Kesintisiz güç kaynağı

Kesintisiz güç kaynağı (İngilizce: Uninterruptible Power Supply - UPS), herhangi bir elektrik, elektronik cihazın şebeke beslemesinin (Genellikle 220 V AC ancak bazı ülkelerde 110 V AC) kesilmesini, tolerans dışı yüksek veya düşük gelmesini önleyen bir elektronik cihazdır.

Kullanım amacı

Kesintisiz güç kaynağının kullanım amacı, üzerinde bağlı bulunan sistemlerin korunması ve şebeke enerjisinin kesilmesi durumunda sistemin beslenmesinin bir süre daha devam ettirilmesidir. Bir sistemin enerji açısından korunması, söz konusu sistemin kabul edebileceği gerilim ve frekans toleransları çerçevesinde beslenmesi anlamına gelir. Dolayısıyla, kesintisiz güç kaynaklarından beklenen birinci özellik şebeke enerjisini öngören gerilim ve frekans değerlerinde tutarak ayarlanmış bir enerji üretmesidir. Diğeri ise enerjinin kesilmesi durumunda kesinti ve dolayısıyla bilgi kaybına fırsat vermeden desteklemesidir. Kesintisiz güç kaynaklarının bir diğer fonksiyonu ise şebekeden gelebilecek ses ve parazitlerde üzerlerine bağlı bulunan cihazları korumalarıdır.

Bölümleri

Kesintisiz güç kaynakları genel olarak beş bölüme ayrılırlar:

Şarj Ünitesi: Akülerin şarj edilmesini ve inverter için DC gücü üretir.
Inverter Ünitesi: Akülerin ve şarj ünitesinin sağladığı DC gerilimi 220 V AC'ye çevirir.
Aküler: Enerji kesildiğinde inverter'in ihtiyaç duyduğu DC gerilimi üretir. Tam bakımsız kuru tip aküler kullanılır.
Static By-Pass: Aşırı yük ya da herhangi bir arıza anında bağlı olduğu yükü kesintiye uğratmadan şebekeye aktarılmasını sağlar.
RS-232 / USB haberleşme birimi: Kesintisiz güç kaynağıyla ilgili bilgilerin bilgisayar ekranında izlenmesine yarar.

Türleri

Kesintisiz güç kaynakları yapı olarak üç türe ayrılabilir:

Off-Line UPS: Şebeke gerilimi belli toleranslar halindeyse yükü doğrudan şebekeye bağlayan, şebeke gerilimi toleranslar dışına çıktığı zaman kesintisiz güç kaynağı konumuna geçen ve kısa süreli besleme yapabilen türdür.
Line-Interactive UPS: Şebeke gerilimi varsa şebekeyi ayarlayarak yüke veren, şebeke kesildiğinde kesintisiz güç kaynağı konumuna geçen ve kısa süreli besleme yapabilen türdür.
Online UPS: Yükleri sürekli olarak kesintisiz güç kaynağından besleyen, şebeke gerilimi varsa şebekeden akülerini şarj eden türdür.

Off-Line UPS

Şebeke elektriği varken giriş yükleri şebekeden beslenir ve aküler şarj edilir. Off-Line UPS'lerin kullanım amaçları elektrik kesintisinde çalışabilmek değil, kesinti durumunda bilgisayarı kontrollü olarak kapatma ihtiyacıdır. Basit yapılı ve ucuz olmaları tercih edilmelerine sebep olur. Sık sık elektrik kesintisi ve gerilim dalgalanmaları olan yerlerde yeterince verimli çalışamazlar. Gerilim regülasyonu özelliği bulunmadığından dolayı günümüz şartlarına uygun bir ürün değildir. Dolayısıyla tavsiye edilmezler.

Line-Interactive UPS

Line-Interactive UPS modelleri şebeke gerilimi varsa ve belli sınırlar içindeyse bu gerilimi ayarlayarak çıkışına verir. Şebeke konumunda aynı zamanda akülerini de şarj eder. Şebeke konumundayken gerilimin belirlenen sınırların dışında gelmesi durumunda girişteki enerjiyi ayarlayarak çıkışına verirler.Ayrıca Standby UPS'den farklı olarak voltajı ototransformatörü sayesinde sürekli regüle eder.

Kullanım alanları

Ev ve işyerlerindeki kişisel bilgisayarlar.
Jeneratör destekli çok kullanıcılı bilgisayar sistemleri. (Bu sistemlerde kullanım amacı jeneratörün devreye gireceği zamana kadar sistemin çalışmasını sağlamaktır.)
Düşük kapasiteli kartlı geçiş ve kapı kontrol sistemleri. (Kesinti durumunda bilgilerin kaybolmaması ve sistemin en azından stand-by konumda kalabilmesi için.)
Elektronik terazi, yazar kasalar ve pos cihazları. (Genellikle düşük güçlü cihazlar oldukları için çalışma süreleri uzun olabilir ve geçiş kesintileri problem yaratmaz.)
Acil aydınlatma üniteleri. (Elektrik kesintisi durumunda kapalı yerlerde giriş kapılarının aydınlatılması veya bina cephelerinin güvenlik aydınlatmalarında kullanılabilirler.)
Şebeke izolasyonu gerektirmeyen ve aşırı kritik olmayan düşük güçlü sistemlerin beslemelerinde kullanılabilir.

Avantajları

Line-Interactive UPS'ler Off-Line UPS'lerden daha iyi bir çıkış gerilim regülasyonuna sahiptir.
Şebeke gerilimi varsa inverter ünitesi yalnızca şebekenin 220 V AC'den düşük veya yüksek olan kısmını dengeleyecek kadar güç harcadığı için giriş kaybı çok düşük olacaktır. Bu özellik, Line-Interactive UPS'lerin On-Line UPS'lerden en önemli üstünlüğüdür.
Şebeke konumunda çalışırken akülerini kullanmadığı için akülerin kullanım ömrünü artırmaktadır. UPS şebeke konumunda çalışırken aküler tampon şarjda kalır.
Şarj üniteleri daha küçük güçte imal edildiği ve inverter ünitesi kısa süreli çalışma tasarladığı için daha küçük boyutta olurlar.

Dezavantajları

Şebeke izolasyonu yoktur. Şebeke konumunda çalışırken şebeke gerilimini ayarladığı için giriş çıkışa kısa devredir ve girişte oluşan gerilim düşme ve yükselmeleri kısa bir süre için çıkışa yansır. Regülasyon ünitelerinin gerilim değişimlerine cevap süreleri vardır. Bu cevap süreleri her ne kadar kısa olsa da şebekedeki yüksek frekanslı elektriksel gürültüleri ve ani gerilim değişimlerini dengelemeye yeterli olmaz. Özellikle tıbbi amaçlı ölçüm ve test cihazları (ultrason, elektrokardiyograf, vb.) yüksek frekanslı elektriksel gürültülere karşı oldukça hassastırlar. Bu gürültüler, cihazların hatalı çalışmasına veya arıza yapmasına sebep olabilmektedir. UPS'in bulunduğu yere yakın mesafede çalışan yüksek güçlü elektrik motorları (su pompaları, soğutucular, vb.) veya kaynak makinaları şebeke geriliminde milisaniyeler mertebesinde gerilim düşmelerine ve yükselmelerine sebep olurlar. Bu bozulmalar belli sınırların üzerine çıktığında hemen hemen tüm elektronik cihazlar için tehlikelidir. Line-Interactive UPS'ler bu gibi durumlarda yeterli koruma sağlayamazlar.
Şebekeden invertere geçen kısa bir kesinti oluşur. Bilgisayar sistemlerinin önemli bir kısmı bu kesintiyi hissetmez.
Line-Interactive UPS'lerin şebeke konumundaki regülasyon sınırları belli cihazlarda yeterli olmamaktadır.
Yüksek güçlerde üretilemezler. Yapıları gereği 2 kVA'dan daha yüksek güçlerde imal edildiklerinde röleli geçişlerinden ve dalga şekillerinden dolayı problem çıkarabilmektedirler.
Şarj ünitesinin gücü düşük olduğu için şarj süresi uzundur. Sık sık elektrik kesintisi olan yerlerde verimli çalışamazlar.

On-Line UPS

On-Line UPS'ler çıkış gerilimini sürekli olarak giriş şebekesinden doğrultarak elde ettiği için DC gerilimden üreterek sağlarlar. Şebeke gerilimi varken şarj ünitesi akü gerilimini dengeler (çıkış gerilimi sürekli inverter ünitesinden sağlandığı için inverterin güç kaybı süreklidir). Şebekedeki gerilim değişimleri, giriş gerilimini hiçbir zaman etkilemez. Şebeke izolasyonu vardır. On-Line UPS'lerin, arıza yaptığında veya aşırı yüklendiğinde kendini koruyabilmesi için Static By-Pass üniteleri vardır. Çıkış dalga şekilleri tam sinüstür. Tam sinüs çıkış her türlü yükle sorunsuz çalışmasını sağlar. İstisna olarak; bazı Line-Interactive UPS'ler sinüs çıkış üretebilir. Topolojik olarak Line-interactive model de olsa çıkışı kare dalga yaklaşımlı değildir.

Kullanım alanları

Line-Interactive UPS'lerin kullanıldığı her yerde kullanılabilirler.
Çok kullanıcılı bilgisayar sistemlerinde jeneratör desteği olmadan güvenle kullanılabilirler.
İyi bir giriş regülasyonu, şebeke izolasyonu ve kararlılık gerektiren tıbbi ve üniversite laboratuvar cihazlarında her türlü ölçüm ve test ünitelerinde koruma ve hatasız çalışma için kullanılabilirler.
Otomasyon sistemlerinde 3 fazlı gerilim gerektiren makinaların beslenmesi ve korunmasını sağlarlar.
Veri merkezleri, haberleşme ve telekomünikasyon, yayın kuruluşları, CNC tezgahlar, havaalanı gibi kritik yerlerde kullanılabilir.

Avantajları

İyi bir giriş regülasyonu sağlarlar. Inverter ünitesi sürekli devrede olduğu için cevap süresi gibi bir problemleri yoktur ve ani yük değişimlerine cevap çok hızlıdır.
Tam bir şebeke izolasyonu sağladığı için hatlardaki elektriksel gürültülerin cihazlara yansımasını engeller. Özellikle sanayi bölgelerinde şebekede çok fazla gürültü ve bozulma olduğu için On-Line UPS'ler önemli bir koruma sağlar.
Tam kesintisiz çalıştıkları için tüm elektronik cihazlara güvenle uygulanabilirler.
3 fazlı çalışmalar için uygundur. (Özellikle otomasyon sistemlerinde alternatifsiz çözüm oluştururlar.)
Static by-pass ünitesine sahip olduğu için arıza durumunda veya aşırı yüklenme halinde kesinti yaratmadan şebeke konumuna geçebilmektedir.

Dezavantajları

Diğer UPS modellerine göre daha pahalıdır, diğer UPS modellerinden daha büyük boyutludurlar.
Verimleri Line-Interactive UPS modellerine göre daha düşüktür.
İş yerlerinde kullanılmak üzere tasarlanmışlardır.
Sürekli akü üzerinden çalıştığı için akü ömürleri kısalır.
Fazla ısınır. Özellikle yüksek kapasiteli olan modeller için, bulunduğu alana soğutma sistemi de kurulur sıklıkla. Soğutma için ek enerji, bakım gibi maliyetler çıkartır.
Online tüm modellerde fan bulunur, bu fanın gürültüsü fazladır.

Transfer Süresi

Elektriğin kesildiği an ile UPS'den sisteme enerjinin verildiği an arasında geçen süreye transfer süresi denir.

Kaynakça

İngilizce Vikipedi "Uninterruptible power supply" maddesi 31 Ağustos 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
Almanca Vikipedi "Unterbrechungsfreie Stromversorgung" maddesi 21 Ekim 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.