목차(UPS)
UPS
1️⃣UPS의 구성
1)컨버터(정류기)
- 교류 입력전압을 직렬로 변환시키는 역활을 하는 설비
2)축전지
- 상용전원의 정전, 순간의 전압 저하 시 순간적인 직류전원을 공급하는 역할
3)AC/DC필터, DC/AC필터
- DC 필터는 정류기에서 변환된 직류를 평활하게 하고 AC 필터는 정현파의 AC 전원을 만든다
4)인버터
- 부하에 필요로 하는 양질의 AC 전원으로 변환
2️⃣UPS의 분류
1)급전방식에 따른 분류
- 연속 사용방식
| 정의 | 정상 시에는 정류기와 인버터를 거쳐 공급, 축전지는 부동 충전 이상 시에는 축전지의 방전에 의하여 인버터를 거쳐 AC전원확보 |
| 특징 | 전원 품질이 우수 무순단이므로 어떤 부하에도 적용 가능 |
- 대기방식
| 정의 | 정상 시에는 상용전원의 By-pass회로에 전원 공급 정전 시에는 인버터 측 축전지로 전환하여 출력 |
| 특징 | 전원 품질은 입력과 동일 순간정전 발생, 순간정전 허용부하에 적합 |
2)접속방식에 따라 분류(UPS운영방식)
- 단독운전(단일 모듈방식)
- 1대의 UPS와 바이패스 회로로 구성된 단일 시스템
- 만약 UPS 이상 시 자동 또는 수동으로 상용 전원부하로 전원공급
- 병렬운전(병렬 운전 방식)
- 2대 또는 2대 이상의 UPS가 바이패스와 병렬로 연결되는 시스템
- UPS 용량의 합계는 필요한 전력량에 비하여 같거나 조금 크다
- 예비 병렬운전(병력stand-by운용방식)
- 총필요전력량을 수 대의 UPS로 균등분할하여 사용하고 1대 더 여유있게 연결하는 방식
- 만약 1대가 고장시에도 전체 시스템에 영향을 주지 않고, 계속하여 운전이 가능
3️⃣설치시 고려사항
1)설치장소
- 옥내설치가 바람직하다
- 옥외 설치 시 방수형, 특수시방으로 한다
- 화재 등이 발생할 염려가 적은 장소로서 일반전기실과 같은 불연성 장소
- 부하에 가까운 위치에 설치
- 바닥을 방진도장하여 먼지가 UPS내부에 들어가지 않도록 한다
- 소, 중형은 큐비클에, 대형은 랙에 설치한다.
2)타 시설물과의 관계
- 전면 측 거리 : 1~1.5[m]
- 배전 측 거리 : 0.5~1[m]
3)실온, 환기
- 동작실온 0~40도 가 일반적이나 UPS의 신뢰성의 중요를 감안하여 연간 25도의 실온을 유지하는것이 좋다
- 공조 설치작업및 용량은 발열량에 따라 결정
- 정당한 면적의 환기구 설치 및 공조 필요
- UPS장치 중 축전기는 수소를 발생하기 때문에 위험농도 이하 유지가 필요
4️⃣정격용량 산정
1)용량 선정 시 고려사항
- 부하 용량:
- 정격 용량: 부하의 정격 용량을 기준으로 UPS 용량을 선정해야 합니다.
- 피크 용량: 부하의 최대 사용 전력(피크 용량)을 고려하여 UPS 용량에 여유를 두어야 합니다. 특히, 모터 부하와 같이 기동 시 순간적으로 큰 전류가 필요한 부하의 경우 더욱 신중하게 고려해야 합니다.
- 역률: 부하의 역률이 낮을 경우, 무효 전력을 보상하기 위해 UPS 용량을 더 크게 선정해야 합니다.
- 부하의 종류:
- 선형 부하: 저항성 부하와 같이 전류가 전압에 비례하여 변하는 부하입니다.
- 비선형 부하: 컴퓨터, 서버 등과 같이 전류 파형이 왜곡되어 고조파를 발생시키는 부하입니다. 비선형 부하는 고조파로 인해 UPS에 추가적인 부담을 줄 수 있으므로, 용량을 더 크게 선정하거나 고조파 필터를 설치해야 합니다.
- 부하 변동:
- 부하가 시간에 따라 변동하는 경우, 최대 부하를 기준으로 UPS 용량을 선정해야 합니다.
- 부하 변동이 심한 경우, UPS의 과부하 보호 기능이 작동할 가능성이 있으므로, 충분한 여유 용량을 확보해야 합니다.
- 정전 시간:
- 정전 시 UPS가 부하에 전력을 공급해야 하는 시간을 고려하여 배터리 용량을 결정해야 합니다.
- 배터리 용량이 부족하면 정전 시 짧은 시간 안에 전원이 꺼질 수 있습니다.
- 환경 조건:
- 온도, 습도 등 설치 환경에 따라 UPS의 성능이 달라질 수 있습니다.
- 제조사에서 권장하는 환경 조건을 준수해야 합니다.
- 성장 가능성:
- 미래에 부하가 증가할 가능성을 고려하여 UPS 용량을 여유 있게 선정하는 것이 좋습니다.
- UPS의 특성:
- UPS의 효율, 응답 속도, 과부하 내량 등을 고려하여 적절한 모델을 선정
2)축전지 용량 선정
- 용량 선정 결정조건
- 방전전류
- 방전시간
- 방전종지전압
- 축전지액 온도(납축전지의 경우 1도 변화에 용량 1%변화)
- 방전전류 계산
\[I=\frac{P_o\times 10^3\times P_f}{e_f\times n_s\times \eta_{inv}\times k}[A]\]
\[P_o : UPS출력\]
\[ P_f:부하역률\]
\[ e_f :방전종지전압\]
\[n_s:축전지\ 직렬연결\ 개수\]
\[\eta_{inv}:인버터의\ 역변환\ 효율 \]
\[k:컨버터의\ 부하율에\ 결정되는효율\]
3)UPS용량 산정방식
- 정상부하에 의한 산정
\[P_1\ge K_1\sum P_{n1}\]
- 부하 기동용량에 의한 선정
\[P_2\ge K_1\sum P_{n1}+P_{Pn}\]
- 부하 기동 시 전압변동에 의한 산정
\[P_3\ge\frac{P_{P1}}{L}\]
4)UPS와 전원의 관계(비상발전기외)
- 고조파 발생
입력 측에 설치된 정류기에 의해 발생하고 고조파가 전원 측으로 흘러나옴
- 고조파 영향
자가발전기 가동시 자가발전기 계통에 헌팅현상 발생으로 온도가 국부적으로 상승하여 열 발생
- 대책
- 발전기 용량을 UPS용량의 2.5~3배 이상으로 선정
- 부하가 발전기 전체 부하의 50[%]이하가 되도록 조정
5️⃣용량선정시 고려사항
1) 수용률
부하가 복수기기로 구성되는 경우 부하 운전 특성을 고려하여 수용률을 결정
2) 부하 불평형
3상 출력 UPS에 단상과 3상 부하가 혼용되는 경우 부하설비의 불평형율이 가능한 10% 이내로 하고, 소요 용량 산출을 위한 부하 용량은 최대 상 부하용량의 3배로
3) 고조파에 대한 고려
고조파에 대한 여유계수는 3상 출력에는 1.2~1.4, 단상 출력에는 1.3~2.0 정도로 하고 저항부하나 리액터와 같은 선형부하에 대한 여유계수는 작게 하며 컴퓨터 응용기기 등의 비선형부하는 여유계수를 크게
4) 기동 돌입전류 고려
기동 시 돌입전류를 포함한 피크전류와 지속시간이 UPS 과부하 내량 허용값 이내
5) 부하 급변에 따른 전압 변동
부하 급변량이 정격 용량의 50% 이내가 되도록
6) 장래 부하증가에 대한 대응
향후 2~3년 정도 앞을 내다보고 그 동안 부하 증가를 고려하여 용량을 결정
6️⃣결론
- 무정전 전원장치는 컨버터와 인버터로 구성되어 있어 고조파를 발생시키는 원인이 되므로 간선의 굵기 선정, 변압기 용량선정, 차단기 동작특성을 결정할 때 제작사와 충분한 협의를 거쳐서 결정하여 전원공급 중단 사태가 발생치 않도록 하여야 한다
- 건축물 설비의 종류 및 특성에 따라 UPS를 설계, 시공, 운영하여야 할 것
목차(UPS)
UPS
💯기출문제
●A02 무정전전원설비의 구성에 따라 분류하고 설명하시오
1. 온라인 UPS (이중 변환 UPS)
- 구성: 정류기, 인버터, 배터리로 구성되어 있으며, 항상 인버터를 통해 정현파 AC 전원을 생성합니다.
- 동작 방식: 입력된 AC 전원을 DC로 변환한 후 다시 AC로 변환하여 부하에 공급합니다. 정전 시에는 배터리에서 전력을 공급받아 인버터를 통해 부하에 전원을 공급합니다.
- 특징:
- 높은 전력 품질: 전압 변동, 노이즈, 주파수 변동 등 전력 품질 문제로부터 완벽하게 보호합니다.
- 빠른 응답 속도: 정전 발생 시 즉각적으로 배터리로 전환되어 무중단 전원 공급이 가능합니다.
- 긴 배터리 수명: 배터리가 항상 일정한 전압으로 충전되므로 수명이 길습니다.
- 단점:
- 높은 가격: 복잡한 회로 구성으로 인해 가격이 비쌉니다.
- 높은 발열: 전력 변환 과정에서 열이 많이 발생합니다.
- 적용 분야: 서버, 네트워크 장비, 의료 장비 등 고가의 장비나 고품질의 전력이 요구되는 시스템에 적합합니다.
2. 오프라인 UPS (백업 UPS)
- 구성: 정류기, 인버터, 배터리로 구성되어 있지만, 정상 상태에서는 상용 전원이 직접 부하에 공급됩니다.
- 동작 방식: 정전이 발생하면 내부 회로가 감지하여 배터리로 전환하고 인버터를 통해 부하에 전원을 공급합니다.
- 특징:
- 저렴한 가격: 간단한 회로 구성으로 인해 가격이 저렴합니다.
- 단점:
- 낮은 전력 품질: 정전 발생 시 일정 시간 동안 전원 공급이 중단될 수 있으며, 전압 변동이나 노이즈에 취약합니다.
- 짧은 배터리 수명: 배터리가 주기적으로 완충 및 방전되기 때문에 수명이 짧습니다.
- 적용 분야: 가정용 컴퓨터, 소형 사무 기기 등 저렴한 비용으로 기본적인 정전 보호 기능만 필요한 경우에 적합합니다.
3. 라인 인터랙티브 UPS
- 구성: 오프라인 UPS와 온라인 UPS의 중간 형태로, 정상 상태에서는 상용 전원을 그대로 부하에 공급하지만, 전압 변동이 크거나 노이즈가 발생하면 자동으로 인버터를 작동하여 전압을 조정합니다.
- 특징:
- 오프라인 UPS보다 높은 전력 품질: 일정 수준의 전압 변동이나 노이즈를 보정할 수 있습니다.
- 온라인 UPS보다 저렴한 가격: 온라인 UPS보다는 저렴하지만 오프라인 UPS보다는 비쌉니다.
- 단점:
- 온라인 UPS만큼 높은 전력 품질을 보장하지 못합니다.
- 정전 발생 시 일정 시간 동안 전원 공급이 중단될 수 있습니다.
- 적용 분야: 오프라인 UPS보다는 높은 전력 품질이 필요하지만, 온라인 UPS보다는 저렴한 비용으로 사용하고 싶은 경우에 적합합니다.
4. 다이나믹 UPS
- 구성: 모터, 발전기, 플라이휠, 배터리 등으로 구성되어 있으며, 회전 기기를 이용하여 전력을 변환합니다.
- 동작 방식: 정상 상태에서는 모터가 발전기를 구동하여 부하에 전력을 공급하고, 정전 시에는 플라이휠에 저장된 에너지를 이용하여 발전기를 구동합니다.
- 특징:
- 높은 전력 품질, 빠른 응답 속도, 높은 신뢰성, 큰 용량 등의 장점을 가지고 있습니다.
- 단점:
- 높은 초기 투자 비용, 유지보수 비용, 큰 설치 공간 등의 단점이 있습니다.
- 적용 분야: 대규모 시스템, 데이터 센터, 통신 시스템 등 고신뢰성이 요구되는 시스템에 적합합니다.
5. 기타 UPS
- 삼상 UPS: 3상 전원을 사용하는 시스템에 적용됩니다.
- 모듈형 UPS: 모듈을 조합하여 용량을 확장할 수 있는 UPS입니다.
- 병렬 운전 UPS: 여러 대의 UPS를 병렬로 연결하여 용량을 확장하고, 시스템의 신뢰성을 높일 수 있습니다.
○A03 무전전전원장치를 종류별로 비교 설명하시오
○A05 직류전원장치의 기술발전추세는
- 고효율화:
- SiC(실리콘 카바이드), GaN(질화갈륨) 등의 차세대 반도체 도입: 기존 실리콘 소자보다 높은 전력 효율과 고주파 특성을 제공하여 전력 손실을 줄이고 소형화를 가능하게 합니다.
- 능동 클램핑, 궤환 무효 전력 보상 등 고효율 기술 적용: 스위칭 손실을 줄이고 전력 변환 효율을 높이는 기술들이 개발되고 있습니다.
- 소형화, 경량화:
- 3D 패키징 기술: 다층 기판을 적용하여 부품 밀도를 높이고, 소형화를 실현합니다.
- 소형화된 부품 채택: 스위칭 소자, 수동 소자 등을 소형화하여 전체 시스템의 크기를 줄입니다.
- 고밀도화:
- 전력 밀도 향상: 단위 부피당 출력을 높여 시스템의 크기를 줄이고, 공간 효율성을 높입니다.
- 열 관리 기술 발전: 고밀도화에 따른 발열 문제를 해결하기 위해 액체 냉각, 열 전도율이 높은 소재 등을 활용한 냉각 기술이 개발되고 있습니다.
- 지능화:
- AI 기반 예지 보전: 고장 예측 및 진단을 통해 시스템의 안정성을 확보하고 유지보수 비용을 절감합니다.
- 통합 관리 시스템: 다수의 전원 장치를 효율적으로 관리하고 제어하는 시스템이 개발되고 있습니다.
- 친환경:
- 에너지 효율 향상: 에너지 소비를 줄여 탄소 배출량을 감소시킵니다.
- 재활용 가능한 소재 사용: 환경 친화적인 소재를 사용하여 폐기 시 환경 부담을 줄입니다.
직류전원장치 기술 발전의 영향
- 전자 기기의 소형화, 경량화: 스마트폰, 노트북 등 휴대용 전자 기기의 성능 향상과 소형화를 가능하게 합니다.
- 데이터 센터 효율 향상: 서버 및 네트워크 장비의 전력 효율을 높여 운영 비용을 절감하고, 데이터 센터의 환경 부담을 줄입니다.
- 전기 자동차 충전 인프라 확대: 고속 충전 시스템 구축에 필요한 고효율, 고밀도 전원 공급 장치 개발을 촉진합니다.
- 재생 에너지 시스템 연계: 태양광, 풍력 등 재생 에너지 시스템과의 연계를 통해 에너지 효율을 높이고, 미래 에너지 시스템 구축에 기여합니다.
미래 전망
앞으로 직류전원장치 기술은 더욱 발전하여 다음과 같은 방향으로 나아갈 것으로 예상됩니다.
- SiC, GaN 기반 전력 반도체의 대중화: 차세대 반도체 기술의 발전으로 더욱 높은 효율과 성능을 갖춘 전원 장치가 개발될 것입니다.
- AI 기반 지능형 전원 관리 시스템 구축: AI 기술을 활용하여 전력 시스템을 최적화하고, 예측 정비를 통해 시스템의 안정성을 확보할 것입니다.
- 모듈형, 가상화된 전원 시스템: 다양한 요구 사항에 맞춰 유연하게 구성 가능한 모듈형 전원 시스템이 등장할 것입니다.
- 전력망과의 연계 강화: 스마트 그리드 시대에 맞춰 전력망과의 연동성을 높이고, 에너지 효율을 극대화하는 방향으로 발전할 것입니다.
●A09 무정전전원장치의 용량설계 시 고려사항에 대하여 설명하시오
●A12 무정전전원장치의 용량산정 시 고려사항을 설명하시오 ❯12
○A13 정류기 용량과 정류기용 변압기의 용량이 다른이유를 설명하시오
1. 정류기와 변압기의 역할 차이
- 정류기: 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 역할을 합니다. 정류기의 용량은 변환되는 전력의 크기를 나타내며, 일반적으로 킬로와트(kW) 단위로 표시합니다.
- 정류기용 변압기: 교류 전압을 정류기에 적합한 수준으로 변환하는 역할을 합니다. 변압기의 용량은 변압기가 처리할 수 있는 최대 전력을 나타내며, 일반적으로 킬로볼트암페어(kVA) 단위로 표시합니다.
2. 역률의 영향
- 역률: 전력 시스템에서 유효 전력과 무효 전력의 비율을 나타내는 값입니다.
- 정류기: 정류 작용으로 인해 역률이 낮아지는 경향이 있습니다. 즉, 같은 유효 전력을 변환하기 위해 더 큰 무효 전력이 필요하므로, 정류기용 변압기의 용량은 정류기의 유효 전력보다 커야 합니다.
- 역률 개선: 역률 개선기를 사용하여 역률을 높이면 변압기의 용량을 줄일 수 있습니다.
3. 변압기의 효율
- 변압기 효율: 변압기는 100% 효율을 가지지 못하며, 일부 전력이 열에너지로 손실됩니다.
- 용량 여유: 변압기의 효율을 고려하여 정류기의 부하보다 약간 큰 용량의 변압기를 사용하는 것이 일반적입니다.
4. 기타 요인
- 피크 전류: 정류 과정에서 순간적으로 큰 피크 전류가 발생할 수 있습니다. 변압기는 이러한 피크 전류를 견딜 수 있도록 충분한 용량을 가져야 합니다.
- 온도 상승: 변압기는 부하가 증가하거나 주변 온도가 높아질 때 온도가 상승합니다. 안전하게 운전하기 위해 변압기의 용량을 여유 있게 설계합니다.
- 안전율: 변압기의 수명을 연장하고 안정적인 운전을 위해 일정 수준의 안전율을 적용합니다.
결론
정류기 용량과 정류기용 변압기 용량이 다른 이유는 다음과 같이 요약할 수 있습니다.
- 역률 차이: 정류기의 역률이 낮아 변압기의 용량이 더 커야 합니다.
- 변압기 효율: 변압기의 효율을 고려하여 용량을 여유 있게 설계합니다.
- 피크 전류, 온도 상승, 안전율 등: 다양한 요인을 고려하여 변압기의 용량을 결정합니다.
●A14 UPS에 공급되는 자가발전설비의 용량선정방법
●A15 UPS의 운전방식중 상시상용급전방식
상시 상용 급전 방식이란?
상시 상용 급전 방식은 UPS 운전 방식 중 하나로, 정상적인 상태에서는 상용 전원을 그대로 부하에 공급하고, 정전 시에만 배터리에서 전력을 공급하는 방식입니다. 즉, UPS는 상용 전원이 안정적으로 공급될 때에는 단순히 전력을 연결해주는 스위치 역할을 수행합니다.
동작 원리
- 정상 상태: 상용 전원이 안정적으로 공급될 때에는 UPS 내부의 스위치가 닫혀 상용 전원이 직접 부하에 공급됩니다. 이때, 배터리는 상용 전원으로 충전됩니다.
- 정전 발생 시: 상용 전원이 끊어지면 UPS 내부의 스위치가 자동으로 배터리로 전환되어 배터리에서 저장된 전력을 인버터를 통해 교류 전력으로 변환하여 부하에 공급합니다.
특징
- 장점:
- 높은 효율: 상용 전원을 직접 부하에 공급하므로 에너지 손실이 적어 효율이 높습니다.
- 저렴한 비용: 회로가 간단하여 다른 방식의 UPS에 비해 가격이 저렴합니다.
- 소형, 경량: 회로가 간단하여 크기와 무게를 줄일 수 있습니다.
- 단점:
- 낮은 전력 품질: 상용 전원의 변동이 그대로 부하에 전달되어 전압 변동, 노이즈 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
- 정전 시 전환 시간: 배터리로 전환하는 데 시간이 소요되어 일시적인 전원 공급 중단이 발생할 수 있습니다.
- 제한적인 보호 기능: 전압 변동, 노이즈 등에 대한 보호 기능이 제한적입니다.
적용 분야
- 전력 품질 요구가 낮은 부하: 조명, 난방 등 전력 품질에 민감하지 않은 부하에 적합합니다.
- 예산이 제한적인 경우: 저렴한 비용으로 기본적인 정전 보호 기능을 필요로 하는 경우에 적합합니다.
- 소형 시스템: 공간이 제한적인 곳에 설치하기 적합합니다.
주의 사항
- 상용 전원의 품질: 상용 전원의 품질이 부하에 직접 영향을 미치므로, 상용 전원의 안정성을 확보해야 합니다.
- 부하의 종류: 전압 변동이나 노이즈에 민감한 부하는 상시 상용 급전 방식의 UPS로는 보호하기 어렵습니다.
- 정전 시간: 배터리 용량에 따라 정전 시 보호 가능한 시간이 제한적입니다.
●A17 설계 시 고려사항과 축전지 용량산정시 고려사항
●A20 무정전전원장치 용량설계시 고려사항에 대하여 설명하시오
○A21 무정전전원장치용 대용량 축전지 선정에서의 요구사항과 필요조건에 대하여 설명하시오
목차(UPS)
UPS
🌐1003M24
답글 남기기