alternative gas insulators which could be used in power system equipments and electrical discharge parameters such as electron mean energy, drift velocity, ionization, attachment and effective ionization coefficients of each gas group were obtained by using Boltzmann equations. These parameters were verified by comparing the data in the literature for pure SF6, CF4 and argon and binary SF6-Ar and CF4-Ar gas mixtures. The breakdown voltage calculated with the critical electric field value obtained using the effective ionization coefficient was compared with the measurements obtained using the experimental set-up. After the measurement values were confirmed by both the calculation results and the data in the literature, the SF6-CF4-Ar ternary gas mixture which was not studied before in the literature was investigated by using the Boltzmann equation method and the measurement system.  The electrical discharge parameters of this ternary gas mixture were calculated and the breakdown voltage values obtained by both methods were presented as a contribution to the literature.