Kesintisiz güç kaynakları, elektrik kesintisine tahammülü olmayan kritik yüklerin beslenmesinde çok önemli bir görev üstlenmektedir.

Kesintisiz Güç Kaynağı (K.G.K.); cihazları olumsuz şebeke koşullarından koruyan ve AC kesintisi sırasında enerji sağlayarak bilgi aktarma işlemlerinin devamlılığına imkan veren bir cihazdır.

K.G.K. 'nın iki ana fonksiyonu vardır ;

► Koruma sağlamak.
► Yedek enerji sağlamak.

K.G.K. 'ların işlevinin anlaşılmasındaki en büyük yanlışlardan biri jeneratörlerle karıştırılmalarıdır.

K.G.K. 'ların kullanım amaçları elektrikler kesildikten sonraki 5-10 dakika içinde açık dosyaları kapatmak ve saklamak veya acil işlemleri tamamlamak için kullanıcıya zaman kazandırmaktır.

K.G.K. 'lar jeneratörler gibi uzun süreli enerji sağlamazlar ve kullanım amaçları da zaten bu değildir.

 

Ülkemiz enerji bakımından oldukça sorunlu bir ülkedir. Artık eskisi kadar sık elektrik kesintileriyle karşılaşmasak da uzun süreli yüksek veya düşük gerilim, ani voltaj sıçramaları ve frekans değişimleri gibi sorunlarla sık sık karşılaşmaktayız.

Yeterli koruması bulunmayan cihazların bu gibi durumlarda karşılaşacakları sorunları listelersek;

► Güç kartları yanabilir.
► Ekranlar kararabilir.
► Hard disk'e yazarken elektrikler kesilirse tüm bilgiler kaybolabilir.
► 'Path' hatalarıyla karşılaşılabilir.
► Hard diskte şifre koruması kullanılıyorsa ve oku/yaz sırasında enerji kesilirse şifre kaybedilebilir.
► Donanımın herhangi bir parçası zarar görebilir.

Piyasada yer alan K.G.K. 'lar 3 farklı sistemde çalışırlar.

1) Off-line Sistemler:

Şebekede herhangi bir kesinti olmadığı sürece beklemede kalan (inverter 'off'), ancak kesinti anında devreye girerek yüke enerji sağlayan sistemlerdir. Bu sistemde çalışan K.G.K. 'larda kesinti anında tipik olarak 2 ms içinde bir röle devreye girerek yüke enerji aktarımını sağlar. Son yıllarda gelişen modellerde otomatik voltaj regülatörleri de vardır.

2) On-line Sistemler:

Her zaman devrede olan (inverter 'on') sistemlerdir. Bu şekilde çalışan K.G.K. 'lar da inverter her zaman devrede olduğu için herhangi bir kesinti anında off-line sistemlerde görülen transfer gecikmesi meydana gelmez. On-line sistemler şebekedeki voltaj ve frekans düzensizliklerini regüle ederler ve gürültüleri filtre ederek düzgün bir sinüs dalgası üretirler. Ayrıca yük değişimlerinden etkilenmezler. Her türlü en ideal korumayı on-line K.G.K. 'lar sağlar.

3) Line-Interactive Sistemler:

Çalışma sistemleri offline K.G.K. 'lar ile aynıdır, yani normal şartlar altında inverter devrede değildir ancak enerji kesildiğinde ya da K.G.K. 'nın regüle edebileceği sınırların dışına çıktığında devreye girer. Bazılarında bu işlem mikroişlemci kontrollü olarak yapılır. Günümüzde tüm line-interactive modellerde gerilimi oransal olarak kullanan otomatik voltaj regülatörü bulunmaktadır. Bu sistemlerde çalışan K.G.K 'larda Smart Boost ve Smart Buck özellikleri vardır. Giriş gerilimi normal değerinin belli bir yüzde kadar altına indiğinde ya da üzerine çıktığında çıkış gerilimini belli bir katsayıyla çarparak azaltır veya arttırır. Off-line sistemlerdeki gibi aküye geçme durumunda bir gecikme durumu söz konusudur. Line–Interactive K.G.K. 'larda inverter katı anahtardan sonra yer alır. Böylece off-line sistemlere göre daha temiz dalga çıkış elde edilir ve anahtarlamadan kaynaklanabilecek gürültüler azalır.

 

Bir K.G.K. 'nın hangi elemanlardan oluştuğu ve nasıl çalıştığı Şekil- 1'de, off-line ve on-line çalışma modları ise Şekil-2 'de ve Şekil-3' de açıklanmıştır.

► Şekil 1: K.G.K. 'ların yapısı

► Şekil 2: Off-line çalışma modu

► Şekil 3: On-line çalışma modu

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

Şebeke şartları bozulduğunda ise (elektrik kesilmesi veya gerilimdeki oynamalar) anahtar akü / inverter devresine bağlıdır, dolayısıyla burası asıl kaynaktır. İnverter devresinde herhangi bir arıza olduğunda ise yedek kaynak olarak filtrelenmiş şebeke gerilimi alınır.

Herhangi bir elektrik kesintisi anında Off-line K.G.K. 'da anahtar akü / inverter devresine bağlanıncaya kadar bir transfer süresi meydana gelir. Bu süre tipik olarak 2 ms 'dir. On–line K.G.K.'larda ise akü / inverter kısmı zaten devrede olduğundan kesinti anında herhangi bir gecikme oluşmaz.

►Redresör: Aküyü şarj etme amacıyla alternatif akımı doğru akıma çevirir.

►Akü: Elektrik enerjisini depolar ve kesinti anında devreye girerek enerji verir.

► İnverter: Akü çıkışındaki doğru akımı alternatif akıma çevirir. İnverteri K.G.K. 'nın kalbi gibi düşünebiliriz. Kare, adım ya da sinüs dalga olarak bahsettiğimiz çıkışlar hep inverter devresinin çıkışlarıdır (Bypass devresi çıkışları sinüstür).

► Statik Transfer Anahtarı: Mekanik anahtar (röle) ve yarı iletken anahtardan (SCR, Triac) oluşur ve şebeke şartlarına göre konumlanır.

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

► Filtre: Şebekeden ya da elektronik malzemelerden kaynaklanabilecek bozuk işaretleri (gürültüleri) süzerek temiz bir çıkış işareti verir.

► Otomatik Voltaj Regülatörü (OVR, AVR): Giriş voltajını regüle ederek belli bir tolerans dahilinde regüle edilmiş çıkış verir.

► Kontrol Devresi: Enerji, voltaj ve yük durumunu izler.

Enerji Düzensizlikleri

►Sıçrama (Spike): Voltajda ani yükselmedir.

►Sarkma (Sag): Voltajda anlık bir düşmedir.

►Black-out: Tamamen gerilim yokluğudur ve bilgi kaybına neden olur.

►Brown-out: Voltajda uzun süreli bir düşmedir, genellikle yoğun iş saatlerinde meydana gelir.

►Gürültü: Bir çeşit girişimdir. Şebekeden kaynaklanabileceği gibi elektronik malzemenin doğasından da kaynaklanabilir. Sinüs dalga şeklinin bozulmasına neden olur.

 

Lazer yazıcılar, fotokopi makineleri, elektrikli ısıtıcılar, soba, vantilatör, klima gibi cihazlar ya da aydınlatma cihazları K.G.K. 'ya bağlanmaz. Bu tür cihazlar daha çok rezistif yük oluştururlar, kalkış akımları fazladır ve K.G.K.'nın ısınmasına ya da ilk açılış sırasında zarar görmesine sebep olurlar. Zaten K.G.K. 'nın amacı bu tür cihazları korumak değildir.

► İki veya daha fazla K.G.K. kaskad (art arda, birinin çıkışı diğerinin girişine) bağlandığında daha fazla güç elde edilmez : İki K.G.K. artarda bağlandığında toplam güç artmaz. Örneğin bir K.G.K.'nın çıkışı ikinci bir K.G.K.'nın girişine bağlanır, ikinci K.G.K.'nın çıkışına yük bağlanırsa, burada tüm yük aslında 1. K.G.K.'nın üzerine biner, çünkü 2. K.G.K.'ya bağlı olan yük 1. K.G.K. üzerinden korunmaktadır. Dolayısıyla 2kVA'lık bir yükü korumak için 2 adet 1kVA'lık K.G.K. kesinlikle kaskad bağlanmamalıdır. Bu yapılırsa toplam gücü 1kVA olan bir sisteme 2kVA'lık bir yük bineceğinde %100 aşırı yüklenmiş olur. Eğer daha fazla güç elde edilmesi isteniyorsa tüm K.G.K. 'lar paralel bağlanmalıdır ve her bir K.G.K.'ya bağlanacak cihazların toplam gücü o K.G.K.'nın gücünden fazla olmamalıdır.

► K.G.K. 24 saat çalıştırılmamalıdır : K.G.K. kendisine bağlı bir yük bulunmadığında çalışmasının bir anlamı yoktur, kapatılabilir. Geceleyin açık bırakılırsa, yük bağlı olmasa bile akü deşarjına karşı koruma içermiyorsa aküler gereksiz yere boşalacaktır. Ancak bir K.G.K. uzun süre kullanılmayacaksa 2-3 ayda bir aküleri şarj edilmelidir.

► İlave akü bağlandığında K.G.K.'nın gücü artmaz : İlave akü bağlamak K.G.K.'nın gücünü değil dayanma süresini arttırır. Gücün artması için güç komponetlerinin (trafo, IGBT vs.) değiştirilmesi gerekir. İlave akü bağlandığında yalnızca aynı yük değeri için daha uzun çalışma süresi elde edilir.

 

Bir K.G.K. kare dalga, adım dalga yada sinüs dalga altında çalışır. Bu dalga formları aşağıdaki şekillerde belirtilmiştir.

► İstikrarlı enerji ve filtreleme sağlayabilmeli, anlık voltaj yükselmelerini bastırabilmeli ve gürültüyü izole edebilmelidir.

► Aşırı yüklemeye, akü zayıflamasına karşı korumalar içermeli ve ışıklı veya sesli uyarı vermelidir.

► Giriş voltajının en az %15'lik değerlerini regüle edebilmelidir.

► Dayanma süresi 5-10 dakika arasında olmalıdır.

► Emniyet açısından K.G.K.'nın gücü bağlanacak cihazların toplam gücünün 1.25 katı olmalıdır.

► Teknik servis desteği olmalıdır.

a) Güç Seçimi: K.G.K. satın alırken en çok dikkat edilmesi gereken nokta güç seçimidir. Maalesef çok sayıda kullanıcı VA ile W arasındaki farkı bilmediğinden güç seçiminde hatalar yapmaktadır.

Güç hesabını iyi yapabilmek için aşağıdaki denklemin anlaşılması gerekir:

P = V * I *Cos phi (W)

Bu denklemde P gücü, V voltajı ve A çekilen akım değerini ifade etmektedir. Cos phi ile ifade edilen ise güç faktörüdür (verimi gösterir) ve 0 ile 1 arasında bir değerdir. Bu üç parametrenin çarpımı sonucunda bir K.G.K.'nın (ya da herhangi bir cihazın) W (Watt) cinsinden gücü bulunur. Pratikte hiçbir zaman bir cihaz %100 verim ile çalışamaz. Dolayısıyla bazı kayıplar meydana gelir. Bu kayıplar ısı şeklinde ortaya çıkar ve elektronik bileşenlerin daha fazla ısınmasına sebep olur. Hemen hemen tüm cihazlarda kullanılan metal soğutucuların ya da fanların görevi bu ısıyı düşürerek malzemenin zarar görmesini önlemektir.

Dünyadaki tüm kesintisiz güç kaynağı üreticileri of-fline ve line–interactive K.G.K.'ları için Cos phi değeri 0.6 – 0.7, on-line UPS'leri için 0.8 civarındadır. Bu da demektir ki:

1 VA=0.66 W veya 1 W=1.5 VA (Off-line ve line-interactive K.G.K.'lar için)

1 VA=0.8 W veya 1 W=1.25 VA (On-line K.G.K.'lar için )

Bir örnek ile açıklayalım: Hepimizin bildiği gibi standart bir PC'nin içinde 200 W 'lık bir power supply vardır. Monitör de bu power supply 'a paralel bağlandığında yaklaşık 200W güç çekilmektedir. Bu yükü koruyacak bir off-line K.G.K.'nın VA cinsinden gücünü bulmak için 1.5 ile çarpmak gerekir. Dolayısıyla renkli monitörlü bir PC'yi korumak için en az 300 VA'lık bir off-line K.G.K.'ya ya da 250 VA 'lık on-line K.G.K.'ya ihtiyaç vardır. Bu örneği ele alırsak son kullanıcı 200 VA 'lık bir K.G.K. satın aldığında cihazı bilmeyerek %50 oranında aşırı yüklemiş olur.

Bu hatayı önlemek için güç kaynağını alacak kişinin kaç VA'lık bir K.G.K.'ya ihtiyacı olduğunun hesabını iyi yapılmalıdır. Burada müşteri yönlendirilmelidir. Güç seçimi ona bırakılmamalıdır.

b) Güç Sınırı: Daha öncede belirttiğimiz gibi her K.G.K.'nın sınırlı bir güce sahip olduğu, dolayısıyla bağlanacak yükün belli bir değeri geçemeyeceği müşteriye anlatılmalıdır.

c) Bilerek Veya Bilmeyerek Ek Cihazların Bağlanması: Çok kullanıcılı sistemlerde karşılaşılan bir hatadır. Böyle bir sistemi korumak için genelde yüksek güçte bir on-line K.G.K. kullanılır ve K.G.K.'nın kullanıldığı kat ya da binaya ayrı bir hat çekilir. Duvardaki prizlerin hangilerinin K.G.K.'ya, hangilerinin şebekeye bağlı olduğu belirtilir. Kullanıcı hangi prizin K.G.K.'ya bağlı olduğunu bilmezse ilave bir cihaz bağlayarak K.G.K.'yı aşırı yükleyebilir.

d) Dayanma süresi: Her K.G.K.'nın aküden beslenme süresi tam yükte 6-10 dk. arasında değişmektedir. Bu süre sonuna kadar bitirilmemelidir. Akülerin sonuna kadar bitirilmesi 2 sakınca doğurur:
1) Akülerin ömrü kısalır.
2) Elektrik gelip aküler şarj olmaya başladığında ilk anda çekilebilecek fazla akım şarj devresine zarar verebilir.
Buna rağmen aküler sonuna kadar bitirilmişse %100 şarj edilmelidir.

e) Uygun Olmayan Cihazların Bağlanması: Daha önce belirtildiği gibi lazer yazıcılar, fotokopi makineleri, elektrikli ısıtıcılar ya da aydınlatma cihazları K.G.K.'ya bağlanmamalıdır.

f) Elektrik Hattı: K.G.K. kurulmadan önce elektrik hattı kontrol edilmelidir. Özellikle toprak hattı çok önemlidir. Toprak – nötr arası 0-1 V arasında olmalıdır. Elektrik hattının sağlıklı olmamasından kaynaklanabilecek sorunlar garanti kapsamının dışındadır.