Güç ölçme

güç ölçme

Güç ölçme

Elektrik enerjisi bir iş yaptığı sürece, bir güce sahiptir. DA ve AA’da elektrik yüklerinin zaman içinde kullandığı güç, elektrik işi olarak tanımlanır ve elektrik sayacı ile ölçülür. Birim zamanda üretilen enerjiye veya tüketilen enerjiye güç adı verilir. Güç wattmetre ile ölçülür. Güç, iş yapma hızının ölçüsüdür. Enerji tüketilirken veya üretilirken belli bir zaman geçer. Bir iş yapıldığında, yapılan iş sonucunda zaman geçtikçe iş artar ve tükettiği enerjide artar.

1 – Aktif Güç Ölçme

Tüketicinin çektiği akımın oluşturduğu aktif güç, tüketici tarafından faydalı duruma getirilir.  Alıcının üzerinde, işe dönüşen faydalı güçtür. P harfi ile gösterilir.

• P = U . I. Cos? formülü ile bulunur. Birimi Watt’tır.

Örnek, ısı ile çalışan cihazlarda aktif güç termik güce, motorlarda ise mekanik güce dönüşür. Aktif akımın oluşturduğu aktif güç, faydalı güce dönüşebilir.  Bu güç akım çeşidine göre iki şekilde ölçülebilir.

• DC, akım devrelerinde güç ölçme
• AC, akım devrelerinde güç ölçme

DC Akım Devrelerinde Güç Ölçme

Doğru akım devrelerindeki elektrik gücü iki şekilde ölçülür.

• Wattmetre yöntemi ile güç ölçme
• Ampermetre-voltmetre yöntemi ile güç ölçme

Wattmetre yöntemi ile güç ölçme

Wattmetre: Elektrik devrelerinde alıcının aktif gücünü ölçmek için kullanılan ölçü aletlerine wattmetre denir. Wattmetreler doğrudan doğruya devreye bağlanmakla güç ölçen cihazlardır. Bu cihazlarla yapılan ölçmelerde herhangi bir hesaplamaya gerek yoktur.  Wattmetreler tüm koşullarda alıcıların aktif güçlerini gösterir.

Doğru akımda güç ifadesi, P = I . E’ dir. Güç ölçmede akım ve gerilime gereksinim vardır. Wattmetre ile güç okumak için aynı anda akım ve gerilimin ölçülmesi gerektiği için cihaz, iki bobinden oluşmuştur. Bunlardan biri akım, diğeri gerilim bobinidir. Ölçme yaparken akım bobini devreye seri, gerilim bobini de paralel bağlanır.

Wattmetre, ampermetre ve voltmetre özelliğini birlikte gösteren ölçü aletleridir. Alıcının gücünü” Watt”, “Kilowatt”, “Megawatt” ve “Gigawatt” olarak ölçerler. Doğru akımda güç ifadesi, P = I . E’ dir. Güç ölçmede akım ve gerilime gereksinim vardır. Wattmetre ile güç okumak için aynı anda akım ve gerilimin ölçülmesi gerektiği için alet, iki bobinden oluşmuştur. Bunlardan biri akım, diğeri gerilim bobinidir. Ölçme yaparken akım bobini devreye seri, gerilim bobini de paralel bağlanır. Wattmetrenin akım bobinin kesiti kalın ve az sarımlıdır. Amper metre özelliğini gösterir. Hangi alıcının gücü ölçülecekse o alıcıya wattmetre seri olarak bağlanır. Gerilim bobinin kesiti ince iletkenden ve çok sarımlıdır. Voltmetre özelliği gösterir ve alıcıya paralel olarak bağlanır.

Genellikle üç tip wattmetre vardır.

• Elektro dinamik wattmetre
• İndiksiyon tipi wattmetre
• Elektro statik wattmetre

Elektrodinamik wattmetre; sabit iki bobin arasında dönen bir bobin vardır. Bobinler arasındaki manyetik alanın değişmesinden, hareketli bobin döner. Dönme kuvveti hareketli bobinden geçen akım ile bobine etki eden manyetik alanın kuvvetine bağlıdır. Manyetik alanı meydana getiren akım ile hareketli bobinden geçen akım aynı akım olduğu için meydana gelen kuvvet akımın karesi ile orantılıdır. Hareket eden bobinin açısal pozisyonu ortalama kuvvetle aynı olduğu için bu ölçü aleti bobinden geçen akımın karesinin ortalamasını yani efektif değerini ölçer. Wattmetrelerde gerilim bobini hareket edecek şekilde yapılır ve üzerine bir ibre bağlanır. Hafif olmaları ve sürtünmenin azalması için gerilim bobininin bir kısım sipirleri azaltılır, sipirden dolayı azalan direnç, sabit elektronik dirençle R (özdirenç) sağlanır.

Wattmetrenin iç yapısı

Gerilim bobinleri gücü ölçülecek alıcıya paralel bağlandığı için üstlerinden geçen akım ve oluşturdukları manyetik alan sabittir. Gerilim bobinine göre akım bobinin yapısı ağır ve hareketsizdir. Üzerlerinden gücü ölçülecek alıcının akımı geçer. Akım yükün durumuna göre devamlı değişeceğinden akım bobininden oluşan itici manyetik alan da devamlı değişir. Wattmetre ibresi ve gerilim bobini de değişen alanın şiddetine bağlı olarak kadran üstünde hareket ederek alıcının gücünü gösterir. Wattmetreler güç ölçmek için bağlanırken büyük güçlü alıcıların gücü ölçüleceği zaman akım bobini önce bağlanır, küçük güçlü alıcıların gücü ölçüleceği zaman akım bobini sonra bağlanır.

Wattmetre, faz biçimine göre bir ve üç fazlı olarak yapılır. Artık analog olarak üretilen wattmetrelerin yerini dijital wattmetreler almıştır. Bütün wattmetrelerin çalışma prensipleri aynıdır.

Ampermetre-voltmetre yöntemi ile güç ölçme

Bu yöntem ile ölçü yapılırken P = E. I formülünden yararlanılır. Formülde yer alan I ve E değerleri, devreye bağlanan ampermetre ve voltmetre yardımı ile okunur ve güç kolayca bulunabilir.

• Üç Fazlı Dengeli Devrelerde Güç Ölçme

Dengeli üç fazlı sistemde bir fazlı bir tane wattmetre ile üç fazın gücünü ölçme, bu sistem dengeli üç fazlı devrelerde kullanılır. Dengeli olması, üç fazdan çekilen akımda eşittir. Devrede alıcı olarak eşit güçlü lambalar yada motor kullanılır.

Üç fazlı ve dengeli yüklü sistemlerde her fazdan çekilen güç aynı olduğu için, bir fazlı wattmetre üç fazlı alıcının fazlarından birine bir fazlı devrelerdeki gibi bağlanır.

Dengeli devrelerde 3 fazlı  wattmetre bağlantısı

Bu sistemle yalnızca bir faz gücü ölçülür. Ölçülen güç 3 ile çarpılarak devrenin toplam gücü bulunur.

Ртoplam = 3 . P

• Üç Fazlı Dengesiz Devrelerde Güç Ölçme

Üç fazlı dengesiz devrelerde güç ölçme sisteminde bir fazlı üç tane wattmetre ile ya da üç fazlı wattmetre ile ölçme yapılır.

• Üç Fazlı Dengesiz Devrelerde Bir Fazlı Üç Wattmetre ile Güç Ölçme

Sistemin gücü yada alıcının gücü dengesiz olursa her faza bir tane bir fazlı wattmetre bağlanır ve toplam güç bulunur. Şekildeki gibi. Toplam güç wattmetrelerden okunan değerlerin matematik toplamıdır.

Formül; Ртoplam = P1 + P2 + P3 ile bulunur.

• Üç Fazlı Wattmetre ile Güç Ölçme

Üç fazlı wattmetrenin üç akım bobini, ayrı ayrı fazlara bağlanır. Gerilim bobinleri birer uçları kendi faz girişlerine diğer uçları da birleştirilerek nötr hattına bağlanır.

• Aron Bağlantı ile Güç Ölçme

Aron bağlı olan wattmetreler de iki akım ve iki gerilim bobini bulunur. Akım bobinleri herhangi iki faza bağlanır. Gerilim bobinleri ise kendi akım bobininin bağlı olduğu faz ile boşta kalan üçüncü faz arasına bağlanır. Aron bağlanacak olan wattmetrelerin gerilim bobinleri 380 Voltluk olmalıdır. Sistemin güç faktörü (Cosφ) 0,5’ ten küçükse wattmetrelerde ölçülen güçlerin farkı alınarak toplam güç bulunur. 0,5’ ten büyükse wattmetrelerde ölçülen güçlerin toplamı alınarak sistemin toplam gücü bulunur. Bu biçimde yapılan bağlantıya aron bağlantı adı verilir.

2 – Reaktif Güç Ölçme

Varmetre: Bir fazlı ve üç fazlı wattmetrelerde devrenin iş gören gücünün (yararlı-aktif güç) ölçümleri yapılmaktadır. Wattmetreler, alternatif akımın, akımla geriliminin aynı fazda olan bölümünün çarpımını gösterir. Alıcıların endüktif ve kapasitif durumlarında devrede reaktif güç (kör güç = iş yapmayan güç) oluşturmaktır. Bu gücü ölçen aletlere varmetre adı verilir.

Varmetrenin yapısı; wattmetrelerde ufak değişimler yaparak varmetre imalatı yapılır. Yapılan değişiklik şekildeki gibi hareketli bobin olan gerilim bobinine seri bir (self) bobin eklenmesi ile yapılır. Böylelikle gerilim bobinindeki akım 90ºlik bir açıyla kaydırılmıştır. Ayrıca bu ölçü aleti sadece reaktif güç ölçer. Bir ve üç fazlı devrelerde reaktif güç ölçmek amaçlı varmetreler, wattmetrelerdeki gibi devreye bağlanır.

 Wattmetreye bobin bağlanarak varmetre yapılışı

Üç fazlı alternatif akım devreleri dengeli sistemlerde bir hattın reaktif gücü ölçülüp 3 ile çarpımından toplam güç bulunur.

Varmetreler, wattmetrelerdeki gibi faz biçimine göre bir ve üç fazlı olarak iki tür de yapılır. Teknolojiyle analog üretilen varmetreler yerini dijital varmetrelere bırakmıştır. Hepsinin çalışma yöntemleri aynıdır.

Varmetrenin bağlantı şekli; varmetrenin devreye bağlantısı wattmetre gibidir. Varmetrenin akım bobini seri gerilim bobini paralel bağlanır.

Varmetre bağlantı şeması

Güç Ölçme Yapılırken Şunlara Dikkat Edilmelidir.

Güç ölçümü yapılırken, ölçü aletlerinin çalışma gerilim değerlerine dikkat edilmelidir. Bazı wattmetreler de akım ve gerilim kademelerine göre bağlantı terminalleri ayrı ayrıdır. Bunlardan devreye uygun olanı seçilir ve okuma işlemi bu kademelere uygun yapılır. Alçak gerilim veya yüksek gerilim sisteminde kullanılacağına dikkat edilmelidir. Eğer alçak gerilimde kullanılacaksa gerilim transformatörü  olmayacağı için faz klemensleri sırasıyla doğrudan L1(R) – L2(S)- L3(T) fazlarına bağlanmalıdır.

Fazlara ait gerilimler ve akımların polariteleri doğru bağlanmalıdır. Örneğin gerilimler doğru bağlanır akım transformatörlerinin bir tanesinin polaritesi ters bağlanırsa, wattmetre aktif güç yerine reaktif güçle orantılı bir hatalı değer gösterir. Wattmetrenin doğru değer göstermesi için bağlantı şemasına uyularak montajı yapılmalıdır. Mutlaka teknik bilgilerin bulunduğu kullanma kılavuzu ve montaj bilgileri okunmalı daha sonra işlem yapılmalıdır.