UPS(Uninterruptible Power Supply) Nedir ?

UPS Nedir?
UPS(Uninterruptible Power Supply)Olarak Tanımlanan Kesintisiz Güç Kaynakları Kendi İçerisinde Çalişma Prensibi Olarak Farklı İsimlerde Anılmaktadir.Ana Mantık Olarak Görevi Bağlı Bulunduğu Yükü Elektrik Enerjisi Varken Şebeke Enerjisinde Oluşabilecek Dalgalanmalar,Harmonikler,Pik Akımlardan Korumaya Çalişmak Aynı Zamanda Ani Enerji Kesintilerinde Besledigi Yüke Elektrik Kesintisini Hissettirmeden Kendi Ürettigi Gerilimle Enerji sağlamak Olarak Tanımlaya Biliriz.Bürolarınızda veya evinizde kullanmakta olduğunuz bir çok cihazınız temiz ve kesintisiz bir şebeke eksikliği sebebi ile muhakkak bir ön korumaya ihtiyaç duyarlar. Aksi takdirde cihazlarınız onarılamaz donanım ve yazılım hasarlarına maruz kalabilirler. İşte kesintisiz güç kaynakları cihazlarınızı bu tür sorunlara karşı korumak için üretilirler.makinelerinizin koruma altına alınmasının en doğru ölçümü cihazlarınızın ve iletişim sistemlerinizin enerji kesilmesi yada kirliliğin neticesinde ne kadar zaman devre dışı kalabileceği ve bunun doğuracağı zararlar araştırılarak yapılabilir. Yapılan büyük endüstriyel araştırmalar tipik bilgisayar ve iletişim sistemlerinin her ay 120′ den fazla enerji (güç) sorunlarıyla karşı karşıya olduğunu göstermektedir. Bu sorunlar sistemlerinizde gözünüze çarpan yada çarpmayan bir çok zarara neden olur. Birçok durumda kesintisiz güç kaynaklarının önemi basit bir hesaplamayla anlaşılabilir. Bitirilmesi uzun zaman alan çalışmalarınız anlık brownout (gerilim düşüklüğü) nedeniyle kaybolabilir. İşletme bu durumun doğurduğu yüksek maliyetli yeniden çalışmalara yada geri konulamaz kayıplara uğrayabilir. Fakat sisteme dahil edilebilecek birkaç yüz dolarlık kesintisiz güç kaynagı ile toplam bir korumaya sahip olunarak çalışılacak, bunun gibi olaylar kimsenin dikkatini çekmeden atlatılacaktır. Güç koruması ihtiyacı küçük masa üstü bilgisayarlarla sınırlı değildir. Bölgesel ve genişletilmiş ağ (LAN/WAN) sistemlerinin kullanımının artması, büroların enerji sorunundan daha da fazla etkilenmelerine neden olmaktadır. Çünkü bu ağlardaki dosyaların büyük bir bölümü çok yüksek hızlı ana makinede bulunurlar. Ana makineye ulaşabilecek olan brownout kendisine bağlı elli yada altmış kullanıcının da zarar görmesine neden olacaktır. Bu tür sistemlerde çoğunlukla operatör bulundurulmadığından güç koruması otomatik yapılmalıdır. Günümüzün iletişim sistemleri de gelişen teknolojiden paylarını alarak her geçen gün dijital teknolojiyi daha fazla kullanır duruma gelmişlerdir. Bu durum getirdiği bir çok kolaylığın yanında, sistemlerin temiz ve kesintisiz enerji bağımlılıklarını arttırmıştır. Dolayısıyla bilgisayar sistemlerindeki, enerji sorunlarından kaynaklanan devre dışı kalmaları acı verici ise, iletişim sistemlerininki ölümdür. Çünkü günümüzde iş yönetiminin büyük bir bölümü iletişimli otomasyondan yararlanmaktadır. Brownout’ lar AC şehir şebekesindeki anlık seviye düşmeleridir. Genellikle civardaki yüksek güç gereksinimi olan makinelerin devreye girmesiyle meydana gelirler. Büro ortamında bu makinelere örnek olarak klima sistemlerini ve lazer yazıcıları gösterebiliriz. Brownout’ lar gözle görünmediğinden (örneğin ışıklandırılmada anlaşılmazlar) sistemlerinize tesir edebilir. Direk olarak sistemlerinizi bozmasalar dahi sistemlerin elektronik elemanlarının ömürlerini kısaltırlar. Yapılan araştırmalar günde en az dört kez brownout meydana gelebileceği anlaşılmıştır. Şehir şebeke geriliminde meydana gelen brownout’ lardan hemen sonra gerilimin tekrar normale çıkmaya çalıştığı durumlarda normal seviyenin çok üzerine çıkabilen gerilim yükselmeleri meydana gelebilir ve kesinlikle önlem almayı gerektirirler. Aksi takdirde sistemlerinizin donanımlarına zarar verebilir. Görüldüğü gibi hassas sistemlerinizi bütün bu şebeke geriliminden gelebilecek olumsuzluklara karşı koruyabilecek tek sistem KGK’ lardır.

Birçok kişinin zanettiği gibi UPS sinüs dalga üretmek zorunda değildir. İsminden de anlaşıldığı üzere UPS’ler sadece KESİNTİSİZ GÜÇ ÜRETMEKLE yükümlüdürler. UPS’lerin birkaç çeşit çalışma prensibi vardır. Bunlar kare, sinus, modifiye kare (MSW, Modified Sign Wave) ve genlik modülasyonu (PWM, Pulse Width Modulation) dalga prensipleridir.

Sinüs Dalga Osilatörü Kullanan UPS’ler:

Bu tür UPS’ler, maliyeti şimdilik en pahalı ve en sağlıklı enerjiyi üretir. Şebeke gerilimi sinüs dalga biçimindedir ve kullandığımız cihazlar bu tür dalga biçimi için tasarlanmıştır

Yukarıdaki şekildeki ortadan geçen düz çizgi elektriğin sıfır volt olduğunu belirten çizgidir. Sinüs dalgasının tepe noktaları ise yaklaşık +311 ve –311 Volt değerindedir. Efektif değer (RMS, Root Mean Square) ise 220 Volt’tur ki buda kesik kesik çizgiler ile belirtilmiştir. Sinüs dalga üretebilen bir UPS’de şekilde görüldüğü gibi alternatif akımın geçişleri son derece yumuşaktır.

Kare Dalga Osilatörü Kullanan UPS’ler:

Yapısı en basit olan UPS’ler kare dalga osilatörü kullanır.

Kullandığımız cihazlar efektif değere (RMS 220 volt) göre çalıştıkları için bu tip kare dalga osilatörü kullanan UPS’lerde efektif değer tepe noktasıdır. Bu yüzden bu tip UPS’lerdeki kare dalganın tepe noktası 220 Volt olacak şekilde tasarlanır. Sinüs dalga ile kare dalga arasındaki voltaj farklılıklarını aşağıdaki şekilde kolayca görebilirsiniz.

Fakat bu tip kare dalganın, cihazlar üzerinde dezavantajları vardır. Bu dezavantajlardan birisi voltaj geçişlerinin sert olması ve bu yüzden cihazlarımızın zorlanarak çalışmasıdır. Özellikle trafo ve motorlarda gürültülü çalışma problemi hemen farkedilir. İkinci önemli unsur ise kare dalganın köşelerinde anlık çok yüksek voltajların oluşmasıdır. Bu ani voltaj değişikliğini ortadan bir nebze olsun kaldırabilmek ve geçişleri yumuşatmak için çıkışlara büyük kondansatörler koyma yoluna gidilir. Bu yöntemle oluşturulan elektriğe “modifiye kare dalga” (MSW, Modified sign wave) adı verilir, şekili aşağıda yer almaktadır:

Voltaj geçişlerini yumuşatmak için kullanılan diğer bir yöntem ise “Genlik Modülasyon” (PWM, Pulse Width Modulation) dur. Bu yöntem genellikle regülatörlü (Efektif Voltaj sabitleyici) sistemlerde kullanılır.

Yukarıdaki grafikte tepe noktası 220 volttan yüksektir. Bu yüzden efektif değerin 220 volt olabilmesi için enerji kısa tutulur (a) ve sıfır noktasıda kalış ters orantılı olarak artar (b). Akülerin yavaş yavaş boşalması ile tepe noktasındaki voltaj düşmeye başlar. Bununla birlikte efektif değer de düşer. Efektif değerin düşmesini önlemek için şekildeki a’nın boyu uzatılır ve ters orantılı olarak b’ninki de kısalır. Bu yüzden Pulse Width Modulation bir nevi regülatör görevi görür. Fakat bu regülatör sadece akülerdeki akımı şebeke gerilimine çevirirken devreye girer. Normal şebeke geriliminden gelen yüksek ve/veya düşük gerilimi bu metodla değiştiremezler.

*******************************

Dinamik UPS
Dinamik UPS lerin en önemli ayırdedici özelliği, kesinti sırasında kullanılacak enerjiyi depolama ve çıkışa aktarma işlemlerini dinamik yöntemle gerçekleştirmesidir. Bu temel prensibi esas alan üreticilerin her biri, kendi sistemlerinde diğerlerine göre oldukça farklı yöntem ve donanımlar kullandığından, mevcut dinamik UPS leri teknik açıdan sistematik şekilde sınıflandırabilmek oldukça zordur. Ancak en yaygın ve en bilinen uygulama şekli, enerjinin genellikle VOLAN olarak tabir edilen mekanizmalarla kinetik olarak depolanması ve yine dinamik olarak bir alternatör aracılığıyla yüke aktarılmasıdır. Dinamik UPS ler, çok büyük yüklere ve çok kısa süreli kesintilere yönelik olarak tasarlandıkları için, genellikle dizel bir motor ile birlikte projelendirilirler. Çoğu kez de Dizel Jeneratör, Dinamik UPS in bir parçası olarak, sistemle birlikte bir bütün olarak kullanıma sunulur.

Özelikle, kinetik enerji depolama teknikleri açısından kendi aralarında farklılıklar gösteren Dinamik UPS ler, son dönemde yarıiletken teknolojisindeki gelişmelerin etkisiyle, kısmen statik uygulamaları da içermeye başlamışlardır. Bazı üreticiler, bu alanda da birbirlerinden farklı hibrid uygulama yöntemleri geliştirmişlerdir. Örneğin, enerji depolama işlemi bir akü grubu aracılığıyla statik olarak sağlanırken, yüke aktarma işleminin dinamik bir alternatörle gerçekleştirildiği uygulamalar mevcuttur. Yine, farklı bir yöntem olarak; enerji depolama işleminin bir VOLAN üzerinde dinamik olarak gerçekleştirildiği, ancak girişte ve çıkışta statik doğrultucu-evirici devrelerin kullanıldığı sistemler de, bu tür hibrid uygulamalara örnek gösterilebilir.

Statik UPS
Statik UPS tanımı içine giren farklı çalışma prensiplerinin tamamında, genel olarak üç ortak temel unsurdan söz etmek mümkündür. Bunlar; şebekeden sağlanan AC enerjiyi doğrultarak akü grubuna ve eviricilere aktaran “DOĞRULTUCU” ; akü grubundan ve doğrultucudan alınan DC enerjiyi tekrar
AC enerjiye evirerek yüklere aktaran “EVİRİCİ” ve bu işlemler için gerekli DC enerjiyi depolamak için kullanılan “AKÜ GRUBU” dur.

Özellikle küçük yükler için tercih edilebilen Line İnteraktif UPS lerin çoğunda, bu katlar şebekeden çalışma sırasında kısmen pasiftir ve bu durumda sadece, şebeke gerilimini regüle edip iyileştirmeyi amaçlayan STABİLİSATÖR kısmı aktif durumdadır. Akü grubu ve evirici kısmı, şebeke enerjisi kesildiğinde devreye girer ve aküler üzerinden yükü besler. Daha uzun yedekleme süreleri ve daha büyük yükler için tercih edilen ON-LINE UPS lerde ise bütün bu kısımlar sürekli olarak aktif durumdadır. Kimi uygulamalarda farklı yöntemler kullanılsa da UPS in bu üç temel kısmının sürekli aktif olduğu UPS ler, “gerçek ON-LINE” olarak nitelendirilmekte ve temel çalışma prensibi olarak, özellikle büyük güçlerde dünyada en yaygın uygulama şekli olarak kullanılmaktadır.

Statik UPS lerde yapısal nedenlerle ortaya çıkan, şebekeye yönelik harmonik salınımlar ve giriş güç faktörüne yönelik olumsuz etkiler, yeni nesil UPS lerde asgariye indirilmiştir. Bu amaçla, özellikle büyük güçlerdeki yeni nesil UPS lerde 12 darbeli Doğrultucular, ve Giriş Harmonik Filtreleri ön plana çıkmış, ayrıca PFC (Power Factor Correction) devrelerinin kullanımı yaygınlaşmıştır.

Akü grubunun şarj yönetiminde ise, gelişen DSP teknikleri sayesinde, ortam sıcaklığından, akülerin özel çalışma karakteristiklerine kadar tüm veriler, mikroişlemcilerle denetlenmekte ve böylelikle akülerin kullanım ömürleri azami düzeye çıkarılabilmektedir. Statik UPS lerde, yükleri aküler üzerinden beslemek ve bu amaçla AC çıkış gerilimi üretmek için kullanılan EVIRICI kısmı, dinamik UPS lerden farklı olarak, her zaman statik teknolojiye dayalıdır. Özellikle On-line sistemlerde güncelliğini koruyan PWM (Puls Width Modulation), AC sinüs çıkış elde etmek için en yaygın yöntem olarak kullanılır. IGBT kontrol tekniklerindeki son gelişmeler sayesinde, günümüzde %100 dengesiz yükler için çıkış faz kaymaları, gerilim değişim oranları asgariye indirgenmiş olan STATIK EVIRICILER kullanılmaya başlanmış ve bu tür ayrıntılarda avantajlı konumda olan dinamik eviricilerle rekabet edebilecek düzeyde yüksek güçlü statik UPS ler ortaya çıkmıştır.

Statik UPS leri oluşturan bu temel kısımlara ek olarak, diğer tüm UPS ler için de geçerli olan, kontrol paneli ve kontrol yazılımları da, hem UPS lerin teknolojik düzeylerini ortaya koyan, hem de kullanıcıyla doğrudan ilgili olan unsurlardır. Özellikle On-line UPS ler açısından önemli diğer unsurlar ise; yükü şebekeye aktarmaya yarayan “STATIK BY-PASS” katı; giriş, çıkış ve DC bara filtreleri olarak sıralanabilir.

UPS’LERDE KAPASİTE
Bir UPS’in 500VA olması onun 500Watt olduğunu göstermez. Bu iki kavram tamamen farklıdır. Doğru Akım (DC) kullanan cihazlarda Watt = Volt X Amper iken Alternatif Akım (AC) kullanan cihazlarda Watt (güç)= Volt (Basınç) X Amper (Akım) X Cosf dir. Fazla teknik detaya girmeden bunu şöyle açıklayabilirim. Alternatif akım kullanan bazı cihazlarda Volt ile Amper eş zamanlı olarak birbirlerini takip etmedikleri için aralarında belirli bir açıda faz farkı oluşur. Bu yüzden de bu tip cihazlardaki Watt’ın hesaplanabilmesi için aralarındaki bu faz farkının bilinmesi gerekir.Bu konuda kafanızı fazla karıştırmamak için şöyle bir ezber yöntemine basvurulabilir. 500VA lik bir UPS’in verebileceği maksimum gücü şöyle hesaplayın: Watt= Volt X Amper X 0.9 = 500VA X 0.9 = 450 Watt (tahmini değer).

Belirttiğim gibi her cihazın Cosf değeri farklı olduğu için 0.9 değerini ortalama değer olarak kabul ediyorum. Buyüzden 500 VA lik bir UPS yerine göre en fazla 400 Watt da verebilir, 500 Watt da. Bu konuda kullanacağımız cihazların türlerini belirlemeden kesin bir değer vermek yanlış ve imkansızdır.

Kafalara çok takılan bir soru ise, bir UPS’den ile elektrik kesintisi anında nekadar istifade edebileceğimiz bilmecesi. Bu süre UPS’deki akünün büyüklüğüne ve kullandığımız cihazın ne kadar enerji tükettiğine bağlıdır. Yani depo nekadar büyük olursa çeşme de o kadar uzun süreli akacaktır. Fakat çeşmenin vanasını sonuna kadar açarsak depo o oranda erken boşalacaktır. Yine bu konuda kabaca bir hesap yapalım, sizler de kendinize gore bu formülü uygularsınız:

Monitör ile bilgisayarımızın toplam 350 Watt güce ihtiyacı olduğunu varsayalım. Kullandığımız UPS’in aküsü 12 Volt ve 10 Amper Saatlik olsun. 350Watt enerjinin 12Voltta çektiği akım yaklaşık 350/12 = 30 Amper. Eğer UPS te kullanılan akü 30 Amper saatlik olsaydı bilgisayarımız 1 saat boyunca elektrik kesintisine maruz kalmadan çalışabilecekti. Fakat kullanılan akü 10 Amper saatlik akü olduğu için bu tip UPS bizi yaklaşık 20 dakika idare edecektir. Tabii zamanla piller eskiyeceği için bu değer 10 dakikaya kadar da düşebilir.

Elektrik kesintisi sırasında bilgisayarınızın çalışmaya devam etmesini istiyorsanız, ama makineyi aktif olarak da kullanmıyorsanız, mutlaka monitörü kapatın. Bu sayede UPS’den çektiğiniz güç düşecek ve sistem UPS sayesinde daha uzun süre ayakta kalacaktır. Ama önemli de bir şey hatırlatmak gerek, eğer sistem UPS’e bağlı iken kapalı olan monitörü tekrar açmak isterseniz, düğmeye bastığınız anda bütün sistem kapanabilir. Çünkü elektrikli cihazların ilk çalışma anında aşırı bir akım çekme özellikleri vardır, akü dolu olsa bile siz monitörün düğmesine bastığınızda UPS’e binen yük, UPS’in akımı kesmesine neden olacaktır.

**************************

UPS Seçimi
Kesintisiz Güç Kaynağı seçimi, iki aşamada ele alınmalı ve öncelikle, UPS üzerinden beslenecek yükün ya da yüklerin toplam gücü VA cinsinden hesaplanmalıdır. Bağlanacak yükün toplam gücü, seçilecek UPS in gücünü belirlemede en önemli kıstas olacaktır. Özellikle büyük yükler için, yükü karşılayabilecek en yakın güçteki UPS in seçilmesi, verimlilik açısından, dolayısıyla da enerji sarfiyatı ve toplam yatırım maliyeti açısından kullanıcıya avantaj sağlayacaktır. Ancak bu tür bir güç hesabında, UPS e daha sonra bağlanabilecek diğer muhtemel ek yükler de gözardı edilmemelidir.

Gücü tespit edilen UPS in seçiminde ikinci önemli aşama, marka ve modelin belirlenmesidir. İhtiyaç duyulan UPS, gücü ne olursa olsun, bir yatırım olarak algılanmalı ve tek bir bilgisayar için alınan küçük bir UPS in bile senelerce hizmet vermesi gerektiği unutulmamalıdır. Boyutu ne olursa olsun, bu tür yatırımlar için öncelikli değerlendirmeler, doğal olarak MALİYET unsuru üzerine odaklanmaktadır ve bu da oldukça mantıklı bir yaklaşımdır.
Ancak, özellikle ülkemizde, büyük bir yanılgı ile, maliyet kavramı; genellikle fatura üzerinde yazan ödeme tutarı olarak algılanmaktadır ki, bu son derece hatalı ve baştan savma
bir değerlendirme biçimidir. Gerçekte, bir yatırımın maliyeti, o yatırımın kullanılacağı süre boyunca kullanıcıya sağlayacağı maddi kazanç ile aynı süre içinde sebep olabileceği maddi ve manevi kayıpların toplam tutarı olarak algılanmalıdır. Bu durum, örnek olarak yüksek güçlü bir On-line UPS için düşünüldüğünde, cihazın toplam maliyetinin tahmin edilebilmesi için, bu maliyeti uzun vadede doğrudan etkileyebilecek faktörlerin iyi bilinmesi ve doğru anlaşılması gerekir.