SF6/argon karışımlarının delinme dayanımı açısından incelenmesi ve yüksek gerilim cihazlarında kullanımına katkıları
The Investigation of the SF6/argon mixtures from the point of the breakdown strength and their effects on the use of the high voltage apparatus
Yazar: MEHMET AKİF ŞENOL
Danışman: PROF. DR. AYTEN KUNTMAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2003
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Argon gazı = Argon gas ; Delinme dayanımı = Breakdown strength    ; Yüksek gerilim = High voltage

Özet:
ÖZET SF6/ARGON KARIŞIMLARININ DELİNME DAYANIMI AÇISINDAN İNCELENMESİ VE YÜKSEK GERİLİM CİHAZLARINDA KULLANIMINA KATKILARI Yüksek gerilim cihazlarında yalıtkan olarak kullanılan gazların başında kükürt hekzafluorür (SF6) gelmektedir. SF6 gazı, yüksek dielektrik dayanımı, düşük sıvılaşma sıcaklığı, ark söndürme imkanı, alevlenmeme gibi özelliklerinden dolayı tercih edilir. SF6'nın pahalı olması nedeniyle son yıllarda SF6'nın kolay elde edilebilen ucuz gazlarla karışımının yalıtkanlık davranışları incelenmeye başlanmıştır. Öte yandan 1997'de yapılan "KYOTO İklim Değişikliği Protokolü" dünyadaki sera etkisinin azaltılması için doğal olmayan gaz emisyonlarının azaltılmasını öngörmektedir. Dünyada SF6 üretiminin halen 6000-8000 ton/yıl olduğu, bunun %4,5'inin atmosfere atıldığı, 2010 yılından itibaren SF6 emisyonlarının daha da artacağı dikkate alınarak; doğal olmayan bu gazın yarattığı global ısınma etkisini önlemek üzere tedbir alınması gerekmektedir. Bu çalışmada; düşük ark endüktansı, yüksek akım değerlerindeki iyi iletim kabiliyeti, yüksek sıcaklıklardaki kimyasal kararlılığı gibi özellikleriyle diğer gazlardan ayrıcalıklı özelliklere sahip ve ucuz olan Argon (Ar) gazı, SF6 ile karıştırılarak iki gazın üstün özelliklerinden müteşekkil bir karışım elde edilmiş ve muhtelif kısmi basınç oranlarında, düzgün olmayan elektrik alanında, alternatif, pozitif ve negatif doğru gerilimlerde, delinme dayanımının değişimi incelenmiştir. Deneylerde sabit aralıklı küre-düzlem ve çubuk-düzlem elektrod sistemleri kullanılmıştır. Deney sonuçlarından, SF6'ya göre delinme gerilimi çok düşük olan Ar içine SF6 ilave edilmesiyle oluşan SF6/ Ar karışımının delinme dayanımının hızla yükseldiği, bu hızlı artışın Ar içindeki SF6 oranının %20 değerine kadar önem kazandığı, %20'den daha büyük SF6 oranlarında doyma etkisinin başladığı, %50SF6+50Ar oranında, karışımın delinme dayanımının SF6'nın delinme dayanımına yaklaştığı, özellikle %75SFö+25Ar karışımında ise alternatif gerilimlerde SF6'nın delinme dayanımına önemli ölçüde yaklaştığı tespit edilmiştir. Ayrıca bu gaz karışımlarının farklı gerilim türlerindeki davranış farklılıkları gözlenmiş, delinme dayanımlarının alanın düzgünsüzlüğüne ve basıncın değişimine bağımlılığı irdelenerek diğer gaz karışımları için verilen delinme gerilimi denklemlerinin SF6/Ar gaz karışımları için uygulanabilme şartlan incelenmiş, Nema tarafından verilen diğer gaz karışımlarına ilişkin delinme gerilimi denklemlerinden hareketle, SF6/Ar gaz karışımı için teorik delinme gerilimi denklemi elde edilerek deney sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve yüksek gerilim cihazlarında kullanımına kalkılan tartışılmıştır. XTV

Abstract:
SUMMARY THE INVESTIGATION OF THE SF6 / ARGON MIXTURES FROM THE POINT OF THE BREAKDOWN STRENGTH AND THEIR EFFECTS ON THE USE OF THE HIGH VOLTAGE APPARATUS As it is known, the most widely used gas as an insulator in high voltage apparatus is the sulfur hexafiuoride (SFö). It's high dielectric strength, low decompositional temperature, arc extinguishing capability and non-flammability characteristics makes it a quite preferable gas. In recent years, due to the high cost of the SFö, the insulating characteristics of its mixtures containing other widely available and cheap gases has started to be investigated by the scientists. On the other hand, the Kyoto Protocol on climate change which was put into effect in 1997, mandates that the non-natural gas emissions should be reduced to certain levels with ultimate aim to limit the greenhouse gas emissions. Taking into account the world-wide production of SFö ranging in between 6000-8000 t/year and the fact that 4.5% of that amount is emitted to the atmosphere which further increases the total amount of SFs emissions by the year 2010 and beyond, necessary mitigation measures should be taken to prevent global heating caused by the emissions of non-natural SF6. This research work studies the variation of breakdown strength of the mixture which was formed by the addition of Argon in to SF6 gas with its advantageous characteristics over other gases such as low arc inductance, good quality of conductivity, chemical stability in a non-homogenous electrical field under the conditions of high temperatures, partial pressure rates, alternating, positive and negative DC voltages. Throughout the experiments, fixed gap spherical-plane and rod- plane electrode systems were used. Experimental results have shown that SFö/Ar mixture which was formed by the addition of SFö in to Argon which is breakdown voltage is comparatively lower than that of SFö, the mixture's breakdown strength sharply increased. This increase was continued till the ratio of SFö in Argon reached 20%. For the SFö ratios above 20%, the saturation has taken place and at 50% SF6+50%Ar mixture, the breakdown strength of the mixture has been detected to get close to that of SFö. Specifically at %75SF6+%25Ar, the breakdown strength of the mixture have been found to get closer to that of pure SF6 even further. Additionally, differences in the behaviors of the gas mixtures under various voltages, dependence of breakdown strength on the field non- uniformity and pressure were also examined. Applicability of the reported equations of the breakdown voltages for other gas mixtures of the SFö/Ar and their utilization in high voltage apparatus were discussed. Taking into consideration the equations of the breakdown voltages for other gas mixtures reported by Nema we found out the equation of the breakdown voltage for SFö/Ar gas mixtures and compared with test results. XV