BÖLÜM ELEKTRİK ENERJİSİ AMAÇ: Elektrik enerjisinin üretim ve dağıtımında trafoların görevlerini ve faz kavramlarını açıklayabilme. Elektrik Enerjisi 33
BÖLÜM-3 ELEKTRİK ENERJİSİ 3.1 ELEKTRİK ENERJİSİNİN ÜRETİM VE DAĞITIMI Elektrik enerjisinin üretim noktalarından son kullanıcıya ulaştırılacağı tüketim noktalarına kadar bazı temel birimlerde çeşitli işlemlerden geçirilmesi gerekir. Üretim noktalarından son kullanıcıya ulaştırılacak tüketim noktasına kadar olan birimler Şekil 3.1 de şematik olarak verilmiştir. 1. Elektrik santrali 2. Yükseltici trafo (20kV-154kV) 3. Yüksek gerilim hatları 4. Düşürücü trafo (154kV-30kV) 5. Orta gerilim hatları 6. Mahal trafo (30kV-380/220V) 7. Bina içi tesisat Şekil 3.1 Elektrik enerjisinin dağıtımı 3.1.1 İklimlendirme ve soğutma işlerinde kullanılan elektrikli el aletlerinde güvenlik Bütün elektrikli el aletleri topraklanmış olmalı ve topraklı prizde kullanılmalıdır. Kablosu eskimiş veya yaralanmış, fişi kırılmış aletler kullanılmamalıdır. Arızalı olan elektrikli el aletleri çok kısa sürelide olsa kullanılmamalıdır. Elektrikli aletlerin kıvılcım veya duman çıkardığı görülürse derhal fişi çıkarılıp ilgiliye haber verilmelidir. Elektrikli aleti kullanırken sigortayı attırırsa bu durum devrenin fazla yüklendiğini veya kısa devre olduğunu gösterdiğinden ilgiliye bildirilmelidir. Elektrikçi olmayanlar, elektrikle ilgili kablo, fiş, priz ve aletleri onarmaya çalışmayıp bu işi yetkili elektrikçiye bırakmalıdır. Tüm elektrik tellerinde cereyan olduğu düşünülerek dokunulmamalıdır. Islak el ile veya ıslak yere basarken elektrikli aletler ellenmemelidir. Fiş prizden çıkarılırken kablodan değil fişten tutularak çekilmelidir. İzolasyonu aşınmış kablolar kullanılmamalıdır. 34 Elektrik Enerjisi
Kordonlar keskin kenarlı yerlerde sürüklenmemelidir. Elektrik kabloları ayağa takılacak veya üzerine basılacak şekilde geçit yerlerinden geçirilmemelidir. İşyerlerinde genellikle 380 volt veya 220 volt, bazı yerlerde de 110 volt akım kullanılmaktadır. 110 volttan daha düşük elektrik akımının bile insanları öldürebileceği unutulmamalıdır. Metalik kapalı yerlerde çalışırken 24 voltluk seyyar lamba kullanılmalıdır. Metalik kapalı yerlerde yapılacak kaynak işleri transformatör kaynak makinesi ile yapılmayıp doğru akım kaynak makineleri kullanılmalıdır. Elektrikli aletler sulu ya da ıslanabilecek noktalara bırakılmamalıdır. 3.1.2 Elektrik Çarpmasının Etkileri ve Elektrik Çarpmasında ilk Yardım Elektrik akımının vücudun bir yerinden girerek diğer bir yerinden çıkması sonucu, elektrik çarpması meydana gelir. Alternatif akım doğru akımdan daha tehlikeli olup, çarpma şiddeti şu hususlarla yakından ilgilidir: Elektrik akım şiddetinin (amper) yüksek olması,(vücudun maruz kalabileceği 30mA i geçen akımlar vücutta öldürücü etki yapabilir). Akımın vücutta takip ettiği yol; (Örneğin; dizden girerek, ayaktan toprağa geçmesi fazla tehlike yaratmazken baştan girerek, beyin, kalp, akciğerler gibi uzuvları etkilemesi öldürücü olabilir.) Akımın geçiş süresi (Bu süre ne kadar fazla olursa, etki ve tehlike nispeti o derece çok olur). Islak vücudun direnci kuru vücuda göre çok düşük olduğundan, akımın vücuttan daha şiddetle geçmesine ve tehlikenin büyümesine yol açar. 3.1.2.1. Belirtiler Giriş ve çıkış yerlerinde farklı derecede yanıklar olabileceği gibi kömürleşmeler de olabilir. Solunum durması bilhassa yüksek voltaja maruz kalınması durumunda gerçekleşir (Solunum durması ilk yardıma en fazla ihtiyaç gösteren durumdur). Kan dolaşım durması. Şok. Ölüm, ani olabileceği gibi bir müddet sonra da meydana gelebilir. 3.1.2.2 İlk yardım Akım hemen kesilmelidir. Bunun için mümkünse elektrik anahtarı veya şalter çevrilerek akım kesilmelidir. Bu mümkün değilse veya fazla zaman alacaksa, akıma kapılmış kazazedeyi çekip uzaklaştırmak gerekir. Bu işi yapacak olanın da akıma kapılmaması için varsa lastik çizme ve eldiven giymiş birisi tarafından yapılması, yoksa kuru kumaş veya kâğıt katlanarak üzerine basılmalı ve kuru dal veya kalın ip gibi malzemelerden istifade edilerek çekilmelidir. Elektrik direğinde iletken tele temas etmiş kazazedenin akım kesilince düşebileceği akıldan çıkarılmamalıdır. Elektrik Enerjisi 35
Elektrik çarpmalarında en önemli husus suni solunumdur. Kalbin çalıştığı ancak solunum durduğu veya bozulduğu hallerde, derhal suni solunuma başlanmalıdır. Tercihen ağızdan ağıza metoduyla ve solunum kendiliğinden oluncaya kadar devam etmelidir. Sonra kazazede sağlık kuruluşuna gönderilmelidir. Kan dolaşımın durması halinde, ilk yardım eğitimi almış birisi varsa derhal kalp masajına başlamalıdır. Bu eğitimi almamış kişilerin kazazedeye zarar verebileceği akıldan çıkarılmamalıdır. Suni solunum ve kalp masajı gerekmediği hallerde, varsa yanıkların pansumanı yapılmalıdır. 3.2 TEK FAZIN ÖZELLİKLERİ Tek fazlı bir şebeke aşağıdaki özellikleri taşır: Akım iki iletkenle taşınır.(faz-nötr iletkenleri) Genellikle evlerde ve küçük ticari işletmelerde kullanılır. Voltaj değeri 240 volta kadar yükselebilir. Üç fazlı bir besleme hattından elde edilebilir. Motorları çoğunlukla yol verme elemanı gerektirir. Tek fazlı motorlarda verim daha düşüktür (%60-%70). Şekil 3.2 Tek fazlı şebeke gösterimi ve dalga formu 3.3 ÜÇ FAZIN ÖZELLİKLERİ kadar) Üç fazlı bir şebeke aşağıdaki özellikleri taşır: Genellikle ticari ve endüstriyel tesislerde kullanılır. Değişik bağlantılarla farklı voltaj değerleri elde edilebilir. Belirli bir güç değerine kadar olan motorlarda direkt kalkış yapılabilir (5.5KW a Üç fazlı motorların kalkışında kapasitörler gerekmez. İşletmeleri problemleri daha azdır. Dengeli voltaj önemlidir. 36 Elektrik Enerjisi
Bağlı olduğu motorların beslemesinde faz sırası değişmemelidir. Üç fazlı sistemlerin faz koruma röleleriyle kumandaları uygundur. Bağlı bulundukları sistemlerde fazlar arası yükler eşit dağıtılmalıdır. Şekil 3.3 Üç fazlı şebeke gösterimi ve dalga formu 3.4 TOPRAKLAMA Elektrikli işletme araçlarının (klima santrali, soğutma grupları, sıcak su ve buhar kazanları, sirkülasyon pompa motorları, buzdolabı, ticari soğutucular, split klimalar, aydınlatma armatürü, v.b.) aktif olmayan (normal işletmede gerilim altında olmayan) metal kısımlarının bir iletkenle toprakla birleştirilmesidir. Toprakla bağlantı çeşitli şekillerdeki topraklayıcılarla (toprak elektrotları) yapılır. 3.4.1 Topraklama niçin yapılır? 1. Herhangi bir hata anında (teknik hatalar, aşırı akımlar, yalıtımın bozulması, delinme ve bozulmalar vs) ortaya çıkan tehlikeli akımların toprağa akıtılması. 2. İnsan ve hayvanların can güvenliğinin sağlanması amacıyla topraklama yapılır. Elektrik Enerjisi 37
Şekil 3.4 Topraklı ve topraksız çalışmanın etkileri Topraklanmış bir üretim tesisimde çalışan personeli elektrik şoklarından korunur, tesis içerisindeki aygıtların elektrik arızalarına karşı arızalanmalarını önlenir, elektrik enerjisinin güvenirliği ve sürekliliği artar. Binalarda bakır veya çinko plaka ya da topraklama çubuğu toprağın içine gömülerek ana panoya kablo ile bağlantı yapılır. Bu hat ana panodan diğer panolara ve onlardan da elektrik prizlerine bağlanır. Plakaların yüzeyi tesisatın gücüne göre orantılı büyüklükte seçilir. Topraklama iletkenlerinin mekanik dayanım bakımından en küçük kesitleri aşağıya çıkarılmıştır. Bakır 16 mm 2, Alüminyum 35 mm 2, Çelik 50 mm 2 3.5 TRAFOLARIN İŞLEVİ Elektromanyetik indüksiyon yolu ile frekansta değişiklik yapmadan gerilim ve akım değerlerini ihtiyaca göre bir oran dâhilinde değiştiren makinelere, transformatör denir. Transformatörlere kısaca trafo da denilmektedir. Transformatörler, gerilimi alçaltma veya yükseltme şekline göre iki çeşittir. Gerilim düşürücü trafolar Gerilim yükseltici trafolar Gerilim düşürücü trafolar: Uygulanan gerilimi düşüren tip transformatörlere, gerilim düşürücü transformatörler denir. Hat besleme voltajını düşürerek çıkış akımını yükseltir. Gerilim yükseltici trafolar: Uygulanan gerilimi yükselten tip transformatörlere, yükseltici transformatörler denir. Çıkışından yüksek voltaj ve düşük akım alınır. 3.5.1 Trafoların genel prensip şeması Trafolar belli bir gerilimdeki elektrik enerjisini diğer bir gerilimdeki enerjiye dönüştüren elektrik makineleridir. Özellikle enerji iletiminde rolleri çok büyüktür. Bir ve çok 38 Elektrik Enerjisi
fazlı olarak kullanılırlar. Trafoların en büyük özelliği diğer elektrik makinelerine göre veriminin yüksek olmasıdır. Çünkü hareket etmeyen elektrik makinesi olduğundan sürtünme ve rüzgâr kayıpları yoktur. Verimleri %99,5 a kadar yükseltilebilmiştir. Kullanıldıkları yer neresi olursa olsun prensip bakımından daima aynıdırlar ve genel olarak bir diğerine ve toprağa karşı izole edilmiş iki sargı ile üzerlerinde taşıyan demir çekirdeklerden oluşurlar. Uyarılan sargıya primer diğerine sekonder sargı denir. Trafolar yükseltici ve alçaltıcı olmasına göre primer gerilimi sekonderden büyük veya küçük olabilir. Gerilimin dönüşüm oranı, sarım oranlarıyla doğru akımla ters orantılıdır. Voltaj yükseltici bir trafonun sekonder gerilimi yükselmesine karşın, sekonder akımı, sekonder gerilimle ters orantılı olarak düşer. Şekil 3.5 Transformatörün yapısı Yıldız bağlı trafoda iki sargıya 380V verilir. R,S,T fazlarının nötrleri her üç fazın birleştiği noktadır. Bu nokta yıldız noktasıdır. Faz nötr gerilimi ise 220V tur. Şekil 3.6 Yıldız bağlı trafo şeması Üçgen bağlı trafoda her bir sargıya 380V verilir. R,S,T fazları arası 380V tur. Nötr noktası bobinin biri yarıya bölünerek elde edilmiştir. Bu şekilde iki fazla nötr arası 190V, üçüncü fazla 340 V tur. Elektrik Enerjisi 39
Şekil 3.7 Üçgen bağlı trafo şeması 3.6 DÜŞÜK HAT VOLTAJI Bir şebeke, iletim hattı veya sistemde oluşabilecek düşük hat voltajının olası sebepleri aşağıda sıralanmıştır. Küçük kesitli kullanımı Gereksinimden uzun kablo kullanımı Yüklerin seri bağlanması Bağlantı noktalarındaki gevşeklik Yetersiz enerji beslemesi Düşük güçte seçilmiş trafo Düşük hat voltajının motorlara etkileri ise aşağıda sıralandığı gibidir; Kalkış momentini azaltır. Çalışma verimini düşürür. Aşırı akım çeker. Sıcaklık yükseltir ve motor ısınarak sargıları yanar. 3.7 BİR KATLI, BİR FAZDAN BESLENEN BİR DAİRENİN KOLON HATTI ŞEMASI Aşağıdaki şemada elektrik şebekesinden alınan elektrik enerjisi şebeke bağlantı direği panosundaki sigortadan geçer. Faz ve nötr 2x10 mm 2 kesitindeki kabloyla sayaç panosuna gelir. Nötr sayaç nötr klemensine giriş yapar. Faz ise 40 A lik kolon sigortasından geçerek sayaç faz klemensine giriş yapar. Faz nötr sayaç çıkışında kaçak akım rölesine girer. Çıkışta faz sigorta baralarına bağlanır. Nötr ise nötr barasına bağlanır. Topaklama levhasından gelen toprak iletkeni panodaki toprak barasına bağlanır. Çıkışta faz sigortalardan tesisata dağılır. Nötr ise ayrı ayrı sistemden toplanır. 40 Elektrik Enerjisi
Şekil 3.8 Bir katlı, bir fazdan beslenen bir dairenin kolon hattı şeması Elektrik Enerjisi 41