Vakumlu devre kesicisi için farklı kontak yapılarının sonlu elemanlar yöntemi ile optimizasyonu
Optimization of different contact structures for vacuum circuit breakers with finite element method
Yazar: CENGİZ ÇEÇEN
Danışman: PROF. DR. MEHMET SALİH MAMİŞ
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: ANSYS = ANSYS ; Devre kesiciler = Circuit breakers ; Elektrostatik = Electrostatic ; Vakum = Vacuum

Özet:
Teknolojik gelişmeler ve rekabetin artmasına paralel olarak geçmişten günümüze birçok kesici türü geliştirilmiştir. Vakum devre kesicisi (VCB) orta gerilim (OG) güç sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. 
Kısa devre veya elektriksel manevralarda açma-kapama esnasında meydana gelen ark, zamanla kontak temas yüzeylerinde aşınmaya neden olmaktadır. Meydana gelen bu istenmeyen durumu en aza indirmek için Radyal Manyetik Alan (RMF) ve Eksenel Manyetik Alan (AMF) üreten kontak çeşitleri kullanılarak manyetik alan ile ark kontrolü yapılabilmektedir.
Devre kesicilerinden daha iyi verim alabilmek için bazı yöntemler geliştirilerek anahtarlama kapasitesi arttırılabilir. Bu yöntemlerden biri kontak yapımında kullanılacak malzeme seçimi, diğeri ise uygun kontak geometrisini geliştirmektir. Geliştirilmiş olan kontak yapılarından bazıları; düz kontak, spiral tip kontak ve eğik oluklu kontak çeşitleridir.
Bu çalışmada vakum devre kesicisi için kullanılan farklı kontak yapıları incelenerek ve Ansys Maxwell yazılımı ile sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak elektrostatik analizlerin yapılması amaçlanmıştır. Yapılan elektrostatik analizde elde edilen sonuçlar farklı kontak yapılarının elektrik alan dağılımı üzerinde önemli etkisinin bulunduğunu göstermiş ve bu alanda yapılacak çalışmalar, anahtarlama kapasitesinin geliştirilmesinde önemli bir etken olacağı değerlendirilmiştir.

Abstract:
In parallel with the development of the tecnology and the increase in competition, many breaker types have been developed from past to present. Vacuum circuit breaker (VCB) is widely used in medium voltage (MV) power systems.
The arc that occurs during short circuit or electrical switching causes coating on the contact surfaces over time. In order to minimize this undesirable situation, arc control can be made with magnetic field by using contact types that generate Radial Magnetic Field (RMF) and Axial Magnetic Field (AMF).
In order to get better efficiency from circuit breakers, some methods can be developed to increase the switching capacity. One of these methods is to choose appropriate material to be used in contact, and the other is to develop the appropriate contact geometry. Some of the developed contact structures are; flat contact, spiral type contact and skew slotted cup contact types.
In this study, different contact structures used for the vacuum circuit breakers are examined and electrostatic analyzes using the finite element method with Ansys Maxwell software is performed. The results obtained in the electrostatic analysis showed that different contact structures have a significant effect on the electric field distribution, and it was evaluated that the studies to be carried out in this area would be an important factor in the development of the switching capacity.