Calculation of the electron distribution function and its transport parameters in SF6-He applied gas mixture

• Published in: Journal of Kufa-Physics Vol. 5; no. 2; pp. 59 - 70
• Main Authors: Majid, Rad Hamid, Husayn, Abd al-Rahman Mahmud, Shuwaikh, Ahmad Musa
• Format: Journal Article
• Language: Arabic; English
• Published: Najaf, Iraq University of Kufa, Faculty of Science, Department of Physics 2013
• Subjects: Electric cables; Electric insulators and insulation; Gas insulation; العازل الكهربائي; الكابلات الكهربائية
• EISSN: 2312-6671
• ISSN: 2077-5830

There are two important types of basic gas-insulated apparatus used by electric power industry : i. gas-insulted transmission lines and ii. gas-insulated transformers. SF6−HeMixture are considered to be used in circuit breakers, helium has a very blow dielectric strength (~3 % that of SF6 in uniform fields) and contributes virtually nothing to the dielectric strength of the mixture. Helium however, complements SF6 in terms of its cooling capacity because it is very light, and does not react chemically eitherSF6, or the gas impurities present in commercialSF6, or the system components. The motion of electrons in plasma gas sulfur hexafluoride (SF6) and its mixture with inert gas He in the present of applied uniform electric field is simulated by using the numerical solution of Boltzmann's transport equation technique. The numerical solutions are utilized within the international computer code program called ''NOMAD'' written in FORTRAN 77, by using the Finite difference method. The energy distribution function and the swarm transport parameters of electron accelerated by DC electric field in a mixture of SF6−He, are evaluated and compared with experimental result of drift velocity (vd), average energy (ϵ̅), characteristic energy (ϵk), diffusion coefficient (D), and electron mobility (μ). We conclude that the calculation value has a percentage agreement with international published experimental value over the range of E / N in Td units (E is the electric field and N concentration gas molecules). One can interpret the existence percentage error to the accuracy of the using cross section data for both elastic and inelastic collisions, since their exist many laboratory published data.
في الجانب الصناعي و التطبيقي, يتواجد نوعين من الأجهزة الكهربائية العملاقة لإنتاج الطاقة, النوع الأول يطلق عليه خطوط نقل الطاقة الكهربائية و النوع الثاني يطلق عليها المحولات الكهربائية. الخليط الغازي SF6−He يؤخذ بنظر الاعتبار كوسط عازل في دوائر القطع الكهربائي, حيث يمتلك غاز الهليوم (He) شدة عزل ضئيلة جدا مقارنة مع غاز سداسي فلوريد الكبريت (SF6) في المجالات المنتظمة و بذلك تكون مشاركته محدودة جدا في عملية العزل. في الوقت ذاته يعمل غاز الهليوم مع غاز سداسي فلوريد الكبريت بزيادة سعة التبريد لكونه من الغازات الخفيفة ولكونه لا يتفاعل كيمياويا مع الغاز ذاته.
حركة الإلكترونات في بلازما غاز (SF6) أو خلائطه مع الغازات الخاملة بوجود مجالات كهربائية منتظمة تمثل حسابيا من خلال الحل العددي لمعادلة الانتقال لبولتزمان Boltzmann's transport equation و المتمثلة في البرنامج العالمي المعروف باسم NOMAD و المكتوب بلغة فورتران 77 باستخدام طريقة التفريق المحدد Finite difference technique. دالة التوزيع و عوامل الانتقال للإلكترونات المعجلة بواسطة المجال الكهربائي للخليط الغازي SF6−He تم حسابها و قورنت النتائج مع نظيرتها العملية المنشورة عالميا, و لوحظ وجود توافق أو تطابق مقبول بنسبة معينة و يعزى التفاوت القليل إلى دقة المقاطع العرضية للتفاعلات المرنة و الغير المرنة بمختلف أنواعها, حيث تتوفر بيانات عديدة لهذه المقاطع العرضية و لتجارب مختلفة الظروف و المنشأ.