Güç Kaynağı(UPS)

Sürekli besleme gerektiren uygulamalar arasında bilgisayar sistemleri, tıbbi cihazlar, bazı haberleşme sistemleri, bazı aydınlatma sistemleri, önemli enstrümantasyon ve kayıt cihazları sayılabilir. Bunlara genel olarak ‘kritik yükler’ denilmektedir.



Kritik yükleri besleyen, şebekedeki kesinti ve anormallikleri yüke aktarmayıp, yükü sürekli temiz ve kaliteli enerjiyle besleyen kaynaklara ‘kesintisiz güç kaynakları ( Uninterruptable Power Supply )’ denir.



Bu tezde, 100 VA kesintisiz güç kaynağı tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Sistem; akü şarj katı, sürücü katı, çıkış güç katı, inverter katı, kontrol katı ve 12V(7Ah) kuru lead-acid akü içermektedir. OFF-LİNE UPS tipi özelliklerine sahip bu sistem, giriş gücü kesildiğinde 50Hz, 220V AC gerilimle, 10-15 dakikalık kesintisiz enerji sağlamaktadır.
BÖLÜM I
GİRİŞ

Özel ve iş hayatımızda modern bilgi teknolojisinin önemi kaçınılmaz bir şekilde artmaktadır. Bilgisayar sistemleri insanoğluna yardım amacını güder. Bilgisayar sayesinde, yapılamayacak birçok işlem kolayca çözülebilmektedir. Elektronik gelişmeler hala geçerliliğini korumaktadır. Otomasyon sistemlerinin gelişimi çok hızlı olmakta ve aynı zamanda sistemin hata yapma olasılığı da artmaktadır.

Hastanedeki aletleri, önemli işlemcilerin kontrolünde kullanılan bilgisayarlar gibi çok kritik yüklerin beslenmesinde UPS ihtiyacı doğar. UPS sayesinde güç hattındaki voltajın düşme ve yükselme durumları mükemmel şekilde kontrol altına alınabilir, ayrıca hattaki kısa süreli ani değişimleri ve harmonikleri ortadan kaldırmamıza olanak sağlar. [ Mohan, N.1995 ]

Kesintisiz güç kaynaklarının önemi gün geçtikçe artmaktadır. Yapılan araştırmalarda; üretim kalitesi, hızı ve elektronik eleman kullanımı arttıkça direk şebekeden enerji alarak beslemenin zor olduğu anlaşılmıştır. [ Deniz, T. 1997 ]

Her gün ortalama 10 saniyeden daha uzun süren elektrik kesintileri oluşmaktadır. Bu kesintiler özellikle bilgi işlem merkezleri için önemli tehlikeler doğurmaktadır.

Bilgisayar ortamlarındaki problemlerin %16'sı teknik nedenlerden kaynaklanmaktadır. Güç beslemesi de bunlardan biridir. Risklerin %50'si hata ve ihmalden dolayı ortaya çıkmaktadır. Şebeke bozuklukları, gelir kaybına neden olur. UPS hem şebekeyi iyileştirir hem de gelir kaybını giderir. Kaybolan verinin tekrar oluşturulması imkansız veya çok pahalıya mal olmaktadır. Üretimdeki kesintiler verimi düşürmektedir. Amerika'da yapılan ankette kesintiler nedeniyle yılda, bankalarda 2 gün, ticari firmalarda 3.3 gün, endüstride 4.9 gün ve sigorta şirketlerinde 5.6 gün kayıp olmaktadır. Türkiye de bu oranların çok daha fazla olduğu aşikardır.[ Onko vd., 2000]
????: Web Hattı - Türkiyenin En Güncel Forumu /universiteler/99580-guc-kaynagi-ups.html

Bu gerçekler UPS' nin günümüz için ne kadar önemli olduğunu göstermektedir.
UPS sistemlerinin genel olarak kullanıldığı üç yer vardır;
a- Güç kesintisinin mal ve insan hayatını tehlikeye soktuğu durumlar (hasta hane yoğun bakım servisleri, endüstri proses kontrolü, itfaiye ve polis alarm ihbar servisleri),
b- Güç kesintisinin zaman ve para kaybına yol açtığı yerler (bilgisayar kompleksleri enstrümantasyon merkezleri ),
c- Güç kesintisinin kritik veri ağını kopardığı durumlar (uydu haberleşmeleri, füze hedef merkezleri, boru hattı ve elektrik dağılım sistem monitörleri),

Kesinti ve şebeke bozuklukları çok tehlikeli ve beklenmeyen sonuçlar doğurabilir.

Şebekede meydana gelen bozukluklar şöyle sıralanabilir ;
·Kısa kesintiler
·Şebeke kesintileri
·Frekans değişimleri
·Pikler
·Harmonikler

Uygun UPS sistemleri seçilirken yüklerden dolayı oluşan bozukluklarda önem kazanmaktadır.

·Lineer olmayan yük
·Yük değişimleri
·Dengesiz yükler
·Aşırı yüklenme
·Pik akımları
·Kısa-devre
·Şebekenin tekrar gelişi





1.1. Kesintisiz Güç Kaynağı ( UPS ) Sektöründeki Gelişmeler

Yarı iletken teknolojisindeki hızlı ilerleme, UPS sektörünü iki açıdan etkilemektedir.

a- Güç Yarı iletkenleri: Yüksek akımları anahtarlayabilen ve yüksek gerilime dayanıklı, az kayıplı yarı iletkenler konusundaki gelişmeler, eskiden sadece büyük ve pahalı cihazlarda kullanılan tekniklerin bugün küçük güç kaynaklarında da ekonomik olarak gerçekleştirilebilmesini olanaklı kılmıştır. Böylece iyi regüle edilmiş düzgün bir çıkış geriliminin elde edilmesi, şebeke gerilimini fazla etkilemeyen akü şarj birimlerinin kullanılmasını, enerji tasarrufu sağlayan verimli ve son derece güvenli çalışan güç katlarının hayata geçirilmesi gibi hususlar, kaliteli her güç kaynağında rastlanabilen özellikler olarak karşımıza çıkmaktadır.

b- Mikroelektronik Tümleşik ( Entegre ) devreler ve özellikle mikroişlemciler konusundaki baş döndürücü gelişmeler, düşünülecek her türlü işlevi yerine getirebilen ve kesintisiz güç kaynakları için son derece önemli olan güvenlik sorununu çözen tasarımları mümkün kılmıştır.

1.1.1. Kullanıcı Açısından UPS’ler

UPS, kendisine bağlanmış bulunan cihazlara regüle edilmiş ve parazitlerden arındırılmış gerilim ile kesintisiz olarak besleme özelliğine sahip elektronik bir cihazdır. Şebeke yerine kesintisiz güç kaynağından beslenen elektronik cihazlar, şebekede görülen tüm olumsuzluklara karşı korunurlar.

Piyasada UPS maskesi altında satışa sunulan ve teknik olarak aslında ‘stand-by güç sistemleri’ olarak anılması gereken küçük güçlü cihazlarda pazarlanmaktadır. Şebekenin kesilmesi ve tekrar gelmesi durumlarında bu cihazlarda süresi tamamen tesadüflere bağlı kesintiler olur. Her ne kadar satıcılar bu kesintilerin hassas cihazlar tarafından fark edilemeyecek kadar kısa olduğunu iddia etseler de, bunlar duyarlı cihazları etkiler ve zaman zaman sıfırlarlar. Dolayısıyla bu ürünler aslında UPS değildir.

UPS alımına karar verirken, çeşitli faktörlerin göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Bu faktörlerin bir kısmı, alımı yapacak olan işletmenin kendine özgü koşulları tarafından belirlenir, diğer kısmı ise ekonomik olacaktır.

1.1.2.İşletmeye Özgü Faktörler

·Hassas cihazların korunması isteği
·İşletmenin imajı
·Personel ve cihaz güvenliği
·Rakiplere göre avantajlı konuma geçme
·Kesilemeyecek acil işlerin varlığı

1.1.3Ekonomik Faktörler

·Şebeke kesintisi süresince yaşanan işgücü kaybı,
· Kaybolan veya bozulan bilgilerin bulunup düzeltilmesi için harcanacak zaman,
·Bir prosesin kesilmesiyle oluşan kayıplar,
·Arızalanan cihazların onarımı ve bu arada kaybedilen zaman,

Bir UPS’den beklenen en önemli özellik cihazın güvenilir olması ve koruma işlevlerini tam olarak yerine getirmesidir. Aksi halde kullanılmasının yararı yoktur. UPS’in güvenilir olması, cihazın işlevi dolayısıyla yararlı bir özellik değil zorunlu bir koşuldur. Güvenilirliği yetersiz olan bir UPS’e yapılacak yatırım boşa gidebileceği gibi buna bağlanacak olan hassas cihazları da tehlikeye atacaktır. Güvenirliğinin sağlanması için, üretici firma tarafından aşağıdaki kurallara uyulmalıdır.

1.1.3.1. Ülkenin Koşullarına Uygun Tasarım

·Şarj işlemi, düşük şebeke gerilimi ile mümkün olmalıdır.
·Generatörle beslenen işletmeler ( sanayi, otel vs. ) gibi gerilim kalitesi düşük
ortamların yaygın olduğu yerlerde sorunsuz çalışmalı, akülerini boş yere tüketmemelidir.
????: Web Hattı - Türkiyenin En Güncel Forumu http://www.webhatti.com/showthread.php?t=99580
·Cihazın içinde kullanılan parçalar, her zaman tedarik edilebilecek malzemeler arasında olmalı, özel ve bulunması zor parçalardan kaçınılmalıdır.
·Sık ve uzun süreli şebeke kesintileri, büyük kapasiteli akülerin kullanılmasına olanak sağlayan ve şebeke geldiğinde bunları hızlı şarj edebilen UPS’leri gerektirmektedir.
·İşletmelerde çalışan eğitimsiz kişilerin, cihaza zarar vermesini önleyecek koruma sistemleri mevcut olmalıdır.

1.1.3.2. Gelişmiş Teknoloji

Cihaz içinde kullanılan parça adedi asgari düzeyde tutulmalı ve böylece arıza riski minimuma indirilmelidir. Analog devreler yerine mikroişlemci kontrollü digital devreler kullanılması bu amacı gerçekleştirdiği gibi cihazın yararlı birçok ek işlevi de yerine getirmesine olanak sağlar.

1.1.3.3. Kapsamlı Test İşlemleri

Cihazlar tek tek ve kalite kontrol ve zor kullanım şartlarında dayanıklılık testinden geçirilmelidir.

1.1.3.4. Etkili Servis Hizmetleri

Herhangi bir sorunun belirtilmesi durumunda, yedek parçalar kolaylıkla tedarik edilebilmeli ve sorun en kısa zamanda giderilmelidir. UPS gibi büyük ve ağır bir cihaz için çoğu kez gerekli olan yerinde servis hizmeti ve bakım anlaşmaları, satıcı veya üretici firmanın programında olmalıdır.

Bu kurallara uyabilmesi için üretici firmanın, uzun yıllar UPS sektöründe çalışmış ve ana faaliyetinin güç kaynağı üzerinde yoğunlaşmış olması şarttır. Satın alınması düşünülen cihazla ilgili bir referans listesinin talep etmek ve listeden seçilecek bazı kullanıcılarla görüşerek onların cihaz ile ilgili düşüncelerini öğrenmek, kuşkusuz yararlı olacaktır.

1.2. UPS Sektörünün Gelişimi

Sektörün gelişmesi için yapılması gereken işler şunlardır;

·Üretici ve satıcı firmaların oldukça spesifik UPS konusunda tüketicileri bilgilendirmeleri ve böylece çok güvenilir olması gereken bu ürünün seçiminde yanlış kararlar almalarını engellemeleri şarttır.

Ülkemizde talebin büyüklüğü ve sürekliliğini göz önünde tutarsak, UPS’in elektronik alanında gelişmeye en açık olan sektörlerden biri olduğu anlaşılır. Bu konuda ülkemizin, şebeke düzensizliklerinin sık yaşandığı tüm dünya pazarlarında söz sahibi olacak bir konuma gelmesi için yeterli teknik birikim oluşmuştur




BÖLÜM II
BİR UPS’DEN BEKLENEN ÖZELLİKLER

Bir kesintisiz güç kaynağında bulunması arzu edilen en önemli özellikler şöyle sıralanabilir;

2.1. Gerilim Regülasyonu

En kötü şartlarda bile +10%, -15% dolaylarında olması istenir. Gerilim bozulmaları ise –25%, -30% (0.5 sn’den az zaman için), 4 – 20 ms arasında ise –100% kabul edilebilir. [ Mohan, N. 1995 ]

2.2. Frekans Kararlılığı

Normal çalışma durumunda şebeke frekansının normal sınırlar içinde olduğu durumda UPS sisteminin frekansı ile aynı olmalıdır ve aynı evrede kilitlenmiş olmalıdır.

2.3. Çıkış Gerilimi Dalga Şekli

Çıkış geriliminin dalga şekli ideal sinüse mümkün olduğunca yakın olmalıdır. Yani UPS çıkışında şebeke frekansının temel harmoniğinin dışında yüksek harmoniklerin bulunmaması önemle istenen bir özelliktir.

2.4. Verim

Verimin düşük olması toplam çekilen enerjinin bir kısmının ısı enerjisi olarak tüketilmesi anlamına gelmektedir. Hatta, bu taktirde gereksiz enerji tüketimi bir tarafa, sistem bulunduğu ortamı ısıtacağından ek soğutma önlemleri dahi gerekebilir. Günümüzde üretilen cihazlarda verim %65-90 arasında değişmektedir.



2.5. Ani Yük Değişikliklerine Gösterilen Tepki

Bu konuda bir standart olmamakla beraber büyük üretici firmalarca (Siemens, BBC, SICE vs.) sistemin %50’lik yük değişikliklerine karşılık (+,-)%10Vpp gerilim değişikliği göstererek, 50 milisaniye içinde (+,-)%2Vpp değerine inmesi istenmektedir.

2.6. Aşırı Yüklenebilme Yeteneği

Yine bu konuda da bir standart olmamakla birlikte sistemin %120 yükte yaklaşık 10 dakika, %150 yük altında ise 10 saniye çalışması beklenmektedir.