Üç Faz Gerilim ve Akım İlişkisi

Konu Anlatımı

Üç Faz Gerilim ve Akım İlişkisi

Üç fazlı sistem, birbirinden 120 derece faz farkıyla çalışan üç gerilimin oluşturduğu ve konut, bina ve sanayi tesisatlarında yüksek güçlü yüklerin beslenmesinde kullanılan dağıtım yapısıdır. Türkiye alçak gerilim şebekesinde hat gerilimi 400 V, faz gerilimi 230 V olarak standartlaşmıştır. Bu konu, bir tesisat projesinde motor, pano girişi ya da aydınlatma hattının hangi bağlantıyla kurulacağını ve hangi değerlerle hesaplanacağını belirlemek için temel bilgiyi verir.

Bu derste ne öğreneceğiz?

Bu derste üç fazlı sistemde faz gerilimi ile hat gerilimi arasındaki ilişkiyi, yıldız ve üçgen bağlantıda hat akımı ile faz akımını ve dengeli ile dengesiz yüklerde nötr hattının davranışını öğreneceksiniz. Ayrıca projede bağlantı tipini seçerken bu değerlerin çizim ve etiket üzerinden nasıl okunacağını göreceksiniz.

Ön bilgi

Bu konuyu anlamak için Ohm yasasını (U = I × R) ve tek fazlı devrede gücün P = U × I × cosφ bağıntısıyla hesaplandığını bilmek gerekir. Gerilim birimi volt, akım birimi amperdir; bir değer milivolt ya da kilovolt olarak verildiğinde önce aynı birime çevrilmelidir.

Faz kavramını bir sinüs dalgasının zaman içindeki konumu olarak düşünebilirsiniz. Üç fazlı sistemde üç dalga birbirinden 120 derece ileridedir. Bu fark, dengeli bir yükte nötr hattındaki akımların birbirini sönümlemesinin temel sebebidir.

Faz ve Hat Gerilimi Kavramı

Faz gerilimi, üretecin tek bir sargısının uçları arasındaki gerilimdir. Hat gerilimi ise iki faz iletkeni arasındaki gerilimdir. Dengeli bir yıldız sistemde hat gerilimi faz geriliminin √3 (yaklaşık 1,732) katıdır. Bu nedenle 230 V faz gerilimi olan bir sistemde hat gerilimi 230 × 1,732 = 398,36 V, yani pratikte 400 V olarak adlandırılır.

Projelerde gerilim değerleri çoğunlukla hat gerilimi olarak yazılır. Tek fazlı bir cihazı beslemek için ise hat ile nötr arasındaki faz gerilimi kullanılır. Bu ayrımı yapmadan çizilen bir devre, öğrencinin yanlış sigorta ve kablo seçmesine yol açar.

Yıldız (Y) Bağlantı

Yıldız bağlantıda üç sargının bir ucu ortak bir noktada birleştirilir ve bu ortak nokta nötr hattına bağlanabilir. Diğer uçlar L1, L2 ve L3 hat iletkenlerine bağlanır. Bu bağlantıda her sargının üzerindeki gerilim faz gerilimidir; hat akımı ise sargı akımına eşittir.

Yıldız bağlantının avantajı, aynı şebekede iki farklı gerilim elde edilebilmesidir: hat ile hat arasında 400 V, hat ile nötr arasında 230 V. Motorlarda yıldız bağlantı kalkış anında sargı gerilimini düşürdüğü için kalkış akımını azaltır ve bu nedenle yıldız-üçgen yol vermede kullanılır.

Üçgen (Δ) Bağlantı

Üçgen bağlantıda her sargı iki hat iletkeni arasına bağlanır ve üç sargı kapalı bir halka oluşturur. Bu bağlantıda sargı üzerindeki gerilim doğrudan hat gerilimine eşittir; 400 V şebekede sargı gerilimi 400 V'tur. Hat akımı ise sargı akımının √3 katıdır.

Üçgen bağlanmış bir motorun 10 A sargı akımı ölçülüyorsa hat akımı 10 × 1,732 = 17,32 A olur. Kablo ve sigorta seçimi bu nedenle sargı akımına değil hat akımına göre yapılmalıdır.

Dengeli ve Dengesiz Yük

Üç faz yükü eşit büyüklükte ve 120 derece faz farkında akım çekiyorsa yük dengelidir. Dengeli yükte nötr hattından geçen akım sıfıra yakındır. Dengesiz yükte, örneğin bir fazda çok sayıda aydınlatma lambası varsa, nötr hattında belirgin bir akım oluşur.

Dengesiz yük, nötr hattının kesitinin yetersiz seçilmesi durumunda ısınmaya ve gerilim kaymasına yol açar. Proje aşamasında yükler üç faza dengeli dağıtılmalıdır.

Nötr Hattının Rolü

Nötr hattı, yıldız bağlı sistemde faz gerilimlerinin referans noktasını oluşturur. Tek fazlı yükler hat ile nötr arasında çalışır. Nötr kopması, dengesiz bir yükte bir fazın gerilimini yükseltebilir ve bu durum cihazlar için ciddi bir risk oluşturur.

Tesisat Projesinde Bağlantı Seçimi

Bir projede bağlantı tipi, motorun etiket bilgilerinden okunur. Etikette 400 V / 690 V gibi iki değer varsa, 400 V şebekede üçgen, 690 V şebekede yıldız bağlantı kullanılır. Bu okuma yapılmadan yapılan bağlantı motorun sargısını yakar.

Basit örnek

Yıldız bağlı bir pano girişinde faz gerilimi 230 V olarak ölçülüyor. Hat gerilimi = 1,732 × 230 = 398,36 V, yani yaklaşık 400 V. Bu sonuç, şebekenin pratikte okunan hat gerilimi değeriyle uyumludur.

İleri örnek

Bir tesisatta üçgen bağlı bir motorun sargı akımı 10 A ölçülmüştür. Şebekeden çekilen hat akımı 17,32 A olduğundan, kablo kesiti ve koruma elemanı bu değere göre seçilir. Aynı motor yıldız bağlanırsa sargı üzerindeki gerilim 230 V'a düşer ve motorun kalkış davranışı değişir.

Adım adım çözülmüş örnek

Adım 1: Hat gerilimi 400 V olan bir yıldız sistemde faz gerilimini bulacağız. Adım 2: Yıldız bağlantıda U_hat = √3 × U_faz olduğundan U_faz = 400 / 1,732 bağıntısı kullanılır. Adım 3: Hesap 230,9 V verir; standart 230 V değeriyle uyumlu olduğu için sistemin dengeli çalıştığı yorumu yapılır.

Kavram karşılaştırma tablosu

Sık Yapılan Hatalar

• Hat gerilimi ile faz gerilimini aynı sanmak; yıldız bağlantıda hat gerilimi faz geriliminin √3 katıdır.
• Üçgen bağlantıda hat akımını sargı akımıyla eşitlemek; doğrusu hat akımının sargı akımının √3 katı olduğunu hesaba katmaktır.
• Dengeli yükte nötr akımının büyük olacağını düşünmek; dengeli yükte nötr akımı sıfıra yakındır.
• Motor etiketindeki 400 V / 690 V değerlerini dikkate almadan bağlantı yapmak; bağlantı tipi şebeke gerilimine göre seçilmelidir.
• Kalkış anında yıldız-üçgen yol vermenin etkisini hesaba katmamak; kalkış akımı yıldızda azalır.

Özet

Üç fazlı sistemde yıldız bağlantıda hat gerilimi faz geriliminin √3 katı, hat akımı faz akımına eşittir. Üçgen bağlantıda hat gerilimi faz gerilimine eşit, hat akımı faz akımının √3 katıdır. Dengeli yükte nötr akımı sıfıra yakındır; dengesiz yükte nötr hattı yüklenir. Tesisat projesinde bağlantı tipi şebeke gerilimi ve motor etiketine göre seçilir, kablo ve koruma ise hat akımına göre belirlenir.

Kendini dene

Aşağıdaki soruları çözerek bağlantı tipine göre gerilim ve akım ilişkisini kontrol edin. Her doğru yanıt 1 puan değerindedir; hesaplarınızı birimleriyle birlikte yazmayı unutmayın.