Hava araçlarında kablolamada kablo düzeninin, kablolar arası uzaklığın ve ortam sıcaklığının kablo akım taşıma kapasitesine etkisinin sonlu elemanlar yöntemi ile çoklu fiziksel analizi

Yıl 2023, Cilt: 38 Sayı: 4, 2147 - 2154, 12.04.2023

Burhan Mert Yıldız , Özcan Kalenderli , Özkan Altay

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.971960

Öz

Bu çalışmada, hava araçlarında kullanılan yüksek gerilimli güç kablolarının döşeme koşullarının belirlenmesi amacıyla akım taşıma kapasitelerini etkileyen baskın etkenlerden olan ısıl davranışı sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmiştir. Bu amaçla kablonun ve döşendiği ortamın sıcaklığı ile akım taşıma kapasitesi arasındaki ilişkiyi gözlemlemek için elektrik-ısıl çoklu fiziksel analiz modeli oluşturulmuştur. Analizlerde SAE AS22759/1 standartına uygun bir damarlı, 2 AWG (39,19 mm2) kesitli kablolar göz önüne alınmıştır. Çalışma kapsamında hem ortam sıcaklığının hem de kablolar arası uzaklığın kablonun akım taşıma kapasitesine etkisi incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda, kablolar arasındaki uzaklığın azalmasının kablonun akım taşıma kapasitesinin azalmasına; ortam sıcaklığının azalmasının da kablonun akım taşıma kapasitesinin artmasına neden olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Hava aracı kabloları, ısıl analiz, akım taşıma kapasitesi, sonlu elemanlar yöntemi, çoklu fiziksel analiz

Kaynakça

• Erdoğan, H. Y., Ocaklı, S., Erdem, S. ve Yılmaz, A. E., Aviyonik güç dağıtım sistemleri ve irtifanın hava araçlarında kullanılan iletim hatları üzerindeki akım taşıma kapasitesine etkisi, VII. Ulusal Havacılık ve Uzay Konferansı, 2018.
• Berger, R., Aircraft electrical propulsion, the next chapter of aviation, Aircraft Electrical Propulsion, 2017.
• Christou, I., Optimisation of high voltage electrical systems for aerospace applications. (Doctoral dissertation). The University of Manchester, the Faculty of Engineering and Physical Sciences, School of Electrical and Electronic Engineering, 2011.
• Cotton, I., Gardner, R., Schweickart, D., Grosean, D. & Severns, C., Design Considerations for Higher Electrical Power System Voltages in Aerospace Vehicle. IEEE, 2016.
• FAA, Aircraft Electrical Wiring Interconnect System (EWIS) Best Practices, 2018.
• Rickman, S. L. ve Iannello, C. J., Heat transfer analysis in wire bundles for aerospace vehicles, 14 International Conference on th Simulation and Experiments in Heat Transfer and its Applications, 2016.
• Kocatepe, C., Arıkan, O., Kumru, C. F. ve Akbulut, A., Yüksek gerilim kablolarının farklı döşeme koşullarında ısıl analizi, ELECO 2012 Elektrik - Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, Bursa, 2012.
• SAE AS50881, Society of Automotive Engineers International Aerospace Standard, Wiring Aerospace Vehicle, 2019.
• Küçükaydın, B. ve Arıkan, O., Ortam koşullarının yeraltı kablolarının sıcaklığı ve akım taşıma kapasitesi üzerindeki etkisi, ELECO 2014 Elektrik – Elektronik – Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, 2014.
• Karahan, M. ve Kalenderli, Ö., Coupled electrical and thermal analysis of power cables using finite element method, www.intechopen.com, 2011.
• Durai, N. ve Ukil, A., Ampacity estimation for HV submarine power cables installed in saturated seabed, IEEE International Conference on Power Electronics, Drives, Energy, 2019.
• Sedaghat, A. ve León, F., Thermal analysis of power cables in free air: Evaluation and Improvement of the IEC Standard Ampacity Calculations, IEEE Transactions on Power Delivery, 29(5), 2306- 2314, 2014.
• Karahan, M., Varol, H. S. ve Kalenderli, Ö., Güç kablolarının elektrik ve ısıl zorlanmaların etkisi altında sıcaklık dağılımlarının ve ömürlerinin belirlenmesi. 12. Ulusal Elektrik-Elektronik-Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Konferansı, Eskişehir, 2007.
• Izquierdo, P., Azcona, R., & Jerro, L., Electrical Power Distribution System (HV270DC), for Application in More Electric Aircraft, Military Air Systems-Defense and Security Division, 2010.
• ASTM F2639-18, Standard Practice for Design, Alteration, and Certification of Aircraft Electrical Wiring Systems, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2018, www.astm.org.
• Kocar, I. ve Ertas, A., Thermal analysis for determination of current carrying capacity of PE and XLPE insulated power cables using finite element method, IEEE MELECON, 2004.
• Karahan, M., Sonlu elemanlar metodu kullanılarak güç kablolarının ısıl analizi ve akım taşıma kapasitesinin değerlendirilmesi, Doktora Tezi, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2007.
• Memiş, S., Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Yıldırımın Uçaklara olan Etkilerinin İncelenmesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitü, İstanbul, 2019.
• SAE AS22759/1, Society of Automotive Engineers International Aerospace Standard. Wire, Electrical, Fluoropolymer-Insulated, Copper or Copper Alloy, 2018.