Elektrik Mühendisliğinde Kullanılan Alüminyum ve Alaşımları

Enerji ve elektronik sektöründe yaygın olarak tercih edilen alüminyum, belirli standartlara göre diğer bileşimlerle birlikte kullanılmaktadır. Alüminyum ve alaşımlarının sektörde kullanım ayrıntılarını yazımızda bulabilirsiniz.

A- A+

22.11.2016 tarihli yazı 15021 kez okunmuştur.

Alüminyum Bara Kablo Ekranlama Havai Hat Alaşım

Alüminyum birçok alanda ısı, yalıtım, ekranlama ve iletim malzemesi olarak uzun yıllardır kullanılmaktadır. Alüminyum, elektrik sektöründe çoğunlukla iletim malzemesi olarak kullanılır. İletim malzemesi olarak saf alüminyuma ek olarak birçok alüminyum alaşımları kullanılmaktadır. Bu alaşımlar, iyi bir iletkenliğe sahip ve zorlu ortam şartlarına mukavemet gösteren bileşimlerden oluşur.

Alüminyum için ilgili İngiliz Standart Şartnamesi iki gruba ayrılır:

Birinci grup alüminyumun, elektriksel amaçlar doğrultusunda elektriksel özellikleri üzerinde durularak yüksek saflıktaki alüminyumlarla ilgilidir. İkinci grup ise alüminyumun genel mühendislik için kullanıldığı alanlarla ilgilidir. Elektriksel amaç için kullanılan alüminyumlar ile ikinci grup alüminyumlar arasındaki saf alüminyum oranı, Uluslararası Alüminyum-Bakır Standardı ( IACS ) tarafından sırasıyla % 55 ve % 61 olarak belirlenmiştir.

►İlginizi Çekebilir: Busbar Sistemlerinde Alüminyum ve Bakır Kullanımı

Elektrik ile İlgili İngiliz Standartları şunlardır:

► BS 215 Grup 1: ( IEC 207 ) Havai enerji nakil amaçlı, alüminyum örgülü iletkenler.
► BS 215 Grup 2: ( IEC 209 ) Alüminyum iletkenler, çelik takviyeli havai enerji nakil amaçlı.
► BS 2627. Elektriksel amaçlar için dövülmüş alüminyum tel.
► BS 2897. Kenarları çekilmiş veya preslenmiş şerit alüminyum-Elektriksel amaçlar için dövülmüş alüminyum.
► BS 2898. Bar, ekstrüzyon boru tipinde profil alüminyum - Elektriksel amaçlar için dövülmüş alüminyum.
► BS 3242. (IEC 208) Alüminyum alaşımlı havai enerji iletimi için oluşturulan iletkenler.
► BS 3988. Yalıtılmış kablolar için oluşturulan katı alüminyum iletkenler - Elektriksel amaçlar için dövülmüş alüminyum.
► BS 6360. Yalıtılmış kablolar ve kordonlar için oluşturulmuş alüminyumlar.

Genel mühendislik için kullanılan alüminyum iletkenlerde, kullanılan çelik miktarı IACS standartlarına göre %30, ancak yüksek dayanımlara maruz kalan iletkenlerde iseçelik oranının % 60'a kadar kullanılmasına izin verilmektedir.

Genel kullanımda İlgili İngiliz Standartları şunlardır:

► BS 1471 Dövülmüş alüminyum ve alüminyum alaşımları - tüp tipinde alüminyumlar.
► BS 1472 Dövülmüş alüminyum ve alüminyum alaşımları - dövme stok ve dövme tipinde alüminyumlar.
► BS 1473 Dövülmüş alüminyum ve alüminyum alaşımları - perçin, civata ve stok vida.
► BS 1474 Dövülmüş alüminyum ve alüminyum alaşımları - barlar, ekstrüzyon, boru tipinde alüminyumlar.
► BS 1475 Dövülmüş alüminyum ve alüminyum alaşımları – tel tipinde alüminyumlar.
► BS 1490 Alüminyum külçe ve döküm (ancak ISO 3522 ile aynı değildir ).
► BS EN 485 Alüminyum ve alüminyum alaşımları - sac, şerit ve levha tipinde alüminyumlar.

Alüminyum ve alüminyum alaşımları için detaylı teknik özellikler ilgili Alüminyum Federasyonu'ndan elde edilebilir.

Alüminyum'un Avantajları Nelerdir?

Alüminyum avantajlarından bazıları birçok alanda kullanılan bakıra göre daha hafif (yaklaşık üçte biri yoğunluğunda), bakıra göre işlenmesi daha kolay ve ekonomik olarak daha ucuz olduğundan alüminyumun kullanımını öne çıkarmaktadır. Örnek olarak, iç kablolamalarda, trafo sargılarındaki folyolar gibi birçok alanda kullanılmaktadır. 1990’lı yıllardan başlayarak günümüze kadar artık bakırın yerini alüminyumun aldığı görülmektedir.

Alüminyum‘un Kullanıldığı Elektriksel Elemanlar

►Baralar:

Alüminyum 1960 yılından bu yana bara uygulamalarında kullanılmaktadır. Bunun nedeni; hafiflik, akım dalgalanmalarına karşı daha dayanıklı ve korozyona karşı güçlü olduğundan dolayı bara uygulamalarında kullanılmaktadır. Örnek olarak, 400 kV, 380 kV, 275 kV ve 132 kV’lık gerilim kademelerindeki yüksek gerilim sistemlerinde bus baraların yapısında ve slack (ana) baraların yapısında alüminyum alaşımlı bileşimler kullanılmaktadır. Yine boru tipinde alüminyum baralar ise 275 ve 400 kV’lık trafo merkezlerinde özel olarak gaz izoleli iletim hatlarında da giderek kullanılmaya başlanmıştır.

►İlginizi Çekebilir: Bara Birleştirmede Kullanılan 5 Yöntem

Alüminyumdan oluşan baraların en önemli sorunu ise cıvata ile birleştirilen bağlantı noktalarında paslanmalar meydana gelmektedir. Bunun engellenmesi için alüminyum baralar blok şekilde dökümü yapılmalıdır. Ayrıca cıvata ile birleştirilen bağlantı noktaları sıklıkla gümüş ve kalay kullanılarak, kaynak (elektroliz)yapılır.

►Kablo

Kablolama uygulamalarında yoğun olarak kullanılmaktadır. 16mm² kesitlerde ve üzerinde birçok kablo tipinde bulunan alüminyum kablolar, 66 kV’a kadar olan güç kablolarında kullanılmaktadır. Ayrıca koaksiyel kabloların ekranlanmasında da kullanılmaktadır. Genel olarak EMC uygulamalarında, yüksek gerilim ve alçak gerilim şebekelerinde ve elektronik uygulamaların kablolamalarında kullanılmaktadır.

►Havai Hatlar

ACSR (Tam Alüminyum İletkenler): Alüminyum-çelik alaşımından oluşan havai hat tiplerindendir. Bu havai hat tipinin kimyasal özelliği, alüminyumun hafifliğinden, çeliğin dayanıklılığından yararlanılarak oluşturulmuştur. Dünya çapında ve ülkemizde, genellikle güç iletimi ve dağıtımı sistemlerinde kullanılmaktadır. Ülkemizde bu iletkenlerin standartları TS-490 numaralı standartta göredir.

ACAR: Güçlendirilmiş alüminyum alaşımlı tel olarak bilinir. 1960 yılından bu yana kullanılmaktadır. Bu alaşım, saf alüminyuma göre korozyona karşı daha dayanıklı ve saf alüminyuma karşı daha hafiftir. Bu nedenle genellikle iletişim altyapısında kullanılmaktadır.

►Motorlar

İndüksiyon motorların rotor kısımları kafes şeklindedir. Bu kafes çubukları genellikle alüminyumdan oluşmaktadır. Motorların soğutmalarında kullanılan fanlar ve bazı koruma elemanlarının ana malzemesi de alüminyumdur.

►Isıtma Elemanları

Alüminyum folyolar ve sargılar ısıtıcı elemanlar için geliştirilmiştir. Ancak şu anda yaygın olarak folyolar ekranlamalarda kullanılmaktadır. Alüminyum sargıları ise trafolarda bulunan primer ve sekonder sargılarının birbirleri ile indüksiyon etkileşimini izole etmek amacıyla kullanılmaktadır.

►Soğutma Elemanları

Alüminyum, ısı iletkenliği yüksek ayrıca katı veya içi boş şekiller halinde dökümü kolay olduğundan soğutucular için ideal bir malzeme türüdür. Elektronik sektöründe, yarı iletken cihazlardaki devre elemanlarının çoğunun soğutma metallerinde alüminyum malzemesi kullanılmaktadır. Elektrik sektöründe ise trafoların soğutma radyatörleri ve yağ tanklarının yapısında da alüminyum malzemesi kullanılmaktadır. Trafo tanklarının alüminyum yapılı olmasının avantajı, trafo tankının içerisinde bulunan trafo yağının alüminyum ile reaksiyona girmemesidir.

►Alüminyum Sargılar

Alüminyumun kullanıldığı en küçük birimlerbüyük güç kondansatörlerinin yapısındaki sargılar da kullanılmaktadır.Alüminyum sargılar bazı transformatörlerde, solenoid (bobin) yapıdaki reaktörlerin sargıların sarıldığı nüvelerin yapısında da kullanılmaktadır. Folyo kalınlığı aralığı 0.04 mm ile 1.2 mm arasında olup, 34 tip kesit bulunmaktadır. Bir bakır tel ya da bakır bobin için iyi bir uzay faktörü % 60 ’a karşılık gelir. Ancak aynı kesitte bir alüminyum bobin sayesinde % 90’lık bir uzay faktörü elde edilir. Bu nedenle kayıpsız bir bobin veya reaktör elde etmek için yapılarında alüminyum kullanımı daha uygundur.

Isıtma ve soğutma elemanlarının folyo yapılarında alüminyum kullanılmasının nedeni dedaha iyi uzay faktörüne sahip olmasından dolayı ısı transferini eşit bir şekilde dağıtması ve ısının hızlı bir şekilde yayılmasındandır. Alüminyum dezavantajı ise zayıf bir dayanım kuvvetine sahiptir. Bu nedenle kopma durumunun yüksek olduğu alçak gerilim sargılarında ise bakır folyolarkullanılmaktadır.

Saf Alüminyumun Fiziksel Özellikleri

Bunları biliyor muydunuz?

► Alüminyumun 3A grubuna ait bir metal olduğunu,
► Bakırın elektrik iletkenliği yüksek olmasına rağmen alüminyum kullanılmasının nedeni, ucuz ve hafif olduğu,
► Alüminyumun doğada çok uzun süre deformasyona uğramadan kaldığını(minimum 500 yıl)
► ACSR tipindeki havai hat tipinin, çelik ile alüminyumun pil olayını gerçekleştirmemesi için merkezde bulunan çelik alaşımınınçinkolandığını,
► Elektromanyetik girişimlerin (EMC)çok olduğu ortamlarda, alüminyum sarımı ile kabloların ekranlandığını,
► Alüminyumun, bakıra göre korozyona karşı daha dayanıklı olduğunu,

Kaynak:

►Electrical-Engineering-Portal

Yazar: Turan Çakıl