다이내믹 UPS

제공

❓Dynamic UPS 시스템은

  • Static UPS 에 Motor/Generator를 조합한 형태
  • 정상상태에서는 Motor와 Generator에 의해 양직의 전원을 부하에 공급하는 장치로서 전력용 반도체 소자의 스위칭에 의한 Static UPS의 출력파형과 비교하면 상대적으로 고조파 함유율이 적은 양질의 전원을 얻을수 있다.
  • 또한 과도응답특성이 Motor/Generator등 회전기의 관성력을 이용하므로 매우양호
  • 공항 , 반도체 공장, 원자력 발전소 등 매우 높은 신뢰성을 요구하는 장소에 주로 적용

1️⃣구성

1)정류부
  • Dynamic UPS시스켄의 정류부는 Static UPS시스템과 같이 AC를 DC로 변환하여 인버터에 DC 전원을 공급함과 동시에 축전지를 충전하는 역할을 하는순변환장치
  • 정류부는 Thyristor를 이용한 6펄스 자연전류방식이 가장 많이 사용되고 있으나 입력 측 고조파의 저감과 대용량화를 위해서는 12펄스 방식이 사용된다. 그리고 고조파 저감뿐만 아니라 입력 역률을 높이기 위해 펄스폭 변조(PWM)방식이 사용되기도 한다
  • 정류기 출력단에는 축전지가 연결되어 있으므로 DC 출력전압을 항상 일정하게 유지해야 하고 리플 함유율이 적어야 한다
2)인버터부
  • 일반적인 Static UPS시스템에서 인버터는 Filter를 포함하여 DC를 AC로 변환하여 정전압, 정주파수를 갖는 교류출력을 부하에 공급
  • Dynamic UPS시스템에서는 단지 Motor/Generator부의 보조전원 역할만을 한다
  • 따라서 Static UPS시스템은 인버터 출력용량이 부하용량으로되지만 Dynamic UPS시스템에서는 인버터 출력용량은 정전 시 Diesel Engine이 정상속도에 도달하는 시간까지만 Motor/Generator에 전원을 공급하면 되므로 부하용량보다 작게 설계할 수도 있다
3)Static 스위치부
  • Static스위치부는 Thyristor스위치와 Magnetic Contactor로 구성되어 있으며 시스템 상태에 따라 자동적으로 정체되므로 최소 운전조건만 만족하면 시스템은 부하에 순단 없이 양질의 전원을 공급
  • 일반적으로 Static스위치의 절체시간은 최대 순단 허용시간인 0.25사이클(약 4.1[ms]) 이내에서 동작을 완료해야 한다
  • 따라서 Static스위치로 가장 많이 사용되고 있는 것은 절체시간이 가장 짧고 제어가 간단한 Thyristor스위치를 주로 사용하며 Magnetic Contactor와 Thyristor를 함께 사용한는 경우도 있다
4)Motor/Generator부
  • Dynamic UPS시스템에서 Motor/Generator부는 가장중요한 부분으로서 부하에 양질의 AC출력전원을 공급하기 위한 장치이다
  • Motor권선으로부터 들어온 에너지 Damper Cage에서 고조파를 흡수한 후 전가기적인 변환과 손실 없이 자기적 연결로 즉시 Generator권선으로 전달된다. 이것은 곧 주전원과 부하 측을 전기적으로 완전히 분리시킬 수 있음을 나타낸다
  • 부하전류 및 부하역률에 관계 없이 부하 측으로부터 유입되는 고조파 전류와 무효전류 등이 Damper Cage에서 흡수된 후 전원측으로 전달되는 것을 나타낸다. 이것은 입력 측 왜율을 2[%] 이하로 줄일 수 있으며 입력역률도 1이 가능하다
  • 또한 입력 측 이상전압이 유입될 때에도 Damper Cage에서 이를 환전히 흡수함으로써 부하 특에 일정한 출려 전압을 공급할 수 있도록 설계되어 있다
  • Dynamic UPS시스템은 50% 부하 급변시 전아변동률은 5%이내이며, 100%불평형 부하가 가능하다
  • 또한 부하의 종류에 관계없이 시스템을 적용할 수있으므로 매우 이상적이다

2️⃣정지형 UPS와 다이내믹 UPS의 특성 비교

1)출력전압 파형
  • 출력 측 고조파가 다이내믹 UPS에서 Damper Cage에서 완전 흡수하므로 완전한 정현파 형태를 나타내지만 Static UPS의 출력은 시스템에서 발생되는 고조파를 AC필터에 의해 필터링한 파형으로 정현파 형태에 가깝게 나타남을 보여 주고 있다
  • Diesel Engine적용 시 시스템에 이상이 발생하면 보조전원으로 사용하는 축전지기능을 Diesel Engine이 담담하게 된다. 그러나 Diesel Engine은 정상속도까지 도달하는 데 걸리는 시간은 10~20초 정도로 Diesel Engine이 기동하는 시간동안만 축전지가 전원을 공급하면 된다
  • 이것은 동일 시스템 용량을 기준으로 Static UPS에 작용되는 축전지 용량보다 적게 적용할 수 있으므로 초기 투자비용은 Static UPS시스템에 비해 높지만 대용량의 경우 장기간 운전 시 소요되는 유지비 등을 고려하면 오히려 경제적일 수 있다
2)시스템 구성
  • Diesel Engine의 가장 큰 특징은 회전기기, 즉 Motor/Generator를 포함하는 것이며 또한 Diesel Engine을 적용함으로써 상용전원 정정 시 부하 측에 일전한 전원을 지속적으로 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 일반 빌딩이나 중소 공장등 중요 시설에 비상요 발전기 역할을 할 수 있다
  • Static UPS는 보전전원으로 축전지를 사용하고 있지만 유지보수 비용이 많이 소요되면 장시간 운전을 필요로 하는 경우에는 그만큼 추가비용이 증가하게 된다
  • Dynamic UPS의 또 다른 특징은 회전기기의 관성력을 이용함으로써 과도응답 특성이 양호하다
구분다이나믹 UPS
시스템
정지형UPS
시스템
비고
정류부Thyristor방식Thyristor방식정전압제어
인버터부Thyristor방식
IGBT방식
IGBT방식PWM제어
스위치부Thyristor스위치
Magnatic Contactor스위치
Thyristor방식Automatic
Bypass
Filter부별도의 필터 없음AC필터M/G가
부하전원모터/발전기인버터필터
보조전원Static UPS
배터리(Static UPS보조전원)
파워브릿지(배터리기능)
배터리(기본)사용자
선택가능
기타비상용 발전기 기능
용도에 따른 시스템구성
단시간 운전옵션
3)특성 비교
  • Dynamic UPS의 가장 큰 특징은 Motor/Generator와 Diesel Engine등 회전기기등을 포함하는 것이며, 회전기기의 관성력을 이용함으로써 과도현상이나 부하단락사고시 UPS시스템의 출력특성이 크게 영향을 받지 않으므로, 부하 측에 연결된 기타 다른 부하에 미치는 영향이 거의 없다
  • Dynamic UPS시스템은 부하 단락 시 정격전류의 14배까지 100[ms] 이내에서 차단할 수 있도록 설계되어 있으므로, 출력 측에 여러 부하가 동시에 연결되어 있을 경우 단락측 부하만 차잔하고 기타 부하에는 안정적으로 전원을 공급할 수 있도록 되어 있다
구분다이나믹 UPS
시스템
정지형UPS
시스템
효율[%]9589~93
고장간격[h]600,00080,000
파외형률
(THD)[%]
1.5이하3이하
출력 과부하 내량110[%] 1시간
150[%] 2분
125[%] 10분
150[%] 1분
출력과도 특성50[%]급변시 ±5이내75[%]급변시 ±10이하
/-5이내
불평형 허용률100[%]허용50[%]불평형시
3[%]이내
소음정상동작시 : 80[dB]
정전시 : 105[dB]
정상동작시 : 70[dB]
정전시 : 70[dB]
전기적 절연M/G에 의해 완전 절연TR에 의해 부분절연
역류 고조파M/G에 의해 완전 차단별도의 대책 필요
단락전류 보호정격전류×14배이내(10[ms]이내)별도의 대책 필요
시스템 예상 수명25년10년

3️⃣결론

  • 산업의 발달과 고도 정보사회로 변화하는 시점에서 Static UPS시스템은 OA기기 및 기타 전원설비에 있어서 매우 중요한 역할을 담당해 왔으며 앞으로 그 필요성은 더욱 증가할 것으로 판단된다
  • 그러나 부하용량 증가와 적용 범위의 확대 및 완벽한 신뢰성이 요구되는 장비에 Dynamic UPS시스템의 사용이 증가하고 있으며 그에 대한 관심도 높아지고 있다
  • Dynamic UPS시스템은 기존의 Static UPS시스템의 신뢰성 및 기술과 비상용 발전설비 기술을 접목함으로써 보다 완벽한 형태의 전원설비 시스템으로 부각되었다
  • 공항의 관제설비, Intelligent빌딩 컴퓨터에 대한 대형 네트워크 시스템 및 각종산업분야에 이르기까지 신뢰성이 요구되는 곳으로 그 적용 범위가 점점 확대되고 있다.
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