Elektrik kesintilerinin kurtarıcıları: Kesintisiz Güç Kaynakları

Kullanıcıya ulaşan elektriğin geldiği hatlarda türlü sebeplerden ötürü kesilme gibi durumlar yaşanabilmekte ve bu kesintiler bazı önemli cihazlar için problem yaratabilmektedir. Bunun yanında yine farklı sebeplerden ötürü kullanıcıya gelen elektrikteki voltaj dalgalanmaları özellikle hassas cihazlar için bozulmaya kadar giden hasarlara sebep olmaktadır.

Bu sorunlar bizleri bir çözüm arayışına sevk etmiştir. Bu gibi sorunlara çözüm olarak kesintisiz güç kaynakları (UPS-Uninterruptible Power Supply) üretilmeye başlanmıştır.

Bir ameliyat esnasında hastaya bağlanmış olan solunum cihazının elektrik kesintisi durumunda pasif kalması operasyonu ve kişinin hayatını tehlikeye atar. Diğer yandan bir dükkân sahibinin sabah iş yerine gittiğinde elektrik kesintisinden ötürü dükkân kepengini açamaması aynı şekilde düzeni sekteye uğratır. İşte bu ve bu gibi sorunlar yaşamamak adına elektrik kesildiğinde kısa süreli beklemeyle veya bekleme olmaksızın devreye girerek sistemi besleyen ve cihazların şebekeden elektrik almaksızın çalışmasını sağlayan destek ünitelerine kesintisiz güç kaynağı (UPS) denir.
Kesintisiz güç kaynakları elektriği yüke iletme yöntemlerine göre Dinamik UPS ve Statik UPS olarak iki kategoriye ayrılırlar.

Statik UPS

Statik UPS, ana olarak şebekeden gelen alternatif akımı doğrultup doğru akıma çeviren AC-DC devresi -doğrultma devresi de denir- , bu doğru akımı depolamak için akü grubu ve aküde depolanan enerjiyi gerektiğinde yüke uygun hale getirmek amacıyla DC-AC dönüşümü yapan inverter -evirici de denir- unsurlarından oluşmaktadır.
Statik UPS’ler yapı olarak Off-Line UPS, Line-Interactive UPS ve Online UPS olmak üzere üç türe ayrılırlar:

• Off-Line UPS

Off-Line UPS’ler şebekeden gelen elektrik ile akülerin şarj olmasını sağlar ve standby konumunda kalırlar. Bu süreçte yük şebekeden doğrudan beslenmektedir ve UPS’in yüke bir etkisi yoktur. Şebeke elektriği kesildiğinde ise anahtarlama elemanı, gücü şebekeden kesip aküden alacak şekilde devreyi ayarlar ve aküden alınan enerji inverter aracılığı ile şebeke voltajına dönüştürülüp yüke aktarılması sağlanır. Eğer destek ünitesinde bir kısa devre veya başka bir sorun olursa korumaya alarak tekrardan standby moduna geçer.
Off-Line UPS’ler diğer türlere kıyasla gerilim dalgalanmalarını örtbas edememeleri sebebiyle hassas yükler için uygun değillerdir dolayısıyla kritik olmayan cihazlar için kullanılırlar. Bilgisayar, modem gibi tek kullanıcılı küçük sistemlerle kullanımları yaygındır. Uzun süreli bir kullanım sağlamazlar ve UPS türleri arasında en ucuz olan türdür.

• Line-Interactive UPS

Line-Interactive UPS’ler Off-Line türüne göre ek olarak regülatör devresi içermektedir. Şebekede elektrik varken destek üniteleri bu türde de standby halindedir. Farklı olarak şebekeden gelen elektrik regülatör devresinden geçerek yüke iletilir.
Line-Interactive UPS’lerde de tıpkı Off-Line UPS’lerdeki gibi şebeke elektriği kesildiğinde destek ünitesi devreye girer ve akülerden sağlanan enerji inverter ile dönüştürülerek yüke iletilir.
Bu türü Off-Line UPS’lerden farklı kılan özelliğinin regülasyon birimi olduğundan bahsetmiştik. Ancak bu regülasyon işleminin bir toleransı vardır -genellikle 200-235 VAC- ve bu tolerans hassas cihazlar için ciddi bir sorun teşkil edebilmektedir. Dolayısıyla bu tür UPS’ler şebeke izolasyonu gerektirmeyen, kritik olmayan düşük güçteki ekipmanlar (Bilgisayarlar, yazıcılar, kartlı geçiş sistemleri, kepenk açma motorları) ile kullanıma uygunlardır. Farklı bir kullanım olarak da çok kullanıcılı sistemlerde jeneratör devreye girene kadar sistemin çalışmasını sağlamak için kullanılmasını söyleyebiliriz.

• Online UPS

Bu tip UPS’ler küçük elektrik dalgalanmalarından bile etkilenebilen hassas cihazlar ile kullanılır. Hassas cihazlara şebekeden gelen gürültülü elektriğin ulaşamaması için bu UPS’lerde yük şebekeyle izole haldedir. Sistem şebekede elektrik olsun olmasın sürekli inverter üzerinden beslenir. Yani sürekli bir AC-DC-AC dönüşümü vardır. Dolayısıyla inverterin güç kaybı süreklidir ve bu da bu tipi diğer sistemlere göre kısmen daha az verimli yapar.
Bu tür UPS’lerde çıkış, şebekeden izole olduğu için şebeke elektriğindeki gürültü ve bozulma yüke iletilmez. Yük sürekli inverter ile beslendiği ve inverter sürekli sinüs dalgası ürettiği için hassas cihazlar bozulmadan bu tür UPS’ler ile rahatça çalışabilir. En teknolojik ve en güvenli tür Online UPS’lerdir. Ancak bu kadar avantaj, fiyatının diğerlerine göre daha pahalı olmasını da kaçınılmaz kılmıştır.

Dinamik UPS

Dinamik UPS’ler temel anlamda kesinti sırasında kullanılacak elektriği inverter aracılığı ile statik olarak değil de alternatör adı verilen üreteçler ile kinetik olarak elde ederler. Temel olarak bu prensibi barındırmakla birlikte farklı birçok şekilde ve kombinasyonda dinamik UPS bulunmaktadır. Bu sebeple statik UPS’ler gibi türlere ayırmak pek mümkün değildir. Ancak en yaygın bilinen haliyle dinamik UPS’lerin çalışma mantığı dizel motor ile üretilen kinetik enerjinin alternatör aracılığı ile bu enerjiyi elektrik enerjisine (alternatif akım) çevirmesi sürecine dayanır. Bu süreçte yarı iletken kullanılmadığı için oluşan alternatif akımın dalga biçimi tam sinüstür.
Dinamik UPS’ler yüksek güç ihtiyacı olan yerlerde kullanılmak üzere yapılmış olup statik UPS’lere kıyasla devasa boyuttadırlar. Paralel yeteri kadar bağlandıklarında büyük işletmelerin (havaalanı, otobüs terminali gibi) elektrik ihtiyaçlarını rahatlıkla karşılayabilirler.