Kesintisiz Güç Kaynağı ( UPS )'nin Jenaratör İle Uyumu Uzun süreli elektrik kesintilerinde elektrik enerjisi ihtiyacını karşılamak için jeneratörler kullanılmaktadır. Ancak jeneratörler yükü üzerine kesintisiz alamaması, bazı kritik yükleri besleyecek yeterli kalitede çıkış dalga şekli oluşturamaması ve frekans kararlılığı bakımından eksik olması gibi eksiklikleri vardır.
kesintisiz güç kaynağı ise jeneratörün aksine yükleri kesintisiz olarak üzerine alabilmekte ve kritik yükleri şebekede meydana gelecek her türlü bozulmalara karşı besleyebilecek kalitede ve kararlı frekansında çıkış gerilimi ve üretebilmektedir. Ancak kesintisiz güç kaynakları tüm bu üstünlüklerine rağmen uzun süreli (30 dakikadan fazla) uygulamalar için yetersiz kalmaktadırlar. Bu nedenle uzun süreli elektrik kesintisi meydana gelen yerlerde kalıcı çözüm için kesintisiz güç kaynağı ve jeneratör birlikte kullanılmalıdır. Bu ortak çalışma sırasında meydana gelebilecek sorunların engellemek için kullanılacak kesintisiz güç kaynağı ve jeneratör seçimine dikkat edilmelidir.
kesintisiz güç kaynağı ve jeneratör birlikte çalışırken dikkat edilmesi gereken ana başlıklar şunlardır:
Adım Yükü: Jeneratör yükü üzerine aşamalı olarak aldığında tam kapasitede çalışabilen, ancak yük anlık olarak üzerine bindirildiğinde düşük performans gösteren elektromekanik bir sistemdir. Jeneratör çalışırken yükü üzerine ani olarak aldığında kesintisiz güç kaynağı’ndaki toplam yükü kaldıramadığından jeneratör geriliminde ve frekansında salınımlar meydana gelebilir. Bu salınımlar kesintisiz güç kaynağı tarafından kabul edilemez kaynak olarak algılanabilir ve kesintisiz güç kaynağı aküden çalışmaya zorlanabilir. Yük aküye aktarılınca, jeneratör distorsiyonu, kesintisiz güç kaynağını hattan çalışmaya zorlayacak biçimde azalacak veya kaybolacaktır. Yük jeneratöre tekrar uygulandığında voltaj distorsiyonu, kesintisiz güç kaynağının bir kez daha aküye aktarılmasına yol açacak biçimde geri dönecektir. Bu çevrim yaklaşık 4 saniyede bir tekrarlanabilir. Bu nedenle jeneratör kesintisiz güç kaynağı ile ortak çalıştırılırken anma değerinin ancak %35-%50 değerindeki güç değeri çekildiğinde sorunsuz çalışabilmektedir.
Ayrıca kesintisiz güç kaynağı'nda doğrultucuda soft-start (yumuşak kalkış) özelliği olsa bile kesintisiz güç kaynağı’nın demeraj akımı çekmesini önlemek için doğrultucunda ayrıca akım sınırlama özelliği olmalıdır.
Gerilim Yükselmesi: Bu bir uygulama hatası olup genellikle kesintisiz güç kaynağı gücü ile jeneratör gücünün birbirine yakın seçilmesi ve kesintisiz güç kaynağı dışında büyük yük olmaması halinde ortaya çıkar. kesintisiz güç kaynağı jeneratöre ilk geçtiği anda doğrultucu kapalıdır ve soft-start (yumuşak kalkış) ile çalışmaya başlar. Eğer bu durumda jeneratör üzerindeki tek yük harmonikleri bastırmak için kullanılan giriş filtresi ise bu jeneratör için aşırı uyarma enerjisi yaratır. Pek çok jeneratör kontrol sistemi bu aşırı uyarılmaya yeterince cevap veremez ve gerilimde %120'lere varan kontrolsüz gerilim üretmesi (genellikle jeneratör demirinin manyetik doyuma gitmesi sebebiyle) gibi problemlere yol açar. Bu yüzden jeneratörlere filtre ile çalışma durumlarında ön yük ile start verilerek bu problemin üstesinden gelinmeli yada kesintisiz güç kaynağı üreticisinin filtre sistemini geçici olarak kapatan bir mekanizma sunması gerekmektedir ki bu durumda da harmonik problemi ortaya çıkabilecektir.
Sinüs Dalga Şeklinde Bozulmalar ve Harmonik Akımlar: Pek çok kesintisiz güç kaynağı sisteminin doğrultucuları enerji kaynağında (jeneratör) bozulmalara neden olabilr. Bu bozulmalar jeneratörlerin kontrol ünitelerinin zarar görmesine yol açabilir. Ayrıca doğrultucular harmonik akımları nedeni ile sinüs akım çekmeyebilir. Akımın sinüs dalga şeklinden uzaklaşmasına yol açan etki Toplam Harmonik Distorsiyon (THD) olarak adlandırılabilir. Bu harmonik akımlar jeneratörlerin aşırı ısınmalarına, regülasyonlarının bozulmalarına yol açabilir.
Başlıca doğrultucu tipi olarak pek çok üretici 6 darbeli doğrultucuyu tercih etmektedir ki bu yapıların şebekeden çektikleri akım şekli yukarıdaki gibidir ve akım harmonik oranı %33'ler civarındadır. 6 darbeli olmaları nedeni ile burada etkin olan harmonik bileşen n-1=6-1=5. ve buna ek olarak 7. harmoniktir. Oysa 12 darbeli bir sistemde etkin olan harmonik bileşen 11. ve ek olarak 13. harmoniktir. Buradaki THD ise opsiyon olarak üretilen 12 darbeli sistemlerde %10 civarındadır.
Bu değer kesintisiz güç kaynağıile jeneratörün problemsiz çalışması için yeterlidir. Kimi üreticiler ucuz bir çözüm olması için filtre kullanmayı tercih ederler ancak filtre çözümü beraberinde başka problemleri de getirir. Başlıca problem, filtrelerin belirli bir akım ve empedans değeri göz önüne alınarak dizayn edilmiş olmaları ve pasif olarak görev almalarından dolayı yük değişimlerine cevap verememeleridir(şekil 1). Bunun en basit açılımı düşük yüklerde filtre giriş akım harmoniklerini bastırmak bir yana problemin ana kaynağı olarak baş rolü oynayacaktır. Yandaki şekilde bir endüstri tesisinde yapılmış harmonik ölçüm sonuçları gözükmektedir. Dikkat edilmesi gereken konu 6 darbeli bir doğrultucuda dahi %33 olan akım harmoniği yanlış yük ve harmonik filtre seçimi nedeniyle burada %49.5’e kadar çıkmaktadır. Bu nedenle 80 kVA ve üzeri güçlerde yük değişimi büyük farklılıklar gösterebileceğinden kesintisiz güç kaynağı sisteminin 12 darbeli doğrultucu olanlar tercih edilmesidir.
Giriş Güç Faktörü KGK Gücü Gerekli Ortalama Jeneratör Büyüklüğü
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
0,8 10 kVA 21 kVA
0,99 10 kVA 13,5 kVA
0,8 40 kVA 84 kVA
0,98 40 kVA 52 kVA
Frekans Dalgalanmaları: Jeneratörler yük değişimlerine cevap verebilmek ve frekansı kontrol edebilmek için doğal limitlere sahiptir. Fonksiyon karmaşıktır ve sadece jeneratörün özelliklerine bağlı olmayıp, governör (jeneratörün ürettiği çıkış gerilimin frekansının kararlı olmasını sağlayan hız kontrol ünitesi) cevap hızının dönme ataletine ve yükün frekans değişimlerine reaksiyonuna da bağlıdır. Jeneratördeki frekans dalgalanmasının en belirgin sonucu olarak kronik bir şekilde ortaya çıkan kesintisiz güç kaynağı By-Pass senkronizasyon olamama durumudur.
İyi bir kontrol yapısı ile hem motor-jeneratör, hem de kesintisiz güç kaynağı üreticisi frekans dalgalanma problemlerini ya ortadan kaldırmalı ya da minimize etmelidir.
Motor, hızlı yanıt veren bir governöre sahip olmanın yanı sıra yüke göre ayarlanmış ve doğru boyutlandırılmış olmalıdır. Benzer şekilde de kesintisiz güç kaynağı geniş bir frekans kabul aralığına sahip olacak şekilde tasarlanmış olmalıdır. Tabi ki bu arada jeneratörün voltaj regülatörü governerden daha hızlı reaksiyon göstermemelidir. Aksi taktirde kesintisiz güç kaynağı’nın doğrultucu kısmı ile kararlı olmayan bir durum ortaya çıkar. kesintisiz güç kaynağı üreticisi hızlı frekans değişimlerine cevap verebilen bir sistem geliştirmek durumundadır. kesintisiz güç kaynağı’nın doğrultucusu saniyede en az 3Hz’lik değişimlere cevap verebilecek kabiliyete sahip olmalıdır.
By-Pass’a Senkron Olmak: kesintisiz güç kaynağı çıkışının kesintisiz olması ve evirici-By Pass hatları arası geçişlerde çakışma olmaması için kesintisiz güç kaynağı evirici çıkışının By-Pass hattına senkron olması gerekmektedir. Bunun sağlanabilmesi için kararlı frekansta çalışan jeneratör ve frekans cevap aralığı genişletilmişi kesintisiz güç kaynağı kullanılmalıdır. Aksi taktirde jeneratörden çalışma esnasında kesintisiz güç kaynağı By-Pass hattına bağlı olan jeneratöre senkron olamayacak ve By-Pass transfer işlemini gerekmesi durumunda kesintisiz güç kaynağı ve jeneratör durumları uygun olamayacaktır.
Otomatik Transfer Anahtarı: Pek çok kesintisiz güç kaynağı-Jeneratör bağlantısı otomatik transfer anahtarı ile çalışır ve şebekenin geri gelmesi durumunda kesintisiz güç kaynağı şebekeden beslenecek şekilde aktarma işlemi yapılır. Bu şekilde yapılan hızlı bir transfer işlemi bir problemin kaynağı olabilir. Eğer kesintisiz güç kaynağı girişinde 12 darbeli doğrultucu yerine pasif filtre kullanılmışsa ve transfer anahtarı motor yükleri de içeriyorsa filtre transfer esnasında bir uyarma enerjisi yaratır. Bu uyarma kaynağı bu motorları, onların ataletlerini bir enerji kaynağı gibi kullanarak onları jeneratör gibi davranmaya iter. Eğer bu transfer çok hızlı olursa ortaya çıkan alternatif enerji kaynakları gerilimde beklenmedik faz çakışmalarına ve sonucunda da hem bu motor yüklerinin hem de kesintisiz güç kaynağı’nın zarar görmesine yol açar. Bu amaçla özellikle 100kVA üzerindeki büyük sistemlerde kullanılan filtre yapılarının jeneratörden şebekeye geçişi esnasında kesintisiz güç kaynağı tarafından otomatik olarak devreden çıkartılan yapılar ile birlikte sunulması gereklidir.
