Uninteruptible Power Supply

고도 정보화 및 산업사회의 발전과 더불어 컴퓨터에 의한 데이터 처리의 온라인화와 각종 OA, FA시스템까지 여러종류의 정보처리가 광범위한 분야에서 급속도로 행해지고 있다.
산업, 경제의 놀라운 발전과 더불어 생활 수준이 향상됨에 따라 전력의 수료는 현저히 증가하고 공급 신뢰도 높은 전원설비에 대한 요구의 정도가 특히 높아지고 있다.
따라서 정전 및 전원교란으로부터 중요설비를 보호하며, 전압변동, 순시정전, 노이즈 제거 등의 특성을 갖는 양질의 전원을 공급해주는 무정전 전원장치는 필수적인 장비로 인식되고 있다.
무정전 전원장치(UPS)는 보통 일정전압, 일정주파수의 정현파 교류전압을 출력하는 신뢰성이 높은 장치이다.
무정전 전원장치의 기능은 정전시 계속적인 전력의 공급 및 순시의 전압강화 대책, 전압/주파수의 안정화, 파형정형, 노이즈의 흡수등으로 나타낼 수 있다.
특히 소용량 UPS는 사무실 및 공장등에서 범용으로 사용되고 있으며, 무소음과 보수의 간편화로 각광을 받고 있다.

UPS 구조

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컨버터 및 충전부
이 장치는 입력 변압기를 통하여 인입되는 교류전원을 정류소자에 의한 직류 전원으로 변환하여 여과장치(Filter)를 사용하여 직류전원을 인버터 장치의 입력단에 공급하는 장치로 구성하며 축전지(Battery)는 축전지 용량에 맞게 정전압, 정전류로 자동 충전하는 장치로 구성됩니다. 이 장치는 반도체 소자, Fuse, 방열판, 구동용 PCB, choke, 코일, 콘덴서, 낙뢰 방지회로 등으로 구성되며, 인버터의 입력 전압 및 축전지의 DC전압 충전 용량을 만족시키는 기능을 갖고 있습니다. 또한 상용전원이 정전되어, 축전지로부터 DC전원을 공급하는 도중 상용전원이 복전되면 기동전류로부터 본 장치로 보호하기 위해 3~5초 사이에 정격 부하 전압의 100%까지 서서히 Soft Start 할 수 있도록 설계되어 있으며 최대입력전류는 정격 입력 전류의 125%까지 제한 사용할 수 있도록 되어 있습니다.

축전기(배터리)
이 장치는 평상시에는 충전 상태에 있다가 상용전원의 정전시 또는 교류전류 입력 전원이 불안정시에 정해진 정전보상시간동안 안정된 전원을 부하측에 공급할 수 있도록 방전을 시작하며, 인버터 장치의 입력단에 직류 전원을 공급하는 것입니다. 축전지는 UPS 동작의 필수적인 구성품으로 그 종류도 수명이 1~5년 무보수 MFLA(Maintenance Free Lead Acid)형, 15~20년 인 무보수 VRLA(Valve Regulated Lead Acid)형 등 종류가 다양합니다. 축전지 종류의 선택은 장비 설치 환경에 따라 전원장비의 수명(Life-Cycle)과 밀접한 관계이므로 축전지 가격의 고하, 점유면적, 축전지 소요수량 및 적층 방법에 따른 점유면적, 점유면적에 따른 축전지 중량의 집중 하중 및 평균하중을 필히 고려하여야 합니다. 특히, 건축법상의 용적률을 고려하여, 전원장치의 용량과 소요 전원 백업 시간에 따른 축전지 용량, 축전지 소요량 및 축전지 적층 방법은 축전지 종류를 선택시 설치 장소 건물의 용적율이 적당한지를 필수적으로 검토하여야 합니다.

인버터
이 장치는 전류 및 충전장치로부터 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 장치로써 정전압, 정부파수 등의 양질의 전원을 UPS출력단에 공급합니다. 즉, IGBT(Insulated Gated Bipolar Transistor) 모듈, 휴즈, 방열판 및 부가회로와 조립된 각종 PCBA(Printed Circuit Board Assembly)로 구성되어 있습니다. 직류를 교류로 전환하기 위해 최근에 개발, 상용화된 전력전자 부품인 IGBT를 사용하여, 출력파형 검출에 의한 고주파 순시 제어기술을 적용한 순시파형 정현파 보상회로를 통하여 스위칭 속도가 20KHz인 정현파 개선 펄스푝 변조방식의 인버터로 설계되어지며, 고효율 및 무소음화 된 특징이 있습니다. 이 장치는 UPS정격 출력 전압 범위내에서 교류전원을 연속적으로 공급하여, UPS 입력측의 전압 변동 및 출력측의 부하 변동률등 전압, 전류, 주파수, 위상변화시에도 이상적인 교류 전원을 공급하는 장치입니다.

동기전환부
이 장치는 인버터 장치 이상시나 과부하시를 대비하여, 사용전원 라인과 인버터 장치 전원라인에 동기전환 스위치 장치를 각각 설치하여, 인버터 장치 이상시나 과부하시에도 각 상의 주파수 위상이 자동동기 상태로 연동 동작 되도록 하는 장치입니다. 위상차(Phase Difference)에 의한 돌입 전류를 완벽하게 방지할 수 있으며, 특히 전환스위치는 기계적 접점(NFB Motor Driver Switch-Relay접점) 및 반도체 소자 혼합방식이 아닌, 순수한 반도체 소자로만 구성하고 UPS 및 전환 스위치 고장시에 대비한 유지보수용 전환 스위치를 별도로 구성하여 유지보수가 용이하도록 하여야 합니다. 즉, 순수 반도체 소자로 구성된 Bypass Static S/W와 인버터 장치의 Static S/W가 독립되어 있어, 인버터 장치의 출력 전압이 주파수 사용전원을 자동으로 동기시키며, 인버터 장치에 이상이 있는 경우 사용전원으로 Non-stop전환하는 기능을 갖고 있습니다.

UPS 종류

ON LINE
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이 장치는 정상시에는 정류기에서 인버터에 직류전원을 공급하고 상용전원이 정전시 전용의 충전기에 의하여 충전된 축전지에서 인버터에 직류전력을 공급하는 것이다. 상용전원이 정전되면 정전 검출회로가 동작하여 직류 전력을 인버터에 공급한다. 정류기는 전압제어 기능을 갖고 있지 않으므로 다이오드에 의하여 구성되고 용량도 인버터에 직류전원 공급량이면 충분하다. 인버터와 상용전원이 부하와 직렬로 연결되어 항상 인버터가 동작하면서 부하의 전력을 공급한다. 무순단으로 전력을 공급할 수 있다는 것 외에 고조파 제거나 출력전압조정 기능을 갖지만 가격이 비싸다는 단점이 있다. 또한 정류기 방식에 따라 부동충전방식과 스위칭 방식이 있으며 부동충전방식은 무정전 시스템을 구성하는 요수부분인 정류기가 인버터에 직규전력을 공급하면서 동시에 축전지의 충전용으로 이용하도록 구성하는 것이다. 직류 스위칭 방식은 대용량 무정전 전원 공급 시스템에 많이 채택되고 있다.

인버터
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평상시에는 상용전원과 부하를 직접 연결하고 있다가 입력에 이상이 발생하면 이것을 검출하여 인버터에서 부하 측으로 전력을 공급 할 수 있도록 스위치를 전환 시켜준다. 이러한 구조는 간단하지만 고조파제거나 일정출력이 되지 않고 무순단으로 전력을 공급하지 못하는 단점이 있다.

LINE INTERACTIVE
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기본적으로 Off-Line형태를 취하며 제한적인 고조파제거나 전압조절이 가능하다. 상용입력 전압 변동이 심할 경우 온라인적 성격인 전압조정 기능을 추가하여 입력 전압 변동이 발생하여도 자동응로 전압을 조정하여 UPS 출력단으로 보내기 때문에 배터리의 사용률이 줄어들어 배러티 수명을 연장할 수 있게 됩니다.

동작모드

정상모드
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상용 전원 또는 교류 발전기등의 예비 전원을 정류 및 충전 장치는 교류를 직류로 변환시켜 인버터 장치에 직류 전원을 공급하며, 동시에 축전지 충전 상태를 Full charge시까지 충전시키며, 인버터 장치는 공급 받은 직류 전원을 교류전원으로 변환시켜 UPS 출력단에 공급합니다.

백업모드
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상용 전원이 차단되면, 평상시 충전장치에 의해 Full charge되었던 축전지에 Non-stop으로 인버터 장치에 직류 전원이 공급되어 축전지 Back-up시간 동안 교류 전원으로 변환시 UPS 출력단에 공급합니다.

Bypass모드
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장비의 운용중 축전기 및 기기의 이상 발생시 UPS의 주 회로는 자동으로 동작을 중지되고, 자동전환스위치에 의해 1차 상용전원 라인으로 UPS 출력단이 연결되어 Non-stop으로 부하축에 전원을 공급하게 됩니다. UPS 내부의 자동전환 스위치 장치에는 자동전업 조정회로가 내장되어 있어 상용전원의 전압 및 주파수의 변동에도 출력단에 안정된 교류전원을 공급하나 이 동작 모드에서 상용전원의 정전시 UPS 출력단에 교류전원을 공급할 수 없게 됩니다.

선택법

용량계산
UPS를 사용하고자 할 경우 우선 사용하고자 하는 장비(컴퓨터, Hub모니터 등)의 소비전력(Watt, VA)을 알아야 한다. 사용하고자 하는 모든 장비의 소비전력을 합산하여 UPS용량을 계산한다.

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제품의 안정성 선택
UPS의 용량을 계산한 후에 어떤 종류의 UPS를 선택해야 하는지 고려해야 한다.

 

  • 개인용PC인경우 – Off-Line 방식 / Line-Interactive 방식 UPS
  • Server인 경우 – Line-Interactive 방식 / On-Line방식 UPS의 Sine Wave 풀력 제품
  • 공장자동화 시스템 – On-Line 방식 UPS의 자동By-pass 기능을 갖춘 제품

 

UPS제품의 신뢰성을 고려
최종적으로 UPS제품에 대한 신뢰성이 있는가를 고려한다.

 

  • 전기용품형식승인 / 전자파공동연구소 안정인증 제품인가를 확인한다.
  • 여러군대 견적서를 받아보고 중간정도의 가격대 제품을 선택한다.
  • 설치 후 A/S 문제는 없는가를 확인한다.
  • S/W로 모니터링 기능과 Auto Shutdown기능, controll 기능이 있는가를 확인한다.
  • 백업타임 연장에 대한 확정성이 있는 제품을 선택한다.
  • UPS 회사의 홈페이지를 방문하여 제조회사인가를 확인하고, 연혁, 납품실적등을 알아본다.