Primerjava bakrenih in srebrnih talilnih elementov v visokonapetostnih talilnih vložkihPodgoršek, Jakob (Avtor) Geršak, Gregor (Mentor) visokonapetostni talilni vložektalilni elementsrebrobakerCu-ETPCu-OFCu-PHCciklično testiranjeoksidacijaCOMSOL.V diplomskem delu je obravnavana primerjava srebrnih in bakrenih talilnih elementov v visokonapetostnih talilnih vložkih. Srebro se zaradi zelo dobre električne in toplotne prevodnosti, kemijske stabilnosti ter predvidljivega obnašanja pri toplotnih obremenitvah uporablja kot referenčni material za izdelavo talilnih elementov. Zaradi visoke cene srebra pa se v industrijski praksi pojavlja potreba po iskanju tehnično ustreznih in cenovno ugodnejših alternativ. V nalogi so bile zato obravnavane tri vrste bakra: Cu-ETP, Cu-OF in Cu-PHC. V teoretičnem delu so predstavljene osnove delovanja visokonapetostnih talilnih vložkov, njihova konstrukcija ter ključne električne, toplotne, mehanske in kemijske lastnosti srebra in bakra. Poseben poudarek je namenjen vplivu oksidacije bakra, mikrostrukturnim spremembam ter stabilnosti električne upornosti pri ponavljajočih se toplotnih obremenitvah. Na podlagi teoretičnih lastnosti je bilo pričakovano, da bo med bakrenimi materiali najboljše rezultate pokazal Cu-OF, predvsem zaradi zelo nizke vsebnosti kisika in visoke električne prevodnosti. Za analizo elektro-termičnega in mehanskega obnašanja talilnega elementa je bil izdelan numerični model v programu COMSOL Multiphysics. Model je bil umerjen z eksperimentalnimi meritvami temperature na keramični cevi in na talilnem elementu. Z njim so bile določene temperaturne razmere, mehanske napetosti ter pogoji za izvedbo pospešenega cikličnega testiranja. Rezultati simulacij so pokazali, da se največje mehanske napetosti pojavijo na oslabljenih mestih oziroma mostičkih talilnega elementa, kjer je zaradi zmanjšanega preseka in lokalnega segrevanja pričakovana največja obremenitev materiala. V eksperimentalnem delu so bili izdelani visokonapetostni talilni vložki 24 kV / 40 A s talilnimi elementi iz srebra in izbranih vrst bakra. Vzorci so bili izpostavljeni cikličnemu toplotnemu obremenjevanju, pri čemer se je spremljal padec napetosti kot pokazatelj spremembe električne upornosti in stabilnosti talilnega elementa. Rezultati so pokazali, da se bakreni talilni elementi pri osnovnih električnih preizkusih in ob ustrezni prilagoditvi geometrije lahko približajo obnašanju srebrnega talilnega elementa. Večje razlike med materiali pa so se pokazale predvsem pri dolgotrajnejšem cikličnem testiranju. Med analiziranimi bakrenimi materiali je najboljše rezultate nepričakovano pokazal Cu-PHC. Izkazal je najugodnejši potek padca napetosti, dobro stabilnost skozi cikle in najdaljšo življenjsko dobo med bakrenimi vzorci. Dodatni natezni preizkus je pokazal, da Cu-PHC prenese bistveno večji pomik pred pretrgom kot Cu-OF in srebro, kar kaže na večjo mehansko podajnost materiala. Ta lastnost je pomembna pri cikličnem segrevanju in ohlajanju, saj talilni element pri takšnem obratovanju doživlja ponavljajoče se termomehanske obremenitve. Vizualna analiza talilnih elementov po testiranju je pokazala, da so bile pri Cu-ETP prisotne najbolj izrazite oksidacijske spremembe, temne pikice in lokalno degradirana območja. Pri Cu-OF so bile oksidacijske spremembe manj izrazite, medtem ko je Cu-PHC kljub večjemu številu ciklov izkazal bolj enakomerno površinsko degradacijo in manj izrazita lokalno oksidirana območja. Srebro je tudi po cikličnem testiranju ohranilo najbolj stabilno površinsko stanje in ni kazalo značilnih znakov oksidacije, ki so bili prisotni pri bakrenih vzorcih. Na podlagi izvedenih simulacij, meritev in analiz je bilo ugotovljeno, da srebro ostaja najzanesljivejši material za izdelavo talilnih elementov v visokonapetostnih talilnih vložkih. Kljub temu pa rezultati kažejo, da je med obravnavanimi bakrenimi materiali Cu-PHC najprimernejša alternativa za nadaljnje razvojne preizkuse. Zaradi stabilnega električnega obnašanja, dobre mehanske podajnosti, manj izrazite lokalne oksidacije in najdaljše življenjske dobe med bakrenimi vzorci predstavlja Cu-PHC najobetavnejšega kandidata za morebitno zamenjavo srebra v izbrani izvedbi visokonapetostnega talilnega vložka.20262026-07-09 13:45:03Diplomsko delo/naloga184542sl