Busbar sistemlerinde elektro-termal akışkan davranışın eşlenik çok-fizikli modellenmesi ve deneysel doğrulaması
Conjugate multiphysics modeling and experimental validation of electro-thermal-fluid behavior in busbar systems
- Tez No: 1021559
- Danışmanlar: PROF. SELİM AY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Energy, Engineering Sciences, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Artan enerji talebi, veri merkezleri, endüstriyel tesisler ve büyük ölçekli üretim altyapılarının yaygınlaşmasıyla birlikte elektrik enerjisinin güvenli, verimli ve sürdürülebilir biçimde iletilmesi ve dağıtılması mühendislik açısından kritik bir konu haline gelmiştir. Yüksek akım taşıma kapasitesi, mekanik dayanımı ve modüler yapısı nedeniyle busbar enerji dağıtım sistemleri modern elektrik altyapılarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak geleneksel kablo ile enerji dağıtım sistemlerinde olduğu gibi bu sistemlerde de akım taşınması sırasında ortaya çıkan Joule kayıpları ve bağlantı bölgelerinde oluşan kontak dirençleri, yerel sıcaklık artışlarına neden olabilmekte ve sistemin işletme güvenilirliğini etkileyebilmektedir. Bu çalışmada, alüminyum iletkene sahip bir busbar enerji dağıtım sisteminin elektro-termal-akışkan davranışı sayısal ve deneysel yöntemler birlikte kullanılarak incelenmiştir. Elektriksel analizlerde akım yoğunluğu dağılımı, elektrik potansiyeli ve buna bağlı Joule ısı üretimi sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ile hesaplanmış; elde edilen sıcaklık alanı, sıcaklığa bağlı elektriksel iletkenlik üzerinden elektriksel çözüme geri aktarılmıştır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizlerinde ise katı bölgede iletim, çevre hava hacminde taşınım ve katı-akışkan arayüzündeki eşlenik ısı transferi birlikte değerlendirilmiştir. Bağlantı ve ek bölgelerinde ortaya çıkan kontak direnci etkisi, modele ilave ısı kaynağı olarak dâhil edilmiştir. Sayısal modelin doğrulanması amacıyla deneysel bir test düzeneği kurulmuş ve IEC 61439-6 standardında tanımlanan sıcaklık artışı değerlendirme yaklaşımı esas alınarak deneysel test gerçekleştirilmiştir. Deneyde her faza 1350 A RMS mertebesinde akım uygulanmış; ortam sıcaklığı, hava hızı ve farklı ölçüm noktalarındaki sıcaklık değerleri kaydedilmiştir. Sayısal sonuçların deneysel verilerle karşılaştırılması, geliştirilen elektro-termal-akışkan modelinin busbar sisteminin kararlı durumdaki sıcaklık davranışını güvenilir biçimde temsil edebildiğini göstermiştir. Bulgular, özellikle kontak bölgelerindeki ısıl yüklerin sistem performansı üzerinde belirleyici olduğunu ortaya koymaktadır. Uygun geometrik model, sıcaklığa bağlı malzeme özellikleri, kontak direnci tanımı ve deneysel verilerle model kalibrasyonu sayesinde busbar sistemlerinin termal güvenilirliğini tasarım aşamasında doğru bir şekilde değerlendirilebileceği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
The increasing energy demand, together with the widespread deployment of data centers, industrial facilities, and large-scale manufacturing infrastructures, has made the safe, efficient, and sustainable transmission and distribution of electrical energy a critical engineering concern. Owing to their high current-carrying capacity, mechanical strength, and modular structure, busbar power distribution systems are widely employed in modern electrical infrastructures. However, Joule losses during current conduction and contact resistances at connection regions may cause local temperature rises, thereby affecting system reliability. In this study, the electro-thermal-fluid behavior of an aluminum-conductor busbar power distribution system was investigated using numerical and experimental methods. In the electrical analyses, current density distribution, electric potential, and Joule heat generation were calculated using the finite element method (FEM). The resulting temperature field was fed back into the electrical solution through temperature-dependent electrical conductivity. In the computational fluid dynamics (CFD) analyses, heat conduction in solid regions, convection within the surrounding air volume, and conjugate heat transfer at the solid–fluid interface were evaluated together. Contact resistance in connection and joint regions was incorporated into the model as an additional heat source. To validate the numerical model, an experimental test setup was established, and tests were carried out based on the temperature-rise assessment approach defined in IEC 61439-6. During the experiment, an RMS current of approximately 1350 A was applied to each phase, while ambient temperature, air velocity, and temperatures at different measurement points were recorded. The comparison between numerical and experimental results showed that the developed electro thermal-fluid model can reliably represent the steady-state thermal behavior of the busbar system. The findings indicate that thermal loads, particularly in contact regions, significantly influence system performance. Therefore, the thermal reliability of busbar systems can be evaluated at the design stage through appropriate geometry, temperature-dependent material properties, contact resistance definition, and experimental calibration.
Benzer Tezler
- Alçak gerilim sistemlerinde ark flaş analizi ve koruma
Arc flash analysis and protection in low voltage systems
GÜLŞAH DAMLA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER USTA
- Yerli merkebin (Equus asinus L.) gözü (organum visus) üzerinde komparatif makro-anatomik ve subgros araştırmalar
Başlık çevirisi yok
R. MERİH HAZIROĞLU
- Pix, atonik ve cytozyme uygulamalarının yerfıstığının (Arachis hypogaea L.) bazı önemli tarımsal ve kalite özelliklerine etkisi üzerinde bir araştırma
Başlık çevirisi yok
HAYRİYE ARSLANTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1990
ZiraatÇukurova ÜniversitesiTarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. H. HALİS ARIOĞLU
- Elektrik enerji sistemlerindeki dengesizliklerin optimal işletme bakımından etkinlikleri
The Effects of Unbalances in electrical power systems with reference to optimal operation
SELİM AY
Doktora
Türkçe
1989
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. NESRİN TARKAN
- Computer aided design of 154/34.5 kv substations
154/34.5 kv trafo merkezlerinin bilgisayar ile tasarımı
NAİL EREN
Yüksek Lisans
İngilizce
1992
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. NEVZAT ÖZAY