Kesintisiz Güç Kaynağı Nedir?

Kesintisiz güç kaynağı

Kesintisiz güç kaynağı nedir?

Kesintisiz güç kaynağı, elektrik kesintisi olmayan yüklerin beslenmesinde çok önemli bir rolü vardır.

Kesintisiz Güç Kaynağı Nedir?

Kesintisiz güç kaynağı UPS adıyla bilinmektedir. UPS, kesintisiz güç kaynağı anlamına gelen “Uninterruptible Power Supply” kelimelerinin baş harflerinin birleşmesinden meydana gelmiştir.

Kesintisiz güç kaynakları (KGK – UPS) , elektriksel güç kaynağınız ile bilgisayar sisteminiz arasında bulunan ve bu sistemin dahilindeki bileşenleri elektrik akımındaki anormalliklerden ya da iniş çıkışlardan koruyan bir donanımdır. UPS’ler sadece bilgisayar sistemleri için değil düzenli ve kesintisiz elektrik enerjisine ihtiyaç duyan bütün sistemler için vazgeçilmez bir ihtiyaçtır.

KGK  iki esas  görevi:

• Koruma sağlamak.
• Yedek enerji sağlamak.

KGK’ ların görevlerinin bilindiğinin aksine en büyük yanlışlardan biri jeneratörler ile karıştırılmalarıdır. KGK’ ların kullanım amaçları elektrikler kesildikten sonra devreye girerek  5-10 dakika içinde açık dosyaları kapatmak ve saklamak veya acil işlemleri tamamlamak için kullanıcıya zaman kazandırmaktır.  KGK’ lar jeneratörler gibi uzun süreli enerji sağlamadıkları gibi kullanım amaçları da bu değildir. En iyi kesintisiz güç kaynağı devreye saniyeler içinde giren güç kaynağıdır.

KGK’ lar Neden Önemlidir?

UPS’de gücün sürekliliğini sağlamak için aküler kullanılmaktadır. Elektrik kesildiğinde bilgisayar, kendisi için gerekli olan enerjiyi aküden sağlar ve çalışmasına devam eder. Akü ömrü 1 ile 5 yıl arası olup bu süre kullanıcıya, ortam ve çalışma şartlarına bağlıdır.

Elektriğin kesildiği an ile UPS’den sisteme enerjinin verildiği an arasında geçen süreye “transfer süresi” denir. Transfer süresi ne kadar düşükse o kadar iyidir. Transfer süresi, UPS çeşidine göre 0 ms ile 20 ms arasında değişmektedir. Transfer süresinin en fazla 4 ms olması beklenir.

KGK (Kesintisiz Güç Kaynağı); elektrik yükünün bağlı bulunduğu şebekede meydana gelen veya gelebilecek olan gerilim dalgalanmaları(ani voltaj sıçramaları, çöküntüler, frekans değişimleri, yüksek veya düşük gerilim) harmonikler kısa yada uzun süreli elektrik kesintileri gibi durumlarda yük bu değişimlerden hassaslığı oranında etkilenir. Özellikle veri işleme, sağlık, güvenlik gibi çok hassas yükler kesintilerden en fazla etkilenen gruplardandır. Örnek olarak bilgisayar beslemesindeki ani kesintiler kaydedilmemiş verilerin kaybolmasına sebep olur. Ayrıca bu kesintilerin kayıtlı verilere de zarar verebileceği bir gerçektir.

Yeterli koruması bulunmayan cihazların bu gibi durumlarda karşılaşacakları sorunlar:

• Güç kartları yanabilir.
• Ekranlar zarar görebilir.
• Hard disk’e yazarken elektrikler kesilirse tüm bilgiler kaybolabilir.
• Elektronik kartta yol (path) hataları ile karşılaşılabilir.
• Aniden enerji kesilirse hard diskte şifre koruması kullanılıyorsa ve oku/yaz sırasında şifre kayıp olabilir.
• Bilgisayar yazılım donanımın herhangi bir parçası zarara uğrayabilir.

KGK’ lar cihazları olumsuz şebeke şartlarından koruyan ve AC kesintisi sırasında kesintisiz enerji sağlayarak cihazların bilgi aktarma işlemlerinin sürekliliğine olanak veren bir elektrik-elektronik cihazdır.

• KGK şebekede meydana gelen parazitleri süzer ve kritik yükü etkilemeyecek duruma getirir. Böylece yük şebekede meydana gelen her tür elektriksel gürültüden temizlenmiş enerji ile beslenir.
• Cihazın içinde bulunan eviriciden elde edilen parazitlerden arındırılmış, voltajı ve frekansı ayarlı AC gerilim kritik yüke aktarılır. Böylece kritik yükün şebekedeki tolerans sınırları içindeki gerilim ve frekans değişimlerinden etkilenmesi önlenmiş olur.
• Şebeke kesintisi olduğu zaman kritik yük KGK’ dan beslenmeye devam ettiği için kesintiden etkilenmez.
• KGK’ dan kaliteli enerji ile beslenen cihazların şebeke düzensizliklerden meydana gelen arızalar önlemiş ve bu cihazların kullanım süreleri uzamış olur.

Kesintisiz Güç Kaynağı İç Yapısı ve Kesintisiz Güç Kaynağı Çalışma Prensibi

Devre Şeması

Kesintisiz güç kaynağı (KGK), şebekeden gelen AC gerilimi önce doğrultucu ile DC gerilime çevirir. Doğrultucu hem eviriciye gerekli olan enerjiyi, hem de akü için gerekli olan DC gerilimi sağlar. Bu DC gerilim, akünün şarj edilmesinde kullanılır.

Akü ancak DC gerilimle şarj edilebilir. Doğrultucudan çıkan DC gerilim bu şekliyle bilgisayarın işine yaramaz. Çünkü bilgisayarlar AC gerilimle çalışırlar. Bundan dolayı burada devreye “evirici” girer. Eviricinin görevi, doğrultucudan sağlanan DC gerilimden, istenen standart efektif değerde ve frekansta, AC gerilim üretmektir.

KGK’lerin bir kısmında, evirici güç katında oluşan bir arıza durumunda kritik yüklerin beslemesiz kalmaması için konulmuş “bypass anahtarı” olarak isimlendirilen bir yapıda vardır. Evirici katında meydana gelecek bir arıza halinde gerilim kesintisiz olarak bypass kaynağına aktarılır.

Bypass anahtarı ile KGK, kendisine bağlı sisteme genel olarak şebeke gerilimini doğrudan iletir. Bypass anahtarı daha çok online KGK’larda kullanılır. Şebeke geriliminin kesilmesi yada sınır değerlerinin dışına çıkması halinde doğrultucu çalışmasını durdurur. Evirici böyle bir durumda doğrultucu ile şarj edilmiş olan aküden çektiği DC gerilimi, yine AC gerilime dönüştürerek bilgisayar sistemini belli bir süre daha kesintisiz olarak istenen değerde beslemeye devam eder. Bu süreye “destek süresi (runtime)” denilir. Destek süresi, bilgisayarın çekeceği yükün miktarına, KGK’ nın kapasitesine ve akü miktarına göre değişir. Tam yükle çalışan ortalama bir masaüstü sistemi için 5 ilâ 15 dakikalık bir destek süresi yeterlidir

KGK içerisinde bulunan kontrol elektroniği ünitesi; şebeke, doğrultucu, akü ve eviriciyi devamlı denetleyerek bu birimlerin uyum içinde çalışmasını sağlar.

Kesintisiz Güç Kaynakları Çeşitleri

KGK’ lar yapıları gereğince:

• Statik KGK
• Dinamik KGK

Kesintisiz güç kaynakları üç farklı topolojiye sahiptir. Bunlar;

1. Standby (Off – Line) KGK-UPS
2.  Line – Interactive KGK- UPS
3. On-line KGK- UPS

Standby Off-line Güç Kaynakları: 

Off line kesintisiz güç kaynağı en basit yapıda olan güç kaynaklarıdır. Şebekede enerji varsa röle sistemi ile şebeke enerjisini direkt çıkışa aktarırlar. Alıcıları şebekeden çalıştırırken aynı anda alternatif akımı doğrultup aküleri şarj ederler. Şebekede herhangi bir kesinti olmadığı süre içinde beklemede kalan (inverter ‘off’), fakat kesinti anında devreye girerek yüke enerji sağlayan sistemlerdir. Off-line sistemde çalışan KGK’ nda kesinti anında 2 ms içinde bir röle devreye girer ve yüke enerji aktarımını sağlar. İnverter çıkışları genellikle kare dalga şeklindedir. Küçük güçler için bu kesintisiz güç kaynakları tercih edilir. Son senelerde gelişmiş modellerde otomatik voltaj regülatörleri de mevcuttur.

Line-Interactive Güç Kaynakları:

Çalışma sistemleri off-line KGK ile aynıdır. Yani normal koşullar altında inverter devrede değildir. Enerji kesildiği zaman ya da kesintisiz güç kaynaklarının regüle edebileceği sınırların dışına çıktığı zaman devreye girer. Bu regüle işlemi belirli gerilim sınırları arasında transformatör kademeleri kullanılarak yapılmaktadır. Bazı KGK’da bu işlem mikroişlemci kontrollü olarak yapılır. Son yıllarda bütün line-interactive modellerde gerilimi oransal olarak kullanan otomatik voltaj regülatörü (AVR, OVR) bulunmaktadır.

Line interactive KGK

Bu sistemlerde çalışan KGK’ larda Smart Boost ve Smart Buck özellikleri mevcuttur. Giriş gerilimi normal değerinin belli bir yüzdenin altına indiği zaman veya üzerine çıktığı zaman çıkış gerilimini belli bir katsayı ile çarparak azaltır ya da arttırır. Off-line sistemlerdeki gibi aküye geçme durumunda bir gecikme durumu meydana gelir.

Line–Interactive KGK’ larda inverter kartı anahtardan sonra yerleştirilir.  Bu durumda off-line sistemlere göre daha temiz dalga çıkış elde edilirken anahtarlamadan kaynaklanabilecek gürültüler azalır.

On-line Güç Kaynakları: 

On line tipi KGK’ları daha büyük güçler için dizayn edilirler. Her daim devrede olan (inverter ‘on’) sistemlerdir. Bu şekilde çalışan kesintisiz güç kaynaklarında inverter her daim devrede olduğundan herhangi bir kesinti anında off-line sistemlerde görülen transfer gecikmesi meydana gelmez.

On-line KGK

Çıkıştaki yükleri baypas sistemi sayesinde;

• Direkt şebekeden
• İnverter ile şebekeden
• İnverter ile akü guruplarından çalıştırma gibi üç farklı çalışma şekli vardır.

Mikro işlemci kontrollü yapılan bu cihazlar devamlı şebeke enerjisini analiz eder ve en doğru çalışma şeklini otomatik olarak seçerler. On-line sistemler şebekedeki voltaj ve frekans düzensizliklerini regüle ederek gürültüleri filtre eder ve düzgün bir sinüs dalgası üretirler. Çıkışları genel olarak tam sinüs dalgası şeklindedir. Bir faz çıkışlı olabileceği gibi büyük güçlerde genellikle üç fazlı çıkış verirler. Tek bir alıcıyı çalıştırmak yerine daha geniş bir sistemi çalıştırmak için kullanılırlar. On-line sistemler yük değişimlerinden etkilenmezler. On-line KGK’ ları her türlü en ideal korumayı sağlar.

Bir KGK’ nın meydana geldiği elemanlar ve nasıl çalıştığı aşağıdaki şekilde anlatılmıştır.

On- line Modunda Bir KGK

On-line KGK ile off-line KGK arasındaki fark; akımın hangi yönde aktığıdır. Yukarıdaki şekilde düz çizgi gösterilen yol akımın normal şebeke şartlarında izlediği yolu, kesikli çizgi ise buck-up (aküden çalışma) durumunda akımın izlediği yolu göstermektedir. Off–line modda, şebeke koşulları normal ise transfer anahtarı filtrelenmiş şebeke işaretini seçecek şekilde konumlanır, bu devre asıl kaynaktır.

Şebeke şartları bozulduğu zaman ise (elektrik kesilmesi veya gerilimdeki oynamalar) anahtar akü-inverter devresine bağlıdır ve burası asıl kaynaktır. İnverter devresinde herhangi bir arıza meydana geldiği zaman ise yedek kaynak olarak filtrelenmiş şebeke gerilimi alınır.

Herhangi bir elektrik kesintisi anında off-line KGK’ da anahtar akü/inverter devresine bağlanıncaya kadar bir transfer süresi meydana gelir. Bu süre 2 ms’dir. On–line KGK’larda ise akü-inverter kısmı zaten devrede olduğu için kesinti anında herhangi bir gecikme meydana gelmez.

KGK İçerisinde Bulunan Her Bir Devre Ne İş Yapar?

Redresör: Aküyü şarj etmek için alternatif akımı doğru akıma çevirir.

Akü: Elektrik enerjisini depolayarak, kesinti anında devreye girer ve enerji verir.

İnverter: Akü çıkışındaki doğru akımı alternatif akıma dönüştürür. İnverteri KGK’ nın en önemli değişmez bir elemanıdır. Kare, adım veya sinüs dalga olarak anlatılan çıkışlar hep inverter devresinin çıkışlarıdır (Bypass devresi çıkışları sinüstür).

Statik Transfer Anahtarı: Mekanik anahtar (röle) ve yarı iletken anahtardan (SCR, Triyak) meydana gelir ve şebeke koşullarına göre konumlanır.

Yüksek Gerilim Bastırıcı: Şebekeden meydana gelebilecek anlık yüksek gerilimi bastıracak cihazlar için tehlikeli olmayacak seviyelere indirir.

Filtre: Şebekeden veya elektronik malzemelerden meydana gelebilecek bozuk işaretleri (gürültüleri) süzerek temiz bir çıkış işareti verir.

Otomatik Voltaj Regülatörü (OVR, AVR): Giriş voltajını regüle ederek artı-eksi tolerans dahilinde regüle edilmiş çıkış verir.

Kontrol Devresi: Enerji, voltaj ve yük durumunu izler.

Enerji Düzensizlikleri

Spike 

Şebeke voltajında ani yükselmedir. Bilgisayar çalışmalarını sekteye uğratabilecek hatta ekipmana zarar verebilecek yüksek genlikli anlık olaylardır. Spike çeşitli sebeplerden meydana gelebilir. En önemli bir sebep uzak bir yere ya da enerji iletim hatlarına düşen bir yıldırımdır. Bunlar gerilimde büyük sıçramalara sebep olabilir. Spike meydana getiren diğer etkenler; büyük elektronik yüklerin ya da şebekenin açılıp kapanması ve statik deşarjdır. Spike meydana geldiğinde en yıkıcı durum donanımın zarar görmesidir. Yüksek gerilim darbeleri mikroçip yollarında delikler açabilir.

Surge

Bir periyottan uzun süren aşırı gerilimdir. Surge, büyük miktarda güç çeken hattaki bir cihazın aniden durması yada kapatılması sonucu meydana gelebilir. Şebekeler büyük yükleri hat dışında anahtarladıkları zaman surge meydana gelebilir. Bir surgenin büyüklüğünden daha çok süresi önemlidir. Uzun ya da çok sık surgeler bilgisayar donanımına hasar verebilir.

Sag

Sag (çöküntü) surgenin tersi yani zıttıdır. Bunlar uzun süreli, düşük gerilim halleridir. Topraklama hataları, yıldırım düşmesi, zayıf güç sistemleri, büyük elektriksel yüklerin ani start-upları gerilim çöküntülerinin nedenleridir. Çöküntüler, bilgisayarlara cidi bir tehdit meydana getiirebilir. Çöküntüler disk sürücüleri yavaşlatabilir, okuma hatlarına ve çökmelerine bile neden 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 sorun, radyo frekans (RF) gürültüsüdür. RF gürültüsü, elektrik kabloları üzerinde dolaşan yüksek frekanslı sinyallerden meydana gelir. RF gürültüsü, yıldırım çarpması, radyo iletimleri ve bilgisayar kesintisiz güç kaynağı tarafından meydana gelebilir. Gürültü, hatalı data iletimine ve bilgisayar işlemi yazıcı veya terminal hatalarına neden olabilir.  Sinüs dalga şeklinin bozulmasına sebep olur.

Brown-out

Şebeke voltajında uzun süreli bir düşmedir. Genel olarak yoğun iş saatlerinde oluşur. Dakikalar, bazen saatler süren uzun süreli düşük gerilim durumlarıdır. Tepe akım isteği kapasitenin üzerinde olduğunda şebekeler tarafından yaratılırlar. Brown-out, lojid devre ve disk sürücüleri düzgün çalışmaları için gerekli gerilimden yoksun bırakarak hatalı çalışmalarına yada donanım hasarlarına neden olurlar.

Black-out

Dakikalar, saatler bazende günler boyu süren sıfır gerilim durumlarıdır. Enerji dağıtım şebekesine, taşıyabileceğinden daha fazla yük bindirildikçe daha sık olarak oluşurlar. Black-out, kazalar, doğal afetler ve topraklama hatalarından meydana gelebilir.  Tamamen gerilim yokluğudur ve bilgi kaybına sebep olur. En önemli etkisi sistem çökmelerine neden olmasıdır. Güç aniden kesildiği zaman disk sürücüler ya da diğer sistem bileşenleri zarar görebilir.

Harmonikler

Normal sinüs dalgada meydana gelen bozukluklardır. Harmonikler, gerisin geri AC hattına lineer olamayan yükler tarafından itilirler. Fotokopi ve fax makinaları, değişken hızlı motorlar, bilgisayarlar lineer olamayan yüklere örnek gösterilebilir. Bu harmonikler, AC hattına bağlı diğer cihazların çalışmalarına engel teşkil edebilir. Harmonikler, donanım hasrlarına ve iletişim hatalarınaa neden olabilir. 3 fazlı sistemlerde transformatörlerin ve nötr iletkenlerin aşınarak ısınıp yangın teehlikesi meydana getirmelerine neden olabilir.

Enerji Düzensizliklerine Sebep Olan Etkenler

Yüksek frekanslı makine kullanımına bağlı enerji sıkıntısı. Endüstriyel alanların veya tesislerin çevresinde motor, makineler veya kaynak makinelerinin kullanılması sonucu ortaya çıkan çok yüksek veya alçak geçiş voltajı, parazit ve gürültü. Yıldırım, fırtına ve elektrik şokları, deprem, tayfun gibi doğal afetler enerji problemlerine sebep olur.

KGK (kesintisiz güç kaynağı) Kullanım Alanları

Hem hayati önem taşıyan kuruluşlarda hem de endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılan KGK’ ların kullanım alanları:

• Bilgisayarlar ve bilgisayar destekli otomasyon sistemleri
• Bilgisayar destekli üretim-amabalajlama tezgahları (metal işleme, tekstil, otomotiv gibi)
• Hava trafik kontrol merkezleri
• Tıbbi elektronik cihazlar, hastaneler
• Hava alanı aydınlatması
• Soğutma cihazları
• Haberleşme ve yayın kuruluşları
• Asansörler
• yük asansörleri
• Elektronik kapılar
• Elektronik teraziler
• Acil durum aydınlatmaları ısıtma cihazları
• Barkod cihazları
• Yazar kasalar
• Askeri radar sistemleri

KGK bu ihtiyaçları karşılamak amacıyla oraya çıkmış statik elektronik düzenlerdir. Güç elektroniği ve elektronik tekniğindeki gelişmelere paralel olarak yenilen KGK, günümüzde kesintisiz güç kaynağı firmaları tarafından tüketicilerin isteklerine cevap verecek özellikte ve performansta KGK imalatı yapılabilmektedir. Piyasada birçok kesintisiz güç kaynağı markaları bulmak mümkündür. Kesintisiz güç kaynağı fiyatları da gücüne, markasına, iç dizaynında kullanılan hassasiyetlerine göre değişmektedir.

KGK’lar Hangi Cihazlar ile Kullanılır?

POS cihazı, ink-jet ve bubble, inkjet veya pen plotter, güvenlik sistemleri, jet yazıcı, terminal, faks makinesi, digitizer, fax-modem cihazı, scanner, telefon santrali, dot-matrix yazıcı ve bunun gibi her türlü elektronik cihaz kesintisiz güç kaynağına bağlanabilir.

Elektrikli ısıtıcılar, aydınlatma cihazları, lazer yazıcılar, fotokopi makineleri, soba, klima, vantilatör gibi cihazlar KGK’ ya bağlanmaz. Bu tür cihazlar daha çok rezistif yük meydana getirirler, kalkış akımları fazladır. Bundan dolayı KGK’ nın ısınmasına veya ilk açılış sırasında zarar görmesine neden olurlar.