Kontak geçiş direnci, elektriksel bağlantıların güvenilirliği ve verimliliği açısından kritik bir öneme sahiptir. Elektrik iletkenlerinin bağlandığı noktada meydana gelen bu direnç, temas yüzeylerinin durumu, kontak basıncı ve cıvata bağlantı sayısı gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak değişiklik gösterir. Kontak geçiş direncini en aza indirmek için bu faktörlerin dikkate alınması gerekir.
 

Elektrik iletkenlerinin temas ettiği noktalarda, bara yüzeylerin düzgün olmaması nedeniyle kontak geçiş direnci adı verilen bir direnç oluşur. Resim 1’de gösterildiği gibi, mikroskobik ölçekte yüzeyler ideal düzlüğe sahip olmadığından, temas yalnızca en yüksek noktada meydana gelir.

Akım akışının davranışı

Kontak geçiş direnci üç ana faktöre bağlıdır;

► Kontak yüzey şartları
► Kontak basıncı
► Cıvata bağlantı sayısı
 

Baraların yüzeyleri düz ve temiz olmalıdır. Temas yüzeylerinin hasarsız ve temiz olması, optimum sonuçların elde edilmesine katkı sağlar. Hareketli bara temas yüzeylerine isteğe bağlı olarak oksitlenmeyi önlemek ve sürtünmeyi azaltmak amacıyla elektrik iletimine uygun bir özel gres yağı sürülebilir.
 

Kontak basıncı, bir dış kuvvet (cıvata somun bağlantısı vs.) iki iletken yüzeye uygulandığında meydana gelir. Elektrik bağlantılarında enerji iletiminin sağlıklı bir şekilde yapılabilmesi için bağlantı elemanlarına doğru torklamanın yapılarak kontak basıncının oluşturulması gerekir. Yetersiz tork miktarı kontak geçiş direncini artırırken fazla uygulanan tork miktarı ise bağlantı noktasında aşınmalara sebep olacaktır. Tablo 1’de piyasada yaygın olarak kullanılan cıvata bağlantılarının (bakır-bakır) tork değerleri paylaşılmıştır. Tablo 1’de verilen tork değerlerinin kalite kontrol aşamaları içerisinde bağlantıların güvenilirliğini kontrol etmek için “kontrol torku” uygulanması olası bir sıkma probleminin önüne geçecektir. Kontrol torku, uygulanan nominal tork değerinin %15 daha düşük seviyede ayarlanmalıdır. Örnek verecek olursak 40 Nm bir sıkım için “ 40 Nm-(40 Nm*%15)=34 Nm ” şeklinde olacaktır.
 

Tablo 1: Tork Tablosu


 

 

İstenilen bağlantı verimini ve gerekli kontak basıncını sağlamak için, cıvata bağlantı şekli, boyutu ve sayısı belirlenirken elektriksel ve mekanik faktörler göz önünde bulundurulmalıdır. Cıvata bağlantı sayısı için belirlenmiş bir standart bulunmamaktadır. Elektriksel cıvata bağlantılarının boyutu ve sayısının güvenilirliğini hesaplayabilecek bir formülasyonun olmaması nedeniyle, yeterli cıvata bağlantı boyutu ve sayısı ısınma testi yapılarak belirlenebilir.
 

Kontak geçiş direnci ölçümleri, alçak, orta ve yüksek gerilim kesicilerinin kontak noktalarında ve bara bağlantılarında yaygın olarak yapılmaktadır. Kesici testine ilişkin temas direnci ölçümleri, özellikle IEEE C37.09-1999 ve IEC 62271-1 (2011) standartları kapsamında yapılmaktadır. Temas direncinin çok yüksek olması, güç kaybına ve sıcaklık artışına yol açar. Bu tür problemlerin önlenmesi amacıyla kontak direncinin periyodik olarak izlenmesi gerekmektedir.

Tablo 3’te yüksek akımlarda düşük direncin ne kadar önemli olduğunu göstermektedir:

 

Tablo 2: Yüksek Akımlarda Düşük Direncin Etkisi

Tablo 3’te görüldüğü üzere 10kA’lik bir akım geçişi sırasında 1 mΩ bir kontak geçiş direnci oluştuğu takdirde 100kW’lık bir güç kaybı oluşacaktır.

 

Kontak geçiş direnci testi, elektriksel bağlantılardaki direnç seviyesini kontrol etmek için iki temel adım içerir: görsel inceleme kontrolü ve kontak direnci ölçümü.

► Görsel inceleme sırasında, cıvata bağlantısı yapılacak olan temas yüzeyleri aşınma, deformasyon ya da kirlilik açısından incelenir. Temas yüzeylerinin düzgün ve temiz olması, sağlıklı bir bağlantı için önemlidir.

► Kontak direnci ölçümü, belirli bir akım (genellikle 100A civarında) kontak üzerinden geçirilerek, voltaj düşüşünün ölçülmesiyle yapılır. Bu işlem, özel bir kontak direnci ölçüm cihazıyla gerçekleştirilir. Cihaz, direnç değerini hesaplayarak üretici tarafından belirtilen veya önceki test sonuçlarıyla karşılaştırılması gereken değeri verir. Direnç değerinde anormal bir artış, bağlantı noktalarında sorun olduğunun göstergesidir. Alttaki görselde gösterilen bağlantılar test cihazından doğru ölçümler alabilmek için her test sırasında belirlenen noktalara bağlanmalıdır.

Kontak Geçiş Direnci Testi Ön Hazırlık
 

Test 1: Cıvata bağlantısı yok           Test 2: 1 adet cıvata bağlantısı yok | Düzgün olmayan kontak yüzeyi (bir kağıt aracılığı ile)




Test 3: 1 adet cıvata bağlantısı yok | Düzgün kontak yüzeyi   Test 4: 2 adet cıvata bağlantısı yok | Düzgün kontak yüzeyi



Test 5: 5 adet cıvata bağlantısı yok | Düzgün kontak yüzeyi   Test 6: 6 adet cıvata bağlantısı yok | Düzgün kontak yüzeyi

Test Sonuçları



Cıvata Bağlantı Sayısının Geçiş Direncine Etkisi



Kontak Yüzey Düzgünlüğünün Geçiş Direncine Etkisi
 

Sonuç

Test sonuçları, kontak direncinin cıvata sayısı ve yüzey durumu ile nasıl değiştiğini göstermektedir:

► Hiç cıvata bağlantısı yokken düzgün bir yüzeyde 727.5 µΩ’luk bir direnç değeri ölçülmüştür. Bu yüksek direnç, yüzeyin yeterli sıkıştırma olmadan temas edemediğini gösterir.

► Grafik 2’yi incelediğimizde 1, 2, 4 ve 6 adet cıvata bağlantısı ile direnç değerleri sırasıyla 5.92 µΩ, 5.59 µΩ, 3.96 µΩ ve 3.37 µΩ’a kadar düşmüştür. Bu sonuçlar, artan cıvata bağlantı sayısının daha düşük direnç değerlerine yol açarak temas kalitesini iyileştirdiğini açıkça ortaya koymaktadır.

► Grafik 3’ü incelediğimizde 1 adet cıvata bağlantısı yapıldığında düzgün olmayan yüzeyde direnç 45.3 µΩ'a düşerken, düzgün bir yüzeyde 5.92 µΩ’luk daha düşük bir direnç ölçülmüştür. Bu da düzgün yüzeylerin kontak direncini önemli ölçüde azalttığını ortaya koymaktadır.

Test sonuçları ve analizler ışığında, elektriksel bağlantılarda kontak geçiş direncinin optimize edilmesi için temas yüzeylerinin düzgünlüğü, uygun torkla yeterli kontak basıncının sağlanması ve cıvata bağlantı sayısının dikkate alınması gerekir. Bu faktörlerin uygun şekilde düzenlenmesi, enerji kayıplarını en aza indirir ve bağlantıların güvenilirliğini artırarak elektriksel sistemlerin verimliliğini sağlar.


Yazar: Mehmet Can Önen | Mekanik Tasarım Mühendisi
Siemens Sanayi ve Tic. A.Ş. | Akıllı Altyapılar Bölümü 


Kaynakça

►https://www.megger.com/sites/g/files/utfabz201/files/acquiadam_assets/2023-01/MJOLNER-200_DS_en.pdf?changed=1674124205
►https://powerquality.blog/2021/11/03/what-is-contact-resistance-test-and-why-is-contact-resistance-testing-done/
►https://www.batterydesign.net/electrical-contact-resistance/ ►https://link.springer.com/article/10.1007/s11249-022-01630-2

►https://www.mdpi.com/1996-1944/12/13/2166
►https://testcihazlari.com.tr/kontak-temas-direnci-nedir-nerede-olusur-nasil-test-yapilir/