8/20/2019 SF6 vs VCB - MV

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I E E ETRANSACTIONSON INDUSTRYAPPLICATIONSVOL.I A - 2 0 ,NO . 5 , SEPTEMBER/OCTOBER1 9 8 4

A C o m p a r i s o no f Vacuuma n d S F 6Te c h n o l o g i e sa t 5 - 3 8kV

DAVIDL . SWINDLERM E M B E R ,I E E E

A b s t r a c t - C o m p a r i s o n sar e made b e t w e e nc h a r a c t e r i s t i c so f vacuuma n d S F 6( s u l f u rh e x a f l o r i d e )i n t e r r u p t e r sas a r e s u l to f c o m p a r a t i v et e s t s ,a n d pape r s r e l a t i n gt o t h e s u b j e c tar e r e v i e w e d .S u b j e c t sar e d i s c u s s e dw h i c ha r e n o t c u r r e n t l yd e f i n e db y e x i s t i n gi n d u s t r ys t an d ar d s b u tw h i c ha r e i m p o r t a n tt o t h e u s e r . A t t h i sp o i n t i n t i m e ,vacuum t e n d s t o f a v o rs h o r t r ange e c o n o m i c sa n d y i e l d sl o n g e r l i f e f o r h i g h l yr e p e t i t i v eo p e r a t i o n sa t l o ad b r e akc u r r e n t l e v e l s .S F 6t e c h n o l o g yt e n d s t o i n c r e a s es y s t e mr e l i a b i l i t yd u e t o a n u m b e ro f i n h e r e n tc h a r a c t e r i s t i c s .

INTRODUCTIONVACUUM a n d s u l f u rh e x a f l o r i d e( S F 6 )t e c h n o l o g i e sas

a p p l i e dt o h i g h - v o l t a g ec i r c u i tb r e a k e r sa n d motor c o n t r o lh a v eb e e nu s e de x t e n s i v e l yf o rover 2 0 y e a r s in var ious f o r m s .P a r t i c u l a r l yc o n s i d e r i n gc i r c u i tb r e a k e r s ,t h e s et e c h n o l o g i e sar e r a p i d l yr e p l a c i n go l d e rt e c h n o l o g i e ss u c ha s o i l m a g r e t i ca i r , a n d a i r b l a s tb r e a k e r s .E a c h t e c h n o l o g yh a s f o u n ds p e c i a l t i e s ,w i t h c e r t a i nt e c h n o l o g i e sd o m i n a t i n gs p e c i f i ca p p l i c a t i o n s .I nr e c e n t y e a r s , vacuum i n t e r r u p t e r sh a v ef o u n dm o r e us e b e l o w3 8 kV a n d S F 6 ,w h i l emore f r e q u e n t l yu s e da b o v e6 9 k V , i s now b e i n gu s e d a t a l lv o l t a g e sd o w nt o 2 . 3kV. W i t h i nt h erange o f 2 . 3 - 3 8 k V , t h e r eis a n . a r r a yo fp r o d u c t s .Amongt h e s ea p p l i c a t i o n sar e h i g h - v o l t a g em o t o rc o n t r o l l e r s ,h i g h - v o l t a g e l o a db r e a ks w i t c h g e a r ,s t a t i o nc i r c u i tb r e a k e r s ,m e t a l - c l a ds w i t c h g e a r ,a n d many o t h e r sw h i c hnowuse e i t h e rvacuum o r S F 6t e c h n o l o g i e s .

VACUUM T E C H N O L O G YA v a c u u m i n t e r r u p t e r( F i g .1 )u s u a l l yc o n s i s t so f two b u t t

c o n t a c t sa r r a n g e di n a vacuum c h a m b e rh a v i n ga p r e s s u r e i nt h erange o f 1 0 - 8

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1 3 5 6 I E E ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ E ER A N S A C T I O N SONI N D U S T R YA P P L I C AT I O N S ,V O L .I A - 2 0 ,N O .5 S E P T E M B E R / O C T O B E R1 9 8 4

S T AT i O N A R YTERMIAL

VACUUM

C O N A D E N S I N GS H I E L D

F i X E DCONTACT

M V B E C O N TA C T

C E A ~ E N V E L O P E

F i

F I L L E RP L U G

O P E R AT I N GROD-

U P P E RC U R R t E N TT E R M I N AT I O N

CONTACTSTEM

MOVABLCONTACT

I N S U L AT I N GNOZZLE

~ - M A I NC O N T r A C T S

-CONTACTS E P A R A T I O N

IBELLOWS

~ - MOVABLET E R M I N A L i g1 . V a c u u mi n t e r p r e t e r .

CRANK

R O L L E R S

j EPOXY E N V E L O P E

~ ~ ~~ S FGAS

____FIXEDCONTACT

C U R R I E N TT E R M I N AT I O N

F i g .2 .

S F 6p u f f e rt y p eb r e a k e r .

1 3 5 6

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3/9

SWINDLER:VACUUM AND S F 6T E C H N O L O G I E SA T5 - 3 8kV

HVCONNECTIONS

E L E C T R O -MAGNET

SEALEDENVELOPE

I

I N SMOLECULARS E V E

I F i g .3 . S F 6m a g n e t i ct y p ec o n t a c t o r .

t i o no f d e v i c e si n a c c o r d a n c ew i t h a p p l i c a b l eA N S I ,NEMAa n dI E Cs t a n d a r d so f p e r f o r m a n c e .A r e a so f c o nc e r nt y p i c a l l ys p e c i f i e db y s t a n d a r d sa r e

* c o n t i n u o u sc u r r e n tc a p a b i l i t y ,* f a u l tc l o s i n gp e r f o r m a n c e( c l o s ea n d l a t c h ) ,* m o m e n t a r yo r s h o r tt i m ew i t h s t a n dp e r f o r m a n c e ,

* s h o r tc i r c u i ti n t e r r u p t i o np e r f o r m a n c e ,* t r a n s i e n tr e c o v e r yv o l t a g ep e r f o r m a n c e ,* l i f e - l o a de n d u r a n c e ,* M e c h a n i c a le n d u r a n c e ,* s h o r tc i r c u i te n d u r a n c e( n u m b e ro f f u l lf a u l ti n t e r r u p -

t i o n s ) ,* d i e l e c t r i c1 - m i np o w e rf r e q u e nc y p e r f or m an c e ,* d i e l e c t r i cb a s i ci m p u l s el e v e l( B I L )p e r f o r m a n c e .

S i z eO n eo ft h eo u t s t a n d i n gc h a r a c t e r i s t i c so f v a c u u mt e c h n o l o g y

i s i t ss m a l ls i z ea n d w e i g h ta sc o m p a r e dt o t h et r a d i t i o n a la i rm a g n e t i co r o i l d e v i c e s .C o n s i d e r i n go n l yt h ei n t e r r u p t i n gd e v i c e ,v a c u u mt e n d st or e m a i nt h el e a d e ri ns m a l l n e s so f s i z ea n d w e i g h t .A l t h o u g hS F 6 d e v i c e sa r e a l s os i g n i f i c a n t l ys m a l l e rt h a nt r a d i t i o n a ld e v i c e s ,S F 6i n t e r r u p t e r st e n dt o b ep h y s i c a l l yl a r g e ri ns i z ea sc o m p a r e dt ov a c u u m .T h i si sd u et ot h eS F 6o p e ng a pb e i n gl a r g e rt h a nv a c u u mi no r d e rt os u p p o r tt h eB I Lr a t i n g .A l s o ,s p a c ei sr e q u i r e df o rt h ep u f f e rc y l i n d e r .T h i ss i z ed i s a d v a n t a g ei su s u a l l yc o m pe n s at e d b yt h ef a c tt h a tt h ec o n t a i n m e n to f S F 6g a si sm u c he a s i e rt oa c h i e v et h a nt h a to fa v a c u u m .I nS F 6 ,a w i d ec h o i c eo f m a t e r i a l sc a n b e u s e d .E p o x i e sa n d o t h e rp o l y m e r sa r et y p i c a l l yu s e d .T h i s t e n d st op r o v i d ea f r e e d o mo f d e s i g ni n w h i c hs ev e r a l f u n c t i o n s a r ec o m b i n e di n t oa s i n g l eu n i t .A sa n e x a m p l e ,v a c u u mi n t e r r u p t -e r sm u s t b e m ou n te do n o n e o r m o r e i n s u l a t o r sw h i c ha r eu s u a l l ya t t a c h e db y m e a n so f a d d i t i o n a lp a r t s .I n t h eS F 6

t e c h n o l o g y ,t h eg a sc o n t a i n m e n tc h a m b e ri s a p a r to f t h eo v e r a l li n s u l a t i o ns y s t e mw h i c hc a n b e m o u n t e dd i r e c t l yt og r o u n d e dm e t a l .O f t e n ,a l lt h r e ep o l e sa r ep l a c e di n a s i n g l ei n s u l a t i n gu n i th a v i n ga commong a sc h a m b e r .T h e o v e r a l ls i z eo f a n S F 6f i n i s h e dp r o d u c tt e n d st o b e c o m p a r a b l et o t h ee q u i v a l e n tv a c u u md e v i c e .A sa n e x a m p l e ,t h et r e n di n 1 5 - k Vm e t a l - c l a ds w i t c h g e a ri s t o w a r da t w oh i g h ,3 6 i nw i d e ,9 0 i nh i g he n c l o s u r e .B o t h v a c u u ma n d S F 6 m e t a l - c l a db r e a k e r se x i s tw h i c hw i l lm e e tt h i st r e n d( F i g s .4 a n d 5 ) .

E c o n o m i c s

Up t o t h ep r e s e n tt i m e t h e r eh a s b e e nn o s i g n i f i c a n tr e a s o nt o f a v o ro n e o r t h eo t h e rt e c h n o l o g y .T h e r e f o r e ,t h e yh a v er e m a i n e dc o m p e t i t i v ei n t h em a r k e t p l a c e .I n a 2 5 - k A1 5 - k V1 2 0 0 - AS F 6s i n g l e - p o l ei n t e r r u p t e r ,t h em a t e r i a lc o s ti s a b o u t 2 3 5 .T h e m a t e r i a lf o ra c o m p a r a b l er a t e dv a c u u md e v i c ew o u l dc o s ta b o u t 1 6 0 .I t i sw e l l - k n o w nt h a th i g ht e c h n o l o g i -c a la n d o v e r h e a dc o s t sa r e a s s o c i a t e dw i t h v a c u u mi n t e r r u p t -e r s .M a t e r i a l sn e e dt o b e c h e m i c a l l yc l e a n ,a n d e a c h d e v i c e

m u s tb e a g e da n dr e t e s t e dt oi n s u r ep u b l i s h e du s a b l el i f e .A l s o ,c o n s i d e r i n ga d d i t i o n a li n s u l a t i n gm o u n t i n gf e a t u r e sf o rt h ev a c u u mi n t e r r u p t e r ,t h ec o m p l e t e dc o s to f a vacuum p o l ea s s e m b l yw o u l da p p r o a c ht h ec o s to f a n S F 6d e v i c e .

T h e o p e r a t i n gm e c h a n i s m sf o r v a c u u md e v i c e st e n dt or e q u i r el e s se n e r g y .H o w e v e r ,t h ed i f f e r e n c e sa r e r a t h e rs m a l lc o n s i d e r i n gt h a tn o t m u c hw o r ki s r e q u i r e di n a c h i e v i n ga na d d i t i o n a lo p e n g a p f o rS F 6d e v i c e s ,s i n c et h es t r u c t u r ei su n d e rv e r y l i t t l el o a d .

P e r f o r m a n c ea n dA p p l i c a t i o n s

P r e s e n t - d a y s t an d ar d s ,i n c l u d i n gA N S I ,NEMAa n d I E C ,h a v e m a d ea s i g n i f i c a n te f f o r ti n e s t a b l i s h i n gc r i t e r i aa n dp r o c e d u r e st o d e f i n ea n d q u a l i f yd e v i c e sf o rs p e c i f i cu s e .

1 3 5 7

HVC O N N E C T I O I

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I E E ET R A N S A C T I O N SON INDUSTRYAPPLICATIONSVOL.I A - 2 0 ,NO . 5 , S E P T E M B E R / O C T O B E R1 9 8 4

I

Fig. 4. SF6 metal clad c i r c u i t breaker. We i g h t : 440 l b . -

37 .00

F i g .5 . V a c u u mm e t a l - c l a dc i r c u i tb r e a k e r .We i g h t :550 l b .

E x a c t c o m p l i a n c ew i t h e x i s t i n gs t a n d a r d s d o e s n o t a l w a y sa s s u r e e q u a lp e r f o r m a n c ef r o mv a r i o u st e c h n o l o g i e s .I n m a n yi n s t a n c e s ,v a c u u m a n d / o r S F 6d e v i c e se x c e e ds t a n d a r d p e r -f o r m a n c e s .In o t h e r a r e a s , s u c ha s t h e e f f e c t so n a s y s t e ma s ar e s u l to f o v e r v o l t a g eg e n e r a t i o n ,s t a n d a r d sh a v en o t o f f e r e dag r e a td e a lo f g u i d a n c e .

E f f e c t o n I n s u l a t i o nS y s t e m sT r a n s i e n t o v e r v o l t a g ec o n d i t i o n sr e s u l tf r o mt h e presence o f

d i s t r i b u t e di n d u c t a n c ei na s y s t e ma n d a h i g hr a t e o f c h a n g ei n

c u r r e n t :

E= - L d i / d t .T h e r e f o r e ,v o l t a g e sw i l la p p e a r w h e r e v e ri n d u c t a n c ei s f o u n di f t h e r ei s a r a t e o f c h a n g ei n c u r r e n t . A c e r t a i namount o fi n d u c t a n c ei s i n t h ec a b l e sor t r a n s m i s s i o n l i n e s ,a n d ,o fc o u r s e ,a g r e a t d e a lo f i n d u c t a n c ei sa s s o c i a t e dw i t ht r a n s f o r m -e r s a n d m a c h i n e r y .I f we p e r m i ta very h i g h r a t e o f c h a n g ei nc u r r e n t , b y v i r t u eo f a c h a r a c t e r i s t i co f t h eb r e a k e r ,t h e na h i g hv o l t a g ew i l la p p e a r i n p r o p o r t i o nt o t h eamount o f i n d u c t a n c ep r e s e n t a n y w h e r ei n t h ec i r c u i t .I t i s i n t e r e s t i n gt o n o t e t h a t

a l t h o u g ht h eb r e a k e ro r c o n t a c t o r h a s l i t t l ei n d u c t a n c e ,t h eh i g h e s tv o l t a g ew i l la p p e a r a t t h eb r e a k e ro r c o n t a c t o rc o n t a c t sas a r e s u l to f t h es u m m a t i o no f a l lt h ev o l t a g e si n t h es y s t e m .U n l e s st h eb r e a k e ri s a p p l i e dt o a l o n g t r a n s m i s s i o ns y s t e m ,we d o n o t u s u a l l ye x p e c tt r a v e l i n gw a v e s . I nm o s t i n s t a n c e s ,t h el e v e lo f d i / d t p e r m i t t e db y t h ei n t e r r u p t e rw i l lp e r m i tt h ed e v i c e i n t h e s y s t e m t o s t r e s si t s e l fw i t h i t s own s e l f -i n d u c t a n c e .T h e r e f o r e ,o u r c on ce r n i s t o e v a l u a t e c o n d i t i o n sw h i c ha l l o wh i g hr a t e so f c h a n g ei n c u r r e n t ( d i / d t ) .

I n s u l a t i o nf a i l u r e st e n d t o r e s u l tf r o mt h em a g n i t u d eo f t h ee l e c t r i cf i e l di n t e n s i t y ,presence o f m e t a l as a sou r c e o f f r e ee l e c t r o n s ,a n d t i m e [ 2 ] .I t h a s b e e n s h o w nt h a tc o m p l e t ef a i l u r e sc a n o c c u r i n l e s st h a n 1 0 f i s .E v i d e n c eo f p r o g r e s s i v ef a i l u r ew a s n o t e da t l e s st h a n / A s .I t w o u l dn o t b e s u r p r i s i n gt o d i s c o v e rt h a to n c e a c r i t i c a lf i e l di n t e n s i t yi s r e a c h e d ,s u f f i c i e n tt o a c c e l e r a t ee l e c t r o n sf r o mm e t a l l i cs u r f a c e s , t h a tm i c r o s c o p i ca n d p r o g r e s s i v ei n s u l a t i o nd e t e r i o r a t i o nb e g i n sa n d p r o g r e s s e s i n d i s t a n c ea n d t i m e a s success ive d i e l e c t r i cs t r e s s e sr e a c h s o m e c r i t i c a lf i e l di n t e n s i t y .I t i s d e s i r a b l et or e d u c et h em a g n i t u d ea n d- f r e q u e n c yo f t r a n s i e n to v e r v o l t a g ec o n d i t i o n si n o r d e r t o e x t e n dt h e s e r v i c e a b l el i f eo f a s s o c i a t e de l e c t r i c a le q u i p m e n t .

S O U R C E SO F HIGHd i / d t AND O V E RV O LTA G E SC u r r e n tC h o p p i n g

C u r r e n tc h o p p i n gi s t h es u d d e nr e d u c t i o no f c u r r e n t t o ze rop r i o rt o a n a t u r a lc u r r e n tzero . I t i sa s s o c i a t e dw i t har c p l a s m a

3 5 . 2 5

1 3 5 8

I

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S W I N D L E R :VA C U U MA N DS F 6TECHNOLOGIESAT5 - 3 8kV

-2 I - i s

F i g .6 . S F 6c i r c u i tb r e a k e rr a t e d3 8k V , 1 6k A , t e s t e da t2 . 3k 1 9 . 1A , s e v e np e r c e n tp o w e rf a c t o r .S h o w sa r ci n s t a b i l i t ya n dt y p i c a lc u r r e n tc h o p p i n ga t2 A .

F i g .7 . S F 6c i r c u i tb r e a k e rr a t e d3 8 k V , 1 6k A ,t e s t e da t2 . 3k V ,2 0 A ,8 0p e r c e n tp o w e rf a c t o r .S h o w sa b se n ce o fv i r t u a lc h o p p i n ga th i g h - f r e q u e n c yz e r oc u r r e n tc r o s s i n g .

i n s t a b i l i t yh i g h - f r e q u e n c yc u r r e n to s c i l l a t i o n s ,a n d t h ei n t e r -r u p t e r ' sa b i l i t yt or e e s t a b l i s hd i e l e c t r i cs t re ng t h . A l li n t e r r u p t -e r sd i s p l a yt h i sc h a r a c t e r i s t i ci n v a r i o u sd e g r e e s .D u r i n gt h ei n t e r r u p t i n gp r o c e s s ,t h ea r cp l a s m ac a n b e c o m eu n s t a b l ec a u s i n gc u r r e n to s c i l l a t i o nw i t ha f r e q u e n c yi nt h eo r d e rof 1 0 0k H z. Du r in gt h ep e r i o d so f a r ci n s t a b i l i t ya n dh i g h - f i e q u e n c yc u r r e n to s c i l l a t i o n ,t h ec u r r e n tw i t ha h i g h - f r e q u e n c yc o m p o -n e n tm a yr e a c hz e r o .I f t h ei n t e r r u p t e ra c h i e v e sd i e l e c t r i cr e c o v e r y ,t h e nt h ec u r r e n tr e m a i n sa tz e r o .T h i st e n d st ot r a ps t o r e de n e r g yw i t h i nt h es y s t e mw h i c ht h e nr e s u l t si n s y s t e mt r a n s i e n to v e r v o l t a g e .F i g .6 i l l u s t r a t e st h eo c c u r r e n c eo f a r ci n s t a b i l i t ya n dt h e n ,a sa r e s u l to f c u r r e n t o s ci l la t io n s,c u r r e n tc h o p .

C u r r e n tc h o p p i n gd e p e n d so n m a n yf a c t o r s ,i n c l u d i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ec i r c u i tc u r r e n tl e v e l s ,c o n t a c ts e p a r a t i o nt i m i n g ,a n d i n t e r r u p t e rd e s i g n( M u r a n o[ 4 ] R o g u s k i[ 5 ] .A l t h o u g hS F 6d i s p l a y sa h i g hm a g n i t u d eo fa r ci n s t a b i l i t yt h er e c o v e r yr a t ei s l o w e rt h a nv a c u u m .T h e r e s u l ti s t h a ta r ci n s t a b i l i t yd o e s n o tn e c e s s a r i l yl e a dt o n o r m a lc h o p p i n ga s i si l l u s t r a t e di nF i g .7 .

T h i si sb e c a u s et h ed i e l e c t r i cr e c o v e r yr a t eo f S F 6i s l o w e rt h a nt h a to f v a c u u mi n t e r r u p t e r se n a b l i n gS F 6i n t e r r u p t e r st or e m a i ni g n i t e dt h r o u g hh i g h - f r e q u e n c yc u r r e n tz e r o s .A g r e a td e a lo fe f f o r th a sb e e ne x p e n d e do v e rt h ey e a r st om o d e r a t et h ea r ci n s t a b i l i t yi nv a c u u mi n t e r r u p t e r s .S e v e r a lt e c h n i q u e sh a v eb e e nd e v e l o p e d .C o n t a c tt i pm a t e r i a l sh a v eb e e n d e v e l o p e d

1 3 5 9

I

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6/9

I E E ETRANSACTIONSO NINDUSTRYA P P L I C AT I O N S ,VOL.I A - 2 0 ,N O .5 , S E P T E M B E R / O C T O B E R1 9 8 4

F i g .8 . S F 6c i r c u i tb r e a k e rr a t e d3 8 k V , 1 6k A , t e s t e da t2 . 3k V ,5 9 A , 1 1p e r c e n tp o w e rf a c t o r .S h o w sn o r m a lt r a n s i e n tr e c o v e r yv o l t a g ea t 5 9 A .

i n c l u d i n gl o ww o r kf u n c t i o n m a t e r i a l ss u c ha sc o p pe r b i sm u t ha n d c o p p e r c h r o m i u m .T h e i n t e r e l e c t r o d ec a p a c i t a n c eh a sb e e ni n c r e a s e dt o l i m i tt h ee f f e c t so f h i g h - f r e q u e n c yo s c i l l a -t i o n s .T h er e s u l t so f t h e s ee f f o r t sh a v eb r o u g h tt h ec h o pl e v e l sd o w nt o l e s st h a n1 A f o rv a c u u mi n t e r r u p t e r si n t e n d e df o rm o t o rc o n t r o ls e r v i c e .F o r c i r c u i tb r e a k e ra p p l i c a t i o nr e q u i r -i n gh i g hi n t e r r u p t i n gc a p a c i t i e s ,c h o pl e v e l sa r ei nt h er an ge o f3 - 8 A . D u et o t h en a t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so f S F 6 ,v i r t u a l l yn oe f f o r th a sb e e n m a d et o r e d u c et h el e v e l so f c u r r e n t c h o p .

Vi r t u a l l yn o c h opl e v e l sa r e a s s o c i a t e dw i t hm a g n e t i c - t y p eS F 6i n t e r r u p t e r s .F o rt h ep u f f e rt y p e ,c h o pl e v e l sr a n g ef r o m0 . 2t o5 [ 5 ] .A l t h o u g hp u f f e r t y p eS F 6d e v i c e sd i s p l a ya s i g n i f i c a n ta m o u n to f a r ci n s t a b i l i t yw h i c hr e s u l t si n h i g hd i / d t ,a r ci n s t a b i l i t yq u i c k l yv a n i s h e sa t c u r r e n t sa b o v e 5 0 A , a s i si l l u s t r a t e di nF i g .8 .

T h ea r ci n s t a b i l i t yp h e n o m e n o nd o e se x i s ti ns y s t e m sh a v i n gb o t hv a c u u ma n d S F 6d e v i c e s ,a n d f u r t h e r s t ud i eso n i t st o t a le f f e c to n t h es y s t e mw o u l db e i n o r d e r .I t i s e n v i s i o n e dt h a tf u r t h e rd e v e l o p m e n t si n S F 6a r ep o s s i b l e ,r e s u l t i n gi nh i g h e rd e g r e e so f a r c s t ab i l i z a t i o na n d l o w e rd i / d t .Te s t st o d a t es e e mt os u p p o r tt h ef a c tt h a tS F 6h a sa s l i g h te d g ei nt h ea r e ao fl o w e rc h o pl e v e l s .

Vi r t u a lC h o p p i n gA r a r ep h e n o m e n o na l s oe x i s t sk n o w na s v i r t u a lc h o p p i n go r

s i m u l t a n e o u si n t e r r u p t i o n[ 3 ] .T h i so c c u r si n t h r e e - p h a s es y s t e m sa n d i s t h er e s u l to ft h er e i g n i t i o no f o n e o f t h ep o l e sw h i c hh a dp r e v i o u s l yi n t e r r u p t e d .

T h er e i g n i t i o ni nt h eo n e p o l ec a u s e sa s u d d e nr e d u c t i o ni nc u r r e n tf o rt h eo t h e rt w oa sa r e s u l to f s ys t emc a p a c i t a n c ea n di n d u c t a n c e .T h e r e d u c t i o ni n c u r r e n tc a n b e g r e a t e ru n d e rt h e s ec o n d i t i o n st h a ni s e x p e r i e n c e dd u e t o a r ci n s t a b i l i t y.T h u sc h o pl e v e l sd u e t o v i r t u a lc h o p p i n gc a n b e h i g h e r t h a nt h o s ep u b l i s h e d .

R e i g n i t i o n sa r ep r e d o m i n a n tw i t hv a c u u mi n t e r r u p t e r sa tl o w l e v e li n d u c t i v ec u r r e nt s . R e i g n i t i on si n S F 6i n t e r r u p t e r s

a r en e a r l yn o n e x i s t e n t .A l t h o u g hv i r t u a lc h o p p i n gi s a r a r ep h e n o m e n o n ,i t i s e v e n l e s s l i k e l yt o o c c u r w i t hS F 6i n t e r r u p t e r s .

R e s t r i k eA t l o wl e v e l so f i n d u c t i v ec u r r e n t ,a n i n t e r r u p t e rc a n

d e v e l o pa s y s t e mi n s t a b i l i t yi n w h i c ht r a n s i e n to v e r v o l t a g e sa r eg e n e r a t e do f s u f f i c i e n tm a g n i t u d et o c a u s er a p i dm u l t i p l er e i g n i t i o n sa s t h ei n t e r r u p t e rc o n t a c t ss e p a r a t e .T h i ss u b j e c t s

t h es y s t e mt o a s e r i e so f f i v et o 2 0 h i g hd i / d te x p e r i e n c e sw h i c hr e s u l ti na s s o c i a t e dh i g ht r a n s i e n to v e r v o l t a g e s .S u c hap h e n o m e n o ni si l l u s t r a t e df o ra v a c u u mc i r c u i tb r e a k e ri nF i g .9 .

A c c o r d i n gt o Yo k o k u r a[ 6 ] t e s t sr u n o n a s m a l l6 6 - k Wm o t o r a n d a v a c u u mc o n t a c t o r p r o d u c e dr e s t r i k e sa t af r e q u e n c yo f 2 5 0k H zf o ra p p r o x i m a t e l y0 . 4 5m s . T h ep u r p o s eo f t h i sw o r kw a s t o i l l u s t r a t et h a tt r a n s i e n to v e r v o l t a g e sa s ar e s u l to f t h er e s t r i k e sd i dn o t e x c e e dt h eB I Lr a t i n g so ft h em o t o ri n s u l a t i o n .C o m p a r a t i v et e s t sr u n b y S q u a r eD o n b o t hS F 6a n dv a c u u mc i r c u i tb r e a k e r si n d i c a t et h a tr e s t r i k ed o e sn o te x i s tw i t hS F 6b r e a k e r s ,w h e r e a si t w a s e x p e r i e n c e dw i t hv a c u u mb r e a k e r sa t 2 0 A .

P r e s t r i k eI n t e r r u p t i o n sP r e s t r i k ei n t e r r u p t i o n sa r ev e r y s i m i l a ri nn a t u r et o r e s t r i k e

o n l yi nt h a tt h e yo c c u rd u r i n gc o n t a c tc l o s i n g .A s t h em o v i n gc o n t a c tc o m e si n c l o s ep r o x i m i t yt o t h ef i x e dc o n t a c t ,t h ed i e l e c t r i cg r a d i e n tb e t w e e nt h ec l o s i n gc o n t a c t c a n b e s u f f i -c i e n t l yh i g ht o i o n i z et h em e d i aa n d / o rs t r i pe l e c t r o n sf r o mm e ta l l i c s u r f a ce s ,c r e a t i n ga m o m e n t a r yc u r r e n tf l o w .D u et ot h ep a r a m e t e r so f t h es y s t e mt h er a t eo f r i s eo f t h e c u r r e n tc a nb e v e r yh i g h ,r e s u l t i n gi no s c i l l a t o r yc u r r e n t si nt h e1 0 0 - k H z -1 - M H zr a n g e .A st h eo s c i l l a t i n gc u r r e n tr e t u r n st oz e r o ,i tm a yb e c h o p p e d ,g i v i n gr i s et o t r a n s i e n to v e r v o l t a g e sw h i c hc a u s ea n o t h e rc u r r e n to s c i l l a t i o nw h i l et h ec o n t a c t sa p p r o a c he v e nc l o s e r .S u c ha n o c c u r r e n c er e q u i r e st h ei n t e r r u p t e rt o h a v ea

1 3 6 0

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SWINDLER:VACUUM A N DS F 6TECHNOLOGIESAT5 - 3 8kV

KILO- ASV O L T S

3 2 F I L E P V T S S V _____FILE . P V T B B I

24

A; 1X C1 I I A A -80 lrl l|ll98;lVvv 1VliV v iv w

C

4 nn_

F i g .9 . V a c u u mc i r c u i tb r e a k e rr a t e d1 5k V , 1 8k A , o p e r a t i n ga t 2 4 0 0 V , 2 0 A .S h o w sm u l t i p l er e s t r i k i n g .

v e r yh i g h r e c o v e r yr a t e .C o ns i de r i ng s u c ha p h e n o m e n o n ,i t i sn e c e s s a r yt h a tv a c u u mc o n t a c t o r sh a v ev e r yl i t t l eo rn o c o n t a c tb o u n c ei no r d e rt o r e d u c es u c ha p h e n o m e n o nt oa m i n i m u m .

T h ec o m p a r a b l eS F 6d e v i c ed i s p l a y e d as i g n i f i c a n tc o n t a c tc l o s i n gb o u n c e ,c r e a t i n gs y s t e mo v e r v o l t a g e ss i m i l a ri nn a t u r et o p r e s t r i k e i n t e r r u p t i o n sc h a r a c t e r i s t i co f v a c u u m .T h em a g n i t u d eo f s y s t e mo v e r v o l t a g e sw e r el o w e rf o rS F 6h a v i n gc o n t a c tb o u n c et h a nt h o s ec r e a t e da s a r e s u l to f v a c u u mp r es t r i k e i n te r ru p t i on s .T h i sw o u l d i n d i c a t et h a tt h e r ei sp r o m i s ef o r i m p r o v e m e n t sf o rS F 6 i n t h i sa r e ao f c l o s i n gt r a n s i e n tp h e n o m e n a .

TRANSIENTVOLTAGESW eh a v e d i s c u s s e df o u rb a s i cp h e n o m e n aw h i c hr es ul t i n

s u b j e c t i n gt h es y s t e mt o h i g h d i / d t .E a c ho f t h e s eh a sb e e na s s o c i a t e dw i t hc h a r a c t e r i s t i c so f t h ei n t e r r u p t e r .T h er e s u l t i n gt r a n s i e n to v e r v o l t a g eo n t h es y s t e mi sa f u n c t i o no f t h ed i / d ta n d t h ei n d u c t a n c eo f t h es y s t e m :

E = - L d i / d t .I fw ea s s u m et h a tt h ed i / d tt h r o u g h o u tt h es y s t e mi s r e l a t i v e l yu n i f o r m ,t h e nt h et r a n s i e n to v e r v o l t a g ei sg e n e r a t e dw h e r e v e ri n d u c t a n c ei sl o c a t e di nt h es y s t e m .I f t h ei n d u c t a n c ei sh i g h e ri no n ep o r t i o no f t h ec i r c u i tt h a na n o t h e r ,t h e na h i g h e rv o l t a g e

i s g e n e r a t e da t t h a tp o i n t .E a c hs m a l l- L d i / d t w i t h i nt h es y s t e mc a n b e a d d e dt o g e t h e r ,a n d t h et o t a ls y s t e mt r a n s i e n to v e r v o l t a g ea p p e a r s a c r o s st h e o p e n i n g c o n t a c t so f t h ei n t e r r u p t e r.

S i n c et h et o t a lv o l t a g ea p p e a r sa t t h ei n t e r r u p t e r ,i t d o e sn o tn e c e s s a r i l yf o l l o wt h a t t h e v o l t a g ei s g e n e r a t e db y t h ei n t e r r u p t e ra n d p r o p a g a t e sf r o mt h a ts o u r c et od e v i c e s w i t h i nt h es y s t e mt o i n f l i c tp o s s i b l ed a m a g e .T h ep r o b l e mi s b e t t e ru n d e r s t o o db y t h ee x i s t e n c eo f h i g hd i / d ta tt h ep o r t i o no ft h es y s t e mi nq u e s t i o n .T h es e l f - i n d u c t a n c eo ft h a tp o r t i o no f t h es y s t e mi sg e n e r a t i n gi t sownv o l t a g ew h i c hi nt u r ns t r e s s e si t sown i n s u l a t i o n .W i t h t h e s ec o n c e p t si n m i n d , f i v eb a s i cp h i l o s o p h i e sS a r ea p p l i e di nt h ec o n t r o lo f t r a n s i e n to v e r v o l t a g ei na n e f f o r tt op r o t e c ts y s t e mi n s u l a t i o n .

S y s t e mE n g i n e e r i n g

G i v e na t y p eo f i n t e r r u p t e r( v a c u u mo r S F 6 )a n d t h es y s t e m ,a n e v a l u a t i o ni s m a d e , a n dp e r h a p sn o e x t r ap r e c a u t i o n sa r et a k e nt op r o t e c tt h ei n s u l a t i o n .T h i si su s u a l l ys u c c e s s f u lw h e r el e n g t h so f c a b l eh a v i n gr e l a t i v e l yh i g hi n t e r e l e c t r o d ec a p a c i -t a n c ea r ei n v o l v e da n d t h ee n t i r es y s t e mh a s t h es a m eB I Lr a t i n ga st h ei n t e r r u p t e ra n d t h es y s t e ms o u r c e .

A p a p e rp r e s e n t e db y B u s se t a l . [ 7 ]i l lu s t r a te d t h a ti n am i n i n gi n s t a l l a t i o ni n v o l v i n g6 0 f t o f c a b l e ,n o p r o t e c t i v em e a s u r e sw e r er e q u i r e dt o l i m i tt h et r a n s i e n to v e r v o l t a g et oa p p r o x i m a t e l yt w o t i m e s t h en o r m a ll i n ev o l t a g e .I t i s n o t

u n u s u a lt o s e e t e c h n i c a lp a p e r s i n d i c a t i n gt h a tt r a n s i e n to v e r v o l t a g ee x i s t sw e l li n t ot h eB I Lr a t i n go f e q u i p m e n tw h i c hi s u s u a l l ya t s i xt i m e st h en o r m a ll i n ev o l t a g el e v e l .

M e t a l O x i deS u r g eA r r e s t e r s

M e t a lo x i d es u r g ea r r e s t e r sa r ev e r yo f t e nu s e dw i t hv a c u u mi n t e r r u p t e r sa s a s a f e t ym e a s u r et o a s s u r e t h eu s e r t h a t ,o n as t a t i s t i c a lb a s i s ,t h ee q u i p m e n tw i l lb e a s s u r e do f p r o t e c t i o n .M e t a lo x i d ea r r e s t e r sa r eu s e dt ol i m i tt h ev o l t a g et ow i t h i nt h eB I Lr a t i n go f t h ee q u i p m e n tb u tc a n n o tm o d i f yt h er a t eo f r i s eo f c u r r e n t( d i / d t ) .A l s o ,t h e ya r ea l w a y sc o n n e c t e dl i n et og r o u n d ,t h u sn o t r e a l l yc o n n e c t e dt o t h es o u r c eo f o v e r v o l t a g ew h i c h ,i nt h ec a s e o fs w i t c h i n gt r a n s i e n t ,a r e m o r er e l a t e dt ol i n e - t o - l i n ep h e n o m e n a .F o r t h e s er e a s o n sm e t a lo x i d es u r g ep r o t e c t i o ni sn o t c o n s i d e r e da d e q u a t ef o ra l la p p l i c a t i o n s .T h e yh a v ep r o v e na d e q u a t ei n s o m ec a s e s a s d e m o n s t r a t e db y t e s t sc o n d u c t e do n u n l o a d e do i l - f i l l e dt r a n s f o r m e r sc o n n e c t e dt o ac a b l es y s t e ma n d v a c u u mb r e a k e r so p e r a t i n gw i t hr e s t r i k ec h a r a c t e r i s t i c s[ 8 ] .S u r g eC a p a c i t o r s

S u r g e c a p a c i t o r sa r e u s u a l l yr e c o m m e n d e df o r v a c u u mi n t e r r u p t e r sw h e nu s i n gl o w e rB I Lr a t e de q u i p m e n ts u c ha ss o m ed r yt r a n s f o r m e r sa n d r o t a t i n gm a c h i n e r y .T h i st e c h n i q u el o w e r st h er a t eo f r i s e( d i / d t )a n di sc l a i m e dt ob e o f p a r t i c u l a ri m p o r t a n c ef o rr o t a t i n gm a c h i n e r y .T h e r ei s ; ac o n c e r nt h a tu n d e rt r a n s i e n tv o l t a g ec o n d i t i o n st h ef i r s tc o i li n a m a c h i n e

1 3 6 1

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I E E ETRANSACTIONSON INDUSTRYA P P L I C AT I O N S ,V O L .I A - 2 0 ,N O .5 S E P T E M B E R / O C T O B E R1 9 8 4

w i l ls h a r ea d i s p r o p o r t i o n a t em a g n i t u d eo f v o l t a g ew h e nt h et r a n s i e n tv o l t a g eh a sa h i g hr a t eo f r i s e .T h ea d d e dc a p a c i t yl o w e r st h er a t eo f r i s e ,a n d t h et o t a lv o l t a g ei sn o to n l yl o w e rb u ti t i s a l s om o r e e q u a l l yd i s t r i b u t e dt h r o u g h o u ta l l t h ew i n d i n g s .Yo k o k u r a[ 6 ]d e m o n s t r a t e st h a tt h e r ei s s u f f i c i e n tc a p a c i t yi na c a b l e5 0 m i nl e n g t ht or e d u c et h ed i s p r o p o r t i o n -a t et r a n s i e n to f v o l t a g et o a l e v e lb e l o wl e v e l sr e c o m m e n d e db y m a c h i n e r ym a n u f a c t u r e r s .F o r l e n g t h sl e s st h a n5 0 mc a p a c i t o r sm u s tb e a d d e d .

U n l e s sl o n gl i n e sa r e r e f l e c t e dw a v e sa r ei n v o l v e d ,i t w o u l ds e e mt h a to v e r v o l t a g ed u e t o s w i t c h i n gt r a n s i e n t sw o u l dh a v em o r eu n i f o r m l yd i s t r i b u t e dt r a n s i e n tv o l t a g e s .T h i s w o u l db ed u et ot h eh y p o t h e s i st h a tv o l t a g ei sg e n e r a t e di nt h ew i n d i n g sb y v i r t u eo f t h ed i / d t .I f t h i si s t h ec a s e ,t h e nt r a n s i e n tv o l t a g e sd u et os w i t c h i n gw o u l db e m o r eu n i f o r m l yd i s t r i b u t e dt h r o u g h o u tt h em a c h i n ew i n d i n gt h a ni s u s u a l l yr e p o r t e d .T r a n s i e n t v o l t a g er a t i n g sa r ee s t a b l i s h e db y t h ea p p l i c a t i o no f av o l t a g et o t h em a c h i n et e r m i n a l s .T h et e s tv o l t a g ew a v ef r o n th a sa h i g hr a t eo f r i s ea n d i sa t t e n t u a t e db y t h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ec o i l s .U n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ad i s p r o p o r t i o n a t ev o l t a g ew o u l da p p e a ri n t h ef i r s tc o i l sa sh a sb e e nr e p o r t e d .On t h eo t h e rh a n d ,i ft h ev o l t a g ei sg e n e r a t e dw i t h i nt h ew i n d i n g sd u et o h i g hs w i t c h i n g d i / d t ,t h e ni t w o u l db e e x p e c t e dt h a tt h eg e n e r a t e dv o l t a g ew o u l db e e v e n l yd i s t r i b u t e d .T h u sm a c h i n e sw o u l db e e x p e c t e dt o h a v e a g o o dh i s t o r yo f p e r f o r m a n c eu n d e rt h ei n f l u e n c eo f s w i t c h i n gt r a n s i e n t sa sw o u l db e c a u s e db y i n t e r r u p t e r sw i t h s e v e r ec h a r a c t e r i s t i c s .

C a p a c i t o rR e s i s t o rN e t w o r kB y a d d i n g a c a p a c i t o rr e s i s t o rn e t w o r kt o t h e s y s t e m ,

a c c o r d i n gt o M u r a n o[ 4 ]a n d R o g u s k i[ 5 ] t h ei n t e r r u p t e rp l a s m ai ss t a b i l i z e da n d l o w e r st h ep r o b a b i l i t yo f p r e - z e r oa r c

i n t e r r u p t i o na n d t h u sl o w e r st h es y s t e mt r a n s i e n to v e r v o l t a g e .I n t e r r u p t e rTe c h n o l o g y

A s s t a t e d ,a g r e a td e a lo f e f f o r ta n d d e v e l o p m e n th a st a k e np l a c ei n i m p r o v i n gt h ec u r r e n tc h o p p i n gl e v e l so f v a c u u mi n t e r r u p t e r s .T h i sh a s g r e a t l yr e d u c e dt h ep r o b a b i l i t yo f h i g hm a g n i t u d et r a n s i e n to v e r v o l t a g ec o n d i t i o n s .On t h e o t h e rh a n d ,t h er e c o v e r yr a t eo fv a c u u mi n t e r r u p t e r sr e m a i n sh i g h ,p e r m i t t i n gp h e n o m e n as u c ha sr e s t r i k ea n dp r e s t r i k ei n t e r r u p -t i o n s .T h i sp e r m i t sa m u l t i t u d eo f r e l a t i v e l yh i g hd i / d t t oe x i s to n t h es y s t e mw h i c hp e r i o d i c a l l ys t r e s s e st h ei n s u l a t i o nw e l li n t ot h eB I Lr a t i n g .S F 6i n t e r r u p t e r sh a v ea c o m b i n a t i o no f l o wc h o p l e v e l sp l u sa l o w e r r e c o v e r yr a t e .T h i sp e r m i t st h ei n t e r r u p t e rt o r is et h r o u g hh i g h - f r e q u e n c yc u r r e n tz e r o s .T h i sc h a r a c t e r i s t i ci n h i b i t sl o w c u r r e n tr e s t r i k ea n d p r e s t r i k e ,r e d u c i n gt h en u m b e ro f t i m e st h ei n s u l a t i o ns y s t e mi ss t r e s s e dw i t ht r a n s i e n to v e r v o l t a g e s .

W h e na p p l y i n gm a g n e t i cS F 6f o ru s e a s m o t o rc o n t r o ln os u p p r e s s i o no r o t h e ra p p l i c a t i o np r e c a u t i o n sa r er e q u i r e d .T h es a m e i s t r u ef o ra p p l y i n gp u f f e rt y p eS F 6 i n t e r r u p t e r sf o rg e n e r a ld u t ya p p l i c a t i o na n d f o rm o t o r sd o w nt o3 0 0k W( 4 0 0h p ) .B e l o w3 0 0k W( 4 0 0 h p )s u r g es u p p r e s s i o ni s s u g g e s t e d .

TRANSIENTR E C O V E RYR AT EA s m e n t i o n e d ,v a c u u mh a s a n e x t r e m e l yh i g hr a t eo f

d i e l e c t r i cr e c o v e r ya f t e rc u r r e n ti n t e r r u p t i o n .I t i st h i sc h a r a c -t e r i s t i cw h i c hg i v e sr i s et o t h ec o n c e r no f t r a n s i e n to v e r v o l -

t a g e s .S F 6d e v i c e sh a v ea s l o w e rr e c o v e r yr a t e ;h o w e v e r ,t h e ym e e tt h es p e c i f i c a t i o n sa sd e f i n e db y ANSIC 3 7 . 0 6a n dANSIC 3 7 . 0 9[ 9 ] .R e c o v e r yr a t er e q u i r e m e n t si n ANSIa r eh i g h e rt h a nt h o s es p e c i f i e db y I E C . Whenc o n s i d e r i n gt h ea p p l i c a t i o no f S F 6d e v i c e st o d u t i e ss u c h a s a i rc o r e r e a c t o rs w i t c h i n g ,c o n s i d e r a t i o nm u s tb e g i v e nt o t h es y s t e mt r a n s i e n te n e r g yv o l t a g e( T R V )c a p a b i l i t y .S h o u l dt h er a t eo f r i s eb e g r e a t e rt h a ns p e c i f i e df o rg e n e r a lp u r p o s eb r e a k e r s ,l u m pc a p a c i t yo rc a b l ec a nb e a d d e dt ob r i n gt h es y s t e mr a t eo f r i s e[ 9 ]t ow i t h i ns t a n d a r dl i m i t s .T h i si so f p a r t i c u l a ri m p o r t a n c ea th i g hl e v e l so f c u r r e n t .

B R E A K E RSPEEDS o m ev a c u u mb r e a k e r sa r ec a p a b l eo f t h r e ec y c l er a t i n g s ,

b o t hi n s p e e do f o p e r a t i o na n d i n t e r r u p t i n gc a p a b i l i t y .S o m eS F 6p u f f e rb r e a k e r sa r e l i m i t e dt o a f i v ec y c l er a t i n gd u e t os p e e do f o p e r a t i o n .T h i s i sp r i m a r i l yd u e t o t h et i m e r e q u i r e dt o c o m p r e s sa n d move t h eg a s .I n t e r r u p t i n gc a p a b i l i t i e sa r ea d e q u a t e .D e v e l o p m e n tw o r ki n t h i sa r e ac o n t i n u e s .

ELECTRICALA N D

M E C H A N I C A LL I F EB o t h S F 6 a n dv a c u u mh a v e a s e a l e di nt er ru pt er , m a i n t e -

n a n c e - f r e eu n t i le n d o f l i f e .B o t h a r e p r o v i d e d w i t ham e c h a n i c a lm e a n so f m e a s u r i n gc o n t a c tt i pw e a r . C o n s i d e r i n gc i r c u i tb r e a k e rd u t y ,b o t h p r o m i s e1 00 0 0o p e r a t i o n sa t l o a db r e a k c u r r e n tl e v e l sa n d 2 0 f u l lf a u l to r 2 0 0 0p e r c e n to f as u m m a t i o no f f a u l tl e v e lc u r r e n t s .T h i sr e p r e s e n t sa s i g n i f i c a n ti m p r o v e m e n to v e r e a r l i e rt e c h n o l o g i e s .C o n s i d e r i n gm o t o rc o n t r o lc o n t a c t o r s ,v a c u u md e v i c e sc l a i mf r o m5 0 0 0 0t o t w om i l l i o no p e r a t i o n s .S F 6 d e v i c e sc l a i m 3 0 0 0 0 0o p e r a t i o n s .B o t h v a c u u ma n d S F 6 d e v i c e si n t h i sc l a s so f e q u i p m e n ta s s u m ea n o - m a i n t e n a n c ep o l i c y ,a n d a t t h ee n d o f l i f e t h eb o t t l ei s s i m p l yr e p l a c e da n d t h eo l do n e d i s c a r d e d .I nm a n yc a s e st h el i f eo f t h ei n t e r r u p t e re x c e e d st h eu s e f u l n e s so f t h ee q u i p m e n t .

C O N TA I N M E N TB o t hv a c u u ma n dS F 6r e q u i r ea g a s - t i g h te n c l o s u r eo rb o t t l e .

V a c u u mi n t e r r u p t e r sm u s tm a i n t a i na p r e s s u r ei n t h er a n g eo f1 0 - 8

8/20/2019 SF6 vs VCB - MV

9/9

WINDLER:VA C U U MA NDS F 6TECHNOLOGIESAT5 - 3 8kV

n d i c a t et h a ts u i t a b l ep r e s s u r e s c a n b e m a i n t a i n e df o rr o u g h l y4 0y r . T h e s ei n t e r r u p t e r sa r e u s u a l l yp r e s s u r i z e dt o a b o u t4 5s i gb u tcan o p e r a t e t o t h e i rf u l lc a p a b i l i t ya t l e s st h a n h a l f t h eo r m a la s c h a r g e dp r e s s u r e .ManyS F 6i n t e r r u p t e r sw i l li n t e r r u p tl o a db r e a kc u r r e n t sa t 0

s i g ,a n d s o m e w i l lp e r f o r ma t l e a s to n e f u l lf a u l ti n t e r r u p t i o n .e c a u s eo f t h ei n t e r e s ti n m o n i t o r i n gt h ep e r f o r m a n c eo f S F 6

n t e r r u p t e r s ,pressure s w i t c h e sare b e i n gi n s t a l l e das s t a n d a r dq u i p m e n ti n many c a s e s . P r e s s u r es w i t c h e sare t y p i c a l l ys e tr e s p o n da t o n e - h a l ft h en o r m a lc h a r g ep r e s s u r e t o i n d i c a t e

h eb e g i n n i n go f t h ed e g r e d a t i o no f t h en a m e p l a t er a t i n g .r e s s u r er e a d i n g smay b e t a k e n o n a p e r i o d i cb a s i su s i n g ao r t a b l e d e t a c h a b l ega s p r e s s u r e gauge; h o w e v e r ,t h i sp r o c e -u r e i sn o t r e c o m m e n d e d .F r e q u e n tp r e s s u r ec h e c k sr e s u l ti na

s so f g a s , a n d e v e n t u a l l yt h e i n t e r r u p t e rw o u l dr e q u i r es e r v i c i n g .F i e l ds e r v i c i n gc a n r e s u l t i nt h ed i l u t i o na n d / o rn t a m i n a t i o no f t h egas i fa d e q u a t ep r e c a u t i o n sa re n o t t a k e n .i s r e c o m m e n d e dt h a tS F 6c i r c u i tb r e a k e r so r c o n t a c t o r sn o t

s e r v i c e du n l e s sa n i n d i c a t i o nf r o ma pressure sensor w o u l dn d i c a t es u c h s e r v i c ei s r e q u i r e da n d r e c o m m e n d e db y t h ea n u f a c t u r e r .C o m p a r i n gt h et e c h n o l o g i e s ,t h eS F 6t e c h n o l -y p r o v i d e sa n e x t r a m a r g i no f p e r f o r m a n c e ,e c o n o m i c a l

o n i t o r i n gc a p a b i l i t y ,a n d s e r v i c e a b i l i t ywhen n e c e s s a r y .

MISCELLANEOUSFEATURESVacuumt e c h n o l o g yc a n p r o v i d ef u l lf a u l ti n t e r r u p t i o nw i t hec o n t a c t s f u l l yo p e n s h o u l d a n arc b e e s t a b l i s h e db y aa n s i e n to v e r v o l t a g ec o n d i t i o nw h i c h w o u l df l a s ht h eo p e nn t a c t s . T h i s w o u l dn o t b e s o f o rp u f f e rt y p e S F 6b u t w o u l dt r u e f o rt h em a g n e t i ct y p e . S u c ha c l a i mo f p e r f o r m a n c ei st v e r y r e a s s u r i n g .S t a n d a r d sr e q u i r et h es a m e B I Lf o rl i n et on e ,l i n et o g r o u n d ,a n d across o p e n c o n t a c t s . F o r i s o l a t i o ne v i c e s , t h eB I Li s t e n p e r c e n th i g h e rt h a n t h el i n e - t o - l i n ea n dn e - t o - g r o u n dv a l u e s .A t r a n s i e n tv o l t a g ew h i c hw o u l dr e a c heB I Lo f o p e n c o n t a c t s w o u l dj u s tas l i k e l yf l a s ho v e r l i n et o

n eor l i n et o g r o u n d . B e c a u s eo f t h es m a l lc o n t a c t g a ps o c i a t e dw i t h vacuum i n t e r r u p t e r s ,t h eq u e s t i o no f c o n t a c t

a s hi s a p p r o p r i a t e .F r o h l i c h ,a n d W i d l[ 1 0 ]d e t e r m i r f e dt h a ted i e l e c t r i cs t r e n g t ho f t h eo p e n g a p v a c u u m i n t e r r u p t e r si s

w e r e db y c e r t a i no p e r a t i o n a lc o n d i t i o n sw h i c hc a u s e i r r e g u -rp r o j e c t i o n st o b e p r e s e n t o n t h e s u r f a c eo f t h ec o n t a c t .o j e c t i o n sc a u s e db y n o - l o a do p en i n gs o f w e l d e dc o n t a c t s

o d u c et h el o w e s td i e l e c t r i cs t r e n g t h .S F 6i n t e r r u p t e r sd o n o t h a v et h i sp r o b l e m ,d u e t o t h ed e s i g nt h ec o n t a c t s t r u c t u r e sa n d t h ef ac t t h a tt h er a t i oo f c o n t a c te n g a p t o c o nt a c ts u r f a c ei r r e g u l a r i t i e si smuchh i g h e r .B I Lt i n g s i na ny c o n d i t i o nare e a s i l y o b t a i n e d .Vacuumd e v i c e sare s o m e t i m e sp r o v i d e dw i t h a n X - r a yd i a t i o nw a r n i n g .A t 5 0kV across open c o n t a c t s , a v a c u u mt e r r u p t e rw i l lp r o d u c ea p p r o x i m a t e l y1 m i l l i r a n k i np e r h o u rr a d i a t i o n .A t 3 6 kV ( t h et e s t v o l t a g ef o r 1 5 - k Vc l a s s

q u i p m e n t ) ,r a d i a t i o nl e v e i sar e e q u i v a l e n tt o n a t u r a lc o s m i c

d i a t i o n .No p r e c a u t i o n sa r e r e c o m m e n d e da t t h e s el e v e l s .S F 6 g a s i n i t s e l fi s n o t a t o x i cm a t e r i a la n d i s u s e d o nc c a s i o ni n s u r g i c a lp r o c e d u r e s .H o w e v e r ,t h ea r c i n t e r r u p -o n sp r o d u c eb y - p r o d u c t sw h i c hc a n b e t o x i ct o h u m a nl if e i fg e s t e di ns u f f ic i e n t q u a n t i t i e s .M i n o rp r e c a u t i o n sa r e r e c o m -

1 3 6 3

m e n d e dw h e ns e r v i c i n go p e nS F 6i n t e r r u p t e r s .I nt h ec l a s so fe q u i p m e n tu n d e rd i s c u s s i o n ,t h ei n t e r r u p t e r sa r es m a l la n da r es e a l e df o rl i f er e q u i r i n gn o i n t e r n a lm a i n t e n a n c e .I nc a s eo f a na c c i d e n t ,v e n t i l a t i o na n d s k i nc o n t a c tp r e c a u t i o n sa r er e c o m -m e n d e d .Nor e g u l a t i o n se x i s ti nr e g a r dt ot h eh a n d l i n go f t h i sm a t e r i a l .

CONCLUSIONV a c u u ma n d S F 6t e c h n o l o g i e sa r et h eu s e f u lt e c h n o l o g i e so ft h ed a y a n d i m m e d i a t ef u t u r e .S F 6 e q u i p m e n tt e n d st o b el a r g e ra n d m o r e e x p e n s i v ei n s o m e i n s t a n c e s .H o w e v e r ,c o n t i n u i n gd e v e l o p m e n ti s m a k i n gS F 6m o r ec o m p e t i t i v ew i t hv a c u u m .

A l t h o u g hv a c u u mt e c h n o l o g yh a s b e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e di n m a n y c a s e sw i t h o u tp r e c a u t i o n a r ym e a s u r e s , t h e r ei sm e a s u r a b l ee v i d e n c et h a tS F 6h a s a n a d v a n t a g ei n t h ea r e ao ft r a n s i e n to v e r v o l t a g ec o n t r o l .I n h e r e n tt r a n s i e n to v e r v o l t a gc o n t r o lh as a ne f f e c to n t h eo v e r a l le c o n o m i c so f t h es y s t e m s .

REFERENCES[ 1 1 D . L .S w i n d l e r ,S F 6 P u f f e rT y p eC i r c u i tB r e a k e r sf o r A p p l i c a t i o n s

o f I5kV T h r o u g h3 8 k V,S q u a r eD C o m p a n y,M i d d l e t o w n ,OH.[ 2 ] E . 0 . F o s t e r ,E l e c t r i c a lB r e a k d o w ni n S o l i da n dL i q u i dI n s u l a t i n g

M a t e r i a l s ,E x x o nR e se ar ch a ndE n g i n e e r i n gC o .[ 3 ] E . S l a m e c k a ,I n t e r r u p t i o no f S m a l lI n d u c t i v eC u r r e n t s ,E l e c t r a .[ 4 1 M . M u r a n o ,S . Y a n a b u , H .O h a s k i , H . I s h i y u k a ,a n d T . I k a z a k i

C u r r e n tc h o p p i n gp h e n o m e n ao f m e d i u mv o l t a g ec i r c u i tb r e a k e r s ,I E E E T r a n s .P o w e rA p p .S y s t . ,v o l .PA S - 9 6 .

[ 5 ] A . T . R o g u s k i , L a b o r a t or yt e s tc i r c u i t sf o rp r e d i c t i n go v e r v o l t a g ew h e n i n t e r r u p t i n g s m a l li n d u c t i v e c u r r e n t sw i t h a n S F 6 c i r c u i tb r e a k e r ,I E E ET r a n s .P o w e rA p p .S y s t . ,t ob e p u b l i s h e d .

[ 6 ] K . Yo k o k u r a ,S . M a s u d a ,H . N i s h i k a w a ,M . O k a w a ,a n d O h a s h i , M u l t i p l er e s t r i k i n gv o l t a g ee f f e c ti nv a c u u mc i r c u i tb r e a k e r so n m o t o ri n s t a l l a t i o n ,I E E E8 0 M S 6 9 7 - 3 .[ 7 ] E .W . B u s s ,R . C .D u g a n ,a n dP .C . Ly o n s , V a c u u mc i r c u i tb r e a k e r sa n d d r yt y p et r a n s f o r m e r ss p e c i a lc o n s i d e r a t i o n sf o rm i n i n go p e r a -t i o n s ,I A S 7 7A n n u a l .

[ 8 ] L .G . A n a n i a n ,K . W . M i l l e r ,C . H . T i t u s ,a n d G . W. Wa l s h , F i e l dt e s t i n go f v o l t a g et r a n s i e n ta s s o c i a t e dw i t h v a c u u mb r e a k e rn o - l o a ds w i t c h i n go f a p o w e rt r a n s f o r m e ri n a n i n d u s t r i a lp l a n t ,I E E E1 9 8 0 .

[ 9 ] ANSIS t a n d a r dC 3 7 . 0 9 ,1 9 7 9 .[ 1 0 ] K . F r o h l i c ha n d W. W i d l , B r e a k d o w na n d f i e l d - e m i s s i o nb e h a v i o ro f

d i f f e r e n t l yp r e s s u r i z e dv a c u u mi n t e r r u p t e rc o p p e rc o n t a c t s ,P r o c .I n s t .E l e c .E n g . , v o l .1 2 8 ,J u l y1 9 8 1 .

[ 1 1 ] ANSIS t a n d a r dC 3 7 . 0 6 ,1 9 7 9 .

D a v i d L . S w i n d l e r( M ' 5 8 )r e c e i v e dt i h eB . S .

He j o i n e dt h eS q u a r eD C o m p a n yi n 1 9 5 8 .Hes e r v e di n t h eU . S. A ir F or c ef r o m 1 9 5 8t o 1 9 6 2a sC h i e fo f C o m m u n i c a t i o n sa n d E l e c t r o n i c so f t h eSACR e f u e l i n gW i n g ,R a n d l o p h i r F o r c eB a s e ,

l g ~ ~ ~ T X .He r e t u r n e dt oS q u a r eD i n 1 9 62 a nds e r v e da sS u p e r v i s o ro f D e v e l o p m e n tE n g i n e e r i n gi n t h eH e a v yI n d u s t r i a lC o n t r o l D i v i s i o ni n C l e v e l a n d ,O H ,u n t i l1 9 7 2 .He s e r v e da sC h i e fE n g i n e e rf o rt h e

M i d d l e t o w n ,OH p l a n to f S q u a r eD f r o m1 9 7 2t h r o u g h1 9 8 3 .He i sp r e s e n t l ya S t a f fE n g i n e e rf o r t h eP o w e rE q u i p m e n tD i v i s i o no f S q u a r eD . H a sh a dt h ee n g i n e e r i n gr e s p o n s i b i l i t yf o rn u m e r o u sp r o d u c tl i n e s .

M r . S w i n d l e rh a ss e r v e do n a n u m b e ro fs t a n d a r d sf o r m u l a t i n gw o r k i n gg r o u p s i n c l u d i n gN E M AP o w e rS w i t c h g e a rA s s e m b l i e s ,NEMA P o w e rS w i t c h i n gE q u i p m e n t ,N E M AL o w - Vo l t a g eP o w e r C i r c u i tB r e a k e r s ,H VA C CP o w e rS w i t c h i n gE q u i p m e n tS w i t c h g e a r ,I EE E P E SS w it c h ge a r a n dC i r c u i tB r e a k e r s ,a n d U n d e r w r i t e r sL a b o r a t o r i e sT AGLo wVo l t a g eS w i t c h -g e a r .