Kesintisiz güç kaynağı neden gerekli

NİÇİN KESİNTİSİZ GÜÇ KAYNAĞI?
Elektrik enerjisinin kullanımı gün geçtikçe yaygınlaşmakta ve artık günümüzde elektrik enerjisi, hayati önem taşıyan ya da sürekli 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 almışlardır. Elektrik ve elektronik sektöründeki bu paralel gelişim, geçmişte insan gücü ile gerçekleştirilen birçok işi devralan cihaz ve sistemleri hayatımıza sokmuştur. 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 kazanmıştır.
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 boyutlara ulaşmaktadır.

İngiltere’de National Computing Center tarafından IT sektöründe yapılan bir araştırmaya göre bir elektrik güç sisteminin arızasının sebep olduğu ortalama maliyetin 9000- 30000 pound arasında olduğu ifade edilmiştir.
Şebekedeki güç sorunları aşağıda belirtilen olumsuz etkilere sebep 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.
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 belirtilmiştir.

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.

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 belirtilmiştir.
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