1. elektrik ve devre kavrami elektriğin Gereği ve Önemi

4. ELEKTRİK TESİSATI

Elektrik enerjisinin kullanılacağı bir yerde (ev, iş yeri, atölye ve fabrika gibi) yerin ve tesisatta kullanılması düşünülen almaçların (flüoresan lamba, çamaşır makinesi, ütü, elektrikli dikiş makinesi, torna tezgâhı vb.) özelliklerine göre çeşitli iletkenler, sigortalar, prizler, anahtar ve diğer elektrik altyapı malzemeleri (borular, buatlar, klemensler vb.) kullanılarak hazırlanmış donanıma elektrik tesisatı adı verilir (Şekil 4.1).

Elektrik tesisatları fennî ve idari olmak üzere yönetmeliklere tabidir, onay alındıktan sonra kullanılabilir. Tesisatın yapılmasında nelere uyulması gerektiği Elektrik İç Tesisat Yönetmeliği‟nde ayrıntılı olarak belirtilmiştir.

1. Elektrik Tesisatı ile İlgili Genel Tanımlar

Kolon hattı: Elektrik direği veya trafodan sayaca kadar gelen iletkenlere denir.
Linye: Üzerinde bütün buatların bulunduğu, tesisatı bir baştan bir başa dolaşan iletkenlere denir.
Sorti: Buattan bir lambaya veya bir prize giden iletkenlere denir. Bir lamba bu iletkenle beraber lamba sortisi, bir priz bu iletkenlerle birlikte priz sortisi olur.

2. Elektrik Tesisatında Kulanılan Araç ve Gereçler

Kablolar: Elektrik tesisatlarında enerjinin almaçlara iletimi kablolar aracılığı ile olur. Kablolar, elektrolitik bakır iletkeni yalıtkan bir madde ile kılıflayarak yapılır. Ev içi tesisatta hemen hemen yalnız termoplastik yalıtkanlı NV kabloları kullanılır.

Kabloların iletken kesitleri, üzerlerinden akıtılacak güce göre değiŞir. Ev içi elektrik aydınlatma tesisatı için 1,5 mm² kesitli, priz devreleri için de 2,5 mm² kesitli bakır kablolar kullanılır.

Borluar ve parçaları: Borular, iletkenleri dış etkilerin özellikle mekanik çarpmaların ve su ile temasının önlenmesinde kullanılır.
Boruları eklemek veya bu borularla köşe dönmek için ek parçaları kullanılır. Bunlar; T-parçası, muf ve dirsekten oluşur.
Buatlar: Boru içinden çekilen iletkenlerin gereken yerlerde birbirlerine eklenmeleri klemensler kullanılarak buatlar içinde yapılır.
Anahtarlar: Elektrik devresini açmak ya da kapamak amacıyla kullanılan tesisat malzemesidir. Birçok tip ve yapıda olanları vardır. Anahtarlar yapılarına göre sıva altı ve sıva üstü olarak kullanılır.
Prizler ve fişler: Prizler taşınır almaçları Şebekeye bağlamada kullanılır. Fişler almaçlara kablolarla bağlanmış, prizlerden almaca enerji iletimini sağlayan parçalardır.
Klemensler: İletkenlerin birbirlerine güvenli ve standartlara uygun bağlanmasını sağlayan parçalardır.

3. Aydınlatma Tesisatı

Aydınlatma ihtiyacının elektrik enerjisinin kullanımına uygun almaçlarla gerçekleştirildiği tesisata aydınlatma tesisatı adı verilir.

Birçok değişik yapıda almacın bulunduğu aydınlatma tesisatlarında en çok akkor flamanlı lambalar ile flüoresan lambalar kullanılır.

1. Flüoresan Lamba Tesisatı

Flüoresan (flouresant) lambaların yaydığı ışık, güneş ışığına yakın aydınlatma sağlayan bir ışıktır. Flüoresan lambaların flamanlı (akkor) tip ampullere göre birim enerji başına aydınlatma Şiddetleri (ışık akıları) daha yüksektir yani daha ekonomik bir aydınlatma sağlar. Günümüzde üretilen flüoresan lambalar, flamanlı (akkor) tip ampullere göre üç, dört kat daha fazla aydınlatma sağlamaktadır. Bu nedenle özellikle Şehirlerin park, sokak ve caddelerinin aydınlatılmasında büyük bina, iş merkezi, fabrika, okul, hastane vb. yerlerin aydınlatmasında tercih edilir.

Günümüzde flüoresan lambalar aydınlatılacak yerin özelliği dikkate alınarak kendinden balastlı, değişik Şekil ve güçlerde (7 W, 12 W, 15 W, 21 W, 23 W) üretilmekle olup genellikle 18, 20 ve 36, 40 W güçlerinde, cam boru Şeklinde olan tipleri çok kullanılmaktadır. Cam borunun içinde basıncı düŞürülmüŞ cıva buharı bulunur. Cam borunun iç yüzeyi ise bir flüoresan madde ile sıvanmıŞtır. Cam borunun iki ucunda madensel başlıklar bulunur. Başlıklarda flamanlar yer almaktadır. Flüoresan lambaların normal aydınlatma için beyaz ve gün ışığı tonları kullanılır. Açık maviden sarıya, kırmızıdan yeşile kadar çeşitli renk tonlarında reklam ve panoların süslenmesinde kullanılır. Bu lambaların ışık akıları fazla olup ömürleri uzundur. Fakat yardımcı devre elemanlarına (balast, starter ve soketlere) ihtiyaç duyulduğu için ilk tesisleri pahalıdır. Şekil 4.4‟te flüoresan lambaya ait elektrik devre bağlantısı görülmektedir.

Devre üzerinde bulunan balast yardımıyla enerji tasarrufu sağlayan endüktif etki yaratılır. Flüoresan lamba içinde bulunan cıva buharı, balast yardımı ve starterin ilk ateşlemesiyle alternatif gerilimde iletken hâle geçer ve lamba yanar. Devre üzerindeki kondansatör (kapasitif direnç) güç kat sayısını düzeltmek amaçlı kullanılmıŞtır.

2. Merdiven Otomatiği Tesisatı (Merdivenlerin Aydınlatılması)

Merdiven otomatiği tesisleri, çok katlı binaların merdiven sahanlığında bulunan lambalarının belirli sürelerde yanıp sönmesini sağlar. Katlarda bulunan butonların herhangi birine basıldığında bütün lambalar yanar. Belirli bir süre lambalar yanar ve ayarlı süre sonunda merdiven otomatiği enerjiyi keserek lambaları söndürür. Merdiven otomatiğine bağlı lambaların yanma süresi, merdiven otomatiği üzerinde bulunan bir ayar düğmesinden (potansiyometre ile yanma süresi ayarı) yapılabilir. Bu süre; butona basıldıktan sonra devre üzerindeki kondansatörün deşarj olması için geçen süre Şeklindedir. Bu da kondansatöre bağlı direnç değeri ayarlanabilen potansiyometrenin ayarı ile yapılabilir.
Şekil 4.6‟da üç katlı bir binaya ait merdiven otomatiği tesisatı verilmiŞtir. Merdiven otomatiği enerjisini bina girişinde bulunan bir sigorta üzerinden şehir şebekesinden alır.

Tesisatta her katta bir buton ve lamba bulunmaktadır.

3. Çağırma ve Zil Tesisatı

Basit anlamda ses çıkararak haberleşmenin sağlandığı elektrik devre tesisatıdır. Çoğu zaman bir zil kullanılır.
Zil tesisatında birden fazla buton kullanılırsa zil çaldığı zaman hangi bölümden zilin çaldığını anlamaya imkân yoktur. Bunu anlaşılır kılmak için devreye buton sayısı kadar numaratör eklenir. Numaratörün içinde bobinler ve bu bobinlerin idare ettiği üç aboneli (1, 2 ve 3 numaralı) çağırma tesisatı vardır (Şekil 4.7). Hangi butona basılırsa o numaratörde bu abonenin numarası düşer. Böylece abonenin kim olduğu anlaŞılır.

Çağırma ve zil tesisatlarında çeşitli araç ve gereçlerden yararlanılır. Bunlardan bazıları transformatör, zil ve numaratördür. Binanın tesisat gerilimi 220 volttur. 220 voltu 3, 6, 9 veya 12 volta düŞürmede zil transformatörlerinden yararlanılır. Zil transformatörü bir alçaltıcı transformatördür.

Zil, basit bir çağırma aracıdır. Bir zilde elektromıknatıs, tokmak, çan ve ayar vidası bulunur. Zil tesisatları birden fazla abone tarafından kullanılırsa zil çaldığı zaman hangi abonenin zili çaldığı anlaşılamaz. Bunun için devrede elektromekanik olarak çalışan bir numaratör kullanılır.

4. Sigorta ve Koruma Anahtarı

Sigorta

Bir iletkenden önceden belirlenmiş değerin üzerinde bir akım geçerse geçen akım tesis için tehlikeli olabilir. Bunun için elektrik devresini, aşırı akımda kendiliğinden açan bir araçla desteklemek gerekir. Devreye seri olarak (faz hattına) bağlanan, aşırı akımda ergiyerek manyetik olarak (mıknatıslanarak) veya ısınarak devreyi açmaya yarayan bu düzeneğe sigorta adı verilir. Sigorta sözcüğü gerçekte devreden belirli bir akımdan fazla akım çekildiğinde ergiyebilen tel, anlamına gelir. Ergiyen tel, buŞon adı verilen gövde üzerindedir. Her buŞonun üzerinde bulundurduğu telin kesitine göre geçirebileceği maksimum bir akım değeri vardır. Bu değer, aşıldığı zaman tel ergir (Şekil 4.9).

Aynı prensiple çalışan, yapıları kullanıldıkları cihaza göre tasarlanmış cam vb. sigortalar da çeşitli cihazların (taşıt araçlarının aydınlatma ve elektromekanik devreleri, müzik setleri, televizyon vb.) aşırı akımdan korunmasında kullanılır.

Tesis arızası giderildikten sonra aynı değerdeki buşon, buşon gövdesine yerleştirilerek tesis yeniden devreye alınabilir.

Evlerde kullanılan buşon tipi sigortalar günümüzde yerlerini daha güvenilir koruma yapan otomatik sigortalara (koruma anahtarlarına) bırakmıştır.

Koruma anahtarları (otomatik sigorta)

Otomatik sigortalar, her sigorta atmada (devreyi açmada) buşon değiştirme külfetini ortadan kaldırmıştır. Kullanışı kolaydır. Otomatik sigorta bozulmadığı sürece kullanılabilir. Otomatik sigortaya koruma anahtarı da denir. Tablo ve duvar tipi sigorta gövdelerine takılabilir. Termik ve manyetik bir düzenekle aşırı akımlarda devreyi açar. Her otomatik sigortanın üzerinde devreyi kesme akımı yazılıdır.

Piyasada çok kullanılan otomatik sigortalar 6 A, 10 A, 16 A, 20 A, 25 amperliktir.

5. ELEKTRİKSEL GÜÇ VE ISI ETKİSİ

5.1. Elektriksel Güç

Elektriksel güç, bir üretecin beslediği almaç üzerinde birim zamanda tüketilen enerjiyi veya enerji dönüşümünü ifade etmekte kullanılır. Çevremizdeki birçok araç gereç ve makine, elektrik enerjisi ile çalıŞmakta ve bir iş yapmaktadır. Yapılan iş, tüketilen enerjiyle orantılıdır. Bu, elektriksel güç olarak da ifade edilebilir.

Elektriksel güç, elektrik enerjisinin kullanıldığı çeşitli almaçlarda farklı şekilde karşımıza çıkar. Örneğin; bir elektrik motorunda mekanik enerji olarak kullanılırken bir tost makinesinde ısı enerjisi olarak kullanılır. Neticede tüketilen enerji elektrik enerjisidir. Birim zamandaki tüketim, almaç ne olursa olsun o almaca ait elektriksel güç olarak ifade edilir. Elektriksel güç birimi watt‟tır. Watt, W harfi ile gösterilir. Watt‟ı birkaç şekilde tanımlayabiliriz.

1 watt, 1 amper şiddetindeki bir elektrik akımının 1 voltluk bir gerilim altında yaptığı iştir.

1 watt, saniyede yapılan 1 joule‟lük iştir.

1 joule, 1 kulonluk elektrik yükünün 1 voltluk gerilim altında yaptığı iŞtir. Elektriksel gücün mekanik eŞdeğeri watt cinsinden,

1 buhar beygiri, (HP) = 736 W‟tır.

1. Doğru Akımda Güç

Bilindiği gibi elektrik enerjisi harcayan her alet veya makine bir almaçtır. Bu almaçların bir kısmı doğru akımla çalışırken diğer bir kısmı da alternatif akımla çalışır. Doğru akım; farklı uygulamalarda kimyasal, ışık, ısı ve mekanik enerjiye dönüşür. Örneğin, doğru akım motorunda elektrik enerjisi, mekanik enerjiye dönüşür ve bir iş yapar. Burada doğru akım üreteci, bir almaç olan doğru akım motoruna her saniye belirli bir enerji verir. Motor da bu enerjiyi işe çevirir. İşte birim zamanda yapılan işe güç adı verilir.
Doğru akımda güç, iki büyüklüğe bağlıdır. Bunlar; devreye uygulanan gerilim ve çekilen akımdır. Devrede gerilim arttıkça güç artar. Gerilim azaldıkça güç azalır. Bunun için güç, gerilim ile doğru orantılıdır.
Diğer taraftan almacın gücü, almacın devreden çektiği akıma da bağlıdır. Akım şiddeti arttıkça güç artar, akım Şiddeti azaldıkça güç azalır. Benzer şekilde gerilimde olduğu gibi akım Şiddeti güç ile doğru orantılıdır.
Bir almacın gücü; akım şiddeti ve gerilimle doğru orantılı olduğuna göre çekilen güç; akım Şiddeti ile gerilimin çarpımı şeklinde ifade edilebilir.
O hâlde elektriksel güç;
Matematiksel olarak P = I x E olup birimi watt (W) olarak ifade edilir. Burada P = Elektriksel güç (watt), E = Gerilim ve I = Akım Şiddetidir. Formülde V yerine I x R koyarsak P = I² x R olarak da kullanılabilir.

Güç birimi watt kullanılmakla beraber, watt‟ın katları ve askatları da kullanılır.

	Ana birim	Katları		Askatları
Adı	Watt	Kilowatt	Megawatt	Miliwatt	Mikrowatt
Sembolü	W	KW	MW	mW	µW
Watt olarak karŞılıkları		10^3W 1000 W	10^6W 1000000	10^-3W 1/1000 W	10^-6W 1/1000000 W

Pratikte daha çok watt‟ın katları kullanılır. Örneğin, bir motorun gücü 2 KW, Hirfanlı hidroelektrik santralinin gücü 96 MW Şeklinde ifade edilir.

Örnek problem: 3 adet seri bağlı 1,5 voltluk pille çalıŞan bir el fenerinin ampul direnci 9 ?‟dur. Buna göre devrenin gücünü hesaplayınız.

Çözüm :

Gücü hesaplamadan önce devre akımını bulmamız gerekir.

O hâlde I = E/R‟dir. Buradan; I = (3 x 1,5) / 9, I = 4,5 / 9 = 0,5 amper bulunur. Devrenin gücü ise P = E x I, P = 4,5 x 0,5 = 2,25 W bulunur.

2. Alternatif Akımda Güç

Bir doğru akım devresinde kullanılan gücün bu devreye uygulanan gerilimle devreden geçen akım şiddetinin çarpımına eşit olduğunu önceki konuda görmüştük. Alternatif akımda ise gerek devreye uygulanan gerilim gerekse devreden geçen akım, zamana bağlı olarak değişir. Akım ve gerilimin çarpımına eŞit olan güç de zamana bağlı olarak değiŞik değerler alacaktır. Doğru akım devrelerinde olduğu gibi alternatif akımda güç P her zaman I x V değildir.
Alternatif akım devrelerinde güç, doğru akım devrelerinde olduğu gibi akımla gerilimin çarpımına eşittir. Ancak alternatif akımda akım şiddeti ve gerilim, zamanın fonksiyonu olarak değiştiğine göre güç de zamana bağlı olarak değişecektir.

Diğer taraftan alternatif akımda güç birimlerini bir ve üç fazlı alternatif akım için ayrı ayrı incelememiz gerekir.

1. Bir Fazlı Alternatif Akımda Güç ve Güç Formülleri

Alternatif akımda çalışan almaçları üç grupta toplayabiliriz.

1. 
   Omik almaçlar: Elektrik havyası, elektrik ocağı, elektrik sobası, ütü gibi bobinsiz almaçlara omik almaçlar, böyle devrelere de omik devreler denir. Omik almaçların gücünü hesaplamada doğru akım formüllerini aynen kullanabiliriz. Bu durumda omik almaçların güçleri, devre gerilimi ile akım Şiddetinin çarpımına eŞittir. Yani güç;
   

P = V x I formülü ile bulunur.

2. 
   Endüktif almaçlar: Alternatif akım motorları, transformatörler ve röle gibi bobinli almaçlara endüktif almaçlar, böyle devrelere de endüktif devreler denir.
   

Endüktif devrelerde almaçların çektiği akım ile gerilim arasında bir açı vardır. Buna faz farkı ve bu açının kosinüsüne de güç katsayısı denir. Endüktif bir fazlı almaçların gücü; gerilim, akım Şiddeti ve bir güç katsayısı olan kosinüs fi ile orantılıdır. Yani güç;

P = V x I Cos φ formülü ile bulunur.

2. Üç Fazlı Alternatif Akımda Güç ve Güç Formülleri

Üç fazlı alternatif akımda çalışan almaçları da iki grupta toplayabiliriz.

1. 
   Omik almaçlar (omik devreler): Üç fazlı tav fırınları, üç fazlı elektrik sobaları, üç fazlı ergitme potaları gibi almaçlara omik almaç denir. Üç fazlı omik almaçların gücü; devre gerilimi, akım Şiddeti ve √3 ile doğru orantılıdır. Yani güç;
   

P = √3 V x I √3 = 1,73‟tür.

2. 
   Endüktif almaçlar (endüktif devreler) : Üç fazlı, diğer bir ifadeyle trifaze elektrik motorları birer endüktif almaç, bu devreler de endüktif devredir.
   

Üç fazlı endüktif devrelerde güç;

P = √3 V x I x Cos φ formülü ile bulunur.

3. 
   Alternatif Akımda Güç Problemleri
   

Örnek problem: Trifaze bir elektrik motoru 380 V gerilim altında 50 amper çekmektedir. Güç katsayısı Cos φ = 0,80 olduğuna göre motorun gücünü bulunuz.

Çözüm :

Üç fazlı endüktif devrede güç formülü P = √3 V x I x Cos φ olduğuna göre verileri formülde kullanarak güç;

P = √3 V x I x Cos φ, P = 1,73 x 380 x 50 = 32870 W ~ 33 KW bulunur.
Örnek problem: Bir fazlı bir buzdolabı kompresör elektrik motoru 220 V gerilim altında 1,3 amper çekmektedir. Güç katsayısı, Cos φ = 0,85 olduğuna göre çekilen elektriksel gücü mekanik güç birimi cinsinden hesaplayınız.

Çözüm:

Bir fazlı endüktif almacın kullanıldığı bir devrede güç formülü, P = V x I x Cos φ kullanarak devrenin gücünü hesaplayalım.

P = V x I x Cos φ , P = 220 x 1,3 x 0,85 = 243,1 W bulunur. Buradan elektriksel gücün mekanik karŞılığı 243,1 W / 736 = 0,33 HP bulunur.

Örnek problem: 220 V gerilim altında çalışan bir omik dirençli elektrik ısıtıcı 10 amper çekmektedir. Isıtıcının gücünü hesaplayınız.

Çözüm:

Isıtıcı omik almaç olduğuna göre P = V x I, P = 220 x 10 = 2200 W = 2,2 KW bulunur.

2. Elektrik Enerjisinin Isı Etkisi

İçinden elektrik akımı geçen bir iletken ısınır. Elektrik ütüleri, elektrik ocakları, elektrik fırınları, elektrikli havyalar ve elektrikli saç kurutma makineleri bu uygulamaların örneklerindendir. Bir ısıtıcıda elektrik enerjisini ısı enerjisine çeviren direnci büyük iletkene rezistans denir. Rezistansın boyu ve kesiti, almacın gücüne göre değişir. Rezistanslar krom- nikelli tellerden seçilir. Bu tellerin dirençleri büyüktür.

Direnci R (Ω) olan bir iletkenden t saniye sürece I amperlik akım geçerse meydana gelen ısı miktarı Q, joule kanununa ait formülle hesaplanabilir.

Q = 0,24 x I² x R x t = kalori (cal) bu bağıntıya Joule kanunu denir. Bu formülde 0,24 çarpanı, joule‟ün kalori cinsinden hesaplanması için kullanılmıŞtır.

Bu formülle ısıtıcı bir almacın meydana getirdiği ısı kolayca hesaplanabilir.

Örnek problem: Direnci 50 Ω olan bir elektrik ocağının ısıtıcı telinden 4 A‟lik bir akım, 30 dakika geçirilirse ocak bu süre içerisinde kaç kalorilik ısı verir?

Çözüm :

R = 50 Ω I = 4 A

t = 30 dk

Q = 0,24 x I2 x R x t = 0,24 x 4² x 50 x (30 x 60) = 345600 cal = 345,6 kcal

bulunur.
Örnek problem: Bir odanın sıcaklığını artırmak için 1,5 kilowatt bir elektrik sobası 4 saat çalıŞtırılırsa ne kadar ısı (kaç kalori) yayar?

Çözüm :

Q = 0,24 x I² x R x t formülde I² x R = W‟ tır. (Gücü ifade eder ve N harfi ile gösterilir.)

N = 1500 W

T = 4 (60 x 60) s

Bu Şekilde formülde kullanarak,

Q = 0,24 x I² x R x t = 0,24 x 1500 W x 4(60 x 60)

= 0,24 x 1500 x 14400 = 5184000 kalori = 5184 kcal bulunur.
Örnek problem: Bir ütü 220 voltluk gerilimde 10 dakika çalıŞtırılmaktadır. Devreden geçen akım Şiddeti 5 amper olduğuna göre devrenin harcadığı elektrik enerjisini joule ve kilowatt-saat cinsinden hesaplayınız?

Çözüm:

W = V x I x t W= 5.220.600 W= 660000 joule bulunur.

3.600.000 joule 1kWh olursa 660000 joule kaç kWh eder.
X= 660000/3600000 kWh X=0,183 kWh bulunur.

KAYNAKÇA

• 
  SAYAR Engin Deniz, Soğutma ve İklimlendirme I Meslek Bilgisi Temel Ders Kitabı, MEB
  
• 
  SAYAR Engin Deniz, Soğutma ve İklimlendirme II Meslek Bilgisi Temel Ders Kitabı, MEB
  
• 
  ŞENER Temel, GÖKKAYA Muhittin, AVCI Salim, Elektrik Bilgisi Temel Ders Kitabı, MEB
  
• 
  http://people.clarkson.edu/~svoboda/ihp.html
  
• 
  http://ee.sharif.edu/~electric_circuits2/