T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI

T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI MEGEP (MESLEKİ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ) ELEKTRİK ELEKTRONİK TEKNOLOJİSİ ENDÜSTRİYEL SAYAÇLAR ANKARA 2007

Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller; Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının 02.06.2006 tarih ve 269 sayılı Kararı ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında kademeli olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öğretim programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik geliştirilmiş öğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır). Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında uygulanmaya başlanmıştır. Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılması önerilen değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir. Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulaşabilirler. Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak dağıtılır. Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında satılamaz.

İÇİNDEKİLER AÇIKLAMALAR...iii GİRİŞ...1 ÖĞRENME FAALİYETİ-1...3 1. GÜÇ ÖLÇME...3 1.1. Üç Fazlı Sistemler...3 1.1.1. Faz Farkı ve Üç Faz Oluşumu...3 1.1.2. Üçgen Bağlantıda Akım, Gerilim Bağıntıları...5 1.1.3. Yıldız Bağlantıda Akım, Gerilim Bağıntıları...6 1.2. Güç Çeşitleri...7 1.2.1. Görünür Güç ve Hesaplaması...8 1.2.2. Aktif Güç...8 1.2.3. Reaktif Güç...10 1.2.4. Güç Vektörleri...12 1.3. Güç Ölçme...13 1.3.1. Aktif Güç Ölçme...13 1.3.2. Reaktif Güç Ölçme...19 1.3.3. Güç Ölçmede Dikkat Edilecek Hususlar...21 UYGULAMA FAALİYETİ...22 UYGULAMA FAALİYETİ...23 UYGULAMA FAALİYETİ...24 UYGULAMA FAALİYETİ...25 UYGULAMA FAALİYETİ...26 UYGULAMA FAALİYETİ...27 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...28 ÖĞRENME FAALİYETİ-2...30 2. GÜÇ KAT SAYISI ÖLÇME...30 2.1. Güç Kat Sayısı...30 2.1.1. Omik, Kapasitif, Endüktif Devrelerde Akım, Gerilim ve Güç Vektörleri...30 2.1.2. Güç Kat Sayısı Ölçme...32 UYGULAMA FAALİYETİ...39 UYGULAMA FAALİYETİ...40 UYGULAMA FAALİYETİ...41 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...42 ÖĞRENME FAALİYETİ-3...44 3. ELEKTRİK SAYAÇLARI...44 3.1. Elektrik İşi...44 3.2. Elektrik Sayaçları (A.A.)...44 3.2.1. Görevi...44 3.2.2. İndüksiyon Sayaçları ve Bağlantıları...46 3.2.3. Elektronik Sayaçlar ve Bağlantıları...56 3.2.4. Kartlı Sayaçlar ve Yapısı...67 3.3. Kuvvetli Akım Tesisleri Yönetmeliği...69 3.4. Elektrik Tarifeleri Yönetmeliği...69 3.5. Elektrik Piyasasında Kullanılacak Sayaçlar Hakkında Tebliğ...73 3.6. Topraklamalar Yönetmeliği...75 UYGULAMA FAALİYETİ...76 i

UYGULAMA FAALİYETİ...77 UYGULAMA FAALİYETİ...78 UYGULAMA FAALİYETİ...79 UYGULAMA FAALİYETİ...80 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...81 MODÜL DEĞERLENDİRME...83 CEVAP ANAHTARLARI...84 ÖNERİLEN KAYNAKLAR...86 KAYNAKLAR...87 ii

KOD ALAN DAL/MESLEK MODÜLÜN ADI MODÜLÜN TANIMI AÇIKLAMALAR SÜRE 40/24 ÖN KOŞUL Ön koşulu yoktur. YETERLİK AÇIKLAMALAR 523EO0078 Elektrik Elektronik Teknolojisi Endüstriyel Bakım Onarım Endüstriyel Sayaçlar Güç ve güç kat sayısı ölçme, elektrik sayaçları yapısı ve bağlantıları ile ilgili, bilgi ve becerilerin kazandırıldığı öğrenme materyalidir. Endüstriyel sayaçları kullanmak. Genel Amaç Gerekli ortam sağlandığında, standartlara, kuvvetli akım yönetmeliğine uygun ve hatasız olarak güç, güç katsayısı ve iş ölçen alet ve cihazları seçebilecek, montajı ve bağlantılarını yapabileceksiniz. MODÜLÜN AMACI EĞİTİM ÖĞRETİM ORTAMLARI VE DONANIMLARI ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME Amaçlar 1. Güç ölçümünü hatasız yapabileceksiniz. 2. Güç kat sayısını hatasız ölçebileceksiniz. 3. Elektrik sayaçlarının hatasız olarak montaj ve bağlantılarını yapabileceksiniz. Ortam Elektrik laboratuvarı Donanım Deney setleri ve ölçü aletleri Modülün içinde yer alan her faaliyetten sonra, verilen ölçme araçlarıyla kazandığınız bilgi ve becerileri ölçerek kendinizi değerlendireceksiniz. Öğretmen, modül sonunda size ölçme aracı (çoktan seçmeli, doğru yanlış, tamamlamalı test ve uygulama vb.) uygulayarak modül uygulamaları ile kazandığınız bilgi ve becerileri ölçerek değerlendirecektir. iii

iv

GİRİŞ GİRİŞ Sevgili Öğrenci, Teknoloji ve bilginin hızla geliştiği ve yenilendiği endüstride ölçme ve ölçü aletleri, hayatımızın vazgeçilmez öğeleri olmuştur. Bilginin hızlı gelişimini takip etmek için elektronik cihazlar gereklidir. Günümüzde dijital çağın cihazları hayatımıza girmişse de ölçü aletlerinin temelindeki analog sistemlerin bilinmesinin yeniliklere ulaşmada en temel unsur olduğu unutulmamalıdır. Sayaçlar, üretilen veya tüketilen elektrik enerjisi miktarını ölçen aletlerdir. Günlük hayatımızın ve sanayimizin ayrılmaz bir parçası olan elektrik enerjisinin doğru ve hassas ölçülmesi son derece önemlidir. Bilinen bir büyüklük ile aynı cinsten bilinmeyen bir büyüklüğün karşılaştırılmasına ölçme denir. Bu şekilde yapılan ölçmelerin en az hata ile sonuçlandırılması, arzu edilen bir durumdur. Endüstride kullanacağımız wattmetre, varmetre, kosinüsfimetre, elektrik sayacı vb. ölçü aletlerine ait teknik özellikleri, devreye bağlanma şekilleri hakkında temel bilgileri bu modül içinde bulacaksınız. 1

2

ÖĞRENME FAALİYETİ-1 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYETİ-1 Bu faaliyette verilecek bilgiler doğrultusunda her türlü ortamda, standartlara ve Kuvvetli Akım Yönetmeliği ne uygun olarak, güç ölçümünü hatasız yapabileceksiniz. ARAŞTIRMA Ölçü aletleri ile ilgili standartları ve yönetmelikleri araştırınız. Sonucunu rapor halinde sınıfınızda öğretmeninize ve arkadaşlarınıza sununuz. 1. GÜÇ ÖLÇME Doğru ve alternatif akımda elektrik yüklerinin zaman içinde kullandığı güç, elektrik işi olarak ifade edilmekte ve elektrik sayaçları tarafından ölçülmektedir. Birim zamanda yapılan iş ise güç olarak bilinmekte ve wattmetreler tarafından ölçülmektedir. Alternatif akım elektrik enerjisinden, redresörlerle doğru akım elektrik enerjisi elde edildiğinden; doğru akım elektrik enerjisinin üretimi, iletimi ve dağıtımı yapılmamaktadır. Bundan hareketle doğru akım elektrik enerjisinin oluşturduğu iş ve gücün ölçülmesi de endüstriyel olmaktan çıkmıştır. Bu nedenle bu modülde ele alacağımız iş ve güç konuları ağırlıklı olarak alternatif akım elektrik enerjisi ile ilgili olacaktır. 1.1. Üç Fazlı Sistemler 1.1.1. Faz Farkı ve Üç Faz Oluşumu Alternatifin kelime anlamı "değişken"dir. Alternatif akımın kısa tanımı ise "Zamana bağlı olarak yönü ve şiddeti değişen akım" şeklindedir. Evlerimizdeki elektrik alternatif akım sınıfına girer. Şekil 1.1: Alternatif akım eğrisi (Sinüs eğrisi) 3

Sabit bir manyetik alan içerisinde bir iletken hareket ettirilirse, bu iletkenin manyetik kuvvet çizgi sayısını kesme açısı ile orantılı olarak iletken uçlarında, Faraday kanununa göre bir potansiyel fark elde edilir. N N N N N ω ω ω ω ω e S S S S S 0 T Şekil 1.2: EMK nin zamana göre değişimi a- İletkenlerin gösterilmesi b- Sinusoidal gösterim c- Vektörel gösterim Şekil 1.3: Üç fazlı alternatif akım eğrisi (sinusoidal) 4

Faz Tanımı: Alternatif akım ve EMK leri gösteren vektör veya eğrilerin başlangıç eksenine (x ekseni veya referans ekseni) göre bulundukları duruma faz denir. Üç çeşit faz vardır. Bunlar sıfır faz, ileri faz ve geri fazdır. Sözlük anlamı olarak; Faz: Zamana bağlı olarak değişen akım, voltaj gibi fiziksel büyüklüklerin aynı yönde (pozitif veya negatif) aynı dalga şekillerinde, aynı değeri geçmeleri arasındaki zaman farkıdır. Örneğin eğer iki büyüklük aynı frekansa sahip ise ve aynı yönde aynı zamanda sıfırdan geçiyorlarsa, bu iki büyüklük aynı fazda denir. Eğer sıfırdan geçme farklı zamanlarda meydana geliyorsa, bu iki büyüklük arasında faz farkı var denir. Faz Farkı: Vektörlerin ve eğrilerin aralarında bulunan açı veya zaman farkına faz farkı denir. Kısaca eğriler arasındaki zaman farkıdır. Alternatif akım sinüsoidal bir eğri olduğundan vektörel toplanır ve vektörel olarak da çıkartılması gerekir. Çünkü alternatif akım veya gerilim zamana göre değişmektedir. Sıfır faz İleri faz Geri faz Faz farkı Şekil 1. 4: Sıfır, ileri, geri faz ve A, B, C gerilimleri arasındaki faz farkları 1.1.2. Üçgen Bağlantıda Akım, Gerilim Bağıntıları Alıcı üzerindeki birinci faz sargısının çıkış ucuyla ikinci faz sargısının giriş ucuyla, ikinci faz sargısının çıkış ucu üçüncü faz sargısının giriş ucu ile, üçüncü faz sargısının çıkış ucu da birinci faz sargısının giriş ucuyla bağlanırsa bu şekildeki bağlantıya üçgen bağlantı denir. Üçgen bağlantı şeklinde gösterilir. Bu bağlantıda hat akımı faz akımının 3 katıdır. Bu oran faz akımı hat akımının 1/ 3 katıdır. Üçgen bağlantıda hat gerilimi, faz gerilimine eşittir. 5

I. h = 3 I f I h = 1,73. I f U h = U f Şekil 1.5: Üçgen bağlantı örnekleri 1.1.3. Yıldız Bağlantıda Akım, Gerilim Bağıntıları Yıldız bağlantı, sargıların R-S-T uçlarına şebeke gerilimi uygulanıp diğer uçlar kısa devre edilerek yapılır. Kısa devre, alıcıda herhangi bir olumsuz etki yapmaz. Yıldız bağlantıda sargılar arasında 1200 faz farkı olduğundan, hat gerilim faz geriliminin 3 katıdır. Bu durum, faz geriliminin 1/ 3 ü şeklinde de belirtilir. Yıldız bağlantıda hat akımı faz akımına eşittir. U. h = 3 U f U h = 1,73. U f I h = I f 6

1.2. Güç Çeşitleri Şekil 1.6: Yıldız bağlantı örnekleri Güç, birim zamanda yapılan işe denir. Alternatif akım devresindeki alıcılarda alıcının akımı ile gerilimi arasında bir faz açısı vardır. Bu faz açısının kosinüs değeri, alıcının şebekeden çektiği güç ile, alıcıda işe dönüşen gücün farklı olmasını doğurur. Aşağıdaki vektörlerde bu durum alıcı özelliğine göre gösterilmiştir. Bu nedenle alternatif akım devresindeki endüktif ve kapasitif özellikli alıcılarda üç ayrı güç faktörü ortaya çıkar. Bunlar görünür, aktif ve reaktif güçlerdir. (a) Endüktif Alıcı (b) Kapasitif Alıcı (c) Omik Alıcı Şekil 1.7: Alternatif akımda endüktif, kapasitif ve omik alıcı sinüsoidal eğrileri ve vektör diyagramları Yukarıdaki eğri ve vektör diyagramları; Yük üzerindeki akımın gerilimden geride olması durumundaki yük çeşidine endüktif yük denmektedir. Yük üzerindeki gerilimin akımdan geride olması durumundaki yük çeşidine kapasitif yük denmektedir. Yük üzerindeki akım gerilimin bir çarpanı ve akımla gerilim arasında bir faz farkı yoksa, bu yük çeşidine omik (direnç tipi) yük denmektedir. 7

1.2.1. Görünür Güç ve Hesaplaması Görünür güç; alıcının şebekeden çektiği güçtür. S harfi ile gösterilir. Formülü: S = U.I formülü ile bulunur. Birimi (VA) Volt-Amper dir. Alıcının çektiği aktif ve reaktif güçlerin vektöriyel toplamına eşittir. Alternatif akım devresine bağlayacağımız ampermetre alıcının akımını, voltmetre gerilimini ölçer ve gösterir. Bu ölçü aletlerinden alacağımız değerler ile o alıcını görünür gücünü bulabiliriz. Ampermetre Voltmetre Buton Şekil 1.8: Ampermetre ve voltmetre metodu ile görünür güç hesaplamaya ait basit devre şeması Örnek: Yukarıdaki devrede ampermetreden okunan değer 1,5 amperi, voltmetreden okunan değer ise 220 Volt u göstermektedir. Buna göre alıcının görünür gücünü bulunuz. Çözüm: U = 220 Volt I = 1,5 Amper S =? S = U.I = 220. 1,5 = 330 VA bulunur. 1.2.2. Aktif Güç Alıcının üzerinde, işe dönüşen faydalı güçtür. P harfi ile gösterilir. P = U. I. Cosφ formülü ile bulunur. Birimi Watt tır. 8

1.2.2.1. Aktif Güç Tüketen Tüketiciler Aktif güç çeşitli elektrikli yükler (motorlar, transformatörler, flüoresan lambalar) tarafından çekilen faydalı güçlerdir. Elektrik enerjisi bugün artık yalnız alternatif akım enerjisi olarak üretilip dağıtılmaktadır. Tüketiciler ise şebekeden I (amper) gibi bir akım çekmektedir. Fiziksel ve matematiksel açıdan kolaylık sağlamak için tüketicilerin çektiği bu akım, teorik bakımdan biri aktif diğeri ise reaktif akım olmak üzere iki bileşeni olduğu kabul edilir. Tüketicinin çektiği akımın meydana getirdiği aktif güç, tüketici tarafından faydalı hale getirilir. Örneğin ısı harcayan cihazlarda aktif güç termik güce, motorlarda mekanik güce, lambalarda ise aydınlatma gücüne dönüşür. Yani aktif akımın meydana getirdiği aktif güç, faydalı güce çevrilebilir. Ancak reaktif akımın meydana getirdiği reaktif güç ise faydalı güce çevrilemez. Reaktif güç, yalnız alternatif akıma bağlı bir özellik olup, elektrik tesislerinde istenmeyen bir şekilde etki yapar. Bu etki; jeneratörlerin, transformatörlerin, hatları lüzumsuz yere işgal edilmesi, gereksiz yükler, ilave ısı kayıpları ve gerilim düşmesi şeklinde görülür. Aktif ve reaktif güçleri ölçmek için farklı sayaçlar mevcuttur. 1.2.2.2. Aktif Güç Hesaplaması Şekil 1.9: Bir fazlı devrelerde ampermetre, voltmetre ve kosinüsfimetre yardımıyla aktif güç ölçümü Aktif güç formülü P = U.I.Cosφ dir. Buna göre devrenin aktif gücünün bulunabilmesi için alıcının çektiği akımın, alıcı üzerine düşen gerilimin ve akım ile gerilim arasındaki güç kat sayısının bilinmesi gerekir. Devreye bağlayacağımız ampermetre, voltmetre ve kosinüsfimetre ile bu değerleri ölçebiliriz. Bağlantı şeması yukarıya çizilmiştir. Araştırma: Kosinüsfimetrenin devreye bağlantısını inceleyiniz. 9

Örnek: Yukarıdaki devrede ampermetreden okunan değer 4 Amper i, voltmetreden okunan değer ise 220 voltu ve kosinüsfimetreden okunan değer 0,6 yı göstermektedir. Buna göre alıcının aktif gücünü bulunuz. Çözüm: U = 220 Volt I = 4 Amper Cosφ = 0,6 P =? P = U.I.Cosφ = 220. 4. 0,6 = 528 Watt bulunur. Örnek : Bir fazlı bir asenkron motorun yüklü çalışma esnasında devreden 20 Amper akım çektiği ve şebeke geriliminin 220 Volt olduğu ölçü aletlerinden gözlenmektedir. Motor etiket bilgilerinden ise Cosφ değerinin 0,80 olduğu okunmaktadır. Bu motorun görünür ve aktif güçlerini bulunuz. Çözüm: U = 220 Volt I = 20 Amper Cosφ = 0,80 S = U.I = 220. 20 = 4400 VA P = U.I. Cosφ = 220. 20. 0.80 = 3520 Watt 1.2.3. Reaktif Güç İşe yaramayan ancak kaynaktan çekilen kör güçtür. Diğer bir ifadeyle, endüktif yüklü devrelerde, manyetik devrenin uyartımı için gereken güçtür. Q harfi ile gösterilir. Bu güç endüktif yük üzerinde harcanmaz, sadece depo edilir ve tekrar kaynağa gönderilir. Dolayısıyla, kaynakla endüktif yük arasında sürekli olarak reaktif güç alışverişi yapılır. Bu durum ise, sistemdeki iletkenlerden geçen akımın artmasına sebep olur. Formülü: Q = U.I.Sinφ formülü ile bulunur. Birimi (volt-amper-reaktif) VAR tir. 1.2.3.1. Reaktif Güç İhtiyacı Olan Yükler Kondansatör ve/veya bobin bulunan tüm elektrik devreleri reaktif güce ihtiyaç duyar. Kondansatörlü devreler ileri reaktif güç çekerlerken, bobinli devreler geri reaktif güç çeker. Geri reaktif güç çeken yükler aşağıda verilmiştir. Düşük uyarmalı senkron makineler Transformatörler Bobinler Havai hatlar Asenkron makineler Redresörler Endüksiyon fırınları, ark fırınları Kaynak makineleri Flüoresan lamba balastları Sodyum ve civa buharlı lamba balastları Neon lamba transformatörleri 10

1.2.3.2. Reaktif Güç Hesaplaması Resim 1.1: Reaktif güç çeken yüklere örnekler Reaktif güç formülü Q = U. I. Sinφ dir. Buna göre devrenin reaktif gücünü bulabilmek için alıcının veya alıcıların çektiği akımı, gerilim düşümünü ve akım ile gerilim arasındaki güç kat sayısının bilinmesi gerekir. Güç kat sayısı bilindiği takdirde trigonometrik cetvel yardımıyla sinφ bulunabilir. Hesap makinelerinin trigonometrik kısımları daha net sonuç vermektedir. Diğer bir yol ise görünür ve aktif güçlerin bilinmesi reaktif gücü bulmaya yeterlidir. Yani P, S ve Q güçlerinden herhangi ikisinin bulunması diğerinin bulunmasına yardımcı olur. Şekil 1.9 daki aktif güç hesaplamasına ait öğrenme faaliyetini inceleyiniz. Uygulamayı tekrarlayarak reaktif güç hesaplama yöntemi için uygulayınız. Sonuçları aşağıdaki tabloya kaydediniz. Gözlem Deneyde Alınan Değerler Hesaplanan Değer Nu I (A) U (V) Cosφ Sinφ Q = U. I. Sinφ 1 2 3 4 11

Aktif güç hesaplanması öğrenme faaliyetini inceleyerek farklı akımlar kullanarak reaktif güç hesaplaması yapınız. Not: Kosinüsfi değeri bulunduktan sonra hesap makinesi veya trigonometrik cetvelle sinüs değeri bulunur. Örnek: Aşağıda değerleri verilen motorun görünür, aktif ve reaktif güçlerini bulunuz. Çözüm: U = 220 Volt S = U.I = 220. 20 = 4400 VA I = 20 Amper P = U.I. Cosφ = 220. 20. 0.80 = 3520 Watt Cosφ = 0,80 ise φ = 36,8 0 Sin 36,8 0 = 0,6 Q = U.I. Sinφ = 220. 20. 0,6 = 2640 VAR Güç üçgeninden yararlanarak hesaplayalım; 2 2 2 2 Q = S P = 4400 3520 = 6969600 = 2640 VAR 1.2.4. Güç Vektörleri Görünür, aktif ve reaktif güçlerin hesaplanmasında güç üçgenlerinden faydalanılmaktadır. Güç vektörü bir alıcıya ait üç ayrı gücü vektörüyel olarak ifade etmektir. Güç üçgenine göre S, P ve Q eşitliklerini bulacak olursak; Şekil 1.10: Güç üçgeni Endüktif ve kapasitif yüklerde içinden geçen akım veya uygulanan gerilimler arasında 90 derecelik faz farkı vardır. Kapasitif akım geriliminden 90 derece ileride, endüktif akım geriliminden 90 derece geridedir. Omik devrelerde akım ve gerilim aynı fazdadır. 12

Görünür Güç 2 2 S = P + Q 2 2 S = P + Q 2 Aktif Güç 2 2 P = S + Q 2 P = S 2 Q 2 Reaktif Güç Q 2 = S 2 P 2 Q = S 2 P 2 1.3. Güç Ölçme 1.3.1. Aktif Güç Ölçme Tüketicinin çektiği akımın meydana getirdiği aktif güç, tüketici tarafından faydalı hale getirilir. Örneğin ısı harcayan cihazlarda aktif güç termik güce, motorlarda mekanik güce, lambalarda ise aydınlatma gücüne dönüşür. Yani aktif akımın meydana getirdiği aktif güç, faydalı güce çevrilebilir. 1.3.1.1. Wattmetre Elektrik devrelerinde alıcının aktif gücünü ölçmek için kullanılan ölçü aletleridir. Wattmetreler her şartta alıcıların aktif güçlerini gösterir. Yapısı Wattmetreler ampermetre ve voltmetrenin özelliğini bir arada gösteren ölçü aletleridir. Alıcının gücünü Watt, Kilowatt veya Megawatt olarak ölçerler. Wattmetreler, biri akım bobini diğeri ise gerilim bobini olmak üzere iki bobinli ölçü aletleridir. Akım bobini kalın kesitli az sarımlıdır ve ampermetre özelliği göstermektedir. Gücü ölçülecek alıcıya seri bağlanır. Gerilim bobini ise ince kesitli iletkenden çok sarımlı olarak yapılır ve voltmetre özelliği göstermektedir. Gücü ölçülecek alıcıya paralel bağlanır. Şekil 1.11: Wattmetrenin iç yapısı 13

Wattmetrelerde gerilim bobini hareket edebilecek şekilde yapılmış ve üzerine bir ibre bağlanmıştır. Ağırlıklarının az olması ve sürtünmeyi azaltmak için gerilim bobininin bir kısım sipirleri azaltılarak, sipirden dolayı azalan direnç, sabit elektronik dirençle (öndirenç) telafi edilmiştir. Gerilim bobinleri gücü ölçülecek alıcıya paralel bağlandıklarından üzerlerinden geçen akım ve meydana getirdikleri manyetik alan sabittir. Akım bobini gerilim bobinine göre daha ağır yapılı ve hareketsizdir. Üzerlerinden gücü ölçülecek alıcının akımı geçer. Akım yükün durumuna göre sürekli değişeceğinden, akım bobininden meydana gelen itici manyetik alan da sürekli değişecektir. Wattmetre ibresi ve gerilim bobini de değişen alanın şiddetine bağlı olarak, kadran üzerinde hareket edip alıcının gücünü gösterecektir. Wattmetreler güç ölçmek maksadı ile bağlanırken büyük güçlü alıcıların gücü ölçülecekse, akım bobini önce bağlanmalı, küçük güçlü alıcıların gücü ölçülecekse akım bobini sonra bağlanmalıdır. a) Akım bobinini sonra bağlama b) Gerilim bobinini önce bağlama Şekil 1.12: Wattmetrelerde akım bobinini sonra ve önce bağlanması a) Akım Bobinini sonra bağlama b) Gerilim bobinini önce bağlama Şekil 1.13: Wattmetrelerde akım bobinini sonra ve önce bağlanması iç yapısı Çeşitleri Wattmetreler, faz şekline göre bir fazlı ve üç fazlı olmak üzere iki çeşit imal edilmektedir. Aynı zamanda teknolojinin gelişmesiyle birlikte analog üretilen wattmetreler yerlerini dijital wattmetrelere bırakmaktadır. Ancak çalışma prensipleri aynıdır. 14

Yapılarına göre wattmetreler şunlardır: Elektrodinamik wattmetreler Hall etkili wattmetreler Endüksiyon wattmetreler Elektrostatik wattmetreler Resim 1.2: Dijital ve analog wattmetreler Şekil 1.14: Elektrodinamik wattmetre iç yapısı 15

Şekil 1.15: Hall etkili wattmetrenin iç yapısı Şekil 1.16: Üç fazlı wattmetrenin iç yapısı 1.3.1.2. Üç Fazlı Dengeli Devrelerde Güç Ölçme Üç fazlı dengeli devrelerde güç ölçme yöntemi aşağıdaki yöntemlerle yapılır. Dengeli üç fazlı sistemde bir fazlı wattmetre ile üç fazlı güç ölçme: Bu sistem dengeli üç fazlı devrelerde kullanılmaktadır. Dengeli olması; yani üç fazdan çekilen akımın eşit olmasıdır. Devre bağlantısı üçgen veya yıldız bağlı olabilir. Şekil 1.17: Dengeli üç fazlı sistemde bir fazlı wattmetre ile güç ölçme Üç fazlı ve dengeli yüklü sistemlerde her fazdan çekilen güç aynı olduğundan, bir fazlı wattmetre üç fazlı alıcının fazlarından herhangi birine bir fazlı devrelerdeki gibi bağlanır. Bu yöntemle sadece bir faz gücü ölçülür. Elde edilen güç 3 ile çarpılarak devrenin toplam gücü bulunur. Örnek bağlantı şeması aşağıda verilmiştir. 16

Üç fazlı dengeli yüklerde iki wattmetre ile üç fazlı güç ölçme: Bu sistem dengeli üç fazlı üç hatlı devrelerde kullanılır. Sistem dengeli yüklü durumda üç fazlı sistemden çekilen güç, iki wattmetre ile veya aron bağlı tek bir wattmetre ile ölçüm yapılabilir. Şekil 1.18: Dengeli üç fazlı sistemde iki wattmetre ile güç ölçme 1.3.1.3. Üç Fazlı Dengesiz Devrelerde Güç Ölçme Üç fazlı dengesiz devrelerde güç ölçme yöntemi aşağıdaki şekillerde yapılabilir. Üç fazlı dengesiz devrelerde bir fazlı üç wattmetre ile güç ölçme Sistemin gücü veya alıcının gücü dengesiz ise her faza bir adet bir fazlı wattmetre bağlanarak toplam güç bulunur. Bu yöntem dengesiz yüklerdede kullanılabilir. Toplam güç wattmetrelerden okunan değerlerin aritmetik toplamıdır. Yani: P Toplam = P R + P S + P T formülü ile bulunur. Şekil 1.19: Üç fazlı sistemlerde üç adet bir fazlı wattmetrenin devreye bağlantısı Üç wattmetre metodu bağlantı zorluğu ve üç wattmetre ihtiyacı nedeni ile pek kullanışlı bir yöntem değildir. Diğer yöntemlere göre daha maliyetlidir. 17

Üç fazlı bir wattmetre ile güç ölçme Üç fazlı wattmetrenin üç akım bobini, ayrı ayrı birer fazlara bağlanır. Gerilim bobinleri ise birer uçları kendi faz girişlerine diğer uçları da birleştirip nötr hattına bağlanır. Analog ve dijital olarak kullanılan ölçü aletleri ile ölçüm yapılmaz. 1.3.1.4. Aron Bağlantı ile Güç Ölçme Şekil 1.20: Üç fazlı wattmetrenin bağlantı şeması Aron bağlı wattmetrelerin iki akım, iki gerilim bobini vardır. Akım bobinleri herhangi iki faza bağlanır. Gerilim bobinleri ise; kendi akım bobininin bağlı olduğu faz ile boşta kalan üçüncü faz arasına bağlanır. Şekil 1.21 de üç fazlı aron bağlı bir wattmetrenin iç bağlantı şeması verilmiştir. Şekil 1.21: Üç fazlı devrelerde aron bağlantı Sistemin güç faktörü (Cosφ) 0,5 ten küçük ise, wattmetrelerde ölçülen güçlerin farkı alınarak toplam güç bulunur. Eğer 0,5 ten büyük ise wattmetrelerde ölçülen güçlerin toplamı alınarak sistemin toplam gücü bulunur. Bu şekilde yapılan bağlantıya aron bağlantı denir. 18

Şekil 1.22: Üç fazlı dijital wattmetrelerin iç yapısı ve devreye bağlantısı 1.3.2. Reaktif Güç Ölçme 1.3.2.1. Varmetre Bir fazlı ve üç fazlı wattmetrelerde devrenin iş gören gücünün (faydalı-aktif güç) ölçümleri yapılmaktadır. Wattmetreler, alternatif akımın, akımla geriliminin aynı fazda olan kısmının çarpımını gösterir. Alıcıların endüktif ve kapasitif durumlarına devrede reaktif güç (kör güç = iş yapmayan güç) oluşturmaktadır. Bu gücü ölçen aletlere varmetre denir. Yapısı Wattmetrelerde küçük değişiklikler yapılarak varmetreler imal edilmektedir. Bu değişiklik Şekil 1.23 te görüldüğü gibi hareketli bobin olan gerilim bobinine seri bir bobin ilave edilerek yapılmaktadır. Böylece gerilim bobinindeki akım 900lik bir açı ile kaydırılmış olur. Artık bu ölçü aleti sadece reaktif güç ölçer. 19

Şekil 1.23: Varmetrenin yapısı Bir ve üç fazlı devrelerde reaktif güç ölçmek amacı ile varmetreler aynen wattmetrelerde olduğu gibi devreye bağlanır. Üç fazlı alternatif akım devrelerinde dengeli sistemlerde; bir hattın reaktif gücü ölçülüp 3 ile çarpımından toplam güç bulunur. Çeşitleri Varmetreler, wattmetrelerde olduğu gibi faz şekline göre bir fazlı ve üç fazlı olmak üzere iki çeşit imal edilir. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte analog üretilen varmetreler yerlerini dijital varmetrelere bırakmaktadır. Ancak çalışma prensipleri aynıdır. Aşağıdaki resimlerde varmetre çeşitleri gösterilmektedir. 1.3.2.2. Varmetrenin Bağlantı Şekilleri Resim 1.3: Dijital ve analog varmetre Varmetrenin devreye bağlantı şekli wattmetrelerde olduğu gibidir. 20

Şekil 1.24: Varmetrenin devreye bağlantısı ve değişik alıcılar bağlanmıştır 1.3.3. Güç Ölçmede Dikkat Edilecek Hususlar Ölçü aletinin akım ve gerilim sınırlarına dikkat edilmelidir. Bazı wattmetreler de akım ve gerilim kademelerine göre bağlantı terminalleri ayrı ayrıdır. Bunlardan devreye uygun olanı tercih edilir ve okuma işlemi bu kademelere uygun yapılır. Hangi gerilimde kullanılacağına dikkat edilmelidir (Alçak gerilim veya yüksek gerilim). Eğer alçak gerilimde kullanılacaksa, gerilim trafoları olmayacağından faz klemensleri sırasıyla doğrudan R,S,T fazlarına bağlanmalıdır. Fazlara ait gerilimler ve akımların polaritelerinin doğru bağlanması gerekir. Örnek olarak gerilimler doğru bağlanıp akım trafolarından bir tanesinin polaritesinin ters bağlanması durumunda, wattmetre aktif güç yerine reaktif güçle orantılı bir hatalı değer gösterecektir. Wattmetrenin doğru değer gösterebilmesi için bağlantı şemasına uygun montaj yapıldığından emin olunmalıdır. Kesinlikle teknik bilgiler içeren kullanma ve montaj talimatını okumadan işlem yapmayınız. 21

UYGULAMA FAALİYETİ Şekil 1.8 deki görünür güç hesaplamasına ait devreyi uygulayınız. Malzeme Listesi 1 adet ampermetre 1 adet voltmetre Alıcılar (farklı alıcılar kullanınız) İşlem Basamakları Şekil 1.8 deki devrenin malzemelerini temin ediniz. Devreyi kurunuz. Devreyi çalıştırınız. Ampermetre ve voltmetreden yardımıyla ölçümleri yapınız. Devrenin görünür gücünü hesaplayınız. Farklı alıcılar kullanarak deneyi tekrarlayınız. Öneriler Malzemeleri öğretmeninizin yönlendirmesine göre temin ediniz. Ölçü aletlerini doğru bağlandığından emin olunuz. Alıcının çalışma gerilimi ile devre geriliminin aynı olduğuna dikkat ediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kayıt ediniz. S = U.I formülünü kullanarak sonuçları gözlem tablosuna kaydediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. Devreye bağladığımız alıcıların görünür güçlerini hesaplayınız. Gözlem sonuçlarını aşağıdaki tabloya yazınız. Gözlem Deneyde Alınan Değerler Hesaplanan Değer Nu I (Amper) U (Volt) S (VA) 1 2 3 4 22

UYGULAMA FAALİYETİ Şekil 1.9 daki aktif güç hesaplamasına ait devreyi uygulayınız. Malzeme Listesi 1 adet ampermetre 1 adet voltmetre 1 adet kosinüsfimetre Alıcılar (farklı alıcılar kullanınız) İşlem Basamakları Şekil 1.9 daki devrenin malzemelerini temin ediniz. Devreyi kurunuz. Devreyi çalıştırınız. Ampermetre, voltmetre ve kosinüsfimetre yardımıyla ölçümleri yapınız. Devrenin aktif gücünü hesaplayınız. Farklı alıcılar kullanarak deneyi tekrarlayınız. Öneriler Malzemeleri öğretmeninizin yönlendirmesine göre temin ediniz. Ölçü aletlerini doğru bağlandığından emin olunuz. Alıcının çalışma gerilimi ile devre geriliminin aynı olduğuna dikkat ediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. P = U.I.Cosφ formülünü kullanarak sonuçları gözlem tablosuna kaydediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. Devreye bağladığınız alıcıların aktif güçlerini hesaplayınız. Gözlem sonuçlarını aşağıdaki tabloya yazınız. Gözlem Deneyde Alınan Değerler Hesaplanan Değer Nu I (Amper) U (Volt) Cosφ P = U.I.Cosφ 1 2 3 4 23

UYGULAMA FAALİYETİ Şekil 1.17 deki dengeli üç fazlı sistemlerde bir fazlı wattmetre ile güç ölçmeye ait deneyi uygulayınız. Malzeme Listesi 1 adet ampermetre 2 adet voltmetre 1 adet bir fazlı wattmetre Alıcılar (farklı alıcılar kullanınız) İşlem Basamakları Şekil 1.17 deki devrenin malzemelerini temin ediniz. Devreyi kurunuz. Devreyi çalıştırınız. Ampermetre, voltmetreler ve wattmetre yardımıyla ölçümleri yapınız. Devrenin gücünü hesaplayınız. Öneriler Malzemeleri öğretmeninizin yönlendirmesine göre temin ediniz. Ölçü aletlerini doğru bağlandığından emin olunuz. Alıcının çalışma gerilimi ile devre geriliminin aynı olduğuna dikkat ediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. P = 3.P1 formülünü kullanarak sonuçları gözlem tablosuna kaydediniz. Devreye kosinüsfimetre bağlayınız. P = 3.U.I.Cosφ ile P = 3.P1 arasındaki benzerliği gözleyiniz. Farklı alıcılar kullanarak deneyi tekrarlayınız. Gözlem sonuçlarını aşağıdaki tabloya yazınız. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. Gözlem Deneyde Alınan Değerler Hesaplanan Değer No I (A) U (V) F-N U (V) F-F P(W) P = 3.P 1 1 2 3 4 24

UYGULAMA UYGULAMA FAALİYETİ FAALİYETİ Şekil 1.18 deki dengeli üç fazlı sistemlerde iki adet bir fazlı wattmetre ile güç ölçmeye ait deneyi uygulayınız. Malzeme Listesi 1 adet ampermetre 1 adet voltmetre 2 adet bir fazlı wattmetre Alıcılar (farklı alıcılar kullanınız) İşlem Basamakları Şekil 1.18. deki devrenin malzemelerini temin ediniz. Devreyi kurunuz. Devreyi çalıştırınız. Ampermetre, voltmetre ve wattmetrelerle ölçümleri yapınız. Devrenin gücünü hesaplayınız. Farklı alıcılar kullanarak deneyi tekrarlayınız. Öneriler Malzemeleri öğretmeninizin yönlendirmesine göre temin ediniz. Ölçü aletlerini doğru bağlandığından emin olunuz. Alıcının çalışma gerilimi ile devre geriliminin aynı olduğuna dikkat ediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. P = P 1 +P 2 formülünü yardımıyla sonuçları tabloya kaydediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kayıt ediniz. Gözlem sonuçlarını aşağıdaki tabloya yazınız. Gözlem Deneyde Alınan Değerler Hesaplanan Değer Nu I (A) U (V) Faz-Faz P 1 (W) P 2 (W) P = P 1 + P 2 (W) 1 2 3 4 25

UYGULAMA UYGULAMA FAALİYETİ FAALİYETİ Şekil 1.22 deki Üç fazlı bir dijital wattmetre ile güç ölçümü devresini uygulayınız. Malzeme Listesi 1 adet üç fazlı dijital wattmetre Alıcılar (farklı alıcılar kullanınız.) İşlem Basamakları Şekil 1.22. deki devrenin malzemelerini temin ediniz. Devreyi kurunuz. Devreyi çalıştırınız. Üç fazlı wattmetre ile ölçüm yapınız. Farklı alıcılar kullanarak deneyi tekrarlayınız. Öneriler Malzemeleri öğretmeninizin yönlendirmesine göre temin ediniz. Ölçü aletlerini doğru bağlandığından emin olunuz. Alıcının çalışma gerilimi ile devre geriliminin aynı olduğuna dikkat ediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. Gözlem sonuçlarını aşağıdaki tabloya yazınız. Gözlem Nu 1 2 3 4 P (Watt) Düşünceler Üç fazlı dijital wattmetre ile güç ölçme yöntemini arkadaşlarınızla tartışınız. Farklı örnekler geliştiriniz. 26

UYGULAMA UYGULAMA FAALİYETİ FAALİYETİ Şekil 1.24 teki varmetreyi bir fazlı devreye bağlayarak reaktif güç ölçümü yapınız. Malzeme Listesi 1 adet ampermetre 1 adet voltmetre 1 adet varmetre Alıcılar (farklı alıcılar kullanınız) İşlem Basamakları Şekil 1.24 deki devrenin malzemelerini temin ediniz. Devreyi kurunuz. Devreyi çalıştırınız. Ampermetre, voltmetre ve varmetrelerle ölçümleri yapınız. Farklı alıcılar kullanarak deneyi tekrarlayınız. Öneriler Malzemeleri öğretmeninizin yönlendirmesine göre temin ediniz. Ölçü aletlerini doğru bağlandığından emin olunuz. Alıcının çalışma gerilimi ile devre geriliminin aynı olduğuna dikkat ediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. Gözlem sonuçlarını aşağıdaki tabloya yazınız. Gözlem Deneyde Alınan Değerler Nu I (A) U (V) Q (VAR) 1 2 3 4 Varmetreyi bir fazlı devreye bağlayarak reaktif güç ölçme yöntemini arkadaşlarınızla tartışınız. Farklı örnekler geliştiriniz. 27

ÖLÇME ÖLÇME VE VE DEĞERLENDİRME A-OBJEKTİF TESTLER (ÖLÇME SORULARI) Aşağıda bu öğrenme faaliyetiyle ilgili bir test yer almaktadır. Aşağıdaki soruların cevaplarını çoktan seçmeli, tamamlamalı ve doğru-yanlış olarak değerlendiriniz. 1. Alternatif akım ve EMK leri gösteren vektör veya eğrilerin başlangıç eksenine (x ekseni veya referans ekseni) göre bulundukları duruma.. denir. 2. Birim zamanda yapılan işe. denir. 3. Bir elektrik devresinde ampermetreden okunan değer 2 Amper i, voltmetreden okunan değer ise 120 Volt u göstermektedir. Buna göre alıcının görünür gücü aşağıdakilerden hangisidir? A) 360 VA B) 240 VA C) 120 VA D) 60 VA 4. Bir elektrik devresinde ampermetreden okunan değer 8 Amper i, voltmetreden okunan değer ise 120 Volt u ve kosinüsfimetreden okunan değer 0,8 i göstermektedir. Buna göre alıcının aktif gücünü hesaplayınız. A) 762 W B) 764 W C) 766 W D) 768 W 5. Aşağıdakilerden hangisi reaktif güş tüketen tüketici değildir? A) Transformatörler B) Neon lambalar C) Kondansatörler D) Bobinler 6. Güç üçgenine göre reaktif güç formülü... VAR dir. 7. Vektörlerin ve eğrilerin aralarında bulunan açı veya zaman farkına.. denir. DEĞERLENDİRME Doğru cevap sayınızı belirleyerek kendinizi değerlendiriniz. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt yaşadığınız sorularla ilgili konuları ilgili faaliyete dönerek tekrar ediniz. Tüm sorulara doğru cevap verdiyseniz diğer faaliyete geçiniz. 28

B. UYGULAMALI TEST (PERFORMANS TESTİ) Aşağıdaki işlemlerde kendi çalışmalarınızı kontrol ediniz. Hedefe ilişkin tüm davranışları kazandığınız takdirde başarılı sayılırsınız. DEĞERLENDİRME ÖLÇÜTLERİ Evet Hayır 1 Malzemeleri doğru temin edebildiniz mi? 2 Ölçü aletlerinin devreye bağlantısını doğru olarak yapabildiniz mi? 3 Uygulamaları yaparken gözlem tablolarına kaydettiniz mi? 4 Uygulama sonuçları ile gerçek değerler arasındaki farkı gözlemlediniz mi? 5 Faaliyetler için gerekli araştırmaları yapıp rapor haline getirdiniz mi? DEĞERLENDİRME Performans testi sonucu evet, hayır cevaplarınızı değerlendiriniz. Eksiklerinizi faaliyete dönerek tekrarlayınız. Tamamı evet ise diğer öğrenme faaliyetine geçiniz. 29

ÖĞRENME FAALİYETİ-2 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYETİ-2 Bu faaliyette verilecek bilgiler doğrultusunda her türlü ortamda, standartlara ve Kuvvetli Akım Yönetmeliği ne uygun olarak; güç katsayısını hatasız ölçebileceksiniz. ARAŞTIRMA Güç katsayısının düzeltilmesinin faydaları nelerdir ve güç katsayısının olması gereken sınır değerleri araştırınız. Sonucunu rapor halinde sınıfınızda öğretmeninize ve arkadaşlarınıza sununuz. 2. GÜÇ KAT SAYISI ÖLÇME Alternatif akım devrelerinde, devreye uygulanan şebeke gerilimi ile devre akımı arasındaki φ açısı, devrede bulunan omik, endüktif ve kapasitif dirençlere bağlı olarak değişmektedir. Devre yükünün küçük olan güç kat sayısının daha büyük bir değere yükseltilmesi için yapılan işlemlerin tümüne, güç kat sayısının düzeltilmesi veya kompanzasyon denir. 2.1. Güç Kat Sayısı Bir alternatif akım devresindeki hakiki (aktif) gücün, görünür güce oranına devrenin Güç Kat Kayısı denir. P S = W VA = COSϕ Alternatif akım devrelerinde güç ölçmelerinde, devre endüktif veya kapasitif ise böyle devrelerde akım ile gerilim arasında faz farkı vardır. Bu fark açı ile gösterilip bu açının kosinüsüne güç kat sayısını veya güç faktörünü verir. 2.1.1. Omik, Kapasitif, Endüktif Devrelerde Akım, Gerilim ve Güç Vektörleri Omik Devre Aşağıdaki şekilde omik devrede alıcı uçlarına uygulanan gerilimin ve direnç üzerinden geçen akımın dalga şekli ve vektör diyagramı görülmektedir. Alternatif bir gerilim, direnç uçlarına uygulandığında direncin uçlarındaki gerilim doğrultusunda direnç üzerinden geçen akım artmakta, direnç uçlarındaki gerilim değeri azaldıkça bunun paralelinde akım azalmaktadır. 30

Bu durum Şekil 2.1 de görüldüğü gibi gerilimin maksimum olduğu yerde akımda maksimum, gerilimin sıfır olduğu yerde akımda sıfır olmaktadır. Bu nedenle akımla gerilim aynı fazdadır. Direnç elemanı akımla gerilim arasında bir faz farkı oluşturmamaktadır. Vektör gösteriminde I akımın etkin değeri, U ise gerilimin etkin değerini göstermektedir. Kapasitif Devre Şekil 2.1: Omik devre özellikleri Kapasitif devrede akımla gerilim arasında 90 faz farkı oluşur ve akım gerilimden 90 ileri fazdadır. Herhangi bir andaki kondansatörün çektiği güç, o anda akım ile EMK nin çarpımına eşittir. Endüktif Devre Şekil 2.2: Kapasitif devre özellikleri Saf bir özindükleme bobininden geçen akımın, uygulanan EMK den 90 geride olduğu biliyoruz. Herhangi bir andaki güç, o andaki akım ile EMK nin çarpımına eşittir. P= e.i şekilde görüldüğü gibi değişik anlardaki akım ve gerilim eğerlerini çarparak bulunan ani güçleri işaretlemek sureti ile gücün değişim eğrisi çizilebilir. 31

2.1.2. Güç Kat Sayısı Ölçme Şekil 2.3: Endüktif devre özellikleri İşletmelerde aktif enerji haricinde çekilen reaktif enerji, ilgili sayaçlar aracılığı ile ölçülüp ücreti TEDAŞ tarafından alınmaktadır. Reaktif güç faydalanılmayan güç olup bu gücün azaltılması mümkündür. Güç kaybının önlenmesi için güç faktörünün ölçülmesi gerekir. Güç kat sayısı direkt veya endirekt metodlarla ölçülebilir. Direkt ölçen aletlere kosinüsfimetre veya güç faktörü metre adı verilir. Güç kat sayısı iki yöntemle ölçülür: Ampermetre, voltmetre ve wattmetre yardımıyla güç kat sayısını ölçme Şekil 2.4: Ampermetre, voltmetre ve wattmetre yardımıyla güç kat sayısını ölçme 32

Kosinüsfimetre ile güç kat sayısını ölçme Şekil 2.5: Bir fazlı devrelerde kosinüsfimetre ile güç kat sayısının ölçülmesi Aktif ve reaktif sayaç okumalarından güç kat sayısının hesaplanması Güç faktörü sayaç okuyarak aşağıdaki gibi tayin edilir. Normal çalışma koşullarında ve mümkün olan en uzun zaman aralığında aktif enerji sayacı (kwh) ve reaktif enerji sayacının (kvarh) gösterdği değerler iş gününün başında ve sonunda alınır. Böylece: E a = L e -L i Bağıntısından çalışma saatlerindeki aktif enerji tüketimi tespit edilir. Burada: E a : Çalışma saatlerindeki aktif enerji tüketimi L e : İş gününün sonundaki okunan enerjiyi L i : İş gününün başındaki okunan enerjiyi gösterir. E r =L f - L i bağıntısından da çalışma saatlerindeki çekilen reaktif enerji tespit edilir. Burada da: E r : Çalışma saatlerindeki çekilen reaktif enerjiyi L f : İş gününün sonundaki okunan enerjiyi L i : İş gününün başındaki okunan enerjiyi gösterir. E a ve E r değerlerinden güç faktörü, 33

Bağıntısından hesaplanır. L e ve L i hesaplanabilir. arasındaki zaman aralığı ve cosφ ile reaktif güç 2.1.2.1. Ampermetre, Voltmetre ve Wattmetre Metodu İle Ölçme 2.1.2.1.1. Bir Fazlı Devrelerde Aktif güç; alıcının üzerinde işe dönüşen faydalı güçtür. P=U.I.cosφ formülü ile hesaplanır. Buna göre aşağıdaki deneyde güç kat sayısını deneyde alınan değerler yerine konursa; P cos ϕ = Formülü ile cosφ (güç katsayısı) hesaplanır. U.I 2.1.2.1.2. Üç Fazlı Devrelerde Üç fazlı devrelerde iki yöntem ile güç kat sayısı bulunabilir. Dengeli ve dengesiz yükler için aşağıdaki formüllerle bulunabilir. Wattmetrelerden okunan değerlere göre hesaplama yapılır. Dengeli yükler için; P Toplam = 3. P 1 formülü ile P değeri bulunur. Daha sonra P cos ϕ = formülü ile güç kat sayısını bulabilirsiniz. U.I Şekil 2.6: Üç fazlı dengeli yüklerde ampermetre, voltmetre ve wattmetre yardımıyla güç kat sayısının bulunmasına ait bağlantı şeması Dengesiz yükler için; P Toplam = P R + P S + P T formülü ile P değeri bulunur. P Daha donra cos ϕ = formülü ile güç kat sayısını bulabilirsiniz. U.I 34

Üç fazlı devrelerde ampermetre, voltmetre ve wattmetrelerle güç kat sayısını ölçme yöntemlerini arkadaşlarınızla tartışınız. Farklı örnekler geliştiriniz. Yapmış olduğunuz uygulama üç fazlı dengeli devreler içindir. Deneyi bir de dengesiz devreler için tekrarlayarak öğrendiklerinizi bir rapor halinde öğretmeniniz gözetiminde sınıfa sununuz. 2.1.2.2. Kosinüsfimetre ile Ölçme Güç kat sayısının değerinin ölçülmesiyle ilgili yukarıda yapılan yöntemler, işletmelerce tercih edilen bir yöntem değildir. Güç kat sayısının değerinin doğrudan ölçülmesi gerekir. Doğrudan güç kat sayısını ölçen aletlere kosinüsfimetre denir. Diğer yöntemler maliyet ve ölçüm açısından sağlıklı bir yöntem değildir. Kosinüsfimetre Yapısı Bir fazlı kosinüsfimetreler elektrodinamik wattmetrelerde olduğu gibi, sabit olan akım bobini içerisine manyetik eksenleri birbirine göre dik olan iki gerilim bobini çapraz olarak hareket edebilecek şekilde yerleştirilmiştir. Gerilim bobinlerinden birine omik direnç, diğerine de endüktif reaktans seri olarak bağlanmıştır. İki bobinin sipir sayıları ve tel çapları aynıdır. Omik direnç bağlı bobinden geçen akım ile gerilim aynı fazda, endüktif reaktansla seri bağlı bobinden geçen akım gerilimden 90 0 geridedir. Direnç ve bobin aracılığı ile iki çapraz bobinin akımları ile gerilimleri arasındaki faz farkı 90 0 yapılmış olur. Şekil 2.7: Bir fazlı kosinüsfimetrenin içyapısı Devreye omik yük bağlı iken (güç kat sayısı 1); Akım bobininden geçen akım, gerilim ile aynı fazda olur. 1 nu lu gerilim bobininden geçen akım, akım bobininden geçen akımla aynı fazdadır. 2 nu lu bobinden geçen akım bunlardan 90 geridedir. 35

Döndürme kuvveti bu iki akımın meydana getirdiği bileşke alanlar tarafından oluşur. Meydana gelen bu kuvvet, sadece 1 nolu bobine etkiler ve bu bobinin eksenini akım eksenine 90 0 oluncaya kadar çapraz bobini döndürüp ibre skala üzerindeki 1 sayısını gösterir. Omik yük durumda 2 nu lu bobine etki eden kuvvet yoktur. Çünkü omik yükte geçen akımda omiktir. Omik akımın endüktif ve kapasitif bileşeni de yoktur. Devre tam endüktif iken (güç kat sayısı sıfır); akım bobinlerinden geçen akım aynı fazda, 1 nolu bobinden geçen akım bunlardan 90 0 ileridedir. Bu durumda 2 nu lu bobin akım bobini eksenine dik olana kadar döner ve ibre sıfır gösterir. Yani cosφ=0 dır. Devre tam kapasitif iken (Güç kat sayısı sıfır); endüktif yükün tersi olup 1 nu lu bobin 180 0 dönerek gösterge bu sefer kapsitif taraftaki sıfırı gösterir. Güç kat sayısı 0 ile 1 arasında ise; gerilim bobinleri ile akım bobinleri arasındaki faz farkı güç kat sayısını verebilecek şekildedir. Skalanın sağ tarafı endüktif yük durumunu, sol tarafı kapasitif yük durumunu gösterir. Şekil 2.8: Üç fazlı kosinüsfimetrenin yapısı ve bağlantı şeması Hareketli gerilim bobinleri arasında 120 0 faz farklı olarak yerleştirilir. Gerilim bobinleri akım bobininin bağlandığı fazın dışındaki diğer iki faza bağlanır. Sabit bobinler hat akımını taşır. Alet üç fazlı bir yüke bağlanırsa ibre, yükün güç faktörünü skala üzerinde gösterir. Üç fazlı kosinüsfimetrenin akım bobinleri yüke seri bağlanır. Gerilim bobinlerinin birer uçları da diğer fazlara bağlanır. Ölçümler doğrudan güç faktörünü verir (Bk. Şekil 2.8). Kosinüsfimetre Çeşitleri Kosinüsfimetreler, faz şekline göre bir fazlı ve üç fazlı olmak üzere iki çeşit imal edilir. Üretim şekline göre analog ve dijital olarak imal edilir. 36

Resim 2.1: Analog ve dijital kosinüsfimetreler Şekil 2.9: Üç fazlı dijital kosinüsfimetrenin blok şeması 37

Kosinüsfimetre Devreye Bağlantıları Şekil 2.10: Üç fazlı devrelerde kosinüsfimetrelerle güç kat sayısını ölçme Kosinüsfimetre Bağlantısında Dikkat Edilecek Hususlar Şekil 2.11: Bir fazlı ve üç fazlı dijital kosinüsfimetrenin sisteme bağlanması Bir fazlı ve üç fazlı dijital kosinüsfimetre bağlantı şemasında görüldüğü gibi işletmeye uygun bir akım trafosuyla şebekeye bağlanmalıdır. Bağlantı yapılırken besleme geriliminin akım trafosunun bağlandığı fazdan alınmasına çok dikkat edilmelidir (U n : Besleme gerilimidir). 38

UYGULAMA UYGULAMA FAALİYETİ FAALİYETİ Şekil 2.4 deki bir fazlı ampermetre, voltmetre ve wattmetreyle güç kat sayısını ölçmeye ait deneyi uygulayınız. Malzeme Listesi 1 adet ampermetre 1 adet voltmetre 1 adet bir fazlı wattmetre Alıcılar (farklı alıcılar kullanınız) İşlem Basamakları Şekil 2.4 teki devrenin malzemelerini temin ediniz. Devreyi kurunuz. Devreyi çalıştırınız. Ampermetre ve voltmetreyle ölçümleri yapınız. Devrenin güç kat sayısını hesaplayınız. Farklı alıcılar kullanarak deneyi tekrarlayınız. 39 Öneriler Malzemeleri öğretmeninizin yönlendirmesine göre temin ediniz. Ölçü aletlerini doğru bağlandığından emin olunuz. Alıcının çalışma gerilimi ile devre geriliminin aynı olmasına dikkat ediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. cos ϕ = P U.I Formülünü kullanarak sonuçları gözlem tablosuna kaydediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. Devreye bağladığımız alıcıların güç kat sayısını hesaplayınız. Gözlem sonuçlarını aşağıdaki tabloya yazınız. Gözlem Deneyde Alınan Değerler Hesaplanan Değer Nu I (Amper) U (Volt) P (W) cosφ = P / U.I 1 2 3 4 Bir fazlı devrelerde güç kat sayısını bulma yöntemlerini arkadaşlarınızla tartışınız. Farklı örnekler geliştiriniz.

UYGULAMA FAALİYETİ Şekil 2.6 daki üç fazlı devrelerde ampermetre, voltmetre ve wattmetreyle güç kat sayısını ölçmeye ait deneyi uygulayınız. Malzeme Listesi: 1 adet ampermetre 1 adet voltmetre 1 adet üç fazlı wattmetre Alıcılar (Farklı alıcılar kullanınız). İşlem Basamakları Şekil 2.6 daki devrenin malzemelerini temin ediniz. Devreyi kurunuz. Devreyi çalıştırınız. Ampermetre ve voltmetreyle ölçümleri yapınız. Devrenin güç katsayısını hesaplayınız. Farklı alıcılar kullanarak deneyi tekrarlayınız. Öneriler Malzemeleri öğretmeninizin yönlendirmesine göre temin ediniz. Ölçü aletlerini doğru bağlandığından emin olunuz. Alıcının çalışma gerilimi ile devre geriliminin aynı olduğuna dikkat ediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. P = 3.P 1 Formülünü kullanarak sonuçları gözlem tablosuna kaydediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. Devreye bağladığımız alıcıların güç kat sayısını hesaplayınız. Gözlem sonuçlarını aşağıdaki tabloya yazınız. Gözlem Deneyde Alınan Değerler Hesaplanan Değer Nu I (Amper) U (Volt) P = 3.P 1 (W) cosφ = P / (U.I) 1 2 3 4 40

UYGULAMA UYGULAMA FAALİYETİ FAALİYETİ Şekil 2.10. daki üç fazlı devrelerde kosinüsfimetreyle güç kat sayısını ölçmeye ait deneyi uygulayınız. Malzeme Listesi: 1 adet ampermetre 1 adet voltmetre 1 adet üç fazlı kosinüsfimetre Alıcılar (farklı alıcılar kullanınız) İşlem Basamakları Şekil 2.10 daki devrenin malzemelerini temin ediniz. Devreyi kurunuz. Devreyi çalıştırınız. Ampermetre ve voltmetreyle ölçümleri yapınız. Devrenin güç kat sayısını hesaplayınız. Farklı alıcılar kullanarak deneyi tekrarlayınız. Öneriler Malzemeleri öğretmeninizin yönlendirmesine göre temin ediniz. Ölçü aletlerini doğru bağlandığından emin olunuz. Alıcının çalışma gerilimi ile devre geriliminin aynı olmasına dikkat ediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. Güç kat sayısını endüktif ve kapasitif yükler kullanarak gözlemleyiniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. Aldığınız değerleri gözlem tablosuna kaydediniz. Gözlem sonuçlarını aşağıdaki tabloya yazınız. Gözlem Deneyde Alınan Değerler Hesaplanan Değer Nu I (Amper) U (Volt) P = 3.P 1 (W) cosφ = P / (U.I) 1 2 3 4 41

ÖLÇME ÖLÇME VE VE DEĞERLENDİRME A- Objektif Testler (Ölçme Soruları) Aşağıda bu öğrenme faaliyetiyle ilgili bir test yer almaktadır. Aşağıdaki soruların cevaplarını çoktan seçmeli, tamamlamalı ve doğru-yanlış olarak değerlendiriniz. 1. Alternatif akım devresinde gerçek gücün, görünür güce oranına..... denir. 2. Alıcı üzerinde işe dönüşen faydalı güce denir. 3. Dijital kosinüsfimetrelerin devreye bağlantısı yapılırken besleme geriliminin akım trafosunun bağlandığı fazdan alınmasına çok dikkat edilmelidir. DOĞRU YANLIŞ 4. Aktif güç.. formülü ile hesaplanabilir. 5. Bir fazlı kosinüsfimetreler, sabit olan akım bobini içerisine manyetik eksenleri birbirine göre dik olan üç gerilim bobini çapraz olarak hareket edebilecek şekilde imal edilmiştir. DOĞRU YANLIŞ 6. Dengeli yüklerde bir fazlı wattmetre ile güç ölçme işlemi sonunda okunan değer ile sistemin toplam gücü formülü ile (toplam güç) bulunur. 7. Dengesiz yüklerde üç adet bir fazlı wattmetre ile yapılan ölçümler sonucunda.. formülü ile toplam güç bulunur. DEĞERLENDİRME Doğru cevap sayınızı belirleyerek kendinizi değerlendiriniz. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt yaşadığınız sorularla ilgili konuları ilgili faaliyete dönerek tekrar ediniz. Tüm sorulara doğru cevap verdiyseniz diğer faaliyete geçiniz. 42

B. UYGULAMALI TEST (PERFORMANS TESTİ) Aşağıdaki işlemlerde kendi çalışmalarınızı kontrol ediniz. Hedefe ilişkin tüm davranışları kazandığınız takdirde başarılı sayılırsınız. DEĞERLENDİRME ÖLÇÜTLERİ Evet Hayır 1 Malzemeleri doğru temin edebildiniz mi? 2 Ölçü aletlerinin devreye bağlantısını doğru yapabildiniz mi? 3 Uygulamaları yaparken gözlem tablolarına kaydettiniz mi? 4 Uygulama sonuçları ile gerçek değerler arasındaki farkı gözlemlendiniz mi? 5 Faaliyetler için gerekli araştırmaları yapıp rapor haline getirdiniz mi? DEĞERLENDİRME Performans testi sonucu evet, hayır cevaplarınızı değerlendiriniz. Eksiklerinizi faaliyete dönerek tekrarlayınız. Tamamı evet ise diğer öğrenme faaliyetine geçiniz. 43

ÖĞRENME FAALİYETİ-3 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYETİ-3 Bu faaliyette verilecek bilgiler doğrultusunda uygun ortam sağlandığında, yönetmelikler, şartnameler ve standartlara uygun olarak elektrik sayaçlarının hatasız olarak montaj ve bağlantılarını yapabileceksiniz. ARAŞTIRMA Sayaç şartnamelerini, Tarifeler Yönetmeliği ni, elektrik sayaçları üreten firmaların ürün kataloglarını ve internet sitelerini inceleyiniz. Çevrenizde bulunan elektromekanik ve elektronik sayaçların farklarını araştırınız. Sonuçlarını rapor halinde sınıfınızda öğretmeninize ve arkadaşlarınıza sununuz. 3. ELEKTRİK SAYAÇLARI Elektrik sayacı, üretilen veya tüketilen elektrik enerjisi miktarını ölçen alettir. Elektrik enerjisi miktarı watt-saat olarak belirtilir. Bu da watt olarak çekilen güç ile saat olarak bu gücün çekildiği zamanın çarpımını gösterir. Pratikte ise enerji birimi daha çok Wh ın 1000 katı olan kilowatt-saat veya 1.000.000 katı olan Megawatt-saat (MWh) kullanılır. 3.1. Elektrik İşi Elektrik bir enerji şeklidir. Elektrik temel enerji kaynaklarını, kömür, petrol, doğalgaz, nükleer enerji ya da yenilenebilir enerji kaynakları kullanarak, ikincil bir enerji olarak elde edilebilmektedir. Elektrik enerjisinin zaman içinde kullanılması ile iş yapılır. Elektrikte yapılan iş, devreden çekilen güç ile zamanın çarpımı sonucunda bulunur. Yani İş = Güç x Zaman formülü ile hesaplanır. 3.2. Elektrik Sayaçları (A.A.) 3.2.1. Görevi Elektrik enerjisi üretilen veya tüketilen devrelerde, üretilen ya da tüketilen işi direkt olarak ölçen cihazlardır. Elektromekanik ve elektronik olmak üzere genel çeşitleri vardır. Günümüzde yeni yapılarda elektronik sayaçların kullanılması zorunludur. 44

Resim 3.1: Bir fazlı iki teli aktif sayaç bilgileri Elektromekanik sayaçta, dönme hareketi bir dişli aracılığı ile numaratöre iletilip numaratörde harcanan enerji toplanarak ölçülmektedir. Burada aletin dönme hızı, devrenin çektiği güç ile doğru orantılıdır. Bu aletlerde karşı koyma yöntemi yerine, hareketli sistemin hızıyla orantılı olan frenleyici moment kullanılır. Frenleyici moment, hareketli sistemle aynı mil üzerine tespit edilen alüminyum diskin daimi mıknatıs kutupları arasında dönmesiyle sağlanır. Bir ve üç fazlı olmak üzere iki şekilde imal edilir. Sayaç normal değerler içerisinde çalışırken, ölçülen enerji miktarı ile diskin devir sayısı arasındaki bağıntıya sayaç sabiti denir ve K harfi ile gösterilir. Sayaçta ölçülen 1 kwh lik elektrik enerjisi için diskin kaç devir yapacağı, sayaç etiketi üzerinde devir / kwh cinsinden belirtilir. Sayaç, gücünü ölçmek istediğimiz alıcının devresine bağlanarak, bir kronometre ile diskin 1 dakikada kaç devir yaptığı gözlenir. Daha sonra sayaç etiketinde yazılı olan K değeri ile 1 dakikada diskin yaptığı devir arasında orantı kurularak güç hesaplanır. Resim 3.1 deki sayacın etiket değerleri aşağıya çıkarılmıştır. Nominal Gerilim : 220 V Nominal Akım : 10 (30) A Nominal Frekans : 50 Hz. Nominal Devir Sayısı : 600 devir 1 kwh İmal Yılı : 1993 Yukarıdaki sayaç bilgilerine göre örnek bir hesaplama yapalım. Elektrik sayacına bağlanan bir ütü, sayacın dakikada 15 devir dönmesini sağlamaktadır. Bundan hareketle 1 saatte yani 60 dakikada kaç devir yaptığını bulalım. Orantı yolu ile; 45