Şebekedeki Bozucu Etkiler ve Kritik Yükler

Şebekedeki Bozucu Etkiler ve Kritik Yükler

Yaman BüyükçatalbaŞ, Yönetim Kurulu Başkanı - Onelsan Elektronik

Elektrik enerjisinin kullanım alanının giderek yaygınlaşması ve hayati önem taşıyan ya da sürekli çalışması gereken cihaz-sistemlerde uygulanması, enerjiyi üreten kaynakların güvenilirlik sorununu gündeme getiriyor. Tüketilen elektrik enerjisinin yüzde 95´ten fazlasını sağlayan AC şebekenin güvenilirliği içinse çeşitli önlemler alınıyor. Ancak, buna rağmen günümüz uygulamalarında çeşitli yetersizliklerle karşılaşılıyor. Bu nedenle de kritik yük olarak nitelendirilen cihaz ve sistemlerin Kesintisiz Güç Kaynakları (KGK) üzerinden beslenmesi zorunlu hale geliyor.

AC şebekeler, aşağıdaki özellikleri sağladığı varsayılan gerilim kaynaklarıdır:

• Sabit efektif değer ve sabit frekansta alternatif gerilim sağlar.

• Gerilim dalga şekli sinüzoidaldir.

• Sağlanan enerji süreklidir.

• Sıralanan bu özellikler yükleme şekli ile değişmez.

Ancak, bu özellikleri bulmak pratikte pek mümkün değildir. Şebekeyi oluşturan kuvvet santrallerindeki jeneratörlerden tüketicinin bağlandığı besleme klemensine kadar bütün birimler, belirtilen özellikleri sınırlı olarak sağlarlar. Gerilim efektif değeri ve dalga şeklinin değişmesi, genellikle yüklenmeye bağlıdır. Kısa devre empedansının ideal olarak sıfır olmaması, çekilen akıma bağlı olarak gerilimin değişmesine neden olur. Efektif değeri sabit tutmak için gerilim regülatörlerinden; dalga şeklini düzeltmek içinse filtre devrelerinden yararlanılabilir.

Modern teknoloji, birtakım olanaklar sağlamasına rağmen bazı problemleri de beraberinde getirir. Bunların başında elektrik gücü ile çalışan bir takım cihaz ve sistemlerin beslemede görülebilecek çok kısa süreli aksamalardan bile etkilenmeleridir.

Şebekenin herhangi bir noktasında oluşacak geçici arızalar da tüketiciyi etkiler. Enerji nakil hattının kopması, aşırı yüklenmede kesicilerin devreyi açması, nakil hattına yıldırım düşmesi, indirici ve yükseltici trafoların devreye girip çıkması gibi durumlarda, gerilimde kısa ya da uzun süreli kesintiler görülür ve tüketici temiz enerji ile beslenemez. Buna benzer durumlarda motor-jeneratör grupları gibi yedek güç kaynaklarına başvurulabilir. Ancak bunlar, elektromekanik dönüştürücüler olduğundan kesinti süresini belli bir değerin altına indiremez. Kesinti sırasında grubun otomatik olarak çalıştırılması ve sürekli rejime girmesi bile birkaç dakika alır. Grubun sürekli çalıştırılması ve kesinti ile birlikte yükün jeneratöre aktarılması ise birkaç yüz milisaniye süre gerektirir. Ancak bu yol da ekonomik açıdan verimli değildir.

Modern teknoloji, birtakım olanaklar sağlamasına rağmen bazı problemleri de beraberinde getirir. Bunların başında elektrik gücü ile çalışan bir takım cihaz ve sistemlerin beslemede görülebilecek çok kısa süreli aksamalardan bile etkilenmeleridir. Hastaneler, havaalanları, haberleşme merkezleri gibi kuruluşların kesintilere tahammülü gittikçe azalmaktadır. Örneğin; bir açık kalp ameliyatı veya iniş sırasında uçağa gerekli bilgilerin aktarılması anında doğabilecek kesintiler hayati önem taşımaktadır.

Şebeke arızaları, endüstriyel otomasyon sistemlerinde verimi büyük ölçüde etkilemektedir. Süreklilik isteyen proseslerde kesinti sonucu doğan malzeme ve işgücü kayıpları önemli boyutlardadır.

Gerek hayati önem taşıyan kuruluşlarda gerekse endüstriyel uygulamalarda gittikçe yaygın kullanım alanı bulan KGK’ların kullanım alanları aşağıda sıralanmıştır.

- Bilgisayarlar ve bilgisayar destekli otomasyon sistemleri,

- Bilgisayar destekli üretim/ambalajlama tezgahları (Otomotiv, metal işleme, tekstil vb)

- Tıbbi elektronik cihazlar, hastaneler,

- Havaalanı aydınlatması,

- Hava trafik kontrol merkezleri,

- Askeri radar sistemleri,

- Haberleşme ve yayın kuruluşları,

- Asansörler,

- Elektronik kapılar,

- Barkot cihazları,

- Yazar kasalar,

- Elektronik teraziler,

- Acil durum aydınlatmaları ısıtma cihazları,

- Soğutma cihazları,


Kesintisiz Güç Kaynakları işte bu gereksinimlerin zorlaması ile ortaya çıkmış statik elektronik düzenlerdir. Güç elektroniği ve elektronik kontrol tekniğindeki gelişmelere paralel olarak yenilenen Kesintisiz Güç Kaynakları, günümüzde tüketicinin tüm isteklerine cevap verebilecek özellikte ve performansta yapılabilmektedir.

KGK’lar, özellikle bilgi işlem sistemlerinde ve kişisel bilgisayarlarda şebekede bir arıza oluşması halinde o esnada çalışılan bilginin kaybolmaması ve genel olarak cihazın şebekeden gelebilecek bozucu etkilere karşı korunması amacıyla kullanılmaktadır. Bu bozucu etkiler;

- Rasgele veya düzenli elektrik kesintileri,

- Kapasite yetersizliğinden doğan gerilim düşümleri veya sürekli düşük ya da yüksek şebeke gerilimi, genel olarak güç kalitesinin düşük olması,

- Harmonik bozulmalar, kararsız frekans, ani gerilim sıçramaları ve gürültü,

Harmonikler yakındaki bir tesiste büyükçe bir elektrik yükünün devreye girmesi veya çıkması ya da doğrusal olmayan yüklerin kullanımda olması nedeniyle oluşan ve şebeke gerilimi dalga şeklinin olması gereken sinüs formundan uzaklaşması sonucu ortaya çıkan yüksek frekanslı titreşimler olarak özetlenebilir.

Güç sorunlarının çeşitleri

Spike

Bilgisayar çalışmalarını sekteye uğratabilecek hatta ekipmana zarar verebilecek yüksek genlikli anlık olaylardır. Spike, çeşitli nedenlerden kaynaklanabilir. En önemli neden yakın, uzak bir yere veya enerji iletim hatlarına düşen yıldırımlardır. Bunlar, gerilimde büyük sıçramalara neden olabilirler. Spike oluşturan diğer olaylar, büyük elektronik yüklerin veya şebekenin açılıp kapanması ve statik deşarjdır. Spike sonucunda oluşabilecek en yıkıcı olay, donanımın zarar görmesidir. Yüksek gerilim darbeleri, mikroçip yollarında (Traces) delikler açabilir. Bazen bu hasar, kendisini hemen gösterir; bazen de günler hatta haftalar boyunca olayların farkına varılmayabilir. Zarar görmüş data, yazıcı, terminal veya data işleme hataları daha az tehlikeli sonuçlardır.

Surge

Bir periyottan uzun süren aşırı gerilimlerdir. Surge, büyük miktarda güç çeken hattaki bir cihazın aniden durması veya kapatılması sonucu oluşabilir. Surge, şebekeler; büyük yükleri hat dışında anahtarladıkları zaman da oluşabilir. Bir surge’ün büyüklüğünden çok süresi önemlidir. Uzun veya sık surge’ler, bilgisayar donanımına hasar verebilir.

Sag

Sag (çöküntü), surge’ün zıttıdır. Bunlar, uzun süreli düşük gerilim durumlarıdır. Topraklama hataları, zayıf güç sistemleri, büyük elektriksel yüklerin ani start-up’ları gerilim çöküntülerinin tipik sebepleridir. Yıldırım düşmesi de çöküntülerin önemli bir nedenidir. Çöküntüler, bilgisayarlara karşı ciddi bir tehdit oluşturabilir. Bu olumsuzluklar; disk sürücüleri yavaşlatabilir, okuma hatalarına ve hatta çökmelerine sebep olabilir.

Gürültü

Normal sinüs dalganın üzerine binen çeşitli yüksek frekans darbeleri için kullanılan kollektif bir terimdir. Genliği birkaç MV’den birkaç V’ye kadar değişebilir. Özellikle tehlikeli bir problem, radyo frekans (RF) gürültüsüdür. RF gürültüsü, elektrik kabloları üzerinde dolaşan yüksek frekanslı sinyallerden oluşur. Bu problem; yıldırım çarpması, radyo iletimleri ve bilgisayar güç kaynakları tarafından yaratılabilir. Gürültü, hatalı data iletimine ve bilgisayar işlem, yazıcı ya da terminal hatalarına sebep olabilir.

Brownout

Dakikalar, hatta saatler süren uzun süreli düşük gerilim durumlarıdır. Tepe akım isteği kapasitenin üzerinde olduğu zaman şebekeler tarafından yaratılırlar. Brownout, lojik devre ve disk sürücüleri düzgün çalışmaları için gerekli gerilimden mahrum bırakarak hatalı çalışmalarına veya donanım hasarlarına sebep olurlar.

Blackout

Dakikalar, saatler hatta günler süren 0 (sıfır) gerilim durumlarıdır. Enerji dağıtım şebekesine taşıyabileceğinden daha fazla yük bindirildikçe daha sık meydana gelir. Blackout; topraklama hataları, kazalar ve doğal afetler yüzünden oluşabilir. En mühim etkisi, sistem çökmelerine sebep olmasıdır. Güç aniden kesildiğinde disk sürücüler veya diğer sistem bileşenleri zarar görebilir.

Harmonikler

Normal sinüs dalgada oluşan bozukluklardır. Harmonikler, gerisin geri AC hattına lineer olmayan yükler tarafından iletilirler. Fax ve fotokopi makinaları, bilgisayarlar, değişken hızlı motorlar lineer olmayan yüklere örnek olarak verilebilir. Bu harmonikler, AC hattına bağlı diğer cihazların çalışmalarını engelleyebilir. Harmonikler, iletişim hatalarına ve donanım hasarlarına sebep olabilirler. Üç fazlı sistemlerde trafoların ve nötr iletkenlerin aşırı ısınıp yangın tehlikesi oluşturmalarına sebep olabilir.

Şebeke gücü kesilirse ne olur?

Bir KGK’nın bilgisayarı ani bir güç kaybına karşı koruyup koruyamayacağını test etmek için genelde KGK’nın fişi çekilerek sonuçlar gözlemlenir. Eğer bilgisayar hala çalışıyorsa KGK bu iş için uygun görünür. Bu test, olabilecek güç hatalarının sadece zayıf bir simülasyonudur ve bazı KGK markaları, gerçek güç hatalarına bu basit "Fişi çek" testinden daha fazla tepki süresi verir. Bu demektir ki "Fişi çek" testinden 100 kez başarıyla geçmiş bir KGK, gerçek bir sorun karşısında bilgisayarınızı koruyamayabilir.

Fiş çekme testi ile gerçek bir güç sorunu arasındaki benzerlik, her iki durumda da bilgisayara gerilim verilmemesidir. Ana fark ise gerçek bir güç kaybında (Real power outage) binadaki diğer elektriksel yüklerin KGK’nın güç kablosuna bağlı kalmasıdır. Bu yüklerin güç çekişi, KGK’ya oranla çok daha fazladır. Bundan dolayı KGK girişinde bir kısa devre sunarlar. Bununla fişi çekme testi arasında derin bir farklılık vardır.

Çoğu KGK üreticisi, güç kesintisi tespit edildiğinde devreye yedek güç ünitesini sokan tepki sistemi kullanır. Fişi çekme durumunda KGK çıkışına hemen enerji verilir ve sonuç mükemmeldir. Yedek ünite, gerçek bir güç sorununda transfer anahtarı hareketini tamamlayıncaya kadar kısa devre edilir. Dolayısıyla, fiş çekme testine göre ek bir tepki zamanı ortaya çıkar. Pratikte bu tepki zamanı, yüzde 20 ile yüzde 50 arasında artabilir. Anahtar, belli koşullar altında ark yaratabilir ve güç kusuruna tepki 8 ms ya da yarım periyot artabilir. Sonuç olarak bu sistemi kullanarak elde edilen performans tutarlı değildir. APC KGK ürünleri, değişik bir sistem kullanır. APC sisteminde KGK beyni, transfer anahtarının işini tamamladığından emin oluncaya kadar yedek güç ünitesini devreye sokmaz. Bu yapıda yedek güç hiçbir zaman güç giriş kablosuna bağlanmaz. Anahtar, güç girişi yerine yedek gücü seçinceye kadar yedek güç devreye girmez. Bundan dolayı gerçek güç sorunlarına olan tepki "Fişi çek" testininkiyle aynıdır.

Doğru tercihi yapmak

Aşağıdaki tablo hangi sorunlar için hangi cihazların uygun olduğunu göstermektedir.


Alıntıdır.