UPS Kesintisiz Güç Kaynakları

UPS(Kesintisiz Güç Kaynağı) nedir?

UPS ; elektrik yükünün ( elektrik ile çalışan tüm cihazlar ) bağlı bulunduğu şebekede meydana gelen veya gelebilecek olası gerilim dalgalanmaları ( çöküntüler, yükselmeler, ani değişikler ), harmonikler, kısa veya uzun süreli kesintiler v.b. durumlarda yükü bu değişimlerden koruyan ve yükün sağlıklı ve kesintisiz çalışmasını sağlayan elektronik cihazlardır.

İngilizce ve Türkçe olarak aşağıdaki şekillerde anılır.

UPS: Uninterruptible Power Supply

KGK : Kesintisiz Güç Kaynağı

UPS nerelerde kullanılır?

Şebekedeki bozucu etkiler ve kritik yükler:

Elektrik enerjisinin gittikçe yaygın kullanım alanı bulması, hayati önem taşıyan yada sürekli çalışması gereken, cihaz ve sistemlerde uygulanması, bu enerjiyi üreten kaynakların güvenilirlik sorununu gündeme getirmiştir. Tüketilen elektrik enerjisinin %95′den büyük bir oranını sağlayan AC şebekede, güvenilirlik için alınan tüm önlemlere rağmen, günümüz uygulamalarında yetersizliklerle karşılaşılmakta, kritik yük olarak nitelendirilen cihaz ve sistemlerin Kesintisiz Güç Kaynakları (UPS) üzerinden beslenmesi zorunlu olmaktadır.

AC şebekeleri aşağıdaki özellikleri sağladığı varsayılan gerilim kaynaklarıdır:
• Sabit efektif değer ve sabit frekansta alternatif gerilim sağlar.
• Gerilim dalga şekli sinüzoidaldir.
• Sağlanan enerji süreklidir.
• Sıralanan bu özellikler yükleme şekli ile değişmez.

Ancak bu özellikleri pratikte bulmak mümkün değildir. Şebekeyi oluşturan kuvvet santrallerindeki jeneratörlerden tüketicinin bağlandığı besleme klemensine kadar bütün birimler, belirtilen özellikleri sınırlı olarak sağlarlar. Gerilim efektif değeri ve dalga şeklinin değişmesi, genellikle yüklenmeye bağlıdır. Kısa devre empedansının ideal olarak sıfır olmaması, çekilen akıma bağlı olarak gerilimin değişmesine neden olur. Efektif değeri sabit tutmak için gerilim regülatörlerinden, dalga şeklini düzeltmek için filtre devrelerinden yararlanılabilir.

Şebekenin herhangi bir noktasında oluşacak geçici arızalar da tüketiciyi etkiler. Enerji nakil hattının kopması, aşırı yüklenmede kesicilerin devreyi açması, nakil hattına yıldırım düşmesi, indirici ve yükseltici trafoların devreye girip çıkması gibi durumlarda; gerilimde kısa yada uzun sürekli kesintiler görülür ve tüketici temiz enerji ile beslenemez. Buna benzer durumlarda motor-jeneratör grupları gibi yedek güç kaynaklarına başvurulabilir. Ancak bunlar elektro mekanik dönüştürücüler olduğundan, kesinti süresini belli bir değerin altına indiremez. Kesinti sırasında grubun otomatik olarak çalıştırılması ve sürekli rejime girmesi bile birkaç dakika alır. Grubun sürekli çalıştırılması ve kesinti ile birlikte yükün jeneratöre aktarılması ise birkaç yüz milisaniye süre gerektirir. Ancak bu yol da ekonomik açıdan verimli değildir.

Modern teknolojinin getirdiği olanaklar yanında karşılaşılan belki de en önemli problem, elektrik gücü ile çalışan bir takım cihaz ve sistemlerin beslemede görülebilecek çok kısa süreli aksamalardan bile etkilenmeleridir. Hastaneler, havaalanları, haberleşme merkezleri gibi kuruluşların kesintilere tahammülü gittikçe azalmaktadır. Örneğin bir açık kalp ameliyatı veya iniş sırasında uçağa gerekli bilgilerin aktarılması anında doğabilecek kesintiler hayati önem taşımaktadır.

Şebeke arızaları endüstriyel otomasyon sistemlerinde verimi büyük ölçüde etkilemektedir. Süreklilik isteyen proseslerde kesinti sonucu doğan malzeme ve işgücü kayıpları önemli boyutlardadır.

Gerek hayati önem taşıyan kuruluşlarda, gerekse endüstriyel uygulamalarda gittikçe yaygın kullanım alanı bulan ups’lerin kullanım alanları aşağıda sıralanmıştır.

– Bilgisayarlar ve bilgisayar destekli otomasyon sistemleri,
– Bilgisayar destekli üretim / ambalajlama tezgahları (otomotiv, metal işleme, tekstil vb.)
– Tıbbi elektronik cihazlar, hastaneler
– Hava alanı aydınlatması
– Hava trafik kontrol merkezleri
– Askeri radar sistemleri
– Haberleşme ve yayın kuruluşları
– Asansörler
– Elektronik kapılar
– Barkod cihazları
– Yazar kasalar
– Fotoğraf baskı cihazları ( Minilab vs. )
– CNC Tezgahları
– Elektronik teraziler
– Acil durum aydınlatma sistemleri
– Isıtma cihazları
– Soğutma cihazları

UPS’ler işte bu gereksinimlerin zorlaması ile ortaya çıkmış statik elektronik düzenlerdir. Güç elektroniği ve elektronik kontrol tekniğindeki gelişmelere paralel olarak yenilenen UPS’ler günümüzde tüketicinin tüm isteklerine cevap verebilecek özellikte ve performansta yapılabilmektedir.

UPS’ler özellikle bilgi işlem sistemlerinde ve kişisel bilgisayarlarda şebekede bir arıza oluşması halinde o esnada çalışılan bilginin kaybolmaması ve genel olarak cihazın şebekeden gelebilecek bozucu etkilere karşı korunması amacıyla kullanılmaktadır. Bu bozucu etkiler;

– Rasgele veya düzenli elektrik kesintileri
– Kapasite yetersizliğinden doğan gerilim düşümleri veya sürekli düşük ya da yüksek şebeke gerilimi Genel olarak güç kalitesinin düşük olması.
– Harmonik bozulmalar, kararsız frekans, ani gerilim sıçramaları ve gürültü.
– Harmonikler yakındaki bir tesiste büyükçe bir elektrik yükünün devreye girmesi veya çıkması ya da doğrusal olmayan yüklerin kullanımda olması nedeniyle oluşan ve şebeke gerilimi dalga şeklinin olması gereken sinüs formundan uzaklaşması sonucu ortaya çıkan yüksek frekanslı titreşimler olarak özetlenebilir.

Kesintisiz Güç Kaynağı (UPS) kullanımını gerekli kılan enerji sorunları şunlardır;

GÜÇ SORUNLARININ ÇEŞİTLERİ

Spike
Bilgisayar çalışmalarını sekteye uğratabilecek hatta ekipmana zarar verebilecek yüksek genlikli anlık olaylardır. Spike çeşitli nedenlerden kaynaklanabilir. En önemli neden yakın, uzak bir yere veya enerji iletim hatlarına düşen yıldırımlardır. Bunlar gerilimde büyük sıçramalara neden olabilirler.

Spike oluşturan diğer olaylar, büyük elektronik yüklerin veya şebekenin açılıp kapanması ve statik deşarjdır. Spike sonucunda oluşabilecek en yıkıcı olay donanımın zarar görmesidir. Yüksek gerilim darbeleri mikroçip yollarında (traces) delikler açabilir. Bazen bu hasar hemen kendini gösterir; bazen de olaydan günler, haftalar boyunca kendini göstermeyebilir. Zarar görmüş data, yazıcı, terminal veya data işleme hataları daha az tehlikeli sonuçlardır.

Surge
Bir peryottan uzun süren aşırı gerilimlerdir. Surge, büyük miktarda güç çeken hattaki bir cihazın aniden durması veya kapatılması sonucu oluşabilir. Şebekeler büyük yükleri hat dışında anahtarladıkları zaman surge oluşabilir. Bir surge’ün büyüklüğünden çok süresi önemlidir. Uzun veya sık surge’ler bilgisayar donanımına hasar verebilir.

Sag
Sag (çöküntü) surge’ün zıttıdır. Bunlar uzun süreli düşük gerilim durumlarıdır. Topraklama hataları, zayıf güç sistemleri, büyük elektriksel yüklerin ani start-up’ları gerilim çöküntülerinin tipik sebepleridir. Yıldırım düşmesi de ayrıca çöküntülerin önemli bir nedenidir. Çöküntüler, bilgisayarlara karşı ciddi bir tehdit oluşturabilir. Çöküntüler disk sürücüleri yavaşlatabilir, okuma hatalarına ve hatta çökmelerine sebep olabilir.

Gürültü,
Normal sinüs dalganın üzerine binen çeşitli yüksek frekans darbeleri için kullanılan kollektif bir terimdir. Genliği birkaç mV’den birkaç V’ye kadar değişebilir. Özellikle tehlikeli bir problem, radyo frekans (RF) gürültüsüdür. RF gürültüsü, elektrik kabloları üzerinde dolaşan yüksek frekanslı sinyallerden oluşur. RF gürültüsü, yıldırım çarpması, radyo iletimleri ve bilgisayar güç kaynakları tarafından yaratılabilir. Gürültü, hatalı data iletimine ve bilgisayar işlem, yazıcı ya da terminal hatalarına sebep olabilir.

Brownout,
Dakikalar, hatta saatler süren uzun süreli düşük gerilim durumlarıdır. Tepe akım isteği kapasitenin üzerinde olduğu zaman şebekeler tarafından yaratılırlar. Brownout, lojik devre ve disk sürücüleri düzgün çalışmaları için gerekli gerilimden mahrum bırakarak hatalı çalışmalarına veya donanım hasarlarına sebep olurlar.

Blackout,
Dakikalar, saatler hatta günler süren 0 (sıfır) gerilim durumlarıdır. Enerji dağıtım şebekesine, taşıyabileceğinden daha fazla yük bindirildikçe daha sık meydana gelirler. Blackout, topraklama hataları, kazalar ve doğal afetler yüzünden oluşabilir. En mühim etkisi sistem çökmelerine sebep olmasıdır. Güç aniden kesildiğinde disk sürücüler veya diğer sistem bileşenleri zarar görebilir.

Harmonikler,
Normal sinüs dalgada oluşan bozukluklardır. Harmonikler, gerisin geri AC hattına lineer olmayan yükler tarafından iletilirler. Fax ve fotokopi makinaları, bilgisayarlar, değişken hızlı motorlar lineer olmayan yüklere örnek olarak verilebilir. Bu harmonikler, AC hattına bağlı diğer cihazların çalışmalarını engelleyebilir. Harmonikler, iletişim hatalarına ve donanım hasarlarına sebep olabilirler. Üç fazlı sistemlerde trafoların ve nötr iletkenlerin aşırı ısınıp yangın tehlikesi oluşturmalarına sebep olabilir.

Şebeke gücü kesilirse ne olur?

Bir UPS’in bir bilgisayarı ani bir güç kaybına karşı koruyup koruyamayacağı genelde UPS’in fişini çekip sonucu görmekle test edilir. Eğer bilgisayar hala çalışıyorsa, UPS bu iş için uygun görünür. Yaptığımız bir testde gördük ki bu test, olabilecek güç hatalarının sadece zayıf bir simulasyonudur ve bazı UPS markaları gerçek güç hatalarına bu basit “fişi çek” testinden daha fazla tepki süresi veriyorlar. Bu demektir ki “fişi çek” testinden 100 kez başarıyla geçmiş bir UPS, gerçek bir sorun karşısında bilgisayarınızı koruyamayabilir.

Fiş çekme testi ile gerçek bir güç sorunu arasındaki benzerlik her iki durumda da bilgisayara gerilim verilmemesidir. Ana fark, gerçek bir güç kaybında (real power outage) binanızdaki diğer elektriksel yükler UPS’inizin güç kablosuna bağlı kalırlar. Bu yüklerin güç çekişi UPS’e oranla çok fazladır ve bundan dolayı UPS girişinde bir kısa devre sunarlar. Bununla fişi çekme testi arasında derin bir farklılık vardır.

Şekil 1A	Şekil 1B

Çoğu UPS üreticileri güç kesintisi tespit edildiğinde devreye yedek güç ünitesini sokan tepki sistemi kullanırlar. Fişi çekme durumunda UPS çıkışına hemen enerji verilir ve sonuç mükemmeldir. Gerçek bir güç sorununda, yedek ünite, transfer anahtarı hareketini tamamlayıncaya kadar kısa devre edilir. Dolayısıyla fiş çekme testine göre ek bir tepki zamanı ortaya çıkar. Pratikte bu tepki zamanı %20 ila %50 arasında artabilir. Belli koşullar altında anahtar ark yaratabilir ve güç kusuruna tepki 8 ms yada yarım periyod artabilir. Sonuç olarak bu sistemi kullanarak elde edilen performans tutarlı değildir.

Bazı üreticilerin UPS ürünleri değişik bir sistem kullanır. Bunların sisteminde UPS “beyni” transfer anahtarının işini tamamladığından emin oluncaya kadar yedek güç ünitesini devreye sokmaz. Bu yapıda yedek güç hiçbir zaman güç giriş kablosuna bağlanmaz. Anahtar, güç girişi yerine yedek gücü seçinceye kadar yedek güç devreye girmez. Bundan dolayı gerçek güç sorunlarına olan tepki “fişi çek” testininkiyle aynıdır.

Doğru Tercihi Yapmak:

Aşağıdaki tablo hangi sorunlar için hangi cihazların uygun olduğunu göstermektedir:

UPS niçin kullanılır?

UPS elektrik ile çalışan hassas cihazlarımızın kesintisiz ve sağlıklı çalışmasını sağlamak için kullanılır. En doğru seçim, maliyeti yüksek olmasına rağmen OnLine UPS kullanmaktır.
Ancak; düşük maliyet ile çözüm düşünüldüğünde, elektriksel risk olasılığı küçük olan yerlerde ( 1 veya 2 PC bağlanacak ofis ortamları, ev içi kullanımlarda, hassas olmayan elektriksel cihazların beslenmesinde vs.) Line Interactive UPS modelleri de tercih edilebilir…

OnLine-Line Interactive UPS nedir?

UPS’ler temel olarak 3 çeşide ayrılırlar. Bunlar;

1-) Eviricinin sürekli devrede olduğu beklemesiz olarak çalışan OnLine UPS‘ler,

2-) Şebeke etkileşimli olarak çalışan Line Interactive UPS‘lerdir,

3-) Eviricinin sadece şebeke arızası durumunda yükü beslediği, beklemeli olarak çalışan Off Line UPS (Stand-By UPS)’ler,

OnLine UPS‘lerde şebekede enerji olsun ya da olmasın yük sürekli olarak evirici üzerinden beslenir. Şebekede enerji olduğu sürece hem aküler şarj edilir, hem de şebeke ile aynı frekansta çalışan evirici yardımıyla yük beslenir. Şebekede kesinti olması durumunda aküden aldığı enerjiyi yüke aktarır. Yükün bu biçimde beslenmesi sırasında şebekeden veya aküden besleniyor olması UPS çıkış gerilim kalitesi ve sürekliliğini değiştirmemektedir. Son teknoloji ürünler hep OnLine UPS mantığı ile üretilmektedir.

Online UPS sistemleri, motor-jeneratör uygulamaları gibi dengesiz frekansın sorun olduğu alanlarda da kullanılabilir. Ayrıca aşırı yüklenme, aşırı ısı, kısa devre gibi UPS üzerinde oluşan herhangi bir arıza durumunda yük Statik Anahtarlar üzerinden kesintisiz olarak şebekeye aktarılır. En iyi çıkış OnLine UPS sistemlerinde elde edilir. Çünkü şebeke arıza durumu hariç daima AC/DC/AC dönüşümü ile yüke enerji sağlar. Çıkış bu yüzden Off Line ve Line Interactive UPS sistemlerinden daha iyidir.

Line Interactive UPS‘lerde şebeke varken evirici pasiftir ve bu durumda şebeke gerilimini regüle eden kısım ve akü şarj birimi aktiftir. Akü grubu ve evirici kısmı, şebeke enerjisi kesildiğinde devreye girer ve aküler üzerinden yükü besler. Akülerin doldurulması şebekenin normal olduğu durumda eviricinin ters yönde işletilmesiyle sağlanır.

Şebeke hatası oluştuğunda Statik Aktarım Anahtarı açılır ve güç akışı akülerden UPS çıkışına doğru akmaya başlar. Çıkışa bağlı olan düşük anahtarlama geçişi özellikli regülasyon sistemi sayesinde gerilim düzenlemesi sağlanır ve gerçek düşük şebeke geriliminde (Brownout) de UPS’in çalışması sağlanır. Aksi halde UPS anahtarlarının aküden çalışma durumuna geçirilir. Bu durum UPS’in çok zayıf şebekelerde de çalışabilmesine imkan vermektedir.

Line Interactive UPS’ler piyasada özellikle voltaj regülasyonlu UPS olarak bilinmektedir. Bu doğrudur ancak; line interactive UPS’lerin birçoğu giriş gerilimini belirli toleranslar içerisinde kaldığı sürece olduğu gibi çıkışına yani yüke vermektedirler. Bu toleranslar cihaz üreticilerinin tercihine bağlı olarak değişebilmekle birlikte genel olarak 200 VAC ile 235 VAC aralığında oynamaktadır. Bu durum hassas cihazlar için oldukça önemli bir risktir.

Off Line UPS (Stand-By UPS)’lerde şebekede enerji bulunduğu sürece yük şebekeden beslenir, ancak evirici hazır bekletilir ve şebekede enerji kesildiği anda devreye girerek yükü beslemeye devam eder. Off Line UPS’ler tercih edilirken şebeke kesintisi durumunda devreye girme süresi en kısa olanı tercih edilmelidir. Daha çok tek kullanıcılı bilgisayar sistemleri ve çok hassas olmayan elektronik cihazlar için

KGK-GÜÇ Hesabı

UPS’e bağlanabilecek yükler üç ana gruba ayrılabilir:

a-) Endüktif Yükler : Bünyesinde elektrik motoru veya trafo bulunan cihazlar endüktif yükleri oluşturur. Bu tip yükler ilk enerji verildiğinde gerçek güçlerinin çok üstünde akım çektikleri için toplam güç hesabı yapılırken etiket güçlerinin iki katı alınmalıdır. Böylece açılış anındaki aşırı yüklenmeler tolere edilmiş olur.
UPS’lerde güç birimi genellikle VA ( Voltamper ) olarak kullanılır. Endüktif özellikteki cihazların etiketlerinde belirtilen güç W ( Watt ) cinsinden verilmişse VA cinsine çevirmek için 0,8 katsayısına bölünmesi gerekir. Endüktif yükler açılışta yüksek akım çektikleri gibi çalıştıkları sürede yüksek gerilim pikleri oluştururlar. Özellikle içinde elektrik motoru bulunan cihazlar bu özelliklerinden dolayı Ups’lerin arıza yapmasına sebep olduğu için mümkünse Ups’den beslenmemeleri tercih edilmelidir.
Büro malzemesi olarak fotokopi makinaları ve laser printerler ile florasan ampul, elektrik süpürgesi veya matkaplar Ups için tehlikeli yüklerdir.

b-) Kapasitif Yükler : Hemen hemen bütün büro malzemelerinin besleme üniteleri kapasitif özellik gösterirler. Kapasitif yükler açılış anında yüksek akımlar çekerler ve normal çalışmalarında sinüs işaretinin çoğunlukla tepelerinden akım çektikleri için ölçüm yoluyla güç tesbiti yapılırken hatalı sonuç verirler.
UPS’ler için herhangi bir tehlike oluşturmazlar. Bilgisayarlar, monitörler, dot matriks printerler ve telefon santralleri kapasitif özellikteki yüklerdir. Güç tesbiti yapılırken açılış akımları göz önünde bulundurulmalıdır.

c-) Rezistif Yükler : UPS’lerde en az problem çıkarabilecek yüklerdir. İlk enerjilenmelerinde herhangi bir aşırı yüklenme oluşturmazlar. Dengeli ve sürekli yüklerdir.
Elektrikli ısıtıcılar ve flamanlı ampuller rezistif yüklerdir. Bu yüklerde dikkat edilecek unsur, güçlerinin yüksek olması (özellikle elektrikli ısıtıcılar) ve izolasyon standartlarına uymamalarından dolayı kısa devrelere neden olabilecekleridir.

Aşağıda Bazı Cihazların Güçleri Belirtilmiştir !!!

Sunucu 500 VA
Standart PC 500 VA
Multimedya PC 250 VA
Ağ Sunucusu 750 VA
Dump Terminal 100 VA
PC Terminal 150 VA
14 inch Monitör 75 VA
15 inch Monitör 100 VA
17 inch Monitör 150 VA
Inkjet Yazıcı 100 VA
Nokta Vuruşlu Yazıcı 150 VA
Lazer Yazıcı 500 VA
A3 Lazer Yazıcı 750 VA
Ağ Yazıcısı 750 VA
Tarayıcı 100 VA
Kasa 300 VA
Router 200 VA
PBX Telefon Santralı 300 VA
Faks 100 VA
Modem 50 VA
Kablosuz Telefon 20 VA
20 Watt Ampul 30 VA
30 Watt Ampul 45 VA
40 Watt Ampul 65 VA
70 Watt Renkli TV 150 VA

kaynak: www.ardendemirci.org

Bu konuyla ilgili sorularınızı alt kısımda bulunan yorumlar alanını kullanarak sorabilirsiniz.