Anasayfa
esintisiz Güç Kaynağı (KGK) Seçiminde Dikkat Edilecek Hususlar
Bilişim
sektöründe ve sanayide Kesintisiz Güç Kaynak'larına (KGK) olan ihtiyaç
ve beklentiler yüksektir. İşletmelerin otomasyon ile artan üretim
kapasiteleri ve kişisel bilgisayarlar ile sunucuların oluşturduğu
bilişim altyapısı KGK kullanımını neredeyse bir zorunluluk haline
getirmiştir. Bilgiişlem ortamında işlenen bilgilerin kesintiye uğraması
işletmeleri önemli finanslar zararlara uğratmaktadır. Güç koruması
amacıyla kullanılan KGK'lar sadece elektrik kesintisinde bilgisayar ve
benzeri kritik yükleri beslemekle kalmaz, aynı zamanda şebeke enerjisi
mevcut iken bu yüklerin, frekansı ve gerilimi regüle edilmiş, son derece
kararlı bir AC güç ile beslenmesini sağlar.
Kullanıcılar
açısından kritik yüklerini besleyecek en uygun KGK'nın seçimi bu
noktada önem kazanmaktadır. Bu yazıda katma değerin daha fazla olduğu
özellikle üç fazlı ve yüksek güçlü KGK seçiminizde size yardımcı olacak
bazı önemli tavsiyelerde bulunulacaktır. Bu tavsiyeler KGK'nın giriş,
çıkış ve akü besleme ara devresi için özetlenecektir.
Teknolojik yararlar öncelikle gözetilecek şekilde seçim kriterleri aşağıdaki şekilde sıralanabilir:
Düşük Giriş Akım Harmonik Distorsiyonu:
KGK'nın beslendiği gerilim kaynağından, örn. şebekeden, çekeceği
akımın ne kadar sinüzoidal forma yakın olduğunun bir ölçüsüdür. Bu
değerin çok düşük olması beklenir. Harmonik içeriği yüksek akımlar
harmonik güç kayıplarını ve harmonik gerilim düşümlerini artırır; ana
besleme panosunda, aynı panodan beslenen diğer yükleri olumsuz yönde
etkileyecek gerilim çentiklerinin (voltage notches) oluşmasına neden
olur; k-faktörü düşük transformatörlerde aşırı ısınmalar ve kayıplar
oluşturur; kabloların, giriş devre kesicilerin, standby generatörün
akım kapasitelerinin daha yüksek seçilmesini zorunlu kılar. Tristörlü
doğrultucuların yer aldığı önceki nesil KGK teknolojilerinde giriş
THDi (Giriş Akımı Toplam Harmonik Distorsiyonu) değeri %33-35
mertebelerinde iken, doğrultucu yapısında IGBT (Insulated Gate Bipolar
Transistor) yarı iletken elemanların kullanılmasıyla bu değer
günümüzde %3-5'lere kadar inmiştir.
Kullanılan yüklerin önemli bir kısmı şebekeden aktif gücün yanı sıra
reaktif güç de çeker. İşletmelerde kullanılan eski teknolojilerle
donatılmış motor hız kontrol üniteleri ve KGK'lar, akü şarj üniteleri
gibi güç elektroniği temelli devreler bu yük grubunun içinde yer
alır. Üretimde yararlanılmayan, ancak şebekeden çekildiği için belli
bir parasal bedel ödenmek zorunda kalınan reaktif güç tüketimi
olabildiğince azaltılmalı, mümkünse şebekeden bu güç bileşeni
çekilmemelidir. Bunun KGK tipi cihazların teknik verilerindeki
karşılığı giriş güç faktörü değerinin 1'e yakın olmasıdır. İdeal
durumda birim güç faktörü iki koşulun aynı anda gerçekleşmesi
ile sağlanır: 1-KGK'nın AC güç kaynağından çektiği akımın dalga şekli,
bu güç kaynağının gerilim dalga şekli ile aynı formda, yani sinüzoidal olmalıdır, 2- KGK'nın AC güç kaynağından çektiği sinüzoidal akım, bu güç kaynağının gerilimi ile aynı fazda
olmalıdır. Yukarda verilen şekilde KGK'nın giriş gerilimi ile giriş
akımı bu iki koşulu birlikte sağlamaktadır. Genellikle IGBT
doğrultuculu KGK'lar ilk maddede yer alan düşük THDi değerinin yanı
sıra bu koşulu da karşılamaktadır.
AC şebeke geriliminin gün içinde çok fazla değiştiği veya KGK'nın
beslendiği kaynağın geriliminin, çekilen yüksek akımlar nedeniyle
fazla düştüğü çalışma durumlarında KGK doğrultucusu çalışmayabilir ve
yükün ihtiyacı olan güç aküden sağlanır. Ancak fazla sayıda yaşanması
halinde bu istenmeyen bir çalışma şeklidir. Sıklıkla devreye giren,
diğer bir deyişle fazla sayıda şarj/deşarj döngüsü sergileyen
akünün ömür beklentisi hızla düşer.
Aküler KGK sisteminde en az KGK cihazının kendisi kadar önemli bir
bileşendir. Elektrik kesintisi veya şebeke geriliminin çalışma
aralığının dışına çıkması durumunda yükün ihtiyacı olan elektriksel
enerjiyi aküler karşılar. Akülerin çalışma koşullarını sürekli
izleyecek ve ömrünü kısaltacak durumlar ortaya çıktığında gerekli
tedbirleri hızla alacak gelişmiş bir akü yönetiminin KGK sisteminde
yer alması son derece önemlidir. Böyle bir akü yönetimi aküleri aşırı
şarj ve aşırı deşarjdan koruyacak, akü ortam sıcaklığının artması
halinde sıcaklık kompanzasyonlu şarj ile aküleri daha düşük bir akü
gerilimi ile şarj edecek, akülerin önceden programlanarak otomatik
veya manuel olarak test edilmesine imkan tanıyacaktır.
anahtarlama elemanlarının kısa devre olması veya yanlış zamanlamayla
anahtarlanması DC akü geriliminin kritik AC yüklere uygulanmasına ve
bu yüklerin ciddi şekilde zarar görmesine neden olacaktır. Evirici
çıkışında yer alacak bir izolasyon transformatörü böyle bir arızada
yükü KGK'dan tamamen izole edecek ve göstereceği çok düşük empedansla
seçici korumaların çalışmasını sağlayacaktır. Galvanik izolasyon
transformatörünün yer almadığı KGK sistemlerinde söz konusu koruma
için sadece elektronik korumaya güvenilir. Ancak bu koruma tek başına
yeterli olmayabilir. En güvenilir şekli, hem evirici izolasyon
transformatörünün hem de elektronik esaslı korumanın yer aldığı KGK
sistemleri kullanmaktır.
KGK sistemleri çoğunlukla anma kapasitelerinin altında çalışır.
Ürünün teknik değer tablosunda KGK toplam verimi genellikle tam yük
için tanımlanır. KGK cihazı %50 yüke kadar inen yüklenme durumlarında
da %90'ın üstünde bir verim değeri sergileyebilmelidir. KGK çıkış
aktif gücünün, KGK giriş aktif gücüne oranı olarak tanımlanan KGK
AC-AC verimi ne kadar yüksek ise cihazda açığa çıkan ısıl güç
kayıpları o denli düşük olur. Yüksek verimli bir KGK, tüketilen
elektrik enerjisi ve klima maliyetlerini düşürür.
şebeke gerilimi ile aynı elektriksel özelliklere sahip ayrı bir
gerilim kaynağı mevcutsa, kritik yükler KGK sisteminin normal
çalışması esnasında bu kaynaktan ve bypass üzerinden beslenebilir. KGK
tarafından sürekli izlenen bu alternatif kaynağın çalışma sınırları
dışına çıkması halinde evirici devreye girer ve kritik yükleri
besler.
KGK sistemlerinin en yaygın kullanım alanı bilgisayar yükleridir.
Girişinde güç faktörü düzeltme devresi yer almayan bilgisayar güç
kaynaklarının giriş güç faktörü 0.6-0.7 civarındadır. Tipik KGK
cihazları bu yükleri sorunsuz bir şekilde besler. Ancak yeni nesil
sunucular ve bu altyapıda yer alan kişisel bilgisayarlar aşağıdaki
devre şemasında verildiği gibi giriş güç faktörü düzeltme devresine
sahiptir. Bu tip yükler 0.9 kapasitif yük davranışı sergilerler.
yazıda kullanıcıların doğru KGK'yı seçerken dikkate almaları gereken
temel kriterleri sıralamaya çalıştım. Yazdıklarım üç fazlı KGK'lar için
geçerlidir, fakat bir çoğu bir fazlı KGK'lara da uygulanabilir.
Şüphesiz bir KGK'nın haberleşme ve elektriksel dinamik davranış ile
ilgili başka kriterleri de bulunmaktadır. Fakat nihai kullanıcıya
getireceği fayda ve tasarruf açısından yukarıda belirtilen maddeler ön
plana çıkmaktadır.
Bilişim
sektöründe ve sanayide Kesintisiz Güç Kaynak'larına (KGK) olan ihtiyaç
ve beklentiler yüksektir. İşletmelerin otomasyon ile artan üretim
kapasiteleri ve kişisel bilgisayarlar ile sunucuların oluşturduğu
bilişim altyapısı KGK kullanımını neredeyse bir zorunluluk haline
getirmiştir. Bilgiişlem ortamında işlenen bilgilerin kesintiye uğraması
işletmeleri önemli finanslar zararlara uğratmaktadır. Güç koruması
amacıyla kullanılan KGK'lar sadece elektrik kesintisinde bilgisayar ve
benzeri kritik yükleri beslemekle kalmaz, aynı zamanda şebeke enerjisi
mevcut iken bu yüklerin, frekansı ve gerilimi regüle edilmiş, son derece
kararlı bir AC güç ile beslenmesini sağlar.
Kullanıcılar
açısından kritik yüklerini besleyecek en uygun KGK'nın seçimi bu
noktada önem kazanmaktadır. Bu yazıda katma değerin daha fazla olduğu
özellikle üç fazlı ve yüksek güçlü KGK seçiminizde size yardımcı olacak
bazı önemli tavsiyelerde bulunulacaktır. Bu tavsiyeler KGK'nın giriş,
çıkış ve akü besleme ara devresi için özetlenecektir.
Teknolojik yararlar öncelikle gözetilecek şekilde seçim kriterleri aşağıdaki şekilde sıralanabilir:
Düşük Giriş Akım Harmonik Distorsiyonu:
KGK'nın beslendiği gerilim kaynağından, örn. şebekeden, çekeceği
akımın ne kadar sinüzoidal forma yakın olduğunun bir ölçüsüdür. Bu
değerin çok düşük olması beklenir. Harmonik içeriği yüksek akımlar
harmonik güç kayıplarını ve harmonik gerilim düşümlerini artırır; ana
besleme panosunda, aynı panodan beslenen diğer yükleri olumsuz yönde
etkileyecek gerilim çentiklerinin (voltage notches) oluşmasına neden
olur; k-faktörü düşük transformatörlerde aşırı ısınmalar ve kayıplar
oluşturur; kabloların, giriş devre kesicilerin, standby generatörün
akım kapasitelerinin daha yüksek seçilmesini zorunlu kılar. Tristörlü
doğrultucuların yer aldığı önceki nesil KGK teknolojilerinde giriş
THDi (Giriş Akımı Toplam Harmonik Distorsiyonu) değeri %33-35
mertebelerinde iken, doğrultucu yapısında IGBT (Insulated Gate Bipolar
Transistor) yarı iletken elemanların kullanılmasıyla bu değer
günümüzde %3-5'lere kadar inmiştir.
[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]
- THDi
değeri ara çözümlerle, örneğin 12-darbeli KGK kullanıldığında ancak
%10'lara; 12-darbeli bir KGK'da 11. akım harmonik filtresi kullanılırsa
%5-6'lara kadar düşürülebilmektedir. Ara çözümlerin getirdiği yüksek
maliyet, azalan güvenilirlik, ağırlık, kaplanan alan ve bakım
ihtiyacındaki artış bu çözümlerin cazip olmasını önlemektedir.
Yarıiletken teknolojisindeki gelişme ve IGBT üretim maliyetlerindeki
düşüş sayesinde günümüzde artık tek ünitede 800 kVA'lık IGBT doğrultuculu KGK güç korumasına rahatlıkla ulaşılabilmektedir.
- Sonuç
olarak, özellikle besleme kaynağınız yeterli değilse seçeceğiniz
KGK'nın %3-5 seviyelerinde bir THDi değerine sahip olduğundan emin
olmalısınız.
Kullanılan yüklerin önemli bir kısmı şebekeden aktif gücün yanı sıra
reaktif güç de çeker. İşletmelerde kullanılan eski teknolojilerle
donatılmış motor hız kontrol üniteleri ve KGK'lar, akü şarj üniteleri
gibi güç elektroniği temelli devreler bu yük grubunun içinde yer
alır. Üretimde yararlanılmayan, ancak şebekeden çekildiği için belli
bir parasal bedel ödenmek zorunda kalınan reaktif güç tüketimi
olabildiğince azaltılmalı, mümkünse şebekeden bu güç bileşeni
çekilmemelidir. Bunun KGK tipi cihazların teknik verilerindeki
karşılığı giriş güç faktörü değerinin 1'e yakın olmasıdır. İdeal
durumda birim güç faktörü iki koşulun aynı anda gerçekleşmesi
ile sağlanır: 1-KGK'nın AC güç kaynağından çektiği akımın dalga şekli,
bu güç kaynağının gerilim dalga şekli ile aynı formda, yani sinüzoidal olmalıdır, 2- KGK'nın AC güç kaynağından çektiği sinüzoidal akım, bu güç kaynağının gerilimi ile aynı fazda
olmalıdır. Yukarda verilen şekilde KGK'nın giriş gerilimi ile giriş
akımı bu iki koşulu birlikte sağlamaktadır. Genellikle IGBT
doğrultuculu KGK'lar ilk maddede yer alan düşük THDi değerinin yanı
sıra bu koşulu da karşılamaktadır.
- Güç
faktörü değeri 1'e çok yakın olan, örneğin 0.97-0.99 aralığında kalan
giriş güç faktörlü bir KGK'yı seçmek sizi gereksiz reaktif güç bedeli
ödemekten kurtaracak, edeceğiniz tasarruf özellikle yüksek güçlerde
oldukça kayda değer olacaktır.
AC şebeke geriliminin gün içinde çok fazla değiştiği veya KGK'nın
beslendiği kaynağın geriliminin, çekilen yüksek akımlar nedeniyle
fazla düştüğü çalışma durumlarında KGK doğrultucusu çalışmayabilir ve
yükün ihtiyacı olan güç aküden sağlanır. Ancak fazla sayıda yaşanması
halinde bu istenmeyen bir çalışma şeklidir. Sıklıkla devreye giren,
diğer bir deyişle fazla sayıda şarj/deşarj döngüsü sergileyen
akünün ömür beklentisi hızla düşer.
- İşletmenin
beslendiği AC şebeke gerilimi anma etkin değeri 380V+/- %10-15 ise
zaten hassas kritik yükleri doğrudan bu gerilim ile beslemek risklidir.
Seçilecek KGK cihazının karşılaşılan en düşük (örn. -%20) ve en yüksek
(örn. +%10) şebeke gerilim değerlerinde bile doğrultucusunun
çalıştığından emin olunmalıdır.
Aküler KGK sisteminde en az KGK cihazının kendisi kadar önemli bir
bileşendir. Elektrik kesintisi veya şebeke geriliminin çalışma
aralığının dışına çıkması durumunda yükün ihtiyacı olan elektriksel
enerjiyi aküler karşılar. Akülerin çalışma koşullarını sürekli
izleyecek ve ömrünü kısaltacak durumlar ortaya çıktığında gerekli
tedbirleri hızla alacak gelişmiş bir akü yönetiminin KGK sisteminde
yer alması son derece önemlidir. Böyle bir akü yönetimi aküleri aşırı
şarj ve aşırı deşarjdan koruyacak, akü ortam sıcaklığının artması
halinde sıcaklık kompanzasyonlu şarj ile aküleri daha düşük bir akü
gerilimi ile şarj edecek, akülerin önceden programlanarak otomatik
veya manuel olarak test edilmesine imkan tanıyacaktır.
- Sonuç
olarak, akü ömrünü artıracak ve KGK sisteminin güvenilirliğini
sürdürecek gelişmiş bir akü yönetimi KGK seçerken mutlaka göz önüne
alınması gereken bir özelliktir.
anahtarlama elemanlarının kısa devre olması veya yanlış zamanlamayla
anahtarlanması DC akü geriliminin kritik AC yüklere uygulanmasına ve
bu yüklerin ciddi şekilde zarar görmesine neden olacaktır. Evirici
çıkışında yer alacak bir izolasyon transformatörü böyle bir arızada
yükü KGK'dan tamamen izole edecek ve göstereceği çok düşük empedansla
seçici korumaların çalışmasını sağlayacaktır. Galvanik izolasyon
transformatörünün yer almadığı KGK sistemlerinde söz konusu koruma
için sadece elektronik korumaya güvenilir. Ancak bu koruma tek başına
yeterli olmayabilir. En güvenilir şekli, hem evirici izolasyon
transformatörünün hem de elektronik esaslı korumanın yer aldığı KGK
sistemleri kullanmaktır.
[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]
- Bununla
beraber, söz konusu transformatör yük için nötr izolasyonu sağlamaz.
Nötr izolasyonu her uygulama için bir zorunluluk değildir. Bir çok
işletmede nötr izolasyonunun yer almadığı KGK sistemleri yıllar boyunca
sorunsuz bir şekilde kullanılmaktadır. Nötr hattı için galvanik
izolasyon, bypass hattına yerleştirilecek ve on-line çalışma sırasında
üzerinden bir akım akmayacağı için sistemin toplam verimini düşürmeyecek
bir bypass izolasyon transformatörü ile sağlanabilir. Öte yandan
doğrultucu tarafında kullanılacak bir galvanik izolasyon transformatörü,
sistemin normal çalışması sırasında akım taşıyacağından sistemin
verimini olumsuz yönde etkileyecektir.
- Özetle,
DC ara devre gerilimini çıkış yüklerinden izole edecek bir evirici
çıkış transformatörü sistemde standart olarak yer almalıdır. Bunun yanı
sıra ancak uygulama kullanılmasını gerektiriyorsa, nötr hattı bir
izolasyon transformatörü ile izole edilmelidir. Uygulamanın
gerektirmediği hallerde nötr izolasyonu için transformatöre yapılacak
yatırım cihaz ve işletme maliyetlerini artıracaktır.
KGK sistemleri çoğunlukla anma kapasitelerinin altında çalışır.
Ürünün teknik değer tablosunda KGK toplam verimi genellikle tam yük
için tanımlanır. KGK cihazı %50 yüke kadar inen yüklenme durumlarında
da %90'ın üstünde bir verim değeri sergileyebilmelidir. KGK çıkış
aktif gücünün, KGK giriş aktif gücüne oranı olarak tanımlanan KGK
AC-AC verimi ne kadar yüksek ise cihazda açığa çıkan ısıl güç
kayıpları o denli düşük olur. Yüksek verimli bir KGK, tüketilen
elektrik enerjisi ve klima maliyetlerini düşürür.
[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]
- KGK
seçiminde en uygun yaklaşım, KGK üzerinden beslenecek yükün %10-20
fazlası bir güç değerine sahip KGK seçmektir. Ancak bu KGK, anma gücünün
altında, örneğin %50 yükte bile çalıştığında %90 üzeri bir verim
sergileyebilmelidir.
şebeke gerilimi ile aynı elektriksel özelliklere sahip ayrı bir
gerilim kaynağı mevcutsa, kritik yükler KGK sisteminin normal
çalışması esnasında bu kaynaktan ve bypass üzerinden beslenebilir. KGK
tarafından sürekli izlenen bu alternatif kaynağın çalışma sınırları
dışına çıkması halinde evirici devreye girer ve kritik yükleri
besler.
- Yukarıda
sıralanan maddeler kadar seçimi belirleyecek önemde bir kriter olmasa
da, işletmede güvenilir bir yedek AC gerilim kaynağı mevcutsa,
kullanıcı tercihine bağlı olarak bu özellik de dikkate alınabilir.
KGK sistemlerinin en yaygın kullanım alanı bilgisayar yükleridir.
Girişinde güç faktörü düzeltme devresi yer almayan bilgisayar güç
kaynaklarının giriş güç faktörü 0.6-0.7 civarındadır. Tipik KGK
cihazları bu yükleri sorunsuz bir şekilde besler. Ancak yeni nesil
sunucular ve bu altyapıda yer alan kişisel bilgisayarlar aşağıdaki
devre şemasında verildiği gibi giriş güç faktörü düzeltme devresine
sahiptir. Bu tip yükler 0.9 kapasitif yük davranışı sergilerler.
[Resimleri görebilmek için üye olun veya giriş yapın.]
- Seçilecek
KGK cihazından, diyagramda da gösterildiği üzere 0.9 kapasitif güç
faktörlü bir yük beslendiğinde %100 aktif güç çekilebilmelidir.
yazıda kullanıcıların doğru KGK'yı seçerken dikkate almaları gereken
temel kriterleri sıralamaya çalıştım. Yazdıklarım üç fazlı KGK'lar için
geçerlidir, fakat bir çoğu bir fazlı KGK'lara da uygulanabilir.
Şüphesiz bir KGK'nın haberleşme ve elektriksel dinamik davranış ile
ilgili başka kriterleri de bulunmaktadır. Fakat nihai kullanıcıya
getireceği fayda ve tasarruf açısından yukarıda belirtilen maddeler ön
plana çıkmaktadır.
