GÜÇ KAT SAYISI ÖLÇME
Alternatif akım devrelerinde, devreye uygulanan şebeke gerilimi ile devre akımı arasındaki ? 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.
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.
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
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
• Endüktif Devre
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.
e.i şekilde görüldüğü gibi değişik anlardaki akım ve gerilim eğerlerini çarparak bulunan ani güçleri işaretlemek sureti ile gücün değişim eğrisi çizilebilir.
2.1.2. Güç Kat Sayısı Ölçme
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
-
• Kosinüsfimetre ile güç kat sayısını ölçme
-
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: Ea= Le-Li Bağıntısından çalışma saatlerindeki aktif enerji tüketimi tespit edilir. Burada: Ea: Çalışma saatlerindeki aktif enerji tüketimi Le: İş gününün sonundaki okunan enerjiyi
Li: İş gününün başındaki okunan enerjiyi gösterir. Er =Lf – Li bağıntısından da çalışma saatlerindeki çekilen reaktif enerji tespit edilir. Burada da:
Er: Çalışma saatlerindeki çekilen reaktif enerjiyi Lf: İş gününün sonundaki okunan enerjiyi Li: İş gününün başındaki okunan enerjiyi gösterir. Ea ve Er değerlerinden güç faktörü,
Bağıntısından hesaplanır. Le ve Li arasındaki zaman aralığı ve cos? ile reaktif güç hesaplanabilir.
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.cos? formülü ile hesaplanır. Buna göre aşağıdaki deneyde güç kat sayısını deneyde alınan değerler yerine konursa;
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 900 geridedir. Direnç ve bobin aracılığı ile iki çapraz bobinin akımları ile gerilimleri arasındaki faz farkı 900 yapılmış olur.
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.
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 900 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 900 ileridedir. Bu durumda 2 nu’lu bobin akım bobini eksenine dik olana kadar döner ve ibre sıfır gösterir. Yani cos?=0’dır.
Devre tam kapasitif iken (Güç kat sayısı sıfır); endüktif yükün tersi olup 1 nu’lu bobin 1800 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.
Hareketli gerilim bobinleri arasında 1200 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.
• Kosinüsfimetre Devreye Bağlantıları
• Kosinüsfimetre Bağlantısında Dikkat Edilecek Hususlar
Şekil 2.11: Bir fazlı ve üç fazlı dijital kosinüsfimetrenin sisteme bağlanması
Bir fazlı ve üç fazlı dijital kosinüsfimetre bağlantışemasında görüldüğü gibi işletmeye uygun bir akım trafosuyla şebekeye bağlanmalıdır. Bağlantı yapılırken besleme geriliminin akım trafosunun bağlandığı fazdan alınmasına çok dikkat edilmelidir (Un: Besleme gerilimidir).