Kesintisiz Güç Kaynakları (UPS) Hakkında Bilgi

Konusu 'Fizik' forumundadır ve RüzGaR tarafından 3 Aralık 2009 başlatılmıştır.

  1. RüzGaR Super Moderator


    Kesintisiz Güç Kaynakları (UPS)
    güç kaynakları, kesintisiz güç kaynakları hakkında bilgiler, ups nedir, ups hakkında bilgi, ups çeşitleri

    Elektrik yükünün bağlı olduğu şebekede meydana gelen veya gelebilecek olan gerilim dalgalanmaları (çöküntüler, yükselmeler, ani değişikler), harmonikler, kısa veya uzun süreli kesintiler v.b. durumlarda yük bu değişimlerden hassaslığı oranında etkilenir. Özellikle sağlık, veri işleme, güvenlik gibi çok hassas yükler kesintilerden en fazla etkilenen gruplardandır. Örneğin bilgisayar beslemesindeki ani kesintiler kaydedilmemiş verilerin kaybolmasına sebep olur. Ayrıca bu kesintilerin kayıtlı verilere de zarar verebileceği bir gerçektir.

    Kesintisiz güç kaynağı şebekede meydana gelen parazitleri süzer ve kritik yükü etkilemeyecek hale getirir. Böylece yük şebekede oluşan her tür elektriksel gürültüden arındırılmış enerjiyle beslenir.

    • Cihazın içinde olan eviriciden üretilen parazitlerden arındırılmış, voltajı ve frekansı kararlı AC gerilim kritik yüke aktarılır. Böylece kritik yükün şebekedeki tolerans sınırları içindeki gerilim ve frekans değişimlerinden etkilenmesi önlenmiş olur.
    • Şebeke kesintisi olduğunda, kritik yük kesintisiz güç kaynağından beslenmeye devam ettiği için kesintiden etkilenmez.
    • Kesintisiz güç kaynağı’ndan düzenli enerji ile beslenen cihazların şebeke düzensizliklerinden kaynaklan arızaların önüne geçilmiş olur. Böylece cihazların kullanım süreleri uzamış olur.

    KESİNTİSİZ GÜÇ KAYNAKLARININ SINIFLANDIRILMASI
    Kesintisiz güç kaynakları yapıları itibariyle iki gruba ayrılabilir:
    1-Dinamik Kesintisiz Güç Kaynakları
    2-Statik Kesintisiz Güç Kaynakları

    1-DİNAMİK KESİNTİSİZ GÜÇ KAYNAKLARI
    Dinamik kesintisiz güç kaynakları doksanlı yılllarda çok yaygın olarak kullanılıyordu. Günümüzde hala üretilmekte olsa da her geçen gün yerini biraz daha statik kesintisiz güç kaynaklarına bırakmaktadır. Artık bu kaynaklar 300-1000 kVA gibi çok yüksek güçlü uygulamalarda, büyük endüstriyel tesislerde karşımıza çıkmaktadır. Motor-Alternatör grubundan oluşan dinamik kesintisiz güç kaynakları, son yıllarda yarı iletken teknolojisindeki gelişmelerin etkisiyle, kısmen statik uygulamaları da içermeye başlamışlardır.

    Örneğin, bir karma uygulamada, sistem, bir motor-alternatör ile basit bir statik eviriciden oluşur. Evirici şebeke bozukluklarını süzer ve sadece motor-alternatör setine uyguladığı gerilimin frekansını ayarlar. Motor-alternatör seti, evirici çıkış frekansını referans olarak alan sinüzoidal bir çıkış gerilimi üretir. Diğer bir uygulamada ise, enerji depolama işlemi bir akü grubu aracılığıyla sağlanırken, yüke aktarma işlemi ise dinamik bir alternatörle sağlanır.

    Bu dinamik çözümlerin artıları, yüksek kısa devre akımı, galvanik izolasyon ve lineer olmayan yüklere karşı yüksek tolerans sağlamasıdır. Bununla birlikte çok gürültülü, büyük, ağır ve çok pahalı sistemlerdir.
    Dolayısıyla ekonomik değillerdir.

    2-STATİK KESİNTİSİZ GÜÇ KAYNAKLARI
    Elektrik şebekesi ile kritik yük arasında bir arabirim olarak çalışan statik kesintisiz güç kaynakları, yarı iletken elemanlarla gerçekleştirilen statik sistemlerdir. daha önce belirtildiği üzere, şebekede oluşan her türlü elektriksel gürültüden temizlenmiş, gerilimin efektif değeri, frekansı ve dalga şeklini şebekenin sağlayamayacağı doğrulukta ve kararlılıkta vererek kritik yükü sürekli ve kaliteli bir enerjiyle besleyen elektronik sistemlerdir.

    STATİK KESİNTİSİZ GÜÇ KAYNAKLARININ YAPISI VE ÇALIŞMA PRENSİBİ
    Statik kesintisiz güç kaynağı temel olarak üç ana kısımdan oluşur:

    Doğrultucu: Şebekeden aldığı AC gerilimi DC gerilime dönüştürerek hem evirici giriş gerilimini hem de akü şarj gerilimini oluşturan kısımdır. Dolayısıyla doğrultucu hem eviriciyi beslemekte hem de sistemde yer alan akü grubunu şarj etmektedir.

    Akü Grubu: Enerjiyi depolamaya olanak sağlayan ve gerektiğinde bunu 5-30 dk hatta daha uzun bir süre boyunca eviriciyi beslemek amacıyla geri veren birimdir.

    Evirici: Doğrultucunun ürettiği DC gerilimi, sabit genlikte ve frekansta AC gerilime dönüştüren kısımdır.

    Doğrultucu çıkışı nominal DC bara gerilimi seviyesinde tutulur, yük evirici üzerinden beslenir. Şebeke geriliminin sınır değerlerinin dışına çıkması veya kesilmesi durumunda doğrultucu çalışmaz. Evirici akü grubundan çektiği DC enerji ile yükü kesintisiz olarak beslemeye devam eder. Ancak akü grubunun verebileceği enerji yük durumuna ve kapasitesine göre sınırlıdır. Otonomi süresi adı verilen bir süre zarfında yükü besleyebilir. Uzun süreli kesintiler için sistemin yedek bir motor jeneratör grubu ile beslenmesi gerekir. Öyle ki büyük ölçekli tesisat planlamalarında jeneratör set kesintisiz güç kaynağının bir tamamlayıcısıdır.

    Ayrıca, eviricinin aşırı yüklenmesi yada arızalanması durumunda çıkış geriliminin kesilmemesi için bir statik bypass hattı ve kesintisiz güç kaynağını yükten izole ederek, bakım ve onarımın güvenli bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlayan bir bakım manuel) bypass hattı daha mevcuttur. Bu güç ünitelerinin yanı sıra, bütün bu birimleri kontrol eden ve birlikte düzgün çalışmalarını sağlayan mikroişlemcili bir kontrol birimi de bulunmaktadır.

    ŞEBEKEDE OLUŞAN GÜÇ SORUNLARI
    Normal AC şebekeleri, yukarıda değinilen kritik yüklerin enerji gereksinimini tam anlamıyla karşılayamazlar. Bu şebekeler özellikle bilgisayar sistemlerinin çalışmasının sürekliliğini ve güvenilirliğini sağlayamazlar. Kesintisiz güç kaynaklarının kullanımını zorunlu kılan, AC şebekelerindeki güç sorunları aşağıda ifade edilmiştir.

    1- Elektrik kesintileri (Blackout)
    2- Mikro kesintiler
    3- Ani gerilim yükselmeleri (Spike)
    4- Aşırı gerilimler (Surge)
    5- Gerilim düşmeleri (Sag)
    6- Gerilim çöküntüleri (Brownout)
    7- Harmonikler
    8- Elektriksel gürültü
    9- Frekans sapmaları
    10- Yıldırımlar
    11- Darbeler ve geçişler

    Yukarıdaki maddelerin her biri aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

    1-Elektrik kesintileri (Blackout)
    Kesintiler şebeke geriliminin 20 ms’ den uzun sürelerde sıfıra düşmesidir. Dağıtım istasyonlarındaki enerji kesilmesi, aşırı yük durumunda, hava koşulları veya fiziksel hasar sebebiyle olabilir. Örneğin; kısa devre, kopmuş kablo, elektrik şebekelerindeki tamir çalışmaları vb. Bina içinde ise hata veya aşırı yük sebebiyle devre kesicilerin çalışması veya sigortaların atmasıyla meydana gelir.

    Kesintiler RAM’ lerdeki bilgilerin kaybına yol açar. FAT (File Allocation Table) dosya yerleşimi tablosunun silinmesi ve bunun sonucunda da sürücüdeki tüm bilgilerin kaybedilmesi mümkündür.Veri sistemlerinin çöküp, bilgilerin kaybolmasıyla üretim kayıpları dolayısıyla da zaman ve para kayıpları meydana gelir.

    2-Mikro kesintiler
    Mikro kesintiler şebeke geriliminin bir periyottan (50 Hz’ li şebekelerde bir periyot 20 ms’ dir.) daha az olan sürelerde kesilmesidir. Normal olarak gözle algılanmazlar. Çok sayıda makinenin aynı anda devreye girerek çektikleri kalkış akımları neden olur. Örneğin; fotokopi makineleri, lazer yazıcılar, endüstriyel yazı ve baskı makineleri, büyük güçlü motor kontrol mekanizmaları. Ayrıca bir diğer etken olarak anlık kısa devrelerini de ekleyebiliriz. Sistemin kilitlenmesine, çalışmanın ortasında görünür bir sebep yokken sistemin durmasına, iç bileşenlerdeki ısınma sebebiyle cihazların ömründe kısalmalara sebep olur. En büyük risk bilgisayarların hard diskindedir. İç güç kaynağı birkaç milisaniyeden fazla kapanırsa, okuyucu kafaların disk yüzeyine temas eder ve disk hatalarına yol açar.

    3-Ani gerilim yükselmeleri (Spike)
    Kısa süreli ani gerilim yükselmeleridir. 0-10 ms arası, fakat 2000 V gibi çok yüksek genlikte olabilirler. 200 V gibi yükselmeler daha uzun sürer. En önemli neden enerji iletim hatlarına düşen yıldırımlardır. Bunlar gerilimde büyük sıçramalara neden olabilirler. Ayrıca diğer bir etken faktör ise asansörler, klimalar ve büyük elektronik yüklerin açılıp kapanmasıdır. Donanımların zarar görmesine ve elektronik bileşenlerde etkileri hemen veya uzun dönemde çıkabilecek hasarlara yol açarlar. Bilgisayarlarda hafıza kayıplarına, programlarda bozulmalara ve çalışma hatalarına sebep olurlar. Büyük arklarda onarılamaz donanım arızası oluşabilir.

    4-Aşırı gerilimler (Surge)
    Bir periyottan uzun süren ve cihazların kaldırabileceğinin üzerindeki aşırı gerilimlerdir. Büyük miktarda güç çeken cihazların aniden durması veya kapatılması sonucu oluşabilir. Bu aşırı gerilimin genliğinden çok süresi önemlidir. Bilgisayarlarda donanım problemlerine, PLC arızalarına ve elektronik cihazların erken yaşlanmasına neden olurlar.

    5-Gerilim düşmeleri (Sag)
    Uzun süreli düşük gerilim durumlarıdır. En genel güç sorunlarından birisidir. Gerilim düşüklükleri, şebeke geriliminin 20 ms’den birkaç saate kadar sürelerde nominal değerinin altında seyretmesidir. Gerilim düşmeleri ışıkların sönükleşmesinden anlaşılabilir. Özellikle soğuk havalarda elektrik tüketiminin arttığı zamanlarda dağıtım istasyonundan nominal gerilimden daha düşük bir gerilim gelir. Büyük sanayi sitelerinin ve fabrikaların çalıştığı sırada ve yüksek güçlü makinelerin (motorlar, asansörler, kompresörler vb.) kalkışı veya çalışması sırasında da görülmektedir. Gerilim çöküntüleri, disk sürücülerinin yavaşlaması, bilgi kaybı veya bozukluğu, çalışmayan tuş takımı gibi umulmayan sistem problemlerine yol açabilir. Buna ek olarak uzun dönemde disk sürücülerde ve sıcaklığın artması sebebiyle lojik devrelerde bozulmalara sebep olur. Yapılan testler sonucu elektronik sistemlerin düşük gerilime karşı olan tepkileri şu şekilde bulunmuştur:

    -Elektronik sistemlerin çoğu 4 ms’ ye kadar olan kesintileri hissetmezler.
    -10-15 ms süre ile % 50’ lik bir gerilim düşümünde donanım olarak çalışabilirler.
    -50 ms süre ile % 20’ lik bir gerilim düşümünde donanım olarak çalışabilirler.

    6-Gerilim çöküntüleri (Brownout)
    Çok uzun süreli düşük gerilim durumlarıdır. Gerilim düşmelerine nazaran, daha uzun süreli olduklarından daha ciddi sonuçlara yol açmaktadırlar. Sistemin mevcut yüklerin akım ihtiyaçlarına karşılık veremediği durumlarda oluşur. Lojik devreler ve disk sürücüleri düzgün çalışamazlar ve donanım hasarları meydana gelir.

    7-Harmonikler
    Harmonikler, gerilimin bileşenleri olup daha yüksek frekanslı: fakat daha düşük genliklidirler. Şebeke gerilimi dalga şeklinin olması gereken sinüs formundan uzaklaşması sonucu ortaya çıkan yüksek frekanslı titreşimlerdir. Kısaca, gerilim sinüs dalgasında oluşan bozukluklardır. Endüstride harmonikler genel olarak doğrusal olmayan yükler tarafından oluşturulurlar. Bunlar anahtarlamalı güç kaynakları, fırınlar, ark lambaları, doğrultucular, elektronik balastlar ve değişken hızlı sürücülerdir. Ayrıca ofislerde faks, fotokopi makineleri, lazer yazıcılar ve bilgisayarlar da harmoniklere yol açan yüklerdir. Harmonikler, mikroişlemci tabanlı sistemlerin güvenilir bir şekilde işlemesi için gerekli olan saf sinüzoidal dalga şeklini bozarak, bu sistemlere zarar verirler. Ölçüm ve kontrol sistemlerinde veri hatalarına neden olurlar. AC hattına bağlı diğer cihazların çalışmalarını engelleyebilirler ve üç fazlı sistemlerde trafoların ve nötr iletkenlerinin aşırı ısınıp yangın tehlikesi oluşturmalarına sebep olabilirler.

    8-Elektriksel gürültü
    Normal sinüs dalgasının üzerine binen çeşitli yüksek frekans darbeleri için kullanılan bir terimdir. RFI (Radyo Frekans Girişimi) ve EMI (Elektromagnetik Girişim) etkileri bu başlık altında değerlendirilebilir. Elektromagnetik girişime radyo ve magnetik dalgalarının yayılmasıyla ortaya çıkan dış etkiler neden olur. Radyo frekans girişimi ise radyo dalga enerjileriyle veya hatta bağlı bazı donanımlar vasıtasıyla elektrik hattına katılan, dahil edilen yüksek frekanslı ve periyodik gürültüler serisidir. Yüklerdeki anahtarlama, jeneratörler, endüstriyel ekipmanlar ve radyo vericileri gibi çok çeşitli sebeplerle oluşabilir. Programlarda ve data dosyalarında bozulmalara yol açar, yazıcı ya da terminal hatalarına sebep olabilir ve elektronik cihazların erken yaşlanmasına neden olurlar.

    9-Frekans sapmaları
    Frekansın düzensiz olarak değişmesi yani kararlı bir nitelik taşımamasıdır. Yüksek akımlı yüklerin çalışması neden olur. Ölçüm hatalarına yol açarlar.

    10-Yıldırımlar
    Bu madde ani gerilim yükselmeleri altında da değerlendirilebilir. Yıldırımlar elektrik sistemlerinin genel sorunlarından birini oluşturan doğal bir olaydır. Bir sorun çıkartmaları için doğrudan cihazın bir yerine etki etmesi gerekmez. Yıldırım darbesi bir durgun elektrik boşalmasıdır. Tek bir yıldırımdan 1000 kV ve 100 kA’ lik darbenin oluştuğu kaydedilmiştir.

    11-Darbeler ve geçişler
    Rastlantısal, yüksek enerjili, yüksek genlikli ve mikro saniye düzeyinde kısa süreli bozucu etkilerdir. Darbeler 6000 V’ a kadar yüksek düzeylere ulaşabilir. Bu olaylar günün herhangi bir anında gerçekleşerek elektronik kartların yanmasına veya bellek kayıplarına neden olurlar.

    Görüldüğü üzere, şebekede pek çok güç sorunları karşımıza çıkmaktadır. Bu sorunların ortak yönü ise, hepsinin ne zaman ve ne derecede gerçekleşeceğinin öngörülememesi, tahmin edilememesidir. Dolayısıyla yükün sürekli ve düzgün çalışabilmesi için alınacak önlemlerin yükün devrede olduğu tüm zaman dilimlerinde etkin ve etkili olmasına bağlıdır. Bu da kritik yüklerin Kesintisiz Güç Kaynağı üzerinden beslenmesi zorunluluğunu bir kez daha karşımıza çıkarmaktadır.

    NİÇİN KESİNTİSİZ GÜÇ KAYNAĞI?
    Elektrik enerjisinin kullanımı gittikçe yaygınlaşmakta ve artık günümüzde elektrik enerjisi, hayati önem taşıyan ya da hiç durmadan çalışması gereken cihaz ve sistemlerde kullanılmaktadır. Bu cihaz ve sistemler, yarı iletken ve mikroişlemci teknolojisindeki büyük gelişmeler sonucunda daha verimli ve daha popüler bir hal almaktadırlar. Elektrik ve elektronik sektöründeki bu paralel gelişim, geçmişte insan gücü ile gerçekleştirilen birçok işi devralan cihaz ve sistemleri hayatımıza sunmuştur. Bilgi teknolojisi cihazları ve sürekli artış gösteren endüstriyel otomasyon sistemleri ve bunlara ait veri iletişimindeki hızların yükselmesiyle ve performans parametrelerindeki iyileştirme taleplerinin artmasıyla; bu sistemleri besleyen güç kaynaklarının güvenilirliği ve sağladığı enerjinin kalitesi de büyük önem taşımaktadır.

    Güç kaynağı güvenilirliği dendiğinde akla aşağıdaki noktalar gelmektedir.
    • Kaynak geriliminin değeri ve kararlılığı
    • Kaynak frekansının değeri ve kararlılığı
    • Kaynaktan gelebilecek istenmeyen gerilim darbelerinin birim zamandaki sayısı
    • Kaynağın yitirilmesi olasılığı (Elektrik kesintisi)
    İşletmelerde ve özellikle bilgi-işlem merkezlerinde kullanılan bilgisayarlarda birkaç saniyelik kesintilerde bile bilgiler yok olmakta ve hatalı bilgiler üretilmektedir. Bununla beraber hastaneler, hava alanları ve haberleşme merkezleri gibi kuruluşların da kesintilere tahammülü gün geçtikçe azalmaktadır. Hayati risk taşıyan bir ameliyat sırasında ya da kalkış esnasında uçağa gerekli bilginin aktarılması sırasında doğacak kesintiler çok büyük önem taşımaktadır. Şebeke arızaları endüstriyel otomasyon sistemlerinde ise verimi büyük ölçüde etkilemektedir. Süreklilik isteyen işlem akışlarında kesinti sonucu oluşan malzeme ve işgücü kayıpları önemli boyutlardadır.

    İngiltere’de National Computing Center tarafından IT sektöründe yapılan bir araştırmaya göre bir elektrik güç sisteminin arızasının neden olduğu ortalama maliyetin 9000- 30000 pound arasında olduğu tespit edilmiştir.

    Şebekedeki güç sorunları aşağıda belirtilen olumsuz etkilere neden olmaktadır:
    • İş akışında kesinti, aksama ve durma,
    • Bilgisayarlarda veri kaybı ve hatalı bilgilerin oluşması,
    • Yüksek maliyetli donanım arızaları (Özellikle Sağ ve Spike anında),
    • Üretim kayıpları ve ürün kalitesinin düşmesi,
    • Kontrol sistemlerinin uygunsuz çalışması.
    Sonuç olarak; bütün bu etkiler kritik yüklerin Kesintisiz Güç Kaynağı üzerinden beslenmesi zorunlu olmaktadır.

    KESİNTİSİZ GÜÇ KAYNAKLARININ KULLANIM ALANLARI
    Kesintisiz güç kaynakları kritik yükleri beslemek için kullanılır. Bu yükler yani cihazlar diğerlerine nazaran onları besleyen güç kaynağına yani bu kaynaktan aldıkları gerilime karşı daha hassastırlar. Yüksek kaliteli güç kaynaklarına ihtiyaç duyarlar. Düzenli olarak işlevlerini görmeleri, arızaya maruz kalmamaları, işlem ile bilgi akışının herhangi bir kesintiye uğramaması; gerilimin dalga şekli, frekansın kararlılığı, toplam harmonik bozunumunun belli değerlerde olması gibi pek çok etkene bağlıdır. Özetle söylemek gerekirse bu cihazlar şebekede meydana gelebilecek herhangi bir enerji problemini tolare edemezler. Bu da onların kesintisiz güç kaynakları üzerinden beslenmelerini zorunlu kılar. Bu tür cihaz ve sistemlerin bağlandığı besleme kaynaklarında, arıza veya bakım onarım amacıyla gerçekleşecek olan zorunlu bir kesinti olması durumunda yeteri kadar kısa sürede devreye girebilecek yedek bir güç kaynağına ihtiyaç duyulur.

    Yükün besleme özellikleri ve ne kadar süre enerji kesintisine izin verebileceği gibi etkenler göz önünde tutularak yedek bir besleme kaynağı seçilmelidir. Doğru gerilimle beslenen bir yük için bir genellikle uygun gerilimli bir akü bataryası yeterli olmaktadır. Buna karşın uygulamada karşılaşılan yüklerin büyük bir bölümü alternatif gerilimle çalışmaktadır. İşte, kesintisiz güç kaynakları bu yüklerin beslenmesi için kullanılmaktadır.

    Aşağıda kesintisiz güç kaynakları tarafından beslenen başlıca kritik yükler yazılmıştır.
    • Kombi, buzdolabı, televizyon gibi ev aletleri
    • Bilgisayarlar ve bilgisayar destekli otomasyon sistemleri
    • Bilgisayar destekli üretim tezgâhları
    • Medikal cihazlar
    • Haberleşme sistemleri
    • Kontrol sistemleri
    • Hava alanları aydınlatma ve trafik kontrol merkezleri
    • Alarm ve ihbar sistemleri
    • Önemli (Geniş hacimli) aydınlatma sistemleri
    • Savunma sistemleri
    • Fotoğraf baskı ve işleme cihazları
    • Elektronik teraziler, kapılar, barkod cihazları, yazar kasalar
    Bir amacı gerçekleştirmek için değişik yöntemler kullanılabilir. Fakat kullanılan yöntemin en iyi en ekonomik olması tasarım-üretimin temelini oluşturur. Kullanıcı ihtiyaçları doğrultusunda bir kesintisiz güç kaynağı edinmek istenirse bu hususları göz önüne almalıdır. Kullanılan malzemenin cinsi kullanılan yöntem ve teknikler kesintisiz güç kaynağı'nın verimi, teknik açıdan yeterlilikleri iyi düşünülmelidir.
     



Sayfayı Paylaş