Al-Cu bimetalik kompozit hammaddesinin elektrik anahtarlarındaki ısınma karakteristiğinin incelenmesi

Abstract

Çalışmada, mevcut durumda elektrik anahtarlarında kullanılan bakır ve pirinç hammaddelere göre daha uygun maliyetli bir alternatif olacağı düşünülen Al-Cu bimetalik hammaddesinin elektrik anahtarlarında kullanımının IEC standartları açısından uygunluğu araştırılmıştır. IEC 60669-1 elektrik anahtarları standardının en belirleyici testi olan aşırı akım testinde, iletkenlerin artan ısınma miktarları incelenmektedir. Anahtarın iletkenlerinden ürünün beyan akımının (In:10A) 1,35 katı aşırı akım geçirilerek iletkenlerdeki maksimum sıcaklık artış miktarının (ΔT) 45°C altında olması istenmektedir. Araştırmada, üç farklı hammadde (Al-Cu, pirinç ve bakır) ile oluşturulmuş ürün dataları, standartta belirtilen sınır şartları dahilinde multi-fizik simülasyonlara tabi tutulmuş ve laboratuvar testleri yapılmadan önce sıcaklık artışı ile alakalı teorik sonuçlara ulaşılmıştır. Simülasyona göre en yüksek sıcaklık artışı 20,5°C ile pirinç, en düşük sıcaklık artışı 17,25°C ile bakır numunede gözlemlenmiştir. Al-Cu numunede ise 19,9°C sıcaklık artışı gözlemlenmiştir. Simülasyonlardan sonra yapılan laboratuvar testlerinde simülasyon verilerine yakın sonuçlar alınmıştır. Test sonuçlarına göre en yüksek sıcaklık artışı meydana gelen pirinç numunede 22,63°C, en düşük sıcaklık artışı meydana gelen bakır numunede 19,14°C ve Al-Cu numunede ise 20,72°C sıcaklık artışı gözlemlenmiştir. Sırasıyla pirinç, Al-Cu ve bakır için analiz-deneysel veri sapma miktarları şu şekildedir; %10,37, %4,10 ve %10,95. Bu verilere göre hiçbir numune maksimum 45°C miktarını aşmamıştır ve numunelerin tamamı standart açısından uygundur. Direncin ısınma ile doğru, iletkenlik ile ters orantılı olduğu bilinmektedir. Bu bilgiler ve test sonuçlarından yola çıkılarak hammaddelerin iletkenlik miktarları için bakır>Al-Cu>pirinç sıralaması yapılabilir. Simülasyon ve deneysel doğrulama sonuç verileri incelendiğinde Al-Cu bimetal hammaddesinin, uluslararası elektrik anahtarları standardındaki aşırı akım testlerini geçerek elektrik anahtarlarında pirinç ve bakır iletkenlere alternatif olarak kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır.

In the study, the suitability of the use of Al-Cu bimetallic raw material in electrical switches, which is thought to be a more cost-effective alternative to copper and brass raw materials used in electrical switches, in terms of IEC standards has been investigated. In the overcurrent test, which is the most decisive test of the IEC 60669-1 electrical switches standard, the increasing heating amounts of the conductors are examined. 1.35 times the rated current of the product (In:10A) is passed through the conductors of the switch and it is requested that the maximum temperature increase amount (ΔT) in the conductors be below 45°C. In the research, product 3D data created with three different raw materials (Al-Cu, brass and copper) were subjected to multi-physics simulations within the boundary conditions specified in the standard and theoretical results related to temperature increase were reached before laboratory tests were performed. According to the simulation, the highest temperature increase was observed in the brass sample with 20.5°C, and the lowest temperature increase was observed in the copper sample with 17.25°C. A temperature increase of 19.9°C was observed in the Al-Cu sample. In the laboratory tests performed after the simulations, results close to the simulation data were obtained. According to the test results, 22.63°C temperature increase was observed in the brass sample with the highest temperature increase, 19.14°C in the copper sample with the lowest temperature increase, and 20.72°C in the Al-Cu sample. Analysis-experimental data deviation amounts for brass, Al-Cu and copper, respectively, are as follows; 10.37%, 4.10% and 10.95%. According to these data, no sample exceeded a maximum of 45°C and all samples conformed to the standard. It is known that resistance is directly proportional to heating and inversely proportional to conductivity. Based on this information and test results, the order of copper>Al-Cu>brass can be made for the conductivity of raw materials. When the simulation and experimental verification result data were examined, it was concluded that Al-Cu bimetal raw material could be used as an alternative to brass and copper conductors in electrical switches by passing the overcurrent tests in the international electrical switch standard.