Al-Cu bimetal kompozitlerinin elektrik anahtarlarında iletken olarak kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the usage of Al-Cu bimetal composites as conductors in electric switches
Yazar: HÜSEYİN TUNAHAN GÖZEL
Danışman: DOÇ. DR. İDRİS CESUR
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum = Aluminum ; Bakır = Copper ; Pirinç-metal = Brass ; İletkenler = Conductors

Özet:
Elektrik anahtarlarında iletken olarak çoğunlukla bakır ve pirinç hammaddeler tercih edilmektedir. 2019'da başlayan küresel hadiselerin etkisi sonucu tedarik zincirinin bozulması ve aynı zamanda da elektrikli araç sektörünün de hızla gelişmesi nedeniyle bakır ve pirinç ham madde arzı talepleri karşılayamaz hale gelmiştir. Bakır ve pirinç gibi gelenekselleşmiş ham maddelerin artan maliyetleri ve tedarik edilebilirliğinin zorlaşması nedeniyle daha kolay temin edilebilir iletken ham maddeler için araştırmalar yapılmaktadır. Bu tez çalışmasında da, bakır ve pirince alternatif olacağı düşünülen daha düşük maliyetli Al-Cu bimetalik kompozit ham maddesinin konut tipi elektrik anahtarlarında kullanılabilirliği teorik ve deneysel olarak araştırılmıştır.
Al-Cu bimetal kompozit alternatif ham maddesi; temin edilebilirlik, şekil verilebilirlik, uluslararası elektrik standartlarına uygunluk, ısıl ve elektriksel iletkenlik gibi başlıca gereklilikleri karşılayacağı öngörülmüş ve elektriksel anahtarlarda iletken olarak kullanılabilirliği değerlendirilmiştir.
Tez iki aşamadan oluşmaktadır. Araştırmanın birinci aşamasında teorik termal analizler yapılmıştır. Termal analizler, Ansys Electronics Maxwell 3D ve Ansys Workbench Transient Thermal modülleri kullanılarak multi-fizik simülasyonu şeklinde gerçekleştirilmiştir. Teorik olarak yapılan simülasyon çalışmalarında; yeni iletken Al-Cu bimetal ile mevcutta kullanılan iletkenler olan bakır ve pirincin elektrik akımı altındaki ısınma karakteristikleri incelenmiştir. Tezin ikinci aşamasında ise deneysel çalışmalar yapılarak teorik çalışmaların doğrulaması ve uluslararası elektrik standartlarına uygunluğunu kontrol için bir dizi test yapılmıştır. Üç farklı ham maddeye öncelikle; çekme, sertlik, XRF kimyasal analizler yapılmıştır. Daha sonra bu hammaddeler kullanılarak oluşturulmuş üç farklı numuneye uluslararası elektrik standartları gereği uygunluk testleri uygulanmıştır. Bu testler ise sırasıyla; aşırı akım testi, elektrik yükü altında ömür testi, sıcaklık artış testi ve izolasyon testleridir. Yapılan testlerin sonuçları, teorik-deneysel ve ham maddelerin birbirleri ile karşılaştırılması şeklinde sunulmuştur.
Yapılan analiz ve testler sonunda Al-Cu bimetalik ham maddesinin elektrik anahtar standartlarını sağladığı ve iletken olarak kullanılabilir olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
Copper and brass raw materials are mostly preferred as conductors in electrical switches. Due to the deterioration of the supply chain as a result of the global events that started in 2019 and the rapid development of the electric vehicle industry, the supply of copper and brass raw materials has become unable to meet the demands. Due to the increasing costs and difficult supply of traditional raw materials such as copper and brass, more easily available conductive raw materials are being searched. In this thesis, the usability of lower cost Al-Cu bimetallic composite raw material, which is thought to be an alternative to copper and brass, in residential electrical switches was investigated theoretically and experimentally.
Al-Cu bimetal composite alternative raw material; It is predicted that it will meet the main requirements such as availability, formability, compliance with international electrical standards, thermal and electrical conductivity, and its usability as a conductor in electrical switches has been evaluated.
The thesis consists of two stages. In the first stage of the research, theoretical thermal analyzes were made. Termal analizler, Ansys Electronics Maxwell 3D ve Ansys Workbench Transient Thermal modülleri kullanılarak multi-fizik simülasyonu şeklinde gerçekleştirilmiştir. In theoretical simulation studies; The heating characteristics of the new conductor Al-Cu bimetal and the currently used conductors copper and brass under electric current were investigated. In the second stage of the thesis, a series of tests were carried out to verify the theoretical studies and to check their compliance with international electrical standards by conducting experimental studies. First of all, three different raw materials; tensile, hardness, XRF chemical analysis were made. Then, conformity tests were applied to three different samples, which were created using these raw materials, in accordance with international electrical standards. These tests are respectively; over current test, life test under electrical load, temperature rise test and insulation tests. The results of the tests are presented in the form of comparison of theoretical-experimental and raw materials with each other. As a result of the analysis and tests, it was concluded that the Al-Cu bimetallic raw material meets the electrical switch standards and can be used as a conductor.