Üç faz alternatif akım (AC) gücü, veri merkezlerinin yanı sıra güç canavarı makineleri barındıran ticari ve endüstriyel binalara elektrik sağlamak için yaygın olarak kullanılır. Bunun haklı bir nedeni var çünkü 3 faz güç, tek faz AC gücün aksine daha fazla verimlilikle daha fazla güç sağlayabilir. Tek faz AC, aydınlatma ve küçük cihazlar gibi çoğu ev ürünü ve hafif ticari uygulamalarda yaygın olarak kullanılan tiptir. Bu sayfada, neden böyle olduğunu ve tek ve 3 faz güç sistemleri arasındaki temel farkları açıklayacağız.
Neden 3 faz güce ihtiyacımız var
Veri merkezleri ve sunucu odalarında daha yüksek yoğunluklar görülmeye devam ettiğinden, sürekli artan miktarda güç sağlayabilmek özellikle önemlidir. Daha güçlü bilişim sistemleri, bir zamanlar günümüzün bilgisayarlarının ve ağlarının talep ettiği elektrik gücünün yalnızca bir kısmını çeken sunucuları barındıran aynı alanlara sıkıştırılıyor.
Yakın zamana kadar 10 sunucudan oluşan tek bir IT kabini toplam beş kilowatt (kW) güç çekiyordu. Günümüzde, aynı kabinde toplu olarak 20 veya 30 kW çeken düzinelerce sunucu bulunabiliyor. Bu tür düzeylerde, doğal olarak verimliliğin önemini pekiştirmek istersiniz çünkü enerji tüketiminde küçük bir yüzdelik iyileşme bile zaman içinde önemli maliyet tasarrufu anlamına gelecektir.
Kablo bağlantısı başka bir sorundur. 15 kW’lık bir kabin düşünün. 120 volt AC (VAC) güçte tek faz kullanıldığında, kabine güç vermek için 125 amper gerekir ve bu da kolayca çalışmak için neredeyse dörtte bir inç (AWG 4) çapında çok kalın bir tel gerektirecektir ve bunun pahalılığından söz etmeye bile gerek yok. 3 faz daha verimli olduğundan, daha küçük kablo bağlantısı kullanarak aynı gücü (ve daha fazlasını) sağlayabilir. 3 faz güç kullanarak aynı 15 kW’lık kabini desteklemek için, çapı inçin onda birinden daha küçük olan ve boyutunun altında 42 amper (AWG 10) besleme kapasitesine sahip üç kablo gerekir.
Tek faz AC güç açıklaması
Peki 3 faz güç tam olarak nedir? Ve bunu nerede kullanmalıyız?
Bu tartışmaya girmeden önce, tek faz AC gücünün anlaşılmasıyla başlamak faydalıdır.
Tek faz AC güçte, bir “akımlı” tel, nötr tel ve bir topraklamadan oluşan üç telli bir dağıtım sistemi kullanılır. AC güçle, güç akımı veya gerilim periyodik olarak tersine dönerek yüke güç ileten akımlı kabloda bir yönde ve nötr kabloda diğer yönde akar. 360 derece faz değişimi sırasında tam bir güç çevrimi gerçekleşir ve gerilim, dünyanın farklı bölgelerinde kullanılan sisteme bağlı olarak saniyede 50 veya 60 kez ters yönde döner. Kuzey Amerika’da 60 kat veya 60 hertz (Hz) değerindedir.
Daha da önemlisi, iki akım taşıma ayağı her zaman 180 derece ayrılır. Bunu görselleştirmek için, gücü teknik olarak tanımlanmış bir frekans ve büyüklüğe sahip bir sinüs dalgası olan bir dalgaya binmek olarak düşünün. Her çevrimde, her tel üzerindeki dalgalar aynı anda iki kez sıfır büyüklükten geçer (bk. Şekil 1). Bu durumlarda yüke güç verilmez.
Şekil 1
Bu çok kısa kesintiler, ofis ortamları gibi konut ve ticari bina uygulamaları için fark yaratmaz ancak büyük makinelere güç veren motorların yanı sıra bilgisayarlar ve diğer IT ekipmanları için önemli etkileri vardır.
3 faz güç hakkında daha fazla ayrıntı
Adından da anlaşılacağı gibi, 3 faz güç sistemleri, her biri tam bir çevrimi tamamlamak için gereken sürenin üçte biri kadar ayrılan üç ayrı akım sağlar. Ancak iki akımlı ayağın her zaman 180 derece ayrı olduğu tek fazın aksine, 3 faz akımlar 120 derece ayrılmıştır.
Aşağıdaki Şekil 2’de, herhangi bir çizgi pik akımında olduğunda, diğer ikisinin olmadığını göreceksiniz. Örneğin, faz 1 pozitif pikinde olduğunda, faz 2 ve 3 -0,5’tedir. Bu, tek faz akımın aksine, yüke güç iletilmeyen bir nokta olmadığı anlamına gelir. Aslında her fazda altı farklı konumda, çizgilerden biri pik pozitif veya negatif pozisyondadır.
Pratik amaçlar için bu, üç akımın tümü tarafından sağlanan toplu güç miktarının sabit kaldığı anlamına gelir; tek fazda olduğu gibi çevrimsel pik ve çukurlarınız yoktur.
Ağır makinelerde kullanılan bilgisayarlar ve pek çok motor, bu göz önünde bulundurularak tasarlanmıştır. Tek faz AC gücünde olan değişimi hesaba katmak zorunda kalmak yerine kararlı bir sabit güç akışı çekebilirler. Sonuç olarak daha az enerji kullanırlar.
Bir benzetme olarak, tek silindirli motor ile üç silindirli motor karşılaştırmasını düşünün. Her ikisi de dört darbeli bir modelde çalışır (alım, sıkıştırma, güç, egzoz). Tek silindirli bir motorla, silindirin dört darbesinden her biri için sadece bir “güç” çevrimi elde edersiniz, bu da oldukça eşit olmayan güç dağıtımı sağlar. Bunun aksine, üç darbeli bir motor daha düzgün, daha sabit ve verimli güç için üç alternatif fazda (yine 120 dereceyle ayrılır) güç sağlayacaktır.
Şekil 2
3 faz gücün avantajları
3 faz gücün getirdiği avantajlar arasında, iki kat daha fazla kabloya ihtiyaç duymadan tek faz sistemlerin neredeyse iki katı kadar güç sağlama yeteneği de bulunmaktadır. Bu, tahmin edilebileceği gibi üç kat daha fazla güç değildir çünkü pratikte genellikle bir akımlı hat alır ve bunu başka bir akımlı hatta bağlarsınız.
3 faz modelin nasıl daha fazla güç sağladığını anlamak için matematiksel işlem yapılmalıdır. Tek faz güç formülü Güç = Gerilim (V) x Akım (I) x Güç Faktörü (PF) şeklindedir. Devre üzerindeki yükün sadece dirençli olduğunu varsayarsak, güç faktörü birim (veya bir) olur ve bu da formülü P = V x I’e indirger. 20 amperi destekleyen 120 voltluk bir devreyi düşünürsek, güç 2.400 watt’a eşittir.
3 faz bir devrenin gücü için formül Güç = Gerilim (V) x Akım (I) x Güç Faktörü (PF) x üçün kareköküdür. Devredeki yükün yalnızca dirençli olduğunu varsayarsak güç faktörü birim (veya bir) olur ve bu da formülü P = V x I x üçün kareköküne indirger. 120 voltluk, 3 faz bir devreyi düşünürsek ve her faz 20 amperi destekliyorsa, formül 120 Volt x 20 Amper x 1,732 = 4.157 watt olarak hesaplanır. Bu şekilde 3 faz sistem, tek faz sistemlerin neredeyse iki katı gücü sağlayabilir. Bu basitleştirilmiş bir örnektir ancak daha yüksek gerilimleri (ör. 208 veya 480 volt) veya akımları (ör. 30 amper veya daha yüksek) destekleyen devrelerden gelen ek gücü araştırmak için kullanılabilir.
Bu tür bir kapasite, IT ekipmanı kabinlerine güç sağlamak söz konusu olduğunda kullanışlıdır. Bir zamanlar bir kabine tek faz güç kullanmak norm olsa da, IT kabinlerindeki yoğunluk arttıkça daha az uygulanabilir ve pratik hale gelir. Tüm kablolar, iletkenler ve prizler daha büyük, daha pahalı ve birlikte çalışması giderek zor oldu.
Doğrudan sunucu kabinine 3 faz güç sunmak, daha fazla güç iletirken daha ucuz kablolama ve diğer bileşenleri kullanmanızı sağlar. Ancak dengeli olduklarından ve devre kapasitesini aşmadıklarından emin olmak için her devredeki yüke dikkat etmeyi gerektirir.
3 faz gücün nasıl çalıştığı ve sunduğu avantajlar hakkında daha fazla bilgi edinmek için https://www.vertiv.com/en-us/products-catalog/critical-power/uninterruptible-power-supplies-ups adresini ziyaret edin.
