Wiring Unlimited

Ohm yasası bir elektrik devresiyle ilgili en önemli yasadır. Neredeyse tüm elektriksel hesaplamaların temelini oluşturur. Farklı gerilimlerde bir kablodan (veya sigortadan) geçen akımı hesaplamanızı sağlar. Bir kablodan ne kadar akım geçtiğini bilmek, sisteminiz için doğru kabloyu seçebilmeniz için gerekli bir bilgidir. Ancak önce elektrik hakkında bazı temel bilgiler gereklidir.

Elektrik nedir:

Elektrik, elektronların iletken adı verilen bir malzeme içindeki hareketidir. Bu hareket elektrik akımı yaratır. Bu akım "Amper" (kısaca amp) cinsinden ölçülür ve sembolü A harfidir.

Elektronların akması için gereken kuvvete gerilim (veya potansiyel) denir. Bu değer "Volt" olarak ölçülür ve sembolü V harfidir (Avrupa'da U olarak da kullanılır).

Bir elektrik akımı bir malzemeden geçtiğinde belirli bir dirençle karşılaşır. Bu direnç Ohm cinsinden ölçülür. Sembolü Ω şeklindedir.

Gerilim, akım ve direnç arasındaki ilişki nedir:

Ohm yasası:

Belirli bir gerilimde bir malzemeden ne kadar akım geçeceğini iletkenin direncinin belirlediği söylenebilir. Bu bir formülle gösterilebilir. Bu formüle Ohm Yasası denir:

Ohm yasası direnç, akım ve gerilim arasındaki ilişkiyi tanımlar. Ancak Ohm yasasından türetilebilecek bir elektrik birimi daha vardır ve bu da güçtür.

Güç, bir elektrik akımının ne kadar iş yapabileceğini ifade eder. Watt cinsinden ölçülür ve sembolü P'dir. Aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

Ohm yasasından başka formüller de elde edilebilir. Mümkün olan tüm formüller aşağıdaki resimde listelenmiştir. Lütfen dünyada gerilimin iki sembol ile gösterildiğini göz önünde bulundurun. Bunlar U ve V'dir.  

Bu formüllerden bazıları bir kablodaki akım hesaplanırken kullanılır. Sık kullanılan formüllerden biri şudur:

Bu formül, gerilim ve güç bilindiğinde bir kablodan ne kadar akımın geçtiğini hesaplamak için kullanılır.

Bu formülün nasıl kullanılabileceğine bir örnek:

Bazı malzemeler elektriği diğer malzemelerden daha iyi iletir. Düşük dirençli malzemeler elektriği iyi iletirken yüksek dirençli malzemeler elektriği az iletir veya hiç iletmez.

Metallerin düşük dirence sahiptir ve elektriği iyi iletir. Bu malzemelere iletken adı verilir. Elektrik kablolarında damar olarak kullanılmalarının nedeni budur.  

Plastik veya seramikler çok yüksek dirence sahiptir. Elektriği hiç iletmezler. Bunlara yalıtkan adı verilir. Bu nedenle kabloların dışında plastik veya kauçuk gibi iletken olmayan malzemeler kullanılır. Kabloya dokunduğunuzda elektrik çarpmaz çünkü elektrik bu malzemeden geçemez. Yalıtkanlar, iki kablonun birbirine değmesi durumunda kısa devre oluşmasını önlemek için de kullanılır.

C: Bir iletkende elektronlar hareket edebilir.

B: Bir yalıtkanda elektronlar hareket edemez ya da çok yavaş hareket eder.

Her malzemenin kendine özgü bir direnci vardır. Ohm metre (Ω.m) cinsinden ölçülür ve sembolü ρ (rho) şeklindedir.

Bir malzemenin iletkenliği, direnci ile ters orantılıdır. Bu özellik şu formülle gösterilir: σ = 1/ρ. Metre başına Siemens (S/m) metre cinsinden ölçülür ve sembolü σ (sigma) şeklindedir.

Aşağıdaki tabloda çeşitli iletken malzemeler, bunların elektrik iletkenlikleri ve özgül dirençleri verilmiştir. Görüldüğü gibi, bakır elektriği iyi iletir ve düşük bir dirence sahiptir. Yine görüldüğü üzere, bakır düşük dirençli mükemmel bir iletken olduğundan, elektrik kablolarında yaygın bir şekilde kullanılır. Buna karşılık titanyum, zayıf elektrik iletkenliğine ve daha yüksek özgül dirence sahiptir. Bu yönüyle elektrik iletkeni olmaya daha az uygundur.

Kablo direncini belirleyen iki faktör daha vardır. Bunlar iletkenin (kablonun) uzunluğu ve kalınlığıdır:

Bu faktörler aşağıdaki şekilde ilişkilidir:

Bir kablo uzunluğunun direnci aşağıdaki formülle hesaplanabilir:

Yukarıdaki formülde olduğu gibi, kablo direncini belirleyen üç faktör vardır. Bunlar:

Akım kablodan geçtiğinde, kablo direnci aşağıdaki iki etkiden sorumlu olduğundan, kablonun direncini bilmek önemlidir:

Akım arttıkça bu etkilerin şiddeti artar. Artan akım, gerilim düşüşünü artırır ve kablo daha fazla ısınır.

Kablo direncinin örnek hesaplaması:

Soru:

Eldeki bilgiler:                                                                          

Cevap:

Kablo uzunluğunun etkisi:

Önceki örneği kullanarak 5 metrelik bir kablo için direnci hesaplayalım. İşlemin sonucunda direnç 5,3 mΩ çıkacaktır. Kablo uzunluğunu artırırsanız direnç artar.  

Kablo kalınlığının etkisi:

Orijinal örneği ele alarak 2,5 mm² kesitli bir kablo için direnci hesaplayalım. İşlemin sonucunda direnç 10,2 mΩ çıkacaktır. Kablo inceliğini artırırsanız direnç artar.  

Sonuç:

Kablonun hem kalınlığı hem de uzunluğu kablo direnci üzerinde büyük etkiye sahiptir.

Elektrik yalıtkanları, elektrik akımının elektrik devresinin bir bölümünden diğerine akışını önlemek ve insanları ve ekipmanları elektrik çarpmasından korumak için kullanılır.

Önceki bölümde yer alan tabloda gördüğümüz gibi, bir malzeme elektriği iyi iletmiyorsa yalıtkan olarak adlandırılır.

Elektrik yalıtkanı örnekleri; kauçuk, plastik, cam, seramik ve havayı içerir. Bu malzemeler, teller için yalıtım, elektrikli ekipmanlar için yalıtkan ve elektrikli bileşenler için kaplama gibi çeşitli elektrik uygulamalarında kullanılır.

Elektrik yalıtkanları, elektrik sistemlerinin güvenli ve verimli çalışmasının sağlanmasında ve elektriksel tehlikelerin önlenmesinde kritik rol oynar.

Genel bir kural olarak gerilim ne kadar yüksekse yalıtımın o kadar kalın veya daha iyi olması gerekir. Bu nedenle, örneğin, yüksek gerilimli bir güneş enerjisi dizisine giden ve gelen özel kablolar gereklidir.

Yalıtımlı kablolar ve elektrikli aletler belirli bir maksimum gerilim için derecelendirilir. Bu gerilim değerinin uygulamanızla uyumlu olduğundan emin olun.

Bir elektrik tesisatındaki direnç yalnızca kablonun direnci tarafından belirlenmez ve elektrik bağlantılarının direnci de toplam dirence katkıda bulunur.

Bağlantı direnci nasıl oluşur:

Bir kablo ile cihaz arasında veya bir kablo ile kablo terminali arasında bağlantı yapıldığında devrenin direnci artar. Direncin derecesi, bağlantının kalitesinden ve bağlantı alanının boyutundan etkilenir.

Bağlantı dirençleri nasıl sınırlandırılır:

Direncin ısı da yaratacağını unutmayın:

Yüksek dirençli zayıf bir bağlantı aşırı ısı üretir. Güç, akım ve direnç arasındaki ilişki P = I²R formülü ile belirlenir. Ekstra düşük gerilimli DC'de, az miktarda direnç bile ekipman ve kabloların hasar görmesine ve hatta ciddi durumlarda yangına neden olabilecek tehlikeli bir ısı seviyesine yol açabilir.

Önceki bölümde açıklandığı gibi, gevşek bağlantılar direnç, ısı ve ark nedeniyle potansiyel korozyona yol açacağından elektrik bağlantılarının sıkı olması önemlidir. Ancak, konektör bağlantı elemanında hasar meydana gelebileceğinden, bu bağlantıları aşırı sıkmamaya dikkat edin.

Elektrik bağlantı elemanları, vidalar veya cıvatalar genellikle kalay kaplı pirinçten üretilir. Bu bağlantı elemanlarının paslanmaz çelikten yapıldığını varsaymak yaygın bir yanılgıdır ve bunun sonucunda aşırı sıkma ve bağlantı elemanında hasar meydana gelebilir.

Her zaman tork anahtarı (veya tork tornavidası) kullanın. Böylece cıvata veya vidanın doğru şekilde sıkıldığını anlayabilirsiniz.

Ürünlerimizin metrik bağlantı cıvatalarına sahip olduğunu unutmayın. Yaygın olarak kullanılan dişler M4, M5, M6, M8 ve M10'dur. Belgelerimizde önerilen tork değerleri N.m (Newton metre) cinsinden listelenmiştir.

Tork anahtarının doğru kullanımı

Tork anahtarı kullanırken aşağıdaki adımları izleyin:

Düşük gerilim yüksek akıma yol açar:

Daha önce de açıklandığı üzere, çeşitli devre gerilimlerinde sabit bir yük için elektrik devresinden geçen akım farklıdır. Gerilim ne kadar yüksek olursa akım o kadar düşük olacaktır.

Aşağıda, yükün aynı olduğu, ancak her devredeki akü geriliminin farklı olduğu üç farklı devreden geçen akım miktarına genel bakış verilmiştir:

Kablo direnci, kablo üzerinde gerilim düşüşü yaratır:

Ayrıca, daha önce açıklandığı gibi, bir kablo belirli bir miktarda dirence sahiptir. Kablo elektrik devresinin bir parçasıdır ve direnç olarak değerlendirilebilir.

Direnç üzerinden akım geçtiğinde, direnç ısınır. Aynı şey kabloda da olur. Kablodan akım geçtiğinde kablo ısınır ve güç ısı formunda kaybolur. Bu kayıplara kablo kayıpları adı verilir. Kayıp güç aşağıdaki formül ile hesaplanabilir:

Kablo kaybının diğer bir etkisi de kablo uzunluğu boyunca gerilim düşüşü yaratmasıdır. Gerilim düşüşü aşağıdaki formül ile hesaplanabilir:

Kirchhoff'un 1. ve 2. yasası:

Kablodaki gerilim düşüşünün etkisini hesaplayabilmek için Kirchhoff'un birinci ve ikinci yasası olmak üzere iki elektrik yasasını daha bilmeniz gereklidir:

Kirchhoff'un akım yasası (1. yasa):

Bir bağlantı noktasına akan akım, o bağlantı noktasından dışarı akan akıma eşit olmalıdır.

Bunun bir örneği paralel devredir. Her bir direnç üzerindeki gerilim aynıyken her bir dirençten geçen akımın toplamı toplam akıma eşittir.

Kirchhoff'un gerilim yasası (2. yasa):

Bir devredeki herhangi bir kapalı döngü etrafında bulunan tüm gerilimlerin toplamı sıfıra eşit olmalıdır.

Burada tam tersi söz konusudur. Seri bir devrede, her bir dirençten geçen akım aynıdır. Her bir direnç üzerindeki gerilimlerin toplamı ise toplam gerilime eşittir.

Gerilim düşüşü hesaplama örneği:

Şimdi, 12 V aküye bağlı bir invertör için gerçek dünya örneği kullanarak kablo kayıplarını hesaplayalım. Sağdaki devre şemasında, 1,5 metre uzunluğunda, 16 mm² kesitli iki kablo kullanılarak 12 V aküye bağlanmış 2400 W bir invertör görüyorsunuz.

Daha önce hesapladığımız gibi, her bir kablonun direnci 1,6 mΩ olur. Bu bilgiyle artık bir kablo üzerindeki gerilim düşüşünü hesaplayabiliriz:

Bu devrede invertörün gücü sabittir. Dolayısıyla, invertöre giden gerilim düştüğünde, akım artar. I = P/V formülünü unutmayın.

Akü artık kayıpları telafi etmek için daha fazla akım sağlar. Bu da, önceki örnekte akımın 210 A seviyesine yükseleceği anlamına gelir.

Bu da, artık toplam enerjinin %5'ini (0,64/12) kaybetmiş olacağımız için sistemi verimsiz hale getirir. Bu kayıp enerji ısıya dönüşmüştür.

Gerilim düşüşünü azaltma:

Gerilim düşüşünü mümkün olduğunca düşük tutmak önemlidir. Bunu yapmanın bariz yolu, kablonun kalınlığını artırmak veya kablo uzunluğunu mümkün olduğunca kısa tutmaktır. Ancak yapabileceğiniz başka bir şey daha vardır. Bu da elektrik devresinin gerilimini artırmaktır. Farklı akü (sistem) gerilimleri için kablo gerilim düşüşü değişir. Genel olarak, devrenin gerilimi ne kadar yüksek olursa gerilim düşüşü o kadar düşük olacaktır.  

Örnek:

Aynı 2400 W yükte sistem gerilimi 24 veya 48 V olursa:  

Sadece kablo direnci değil, diğer faktörler de direnç yaratır:

Direncin sadece kablonun kendisinde oluşmadığını bilmek önemlidir. Akımın geçmesinin gerektiği yoldaki herhangi bir öğe ek direnç yaratır.

Toplam dirence katkıda bulunabilecek olası öğelerin listesi:

Ayrıca özellikle şunlara dikkat edin:

Her bağlantı yapıldığında veya akü ile invertör arasındaki yola bir şey yerleştirildiğinde elektrik devresine elektrik direnci eklenir.

Toplam dirence katkıda bulunabilecek olası öğelerin listesi:

Artık gerilim düşüşünü önlemek amacıyla bir devredeki direnci düşük tutmak için ne yapmamız gerektiğini biliyoruz. Peki bir sistemde yüksek bir gerilim düşüşü varsa bunun olumsuz etkileri nelerdir?

Yüksek gerilim düşüşünün olumsuz etkileri şunlardır:

Gerilim kayıpları şu şekilde önlenir:

Akü içeren bir elektrik tesisatını tamamladıktan sonra sistem gerilim düşüşünü ölçmek iyi bir uygulamadır. Gerilim düşüşünün genellikle yüksek akımlı olaylar sırasında meydana geldiğini unutmayın. Akım arttıkça gerilim düşüşü de artar. Bu durum, bir invertör maksimum yükle yüklendiğinde veya bir akü şarj cihazı tam akımla şarj olduğunda geçerlidir.

Örneğin, invertörlü bir sistemde gerilim düşüşü şu şekilde ölçülür:

Akü çok uzakta veya farklı bir oda ya da muhafaza içinde olduğunda gerilim düşüşü şu şekilde ölçülür:

Bir sistemdeki yüksek gerilim düşüşünün olumsuz etkilerinden biri dalgalanmadır.

Dalgalanma, invertörlü sistemlerde meydana gelir:

Dalgalanma, güç kaynağının akü (DC) ve yükün AC cihazı olduğu sistemlerde ortaya çıkar. Bu durum invertörlü sistemlerde her zaman geçerlidir. İnvertör akülere bağlanır, ancak AC yüke güç verir.

Dalgalanma şu şekilde ölçülür:

Dalgalanmayı ölçerken, bunun yalnızca sistemin tam yük altında olduğu zamanlarda meydana geldiğini unutmayın. Dalgalanma yalnızca invertör tam yüke güç verirken veya bir şarj cihazı yüksek akımda şarj olurken tespit edilebilir. Aynı durum gerilim düşüşünü ölçerken de geçerlidir.

Dalgalanma şu iki yöntemle ölçülebilir:

Dalgalanmanın olumsuz etkileri:

Ölçülebilir bir etki söz konusu olmadan az miktarda dalgalanma olabilir. Ancak, aşırı dalgalanma olumsuz bir etkiye sahip olabilir.

Aşırı dalgalanmanın olumsuz etkisi:

Bir sistemdeki yüksek dalgalanmayı düzeltmek için şu işlemleri yapın: