8. ÜNİTEhbogm.meb.gov.tr/MTAO/3ElektrikBilgisi/unite08.pdf · ması durumunda en temiz ve kuruluş maliyeti hariç en ucuz elektrik enerjisi üreten santrallerdir. Nükleer santrallerin

8. ÜNİTE

ELEKTRİK AKIMININ ÇEŞİTLERİ

KONULAR1. DOĞRU AKIM, GRAFİĞİ, KAYNAKLARI

2. ALTERNATİF AKIM, GRAFİĞİ, KAYNAKLARI

3. PERİYOT, FREKANS

113

3. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞIELEKTRİK BİLGİSİ

8.1 DOĞRU AKIM, GRAFİĞİ, KAyNAKLARI

8.1.1 Doğru Akımın TanımıZamanla yönü ve şiddeti değişmeyen akıma doğru akım denir. İngilizce “Di-

rect current” kelimelerinin kısaltılması “Dc” ile gösterilir.

Şekil 8.1 Doğru akım grafiği

8.1.2 Doğru Akımın Elde EdilmesiDc üreten kaynaklar şu şekilde sıralanabilir:

• Pil; kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren araçlara pil adı verilir.

• Akümülatör; kimyasal yolla elektrik enerjisi üreten araçtır.

• Dinamo; hareket enerjisini Dc elektrik enerjisine çeviren araçlardır.

• Doğrultmaç devresi; Alternatif akım elektrik enerjisini Dc elektrik enerjisi-ne çeviren araçlardır.

• Güneş pili; Güneş enerjisini Dc elektrik enerjisine çeviren elemanlara gü-neş pili denir.

8.1.2.1 Piller

Piller kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. (+) ve (-) kutupları vardır. Dolu pilin kutupları arasında Potansiyel farkı vardır. Çeşitli piller vardır. Her pilin yapısında iki elektrot ve elektrotların içine batırıldığı bir elektrolit vardır. Potansiyel farkı Volt-metre veya elektrometre ile ölçülür. Potansiyel farkı birimi Volttur. Piller basit pil , kuru pil ve doldurulabilen piller diye üçe ayrılır.

114


• Basit PilVolta Pili : Bakır ve çinko elektrotlar H2SO4 çözeltisine batırılınca akım elde

edilir. H2SO4 ile çinko (Zn) elektrot arasında kimyasal reaksiyon oluşur. Çinko (Zn) atomları ikişer elektronunu çinko elektrota bırakarak Zn+2 iyonu halinde çözel-tiye karışır.

Şekil 8.2 Volta Pili Çinko elektrot üzerinde elektronlar birikir. Çözeltideki H+ iyonları Zn+2

tarafından bakır elektrota itilir. Akım geçince dış devreden gelen elektronlar H+ iyonlarını nötrleştirir. Bakır elektrot üzerinde biriken H gazı bir süre sonra akımın kesilmesine yol açar. Volta pilinde bakır elektrotun H gazı ile kaplanarak akım ve-remez duruma gelmesine kutuplanma veya Polarizasyon denir. Volta pilinde çinko elektrot pilin (-) kutbunu , bakır elektrot ise (+) kutbunu oluşturur.

Şekil 8.3 Danielle Pili

115


Leclanche Pili: Nişadır çözeltisi içerisine batırılmış mangandioksit ve kar-bondan oluşmuş bir pildir.

Şekil 8.4 Leclanche Pili

• Kuru Pil Pilin kabı çinkodan yapılmıştır. Bu kap aynı zamanda pilin (-) kutbu görevini

yapar. Karbon çubuk (+) kutbunu oluşturur. Karbon çubuğun etrafında %75 man-gandioksit ve %25 grafitten oluşan bir katman bulunur. Pildeki elektrolitik sıvı ise amonyum klorür çözeltisidir.

Pil akım verirken amonyum iyonları ( NH4+ ) karbon çubuktan elektron alarak H2 ve amonyak ( NH3 ) haline geçer. Çinko kaptan çözünen çinko iyonları ( Zn+2 ) ise cl- ile birleşerek çinko klorür haline geçer. Amonyak çinko klorür ile H2 ise mangandioksit ile tepkimeye girer.

Birden fazla pil birbirine ağlanarak bataryalar elde edilir.

• Doldurulabilen Piller Pilin doldurulması olayına şarj denir. Pilin boşalmasına Deşarj denir. Dol-

durulabilen pillere Nikel kadmiyum pilleri ve kurşunlu akümülatörler örnek verile-bilir.

Pilden akım alınırken Kadmiyum , kadmiyum Hidroksit haline dönüşür. Nikel Oksi Hidroksit ise Nikel Hidroksite dönüşür. Kadmiyum ve nikel oksi hid-roksit tükendiğinde pil boşalır. Doldurulma olayı dışarıdan verilen elektrik enerji-si ile sağlanır.

8.1.2.2 Akümülatör

Akümülatör de bir tür pil çeşididir.

116


Elektrik enerjisini kimyasal enerji olarak depolayan ve bunu istenildiğin-de tekrar elektrik enerjisi olarak dönüştüren düzeneğe Akümülatör denir.

Elektrotlar arasına bir doğru akım kaynağı bağlanır. Bu sırada elektroliz olayı gerçekleşir. Buna akümülatörün şarjı denir. Akümülatör dolarken H+ iyonları (-) elektroda , ( SO4)-2 iyonları da (+) elektroda gider. Bu olay esnasında anotta kurşun dioksit (PbO2 ) , katotta ise kurşun ( Pb ) oluşur. Çözeltinin içinde iki farklı elektrot elde edilir. Böylece şarj olmuş akümülatör elektrotlar arasında oluşturula-cak devreye akım verir. Akümülatörün akım vererek her iki elektrotun kurşun haline dönüşmesine akümülatörün boşalması (Deşarj ) denir. Dolma sırasında depo edilen kimyasal enerji boşalma sırasında elektrik enerjisine dönüşür.

Ayrıca Demir- Nikel akümülatörleri de vardır. Akümülatörlerden başka doğru akım kaynakları da vardır. Örneğin Dinamo, güneş pili, termoelektrik pil, fotoelekt-rik pil gibi.

Şekil 8.5 Akümülatör

8.1.2.3 Doğrultmaç Devreleri

şehir şebekesinden gelen Ac 220V daha düşük bir seviyeye düşürülür. Ac ola-rak azaltılan gerilim, doğrultucu devresi çıkısında sadece pozitif yada sadece negatif

117


alternans kalacak şekilde elde edilir. şehir şebekesi 220V. alternatif gerilimdir. Bir çok elektronik cihaz ise Dc besleme gerilimi ile çalışmaktadır. Dc gerilim elde etmek amacıyla Doğrultucu devreler kullanılır. Ac gerilimi Dc’ye çeviren devreye dogrult-ma devresi denir. Diyot ile oluşturulan doğrultucu devreleri, girişindeki alternatif akimin bir alteransını kırparak çıkışa verirler. Çıkışta tek yönlü dalgalı (ripple) bir akim elde edilir.

8.1.2.4 Güneş pili

Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2-0,4 mm arasındadır.

Resim 8.1 Güneş pili

8.2ALTERNATİF AKIM, GRAFİĞİ, KAyNAKLARI

+

-

+

-

Şekil 8.6 Alternatif akım grafiği

118


Zamana bağlı olarak periyodik bir şekilde yön ve şiddet değiştiren akıma “al-ternatif akım (Ac)” denir. Alternatif akımın şiddeti üreteç ve pil gibi doğru akım kay-naklarının sağladığı akım şiddetinden çok daha büyüktür.

8.2.1Alternatif Akım Kaynakları

8.2.1.1 Hidroelektrik Santraller

Suyun, potansiyel ve kinetik enerjisinden yararlanılarak elektrik enerjisi üreti-len santrallerdir. Akmakta olan suyun kinetik enerjisi veya bir göldeki durgun suyun potansiyel enerjisi hidroelektrik santrallerde elektrik enerjisine dönüştürülür. Bir ba-rajda oluşturulan yapay veya doğal bir gölden gönderilen su, elektrik üreten alter-natörlere bağlı bir türbinin çarklarını döndürmekte kullanılır.

Şekil 8.7 Hidroelektrik santrallerde elektrik üretimi

Elektrik üretmede kullanılan kaynağın dışa bağımlı olmaması, tükenirlik so-rununun bulunmaması ve doğaya atık bırakmaması en büyük avantajlarıdır. Bu ne-denle hidroelektrik santraller, dünyada çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Türkiye hidroelektrik potansiyeli yüksek, akarsuyu bol bir ülkedir.

Bunun yanında enerji üretimi için yapılan barajlar, sulama, taşkın kontrolü, içme suyu temini, akarsu debisinin düzenlenmesi, balıkçılık, taşımacılık, su sporları (turizm) gibi çeşitli yan faydalar da sağlar.

Hidroelektrik santralleri; üzerine kuruldukları suyun özelliğine, suyun düşü yüksekliğine, baraj yapım malzemesine, santral kapasitesine, santral yapım yerine ve üretilen enerjinin karakter ve değerine göre çeşitlere ayırabiliriz. Hidroelektrik santrallerin üzerine kuruldukları suyun özelliğine göre çeşitleri şunlardır:

119


• Akarsu tipi (barajsız) hidroelektrik santraller

• Depo tipi (barajlı) hidroelektrik santraller

• Med-cezir (gel-git) hidroelektrik santraller

• Depresiyon hidroelektrik santraller

8.2.1.2 Termik SantrallerKatı, sıvı, gaz hâlinde bulunan termik kaynağın uygun şartlarda ve uygun or-

tamda yakılarak yakıtın verdiği ısı enerjisinden ve genleşmeden faydalanılarak me-kanik enerji elde edilir. Elde edilen bu mekanik enerjiden alternatörler yardımı ile elektrik enerjisi üreten santrallere termik santraller denir.

Termik santrallerde üretilen elektrik enerjisinin birim maliyeti hidroelektrik santrallerde üretilen elektriğe göre çok daha pahalıdır. Günümüzde kömür, doğal gaz jeotermal enerji, güneş enerjisi, petrol ürünleri, biyogaz, nükleer yakıt gibi ter-mik kaynakları kullanan çok sayıda termik santral vardır.

Şekil 8.8 Termik santrallerde elektrik üretimi

8.2.1.3 Nükleer Santraller

Nükleer santral; uranyum 233, uranyum 235, plütonyum 239 ve toryum gibi maddelerin atomlarının kontrollü bir şekilde reaktörlerde parçalanması sonucu açı-ğa çıkan çok yüksek derecede ısı enerjisinden elektrik üreten bir termik santral tipi-dir. Bu ısı enerjisinden buhar kazanındaki su ısıtılarak yüksek sıcaklıkta ve basınçta buhar elde edilmektedir.

Meydana gelen buhar, türbine verilerek mekanik enerjiye çevrilir. Buhar tür-bininin miline akuple bağlı olan alternatör döndürülerek elektrik enerjisi elde edi-lir.

120


Şekil 8.9 Nükleer reaktörün çalışma sistemi ve elektrik elde edilişi

Fosil yakıtların (kömür, petrol, gaz) tükenebilir olması ve atmosferik kirlenme-ye yol açmaları ve her geçen gün artan enerji ihtiyacını karşılamak için nükleer sant-rallerin kurulması gündeme gelmiştir. Nükleer santraller radyoaktif bir sızıntı olma-ması durumunda en temiz ve kuruluş maliyeti hariç en ucuz elektrik enerjisi üreten santrallerdir.

Nükleer santrallerin yakıt ihtiyacı ve atığı diğer termik santrallere göre çok az-dır. Örneğin; 1g U235 2.500 kg kömürün verdiği ısıya eş değer ısı vermektedir. 1 kg uranyum ile üretilen elektrik 16.6 ton taş kömürü ya da 11.1 ton (80 varil) petrolle üretilen elektriğe eş değerdir. Bir başka anlatımla 1 kg kömürden 3 kWh, 1 kg petrol-den 4.5 kWh, 1kg uranyumdan 50 000 kWh enerji üretilir.5 g uranyum yakıt lokması, reaktörde 3 yıl kalmakta ve 4.000 kW/saat elektrik üretmektedir. 1.000 MW gücün-deki hafif su soğutmalı bir reaktörden yılda 27 ton atık çıkarken kömür yakıtlı bir santralde bundan 250-300 bin kat daha fazla atık çıkmaktadır. Hâlen dünya elektrik üretiminin %17’si nükleer santrallerden sağlanmaktadır (İlk elektrik üreten santral Pennsylvania’da-ABD 1957).

1955 yılında yapılan 1. Çevre Konferansı ‘ndan sonra nükleer alandaki çalış-maları hemen başlatan ülkelerden biri Türkiye’dir. 1956 yılında, Başbakanlığa bağlı Atom Enerjisi Komisyonu Genel Sekreterliği kurulmuş, 1961 yılında da Küçük Çek-mece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi’nde l MW gücünde araştırma reaktörü işletmeye açılmıştır.

Nükleer araştırma ve geliştirme faaliyetleri hâlen Türkiye Atom Enerjisi Kuru-mu tarafından sürdürülmektedir.

Türkiye’de Sinop ve Mersin –Akkuyu’ da nükleer santral kurulması planlanmış-

121


tır. 2011 yılında Akkuyu ‘da 1200 MWkurulu güçte 4 reaktör yapılması için ihaleye çıkılmıştır.

Şekil 8.10 Nükleer reaktörün bölümleri

• (1)Reaktör kalbi (reactor core)

• (2)Kontrol çubuğu (control rod)

• (3)Reaktör basınç kabı (pressure vessel)

• (4)Basınçlandırıcı (pressurizer)

• (5)Buhar üreteci (steam generator)

• (6)Soğutma su pompası (primary coolant pump)

• (7)Reaktör korunak binası (containment)

• (8)Türbin (turbine)

• (9)Jeneratör - Elektrik üreteci (generator)

• (10)Yoğunlaştırıcı (condenser)

• (11)Besleme suyu pompası (feedwater pump)

• (12)Besleme suyu ısıtıcısı (feedwater heater)

8.3 PERİyOT, FREKANS

8.3.1 PeriyotBir saykılın tamamlanması için geçen zamana periyot denir. T harfi ile gösteri-

lir. Birimi saniyedir.

122


formülü ile formül üze edilir.

8.3.2 Frekansşekil 8.11’deki tel çerçevenin manyetik alan değişiminden kaynaklanan emk’yı

bulalım. Herhangi bir zamandaki yüzeyden geçen manyetik akı,

Ф=B.A.cosα dır. α açısı, B alanı ile A yüzeyinin normali arasındaki açıdır. Çer-çeve döndükçe α açısı da değişir. Eğer çerçeve sabit açısal hız ile döndürülürse t zamanında α kadar açı dönmüş olur. Açısal hız; birim zamanda kat edilen açı olarak tanımlanır. ω harfi ile gösterilir.

1 Saykıl

(-)Negatif Alternans

(+)Pozitif Alternans

Zaman

Şekil 8.11 Sinüs sinyali

Burada “ f ” tel çerçevenin saniyedeki dönme sayısıdır ve alternatif akımın fre-kansı olarak adlandırılır.

123


ÖzETZamanla yönü ve şiddeti değişmeyen akıma doğru akım denir. İngilizce “Di-

rect current” kelimelerinin kısaltılması “Dc” ile gösterilir.

Dc üreten kaynaklar şu şekilde sıralanabilir:

• Pil; kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren araçlara pil adı verilir.

• Akümülatör; kimyasal yolla elektrik enerjisi üreten araçtır.

• Dinamo; hareket enerjisini Dc elektrik enerjisine çeviren araçlardır.

• Doğrultmaç devresi; Alternatif akım elektrik enerjisini Dc elektrik enerjisi-ne çeviren araçlardır.

• Güneş pili; Güneş enerjisini Dc elektrik enerjisine çeviren elemanlara gü-neş pili denir.

• Basit Pil

Volta Pili : Bakır ve çinko elektrotlar H2SO4 çözeltisine batırılınca akım elde edilir.

Danielle Pili: Bakır sülfat çözeltisi içine bakır elektrot , çinko sülfat çözeltisi içine çinko elektrot aralarına da Parşömen kağıdı konularak elde edilen pildir.

Leclanche Pili: Nişadır çözeltisi içerisine batırılmış mangandioksit ve karbon-dan oluşmuş bir pildir.

• Kuru Pil

Pilin kabı çinkodan yapılmıştır. Bu kap aynı zamanda pilin (-) kutbu görevini yapar. Karbon çubuk (+) kutbunu oluşturur. Karbon çubuğun etrafında %75 man-gandioksit ve %25 grafitten oluşan bir katman bulunur. Pildeki elektrolitik sıvı ise amonyum klorür çözeltisidir.

• Doldurulabilen Piller

Pilin doldurulması olayına şarj denir. Pilin boşalmasına Deşarj denir. Doldu-rulabilen pillere Nikel kadmiyum pilleri ve kurşunlu akümülatörler örnek verilebilir.

Akümülatör de bir tür pil çeşididir.

Elektrik enerjisini kimyasal enerji olarak depolayan ve bunu istenildiğin-de tekrar elektrik enerjisi olarak dönüştüren düzeneğe Akümülatör denir

şehir şebekesinden gelen Ac 220V daha düşük bir seviyeye düşürülür. Ac ola-rak azaltılan gerilim, doğrultucu devresi çıkısında sadece pozitif yada sadece negatif alternans kalacak şekilde elde edilir.

124


Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik Zamana bağlı olarak periyodik bir şekilde yön ve şiddet değiştiren akıma “alternatif akım (Ac)” denir. enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir.

Alternatif Akım Kaynakları

Hidroelektrik Santraller: Suyun, potansiyel ve kinetik enerjisinden yararlanıla-rak elektrik enerjisi üretilen santrallerdir.

Termik Santraller: Katı, sıvı, gaz hâlinde bulunan termik kaynağın uygun şart-larda ve uygun ortamda yakılarak yakıtın verdiği ısı enerjisinden ve genleşmeden faydalanılarak mekanik enerji elde edilir. Elde edilen bu mekanik enerjiden alterna-törler yardımı ile elektrik enerjisi üreten santrallere termik santraller denir.

Nükleer Santraller: Nükleer santral; uranyum 233, uranyum 235, plütonyum 239 ve toryum gibi maddelerin atomlarının kontrollü bir şekilde reaktörlerde par-çalanması sonucu açığa çıkan çok yüksek derecede ısı enerjisinden elektrik üreten bir termik santral tipidir. Bu ısı enerjisinden buhar kazanındaki su ısıtılarak yüksek sıcaklıkta ve basınçta buhar elde edilmektedir

Bir saykılın tamamlanması için geçen zamana periyot denir. T harfi ile gösteri-lir. Birimi saniyedir.

125


DEĞERLENDİRME SORULARI

1-Pil çeşitlerinden değildir?A. Volta Pil B. Akümülatör c. Kuru PilD. Güneş Pili

2-Nükleer santrallerde atom çekirdeğinin parçalandığı veya birleştirildiği yere denir?

A. Kondansatör B. Kondonser c. ReaktörD. Konvektör

3-Termik santrallerde kullanılan yakıt türü değildir?A. Su B. Kömür c. DoğalgazD. Fuel-oil

4-Nükleer santrallerde kullanılan yakıt türü değildir?A. Uranyum B. Toryum c. PlütonyumD. Magnezyum

5-Bir saniyede tekrarlanan sinüs eğrisi sayısına ne denir?A. Peryot B. Frekans c. Pozitif AlternansD. Negatif Alternans

Documents

8. ÜNİTEhbogm.meb.gov.tr/MTAO/3ElektrikBilgisi/unite08.pdf · ması durumunda en temiz ve kuruluş maliyeti hariç en ucuz elektrik enerjisi üreten santrallerdir. Nükleer santrallerin