Şekil 2: Sabit Güç ile Akü Deşarjı

Daha büyük KGK sistemleri de doğal olarak belli bir güç faktöründe binlerce volt-amper (kilo volt-amper) yani kVA cinsinden sınıflandırılmıştır. Örneğin, 220 VAC gerilimde 125 Amper akım sağlayabilen bir KGK, güç faktörü 0.8 ise, 220Voltx125Amper=27500VA=27.5kVA’dır. Bu KGK’nın gücünün Watt cinsinden değeri de 27.5kVAx0.8=22kW olarak bulunur. Aküden çekilecek gücü hesaplarken evirici verimi de göz önüne alınmalı, eviricideki kayıplar çıkış gücüne eklenerek aküden besleme sırasındaki toplam ihtiyaç bulunmalıdır.

Şekil 3: Her Bir Hücre Serisindeki Watt Değerleri

Akü deşarjı sırasında güç üretir. Şekil-3’de görülen örnek aküde 6 hücreden her biri 2 Voltta 75 Amper, yani 2x75=150 Watt üretmektedir. 6 hücreden oluşan akü 6x150=900 Watt‘lık toplam güç üretmiş olur.

Akülerin boyutlandırılmasında uygunluk sağlamak amacıyla, aküler belli bir deşarj sonu gerilimi için, belli bir deşarj süresinde hücre başına (bazen akü başına) düşen ürettikleri güçlere göre sınıflandırılmışlardır. Örneğin, tablo A ve B tipi akülerin yeteneklerini değişik çalışma süreleri ve bitiş noktası voltajlarında göstermektedir.

KGK’nın akülerinin kapasitesini belirlerken, eviricinin girişindeki DC gerilimden çektiği kWatt miktarı, eviricinin girişindeki minimum gerilim seviyesi ve ihtiyaç duyulan yedekleme süresi dikkate alınır.

Bu bilgiden sonra akü başına veya hücre başına düşen güç ve bitiş noktası voltajı kullanılarak tablo 1 ve 2’ye benzeyen tablolardan uygun kapasitedeki akü seçilir. alınır.

 

 

KGK Aküsünün Seçimi

Örneğin 250VA gücündeki bir bilgisayar 12VDC girişi olan ve 10.5 VDC giriş gerilimine kadar çalışabilen bir eviriciyle beslensin. Aküden çekilen gücü de (evirici kayıplarını göz önüne alarak) 300W olarak kabul edelim. İhtiyaç duyulan çalışma süresi de 15 dakika olsun.
 

15 dakikada 1,75 VDC bitiş noktası gerilimine ulaşması için her bir hücresi 50 watt olan bir akü seçilmelidir. Bu durumda Tablo 1’deki JC12170 aküsü seçilmiştir.

60 kVA gücünde bir KGK düşünelim. Bu KGK’nın 360VDC nominal akü gerilimi kullandığını ve eviricinin minimum çalışma geriliminin de 300VDC olduğunu kabul edelim. 15 dakika boyunca aküden çalışma için 53 kW akü gücünü (KWb) karşılayabilecek akü tipini ve sayısını bulalım:

Gereken akü Tablo 2’deki 15 dakikada her bir hücrenin minimum voltajı 1.67 volta kadar hücre başına 310 watt taşıyabilen UPS12-310 olmalıdır. 180 hücre gerektiğine ve UPS12-310’da 6 hücre olduğuna göre, 30 ünitenin (akünün) seri bağlanması gerekir.

Akü Performansının Sıcaklıkla İlişkisi

Akülerin ölçümlendirilmesi 77°F (@30,4°C) sıcaklıkta hücre başına düşen watt olarak verilmiştir. Daha yüksek sıcaklıklardaki çalışmalar çalışma zamanını uzatırken daha düşük sıcaklıklardaki çalışmalar bu süreyi kısaltacaktır. Şekil 4’de ortalama bir akünün farklı deşarj süreleri için çalışma sıcaklığı ile performansı arasındaki ilişki gösterilmiştir. Burada dikkat edilmesi gereken nokta, akünün boşalma hızı arttıkça (boşalma zamanı kısaldıkça) düşük sıcaklıklardaki performans düşüklüğü etkisi de artmaktadır. 15 dakikada 77°F’de %100 performans olurken, 70 ve 65°F’de bu oran sırasıyla %95 ve %86’ya düşmektedir.

Çalışma sıcaklığının 77°F’dan düşük olduğu koşullarda, düşük sıcaklıkta 77°F’daki akü süresini elde etmek için daha büyük kapasitede akü seçilmelidir.

Önceki örnekte, 15 dakika çalışma için her bir hücreye 290 Watt gerekmekteydi. Eğer çalışma zamanı 65°F sıcaklıkta istenseydi, hücre başına 290Watt verebilen akü sadece %86 yeterlilikte olacaktı. Yani 65°F sıcaklıkta hücre başına 290Watt verebilecek aküyü bulmak için 290x1/0,86 =337Watt gücü 77°F sıcaklıkta verebilecek aküyü seçmek gereklidir. Bu durumda B4 ihtiyaç duyulan gücü15 dakika süreyle sağlayamayacağı için B5 seçilmesi gereklidir.

Tablo 2’de görüldüğü gibi B5 77°F sıcaklıkta 15–20 dakika arası (yaklaşık 17 dakika) çalışma sağlayacaktır.

Akü Ömrü ve Performansı

Genellikle bir VRLA (Valve Regulated Lead Acid) akünün kapasitesi, kullanım ömrünün ilk %5’i boyunca artan bir özellik gösterir. Bu ömrün %70’lik basamağına kadar %100 kapasite devam eder. Kullanım ömrünün %80’inden sonra ise akü kapasitesi düşme eğilimi gösterir. Bundan sonra kalan zamanlarda akü kullanılabilir ömrünü tamamlamış demektir. Bu olay şekil 5’de gösterilmiştir.

Doğal olarak, eğer aküden ömrünün sonunda %80 performansla 15 dakika besleme yapması isteniyorsa, normal kullanım süresi boyunca yitireceği kapasiteyi karşılamak üzere, başlangıçta daha büyük seçilmelidir.

Bir önceki örnekte, akü yeniyken 65°F sıcaklıkta 15 dakika besleme süresi sağlamak için her bir hücreden 337Watt güç çekmek gerekmişti. Bununla birlikte, eğer akünün ömrünün sonunda (%80 kapasitede) yine 15 dakika besleme sağlaması istenirse, akünün yeni olduğu duruma göre %25 daha fazla kapasiteli bir seçim yapmak gerekecektir: Her Bir Hücre İçin=337Wx1/0.8 =337Wx1.25=421Watt. Tablo 2’de gösterildiği gibi, bu güç basamağında 77°F sıcaklıkta yeniyken 15 dakika süreyle 421Watt verebilen (15 – 20 dakika arası, yaklaşık 17 dakika) B6 seçilmelidir.

Akü Kilowatt Yükünün (KWb) Hesaplanması

Bazen akü üzerine düşen yük verilmemiştir ve hesaplanması gerekir. Aküden çekilecek toplam güç evirici çıkış gücü (kW) ile evirici kayıplarının toplamına eşittir. Bu gücün hesaplanabilmesi için kVA cinsinden KGK çıkışı, KGK çıkış güç faktörü ve evirici veriminin bilinmesi yeterlidir.

Akü yükü (kWb) şu şekilde hesaplanır:

Örneğin, 100 KVA çıkış gücü, 0,8 Güç Faktörü ve DC / AC dönüştürme verimi %93 olan KGK ele alınırsa, kWb :

Maksimum ve Minimum Hücre Sayısının Hesaplanması

Bazen kullanılacak akü hücre sayısının belirtilmediği ve aküyü seçecek kişinin inisiyatifine bırakıldığı durumlarla karşılaşılabilir. Bu durumda KGK eviricinin çalışma voltaj aralığının bilinmesi gereklidir. Doğrultucu / şarjör bloğunun sağlayabildiği en yüksek gerilim, eviricinin çalışmasına devam edebileceği en düşük gerilim bilinmeli, akü hücre sayısı belirlenirken bunlar göz önüne alınmalıdır.

Maksimum Hücre Sayısı
Maksimum hücre sayısı, şarj cihazından eviriciye uygulanabilen maksimum çıkış voltajının her bir hücre için önerilen dengeleme voltajına bölünmesi ile hesaplanır.

Örneğin, eğer voltaj aralığının üst sınırı 260 VDC ve her bir hücre için önerilen dengeleme voltajı bilgi yaprağında 2.4 VDC ise max. hücre sayısı:

Minimum Hücre Sayısı
Minimum hücre sayısı evirici minimum çalışma voltajının deşarj zamanını vermek için tercih edilen hücre başına bitiş noktası voltajına bölünmesidir.

Örneğin, eğer KGK 299 VDC bitiş noktasına 15 dakikada ulaşıyorsa ve tipik hücre başına bitiş noktası voltajı 1,67 seçilmişse, minimum hücre sayısı:

Optimum Hücre Sayısı
Burada optimum hücre sayısı 179 ve 192 arasında olacaktır. Genellikle hücre sayısı 3 veya 6’nın katları olacak şekilde seçilir. Çünkü akülerinin her birinde 3 veya 6 hücre vardır. (belirtilen sıraya göre B4 ve B7). Bu durumda 180 hücre seçilmiştir ve akü ölçülendirme tamamlanmıştır.

Bu tamamlamada, hücre başına çekilecek güç, seçilmiş akünün sağlayabildiğinden küçük bir miktar fazla ise; ilave edilecek 3 veya 6 hücre ile yeni hücre başına düşen güç miktarı ve yeni deşarj sonu gerilimi bulunur. Böylece sağlanabilecek bir çözümle, daha büyük kapasiteli bir akü seçme zorunluluğu ortadan kalkabilir ve daha ekonomik bir çözüme ulaşılabilir.

Akü Serilerinin Paralel Çalışması

Hücre başına gereken güç hesaplandığı ve bir tek hücrenin kapasitesinin üzerinde olduğunda paralel çalışma düşünülebilir.

Örneğin, daha önceki hesaplamalar sonucu bulunan hücre başına düşen güç ihtiyacının 1.2kW olduğunu, ve 180 hücrenin 1.67V/Hücre gerilimine kadar 15 dakika süre ile deşarj edileceğini kabul edelim. Elimizdeki kapasitesi en yüksek hücre B7’deki 0.620kW/Hücre olduğunu göz önüne alırsak, ancak paralel çalışan iki dizi ile ihtiyaç duyulan hücre başına güç miktarı karşılanabilmektedir:

2 x 0.620 kW/Hücre = 1.240 kW/Hücre > 1.2 kW/Hücre

Normalde, KGK akü sistemleri için 120 ve üzeri hücre sayısı 4 paralel koldan fazla olmamak şartıyla tercih edilir. Paralel grup sayısının artışı pratik zorluklar, yapılması gereken bağlantı sayısının fazlalığı ve bakım ihtiyacı düşünülerek kısıtlanır.

Akü gruplarını paralel çalıştıracağımız zaman aşağıdakileri göz önünde bulundurmalıyız:

1. Akülerin hepsi parça numarası aynı olmalıdır (aynı tip, aynı kapasite vb.).
2. Her bir grup ayrı bir kesici ile devreden ayrılabilir olmalıdır.
3. Her bir grubun kabloları aynı tip ve yaklaşık olarak aynı boyda olmalıdır. Böylece her bir seri grup için aynı direnç sağlanmış olur.
4. Kablo ölçüleri NEC kodunda , her bir gruptaki voltajdaki düşüş toleransı ve maksimum yük akımı düşünülerek seçilmelidir.
5. Tüm paralel gruplar ayrı bir “J” kutusunda veya KGK’da bağlanmalıdır.
6. Paralel kol sayısı 4 ile sınırlandırılmalıdır.

Ana Sayfa   |   UPS   |   Kuru Akü   |   Regülatör   |   Site Haritası   |   İletişim