Sulfur hexafluoride is the most commly used insulation gas in electrical systems. Gas insulated systems are widely used in the electric power industry for transmission and distribution of electrical energy. When $SF_6$ was first discovered, the potential application was only considered for insulation because of good dielectric properties. But the widespread use of $SF_6$ gas by electric power and other industries has led to increase concentrations of $SF_6$ gas in the atmosphere. This concern as to possible effects on global warming because $SF_6$ is a potent greenhouse gas. That's why firstly we studied uniform and nonuniform field property by mixing $SF_6$ and N2 gas. This paper presents the dielectric strength and insulating property for particle contamination under $SF_6/N_2$ mixtures. Two types of mixed gases(50% $SF_6$_50%$N_2$, 20% $SF_6$_80%$N_2$) were applied. We performed tests for the length and shape of particle. Test gas pressure is from 0.3 to 0.7 Mpa. The study was conducted to develop environment-friendly insulating material for GIS that can reduce $SF_6$ gas and make a design criteria for mixtures.
Jo, Hyang-Eun;Wang, Guoming;Kim, Sun-Jae;Park, Kyoung-Soo;Kil, and Gyung-Suk
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.29
no.1
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pp.44-49
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2016
Studies on a $SF_6$-mixture and -alternative gas has been in progress to reduce the use of $SF_6$ gas as an insulation material of GIS (gas insulated switchgears). In this paper, we dealt with PD (partial discharge) characteristics in pure $SF_6$ and $N_2$, and their mixtures on aspects of insulation design and risk assessment for GIS. A POC (protrusion on conductor) and a POE (protrusion on enclosure) as the major defects were fabricated to simulate PD. We analyzed the DIV (discharge inception voltage), DEV (discharge extinction voltage), pulse magnitude, counts and phase distribution of PD pulse in $SF_6-N_2$ mixtures ($SF_6$ 100%, $SF_6$ 80%-$N_2$ 20%, $SF_6$ 50%-$N_2$ 50%, $SF_6$ 20%-$N_2$ 80%, and $N_2$ 100%) according to the IEC60270. The DIV, DEV as well as magnitude of PD pulse decreased on the POC as increase of $N_2$ ratio. For the POE, the DIV and DEV in $N_2$ ratio below 50% were the same voltages as those in $SF_6$ 100%. In this experiment, $SF_6$ 80%-$N_2$ 20% mixture could be considered with the equivalent insulation performance to a GIS.
In this paper, we describe the results of a combined experimental theoretical study designed to understand and predict the dielectric properties of $SF_6$ and $SF_6+Ar$ mixtures. The electron transport, ionization, and attachment coefficients for pure $SF_6$ and gas mixtures containing $SF_6$ has been analysed over the E/N range $30{\sim}300Td$ by a two term Boltzrnann equation and by a Monte Carlo Simulation using a set of electron cross sections determined by other authors, experimentally the electron swarm parameters for 0.2% and 0.5% $SF_6+Ar$ mixtures were measured by time- of- flight method, The results show that the deduced electron drift velocities, the electron ionization or attachment coefficients, longitudinal and transverse diffusion coefficients and mean energy agree reasonably well with the experimental and theoretical for a rang of E/N values.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.59
no.2
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pp.146-150
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2010
Distribution Function and Drift velocities for electrons in $SF_6$-Ar mixtures gases used by MCS-BEq algorithm has been analysed over the E/N range 30~300[Td] by a two term Boltzmann equation and by a Monte Carlo simulation using a set of electron cross sections determined by other authors, experimentally the electron swarm parameters for 0.2[%] and 0.5[%] $SF_6$-Ar mixtures were measured by time-of-flight method. The results obtained in this work will provide valuable information on the fundamental behaviors of electrons in weakly ionized gases and the role of electron attachment in the choice of better gases and unitary gas dielectrics or electro negative components in dielectric gas mixtures. The results show that the deduced electron drift velocities agree reasonably well with theoretical for a rang of E/N values.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.11a
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pp.591-593
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2000
In this paper, we describe the results of a combined experimental theoretical study designed to understand and predict the dielectric properties of SF$_{6}$ and SF$_{6}$+Ar mixtures. The electron transport, ionization, and attachment coefficients for pure SF$_{6}$ and gas mixtures containing SF$_{6}$ has been analysed over the E/N range 30~300[Td] by a two term Boltzmann equation and by a Monte Carlo Simulation using a set of electron cross sections determined by other authors, experimentally the electron swarm parameters for 0.2[%] and 0.5[%] SF$_{6}$+Ar mixtures were measured by time- of- flight method, The results show that the deduced electron drift velocities, the electron ionization or attachment coefficients, longitudinal and transverse diffusion coefficients and mean energy agree reasonably well with the experimental and theoretical for a rang of E/N values. Electron energy distribution functions computed from numerical solutions of the electron transport and reaction coefficients as functions of E/N. We have calculated $\alpha$,η and $\alpha$-η the ionization, attachment coefficients, effective ionization coefficients, and (E/N), the limiting breakdown electric-field to gas density ratio, in SF$_{6}$ and SF$_{6}$+Ar mixtures by numerically solving the Boltzmann equation for the electron energy distribution. The results obtained from Boltzmann equation method and Monte Carlo simulation have been compared with present and previously obtained data and respective set of electron collision cross sections of theections of the
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.2
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pp.245-251
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2008
Although many studies have been carried out about binary gas mixtures with $SF_6$, few studies were presented about breakdown characteristics of $SF_6/CF_4$ mixtures. At present study the breakdown characteristics of $SF_6/CF_4$ mixtures in non-uniform field was performed. The experiments were carried out under AC voltage and standard lightning impulse(SLI) voltage. Breakdown characteristics were investigated for $SF_6/CF_4$ mixtures when AC voltages and standard lighting impulse voltage was applied in a needle-plane. The needle-plane electrode whose gap distance was 3 mm were used in a test chamber. $SF_6/CF_4$ mixtures contained from 0 to 100% $SF_6$ and the experimental gas pressure ranged from 0.1 to 0.5 MPa. The breakdown characteristics of $SF_6/CF_4$ mixtures in non-uniform field may be influenced by defects like needle-shaped protrusions. In case of slowly rising SLI voltage and AC voltage it is enhanced by corona-stabilization. This phenomena caused by the ion drift during streamer development and the resulting space-charge is investigated. In non-uniform field under negative SLI voltage the breakdown voltage was increase linearly but under positive SLI voltage the breakdown voltage increase non-linearly. The breakdown voltage in needle-plane electrode displayed N shape characteristics for increasing the content of $SF_6$ at AC voltage. $SF_6/CF_4$ mixture has good dielectric strength and arc-extinguishing properties than pure SF6. This paper presents experimental results on breakdown characteristics for various mixtures of $SF_6/CF_4$ at practical pressures. We could make an environment friendly gas insulation material with maintaining dielectric strength by combing $SF_6\;and\;CF_4$ which generates a lower lever of the global warming effect.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.49
no.9
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pp.533-540
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2000
Lightning impulse $(1.2/44[\mus])$ and damped oscillating impulse $(Osc./44[\mus])$ : 0.83[MHz]) breakdown characteristics in sulphur-hexafluoride/nitrogen (SF6-N2) mixtures were investigated. The predischarge currents were observed to clarify the breakdown mechanism. th experiments were carried out under nonuniform electric fields disturbed by a needle-shaped protrusion whose length and diameter are 10[mm] and 1[mm] at total gas pressure up to 0.5[MPa] with nitrogen concentrations varying from 5 to 20[%] in the mixture. The electrical breakdowns of SF6-N2 mixtures for both the positive and negative polarities develop with steplike pulses in leader mechanism and the breakdown voltage -time (V-t) characteristics were affected by the space charge. The voltage-time curves for the negative oscillating impulse voltage were extended over the longer time range. The minimum breakdown voltages for the negative lightning and oscillating impulse voltage were higher than those for the positive ones. in particular the positive breakdown voltages were independent of the gas pressure.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.14
no.9
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pp.773-778
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2001
In this dissertation the results of the combined experimental and theoretical studies designed to understand and predict the spatial growth and transport coefficients for electrons in SF$_{6}$ and SF$_{6}$-Ar mixtures have described. The ionization and attachment coefficients in pure SF$_{6}$ and SF$_{6}$-Ar mixtures have been calculated over the range of 10$_{6}$ molecule and for Ar atom proposed by other authors. The transport coefficients for electrons in (0.2%)SF$_{6}$-Ar and (0.5%)SF$_{6}$-Ar mixtures were measured by time-of-flight method, and the electron energy distribution function and the parameters of the velocity and the diffusion were determined by the variation of the collision cross-sections with energy. The results obtained in this work will provide valuable information on the fundamental haviors of electrons in weakly ionized gases and the role of electron attachment in the choice of better gases and unitary gas dielectrics or electro negative components in dielectric gas mixtures. gas mixtures.
The discharge processes in electro-negative gases with non-uniform field gape are composed of the formation of pulsed streamer corona, the transition of the streamers into leader step, the temporal development of the leader channel, and the stepped propagation of leader through the gap. In this paper, the first corona inception characteristics in $SF_6$ gas and $SF_{6}-N_{2}$ mixtures, related to the propagation of loader and the space charge effect, were experimentally investigated with positive and negative transient impulse voltages.
In this work, experimental investigation was carried out for the breakdown characteristics of $SF_6$, $N_2$ and their mixtures under the uniform and non-uniform electric field, by use of HVAC and standard impulse testing voltages, as a function of different gas pressures from 1 atm to 5 atm. The results show that the dielectric strength of the $SF_6$ mixed in $N_2$ was significantly increased at its portion of 10%, which might imply that the optimum mixture of $SF_6$ for the HV switch gear could be proposed to be 10%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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