Elektrik Enerjisini Ölçme: kapsamlı bir kılavuz

Elektrik Enerjisi Nedir?

Elektrik enerjisi, elektrik gücü ile zaman çarpımının ürünü olarak tanımlanır ve joule (J) cinsinden ölçülür. Bir joule elektrik enerjisi, bir watt güçün bir saniye boyunca tüketilmesine eşittir. Matematiksel olarak şu şekilde yazabiliriz:

E=P×t

burada,

• E, joule (J) cinsinden elektrik enerjisidir

• P, watt (W) cinsinden elektrik gücüdür

• t, saniye (s) cinsinden zamanıdır

Elektrik enerjisi ve güç yakından ilişkili kavramlardır. Elektrik gücü, bir devredeki belirli bir gerilim farkı nedeniyle geçen elektrik akım miktarıdır. Elektrik gücü aynı zamanda bir cihaz veya sistem tarafından teslim edilen veya tüketilen elektrik enerjisinin hızıdır. Elektrik gücü, watt (W) cinsinden ölçülür, bu da joule/saniye (J/s) ile eşdeğerdir. Matematiksel olarak şu şekilde yazabiliriz:

P=V×I

burada,

• P, watt (W) cinsinden elektrik gücüdür

• V, volt (V) cinsinden gerilim farkıdır

• I, amper (A) cinsinden elektrik akımıdır

Elektrik enerjisini ölçmek için, hem elektrik gücünü hem de uygulanan veya tüketilen süreyi bilmeliyiz. Örneğin, 100 W lik bir ampul 10 dakika boyunca açıksa, bu ampul tarafından tüketilen elektrik enerjisi şöyledir:

E=P×t=100 W×10×60 s=60,000 J

Elektrik Enerjisi Birimleri

Joule, Uluslararası Birim Sistemi (SI) içindeki standart enerji birimidir, ancak büyük miktardaki elektrik enerjisi ile ilgilenirken çok küçük olduğundan dolayı pratik amaçlarla kullanılması zordur. Bu nedenle, elektrik enerjisi ölçümünde genellikle watt-saat (Wh), kilowatt-saat (kWh), megawatt-saat (MWh) ve gigawatt-saat (GWh) gibi diğer birimler kullanılır. Bu birimler, güç birimi (watt) ile zaman birimi (saat) çarpılarak elde edilir.

• Watt-saat (Wh) bir saat boyunca bir watt güç tüketen bir cihaz veya sistemin tükettiği elektrik enerjisi miktarıdır. Gücün bir süre boyunca ne kadar hızlı tüketildiğini gösterir. Bir watt-saat 3,600 joule'ya eşittir. Örneğin, 15 W LED bir ampul bir saat boyunca 15 Wh elektrik enerjisi tüketir.

• Kilowatt-saat (kWh) ev aletleri ve fatura hesaplamalarında yaygın olarak kullanılan daha büyük bir elektrik enerjisi birimidir. Bir kilowatt-saat 1,000 watt-saat veya 3.6 megajoule'ye eşittir. Örneğin, 300 W güç çeken bir buzdolabı bir saat boyunca 300 Wh veya 0.3 kWh elektrik enerjisi tüketir.

• Megawatt-saat (MWh) genellikle büyük ölçekli enerji santralleri veya ağların üretimini veya tüketimini ölçmek için kullanılan bir elektrik enerjisi birimidir. Bir megawatt-saat 1,000 kilowatt-saat veya 3.6 gigajoule'ye eşittir. Örneğin, 600 MW kapasiteli bir kömür yanmalı enerji santrali bir saat boyunca 600 MWh elektrik enerjisi üretir.

• Gigawatt-saat (GWh) uzun süreler boyunca çok büyük miktarda elektrik üretiminin veya tüketiminin ölçülmesi için kullanılan bir elektrik enerjisi birimidir. Bir gigawatt-saat 1,000 megawatt-saat veya 3.6 terajoule'ye eşittir. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'nin 2019 yılındaki toplam elektrik tüketimi yaklaşık 3,800 TWh veya 3.8 milyon GWh idi.

Aşağıdaki tablo elektrik enerjisi birimlerini ve dönüşümlerini özetlemektedir:

Bir Sayaç ile Elektrik Enerjisi Nasıl Ölçülür

Elektrik enerjisini ölçmek için, elektrik gücünü ve uygulanan veya tüketilen süreyi kaydedebilecek bir cihaza ihtiyaç vardır. Bu cihaza elektrik enerjisi saçağı veya kısaca enerji saçağı denir. Enerji saçağı, bir konut, işletme veya elektrikle çalışan bir cihaz tarafından tüketilen elektrik enerjisinin miktarını ölçen bir cihaktır. Belirli bir zaman aralığı boyunca tüketilen toplam gücü ölçer ve en yaygın olarak kilowatt-saat (kWh) olarak kalibrasyon yapılır. Enerji saçakları, ev ve endüstriyel alternatif akım devrelerinde güç tüketimini ölçmek için kullanılır.

Teknoloji, tasarım ve uygulamaya bağlı olarak farklı tipteki enerji saçakları bulunmaktadır. Bazı yaygın tipler şunlardır:

• Elektromekanik saçaklar: Bu, geleneksel saçaklardır, dönen bir metal disk ve bir elektromanyet kullanarak elektrik gücünü ölçer ve bir dizi diyal veya mekanik sayacı üzerinde kaydeder. Ayrıca indüksiyon saçakları veya Ferraris saçakları olarak da bilinirler. Basit, dayanıklı ve hassasdırlar, ancak mekanik aşınma, değiştirme ve manyetik interferanslara karşı hassas olma, reaktif güç veya güç kalitesini ölçme yeteneği yokluğu gibi bazı dezavantajları vardır.

• Elektronik saçaklar: Bu, modern saçaklardır, elektronik devreler ve sensörler kullanarak elektrik gücünü ölçer ve bir dijital ekran üzerinde gösterir veya uzak bir sisteme aktarır. Ayrıca katı hal saçakları veya dijital saçaklar olarak da bilinirler. Elektromekanik saçaklara göre birçok avantajları vardır, örneğin daha yüksek doğruluk, daha düşük bakım, uzaktan okuma ve iletişim, birden fazla tarife seçeneği, talep yanıtı, yük profili oluşturma ve güç kalitesi analizi gibi gelişmiş özellikler.

• Akıllı saçaklar: Bu, dijital teknoloji ve kablosuz iletişim kullanarak elektrik gücünü ölçen ve merkezi bir sisteme veya akıllı ağ ağına gönderen gelişmiş saçaklardır. Ayrıca gelişmiş ölçüm altyapısı (AMI) veya akıllı ölçüm sistemleri (IMS) olarak da bilinirler. Elektronik saçaklara göre birçok avantajları vardır, örneğin gerçek zamanlı veri toplama ve analiz, dinamik fiyatlandırma ve faturalandırma, kesinti algılama ve yeniden sağlama, talep tarafı yönetimi ve müşteri katılım.

Bir saçağı ile elektrik enerjisini ölçmenin temel prensibi, elektrik gücünü uygulanan veya tüketilen süreye çarpmanıza dayanır. Ancak, saçağın türüne ve yük türüne bağlı olarak, elektrik gücünü hesaplamanın farklı yolları vardır. Bazı yaygın yöntemler şunlardır:

• Tek fazlı saçaklar: Bu, tek fazlı alternatif akım devrelerinde elektrik gücünü ölçen saçaklardır, bu devrelere bir canlı ve bir nötr tel vardır. Tek fazlı devrede elektrik gücünü hesaplamak için en basit yöntem, gerilimi akım ile çarpmaktır. Ancak, eğer yük tamamen dirençsel değilse, gerilim ve akım arasında bir faz