Güç Katsayısı Ölçme

Kompanzasyon

Güç Katsayısı Ölçme

Alternatif akım devrelerinde, devreye uygulanan şebeke gerilimi ile devre akımı arasındaki φ açısı, devrede bulunan omik, endüktif ve kapasitif dirençlere bağlı olarak değişir.

Devre yükünün küçük olan güç kat sayısının büyük bir değere yükseltilmesi için yapılan işlemlerin hepsine, güç kat sayısının düzeltilmesi ya da kompanzasyon adı verilir.

Güç katsayısı nedir?

Bir alternatif akım devresindeki aktif ( P ) gücün, görünür ( S ) güce oranına devrenin güç kat kayısı adı verilir.

P= U x I x Cosφ                         P/S = W /VA = COSφ

S= U x I

Alternatif akım devrelerinde güç ölçmelerinde, devre endüktif veya kapasitif ise bu devrelerde akım ile gerilim arasında faz farkı vardır. Bu fark açı ile gösterilir. Bu fark açı ile gösterilip bu açının kosinüsüne güç kat sayısını veya güç faktörünü verir.

Omik, Kapasitif, Endüktif Devrelerde Akım, Gerilim ve Güç Vektörler

Omik Devre

Şeklimizde omik devrede alıcı uçlarına uygulanan gerilimin ve direnç üstünden geçen akımın dalga şekli ve vektör diyagramı görülmektedir. Alternatif bir gerilim, direnç uçlarına uygulandığı zaman direncin uçlarındaki gerilim doğrultusunda direnç üstünden geçen akım artar, direnç uçlarındaki gerilim değeri azaldıkça bunun paralelinde akım azalır.

Bu durum şekildeki gibi gerilimin maksimum olduğu yerde akımda maksimum, gerilimin sıfır olduğu yerde akımda sıfır olmaktadır. Bu sebeple akımla gerilim aynı fazdadır. Direnç elemanı akımla gerilim arasında bir faz farkı meydana getirmemektedir. Vektör gösteriminde I akımın etkin değeri, U ise gerilimin etkin değerini göstermektedir.

Kapasitif Devre

Kapasitif devrede akımla gerilim arasında genellikle 90° faz farkı meydana gelir. Akım gerilimden 90° ileri fazdadır. Herhangi bir andaki kondansatörün çektiği güç, o anda akım ile elektromotor kuvvet (EMK)’ in çarpımına eşittir. Vektör dönüş yönü saat ibresinin tersi yönündedir. Şekile bakınız.

Endüktif Devre

Saf bir özindükleme bobininden geçen akım, uygulanan EMK’den 90° geridedir. 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.

Güç Katsayısı Ölçme

İşletmelerde aktif enerji dışında çekilen reaktif enerji reaktif sayaçlar yardımı ile ölçülüp ücreti  (TEDAŞ) elektrik dağıtımı ve satışı yapan firma tarafından alınır. Reaktif güç yararlanılmayan güç olup bu gücün azaltılması mümkündür. Güç kaybının önlenebilmesi için güç faktörü ölçülmelidir. Güç kat sayısı direkt ( kosinüsfimetre ile) veya endirekt ( A- V- W ile ) yöntemlerle ölçülebilir. Direkt ölçen aletlere kosinüsfimetre veya güç faktörü metre adı verilir.

Güç katsayısı iki yöntemle ölçülür:

Ampermetre, Voltmetre ve Wattmetre Yardımı ile Güç Katsayısını Ölçme

Kosinüsfimetre ile Güç Katsayısını Ölçme

Aktif Sayaç ve Reaktif  Sayaç Okumalarından Güç Katsayısının Hesaplanması

Güç faktörü sayaç okuma ile belirlenir. Normal çalışma şartlarında ve mümkün olan en uzun zaman aralığında aktif enerji sayacı (kWh) ve reaktif enerji sayacının (kVARh) gösterdiği değerler iş gününün başında ve sonunda alınır. Bu durumda:

Ea = Le – Li bağıntısı ile çalışma saatlerindeki aktif enerji tüketimi belirlenir.

Buradaki:

Ea: Çalışma saatlerinde aktif enerji tüketimini

Le: İş gününün sonunda okunan enerjiyi

Li: İş gününün başındaki okunan enerjiyi göstermektedir.

Er =Lf – Li bağıntısı ile de çalışma saatlerinde çekilen reaktif enerji belirlenir.

Burada da:

Er: Çalışma saatlerinde çekilen reaktif enerjiyi

Lf: İş gününün sonunda okunan enerjiyi

Li: İş gününün başında okunan enerjiyi göstermektedir.

E_a ve E_r değerlerinden güç faktörü

 

Bağıntısı ile hesaplanabilir. Le ve Li arasındaki zaman aralığı ve cosφ ile reaktif güç hesaplama yapılır.

Ampermetre, Voltmetre ve Wattmetre Yöntemi ile Ölçme

1 fazlı ve 3 fazlı devrelerde ampermetre, voltmetre ve wattmetre ile ölçme yöntemi uygulanır.

Bir Fazlı Devrelerde Güç Katsayısı Ölçme

Aktif güç; alıcının üstünde işe dönüşen yararlı güçtür. Aktif güç P= U. I . cosφ formülüyle hesaplanır.

Buna göre aşağıdaki deneyde  P (Aktif güç) – U (Gerilim) – I(Akım) değerleri deneyde alınan değerler, yerine konulduğunda:

cosφ = P / U . I  Formülü ile cosφ (güç katsayısı) hesaplanır.

Üç Fazlı Devrelerde Güç Katsayısı Ölçme

Üç fazlı devrelerde iki yöntem ile güç kat sayısı bulunur. Dengeli ve dengesiz yükler ( almaçlar) için şu formüller ile bulunabilir. Wattmetreden okunan değerlere göre güç hesaplama yapılır.

• Dengeli yükler için

P _Toplam = 3 . P1 formülüyle P değerini buluruz. Sonra cosφ = P / U . I formülüyle güç katsayısı bulunur.

3 fazlı dengeli yüklerde ampermetre voltmetre ve wattmetrenin yardımı ile güç katsayısının bulunması

• Dengesiz yükler için

3 fazlı dengesiz devrelerde, her faza 1 tane wattmetre bağlanır ve 3 wattmetrenin gösterdiği değerler toplanarak devrenin gücü bulunur.

P_Toplam = P1 + P2 + P3 formülü ile P değeri bulunur.

Sonra; cosφ = P / U . I formülüyle güç katsayısı bulunur.

Kosinüsfimetre ile Ölçme

Güç kat sayısının değerinin ölçülmesi ile alakalı yukarıda yapılan yöntemler,işletmecilerler tarafından tercih edilmeyen yöntemlerdir. Güç sayısının değeri direkt (doğrudan) ölçülmelidir. Doğrudan güç kat sayısını ölçen cihazlara kosinüsfimetre adı verilir.

Diğer yöntemlerin fiyatları pahalı olduğundan güç ölçümü için uygun bir yöntem değildir.

Bir Fazlı Kosinüsfimetre Yapısı

Bir fazlı kosinüsfimetreler elektrodinamik wattmetrelerde olduğu gibi sabit olan akım bobini içine manyetik eksenleri birbirine göre dik olan iki gerilim bobini çapraz olarak hareket edecek biçimde yerleştirilir.

Gerilim bobinlerinden bir tanesine omik direnç, diğerine de endüktif reaktans seri olarak bağlanır. 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 90º geridedir.

Direnç ve bobin yardımı ile iki çapraz bobinin akımları ile gerilimleri arasındaki faz farkı 90° yapılmış olur. Aşağıdaki şekildeki gibi.

Bir fazlı kosinüsfietrenin  iç yapısı

• Devreye omik yük bağlı iken ( güç kat sayısı 1 ): Akım bobininden geçen akım, gerilim ile aynı fazda olur. 1 nolu gerilim bobininden geçen akım, akım bobininden geçen akımla aynı fazdadır. 2 nolu gerilim bobininden geçen akım bunlardan 90° geridedir. Döndürme kuvveti bu iki akımın oluşturduğu bileşke alanlar tarafından meydana gelir. Oluşan bu kuvvet, yalnızca 1 nolu gerilim bobinini etkiler ve bu bobinin eksenini akım eksenine 90° oluncaya kadar çapraz bobini döndürür ve ibre skala üstündeki 1 sayısını gösterir. Omik yük durumunda 2 nolu bobine etki eden kuvvet yoktur. Zira 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 gerilim bobininden geçen akım bunlardan 90° ileridedir. Bu durumda 2 nolu bobin akım bobini eksenine dik olana kadar döner ve ibre sıfırı gösterir. Yani cos φ= 0’dır.
• Devre tam kapasitif iken (Güç kat sayısı sıfır): Endüktif yükün tersi olup 1 nolu gerilim bobini 180° döner ve gösterge bu kez kapasitif yöndeki sıfırı gösterir.
• Güç kat sayısı 0 ile 1 arasında ise: Gerilim bobinleri ve akım bobinleri arasındaki faz farkı güç kat sayısını verecek biçimdedir. Skalanın sağ tarafı endüktif yük, sol tarafı kapasitif yük durumunu gösterir.

Hareketli gerilim bobinleri arasında 120° faz farklı olarak yerleştirilir. Gerilim bobinleri akım bobininin bağlandığı fazın dışındaki diğer iki faza bağlanır. Sabit bobinler hat akımını taşır.

Cihaz 3 fazlı bir yüke bağlanırsa ibre, yükün güç faktörünü skala üstünde gösterir. 3 fazlı kosinüsfimetrenin akım bobinleri yüke seri bağlanır. Gerilim bobinlerinin birer uçları da öbür fazlara bağlanır. ( Aşağıdaki şekle bakınız.). Ölçümler doğrudan güç faktörünü verir.

3 fazlı bobinli kosinüsfimetrenin iç yapısı

Kosinüsfimetre Çeşitleri

Kosinüsfimetreler, faz biçimine göre bir fazlı ve 3 fazlı olmak üzere iki çeşit üretilir. İmalat biçimine göre analog ve dijital olarak üretilir.

Kosinüsfimetre Devreye Bağlantıları

Bir fazlı ve 3 fazlı dijital kosinüsfimetre bağlantı şemasında görüldüğü üzere işletmeye uygun bir akım trafosu ile şebekeye bağlanır. Bağlantı yapılırken besleme geriliminin akım trafosunun bağlandığı fazdan alınmasına dikkat edilmelidir (U_n: Besleme gerilimidir)

Bir fazlı ve 3 fazlı dijital kosinüsfimetrenin sisteme bağlanması

Kosinüsfimetre Bağlanırken Dikkat Edilecek Hususlar:

• Kosinüsfimetrelerin akım bobinleri seri, gerilim bobinleri paralel bağlanır.
• Gerilim bobinleri çalışma (etiket) değerlerine dikkat edilir.
• Kosinüsfimetre akım trafosu çalışacaksa buna dikkat edilmeli, akım trafosunun sekonder ucunun bir tanesi kesinlikle topraklanmalıdır. Bunun nedeni akım trafosu sekonder tarafı açık devre bırakıldığında meydana gelebilecek yüksek gerilimi toprağa vermek içindir.

Frekansmetre; Devrelerin frekansını ölçen cihaza frekansmetre denir. Frekansmetreler analog, dijital, dilli ( titreşimli) olmak üzere türleri mevcuttur.

Frekansmetre bağlantısı

Frekansmetreler devreye paralel bağlanır. Frekansmetrenin çalışma (etiket) değerlerine dikkat edilmelidir.