AK UPS설비

온라인 UPS(Online UPS) 동작특성

• 항상 인버터를 통해 전원 공급
  입력 AC 전원은 먼저 DC로 변환(정류), 다시 인버터를 통해 AC로 재변환되어 부하에 공급됩니다. 평상시에도, 정전 시에도 인버터가 항상 동작하며, 배터리는 상시 충전 상태를 유지
• 무순단 전원 공급
  정전이나 입력 이상 발생 시에도 전환 시간이 0ms로, 전원 공급에 끊김이 없다
• 고품질 전원
  이중 변환(AC→DC→AC) 과정에서 고조파, 서지, 노이즈 등 전원 잡음이 모두 제거되어 민감한 장비에 적합
• 신뢰성 높음
  데이터센터, 병원 등 전원 품질과 무순단 공급이 필수적인 곳에 주로 사용
• 효율은 다소 낮음
  변환 손실로 인해 효율(70~90%)이 오프라인 UPS보다 낮고, 가격이 높으며, 부피와 중량이 큼

오프라인 UPS(Offline UPS) 동작특성

• 평상시에는 상용전원 직접 공급
  입력 AC 전원이 부하에 직접 공급되고, UPS는 배터리 충전만 수행합니다. 인버터는 대기 상태
• 정전 시 배터리로 전환
  정전이나 입력 전압 이상 시, 전환 스위치가 동작해 인버터와 배터리로부터 전원이 공급됩니다. 이때 4~10ms 내외의 짧은 전환 시간이 발생할 수 있다
• 보호 수준은 제한적
  평상시에는 상용전원의 품질에 따라 부하가 영향을 받으며, 전원 잡음이나 서지에 대한 보호가 온라인 UPS보다 약함
• 효율과 경제성 우수
  회로가 단순하고 효율(90% 이상)이 높으며, 가격이 저렴하고 소형화가 가능
• 적용 분야
  가정용 PC, 소형 네트워크 장비 등 전원 품질 요구가 크지 않고, 순간적인 순단이 허용되는 부하에 적합

비교 요약 표

http://www.mkiups.com/pds/mki_pds/1UPS_%B1%B8%BC%BA%B0%FA_%B5%BF%C0%DB%BF%F8%B8%AE.pdf

https://blog.naver.com/wkdckdrb3/223252089876

https://ko.upluselec.com/news/what-is-difference-between-online-ups-and-offline-ups

https://bigonemoon.tistory.com/306

https://bongtae.net/uninterruptible-power-supply/

https://ko.upluselec.com/news/online-uninterruptible-power-system-ups-working-principle

https://firelectric.tistory.com/39

https://blog.naver.com/jaeffong/221528914516

https://ko.upluselec.com/news/what-is-an-online-ups

http://dmenc.net/web/images/contents/UPS_proposals.pdf

1. 온라인 UPS (이중 변환 UPS)

• 정의: 정상적인 교류입력선원을 공급받아 내장된 배터리 충전 및 인버터를 상시 동작시켜서 비상시에 무순단으로 전력을 공급하는 방식
• 장점:
  • 안정적인 전원공급: 입력전원의 정전 시 무순단으로 입력과 관계없이 안정적인 전원공급
  • 높은 전력 품질: 전압 변동, 노이즈, 주파수 변동 등 전력 품질 문제로부터 완벽하게 보호
  • 빠른 응답 속도: 정전 발생 시 즉각적으로 배터리로 전환되어 무중단 전원 공급이 가능.
• 단점:
  • 회로 구성이 복잡하여 기술력이 요구된다
  • 에너지효율낮음: 오프라인UPS보다 전력소모가 많다.
  • 높은 가격: 복잡한 회로 구성으로 인해 가격이 비쌉니다.
  • 높은 발열: 전력 변환 과정에서 열이 많이 발생합니다.
  • 외형중량이 커진다
• 적용 분야: 서버, 네트워크 장비, 의료 장비 등 고가의 장비나 고품질의 전력이 요구되는 시스템에 적합합니다.

2. 오프라인 UPS (백업 UPS)

• 정의: 정상 시 교류입력전원을 사용하다가 정전되거나 입력전원이 허용치 보다 낮은경우에 인버터를 사용하는 방식
• 특징:
  • 전력소모가 작다: 입력전원 정상 시에는 효율이 높다
  • 잔고장적음: 회로 구성이 간단하여 내구성이 높다
  • 소형화가 가능하다
  • 정상동작시에는 전자파발생이 적다
  • 저렴한 가격: 간단한 회로 구성으로 인해 가격이 저렴
• 단점:
  • 정전시에 순간적인 전원의 끈어짐이 발생한다(일반적인 PC에서는 문제가 없다)
  • 입력의 변화에 따라 출력이 변화한다(전압조정이 안됨)
  • 낮은 전력 품질: 정전 발생 시 일정 시간 동안 전원 공급이 중단될 수 있으며, 전압 변동이나 노이즈에 취약합니다.
  • 입력전원과 동기가 되지 않아 정밀급 부하에 적용하지 않는다.
• 적용 분야: 가정용 컴퓨터, 소형 사무 기기 등 저렴한 비용으로 기본적인 정전 보호 기능만 필요한 경우에 적합

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.

동작 원리

다이나믹 UPS는 크게 다음과 같은 단계로 동작합니다.

1. 정상 상태: 상용 전원이 안정적으로 공급될 때에는 모터가 발전기를 구동하여 부하에 전력을 공급합니다. 이때, 플라이휠이라는 회전체에 에너지를 저장하여 정전 발생 시 빠르게 대응할 수 있도록 합니다.
2. 정전 발생 시: 상용 전원이 끊어지면, 플라이휠에 저장된 에너지를 이용하여 발전기를 구동하고, 부하에 전력을 공급합니다. 또한, 배터리로부터 모터에 전력을 공급하여 플라이휠의 회전 속도를 유지하고, 필요에 따라 디젤 엔진 등을 가동하여 추가적인 전력을 생산할 수 있습니다.
3. 상용 전원 복구 시: 상용 전원이 복구되면, 모터는 발전기와 동기화되어 다시 상용 전원과 병렬 운전을 시작합니다. 이때, 플라이휠에 에너지를 재충전하여 다음 정전에 대비합니다.

시스템 구성

다이나믹 UPS는 일반적으로 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있습니다.

• 모터: 플라이휠을 구동하고 발전기를 돌리는 역할을 합니다.
• 발전기: 모터에 의해 구동되어 전력을 생산합니다.
• 플라이휠: 회전 운동 에너지를 저장하여 정전 시 전력을 공급하는 역할을 합니다.
• 배터리: 정전 시 모터에 전력을 공급하여 플라이휠의 회전을 유지하고, 부하에 일정 시간 동안 전력을 공급하는 역할을 합니다.
• 제어 시스템: 시스템 전체를 감시하고 제어하는 역할을 합니다.

장점

• 높은 전력 품질: 정현파 출력으로 고품질의 전력을 제공합니다.
• 빠른 응답 속도: 정전 발생 시 즉각적으로 전력을 공급할 수 있습니다.
• 높은 신뢰성: 다중화된 시스템 구성으로 고장 시에도 안정적인 운전이 가능합니다.
• 큰 용량: 대용량 전력 공급이 가능합니다.
• 낮은 고조파: 정적 UPS에 비해 고조파 발생이 적습니다.

단점

• 높은 초기 투자 비용: 시스템 구성이 복잡하고, 대형 기기가 필요하여 초기 투자 비용이 높습니다.
• 유지보수 비용: 정기적인 유지보수가 필요하며, 고장 발생 시 수리 비용이 높을 수 있습니다.
• 큰 설치 공간: 시스템 구성 요소가 크기 때문에 넓은 설치 공간이 필요합니다.

적용 분야

다이나믹 UPS는 높은 신뢰성과 안정성이 요구되는 다음과 같은 분야에 주로 사용됩니다.

• 데이터 센터: 대규모 서버 시스템의 안정적인 운영을 위해 사용됩니다.
• 통신 시스템: 통신 장비의 안정적인 작동을 위해 사용됩니다.
• 산업 시설: 생산 라인의 무중단 운전을 위해 사용됩니다.
• 병원: 의료 장비의 안정적인 작동을 위해 사용됩니다.

• 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.

다이나믹 UPS와 정지형 UPS의 공간 및 성능 비교

요약 설명

• 공간 측면
  정지형 UPS는 본체 외에 대용량 배터리실과 항온항습기 등 부대설비가 필요해 설치면적이 상당히 큽니다. 다이나믹 UPS는 본체 자체는 크지만 배터리실이 불필요하고, 냉방설비도 거의 필요 없어 전체 공간은 비슷하거나 오히려 더 효율적일 수 있습니다31.
• 성능 측면
  • 정지형 UPS는 소용량~중용량 부하에 적합하며, 응답속도가 빠르고 설치·운용이 쉽지만, 배터리 수명과 용량에 제한을 받습니다. 출력 품질은 필터링을 통해 정현파에 가깝게 유지합니다142.
  • 다이나믹 UPS는 대용량·장시간 운전에 적합하고, 플라이휠과 디젤엔진 결합으로 무정전·고품질 전원을 장시간 공급할 수 있습니다. 고조파 억제력이 뛰어나고 내구성이 우수하지만, 초기 투자비와 유지관리 비용이 높고 소음·진동이 큽니다

https://www.ariat-tech.kr/blog/uninterruptible-power-supply(ups).html

https://blog.naver.com/inku0912/140019708689

https://kikura200.tistory.com/11

https://blog.naver.com/jaeffong/221797923409

http://ftz.myds.me/wordpress/%EB%8B%A4%EC%9D%B4%EB%82%B4%EB%AF%B9-ups/

https://www.youtube.com/watch?v=9gDM9-vXTWg

https://cq4l.com/ak-ups%EC%84%A4%EB%B9%84/

https://koreascience.kr/article/JAKO200975535973605.pdf

http://blog.naver.com/max9911/150029586250

https://www.vertiv.com/4a7824/globalassets/products/critical-power/uninterruptible-power-supplies-ups/liebert-trinergy-cube-ups-150-kw-32.4-mw/liebert-trinergy-cube-brochure-korean.pdf

1. 시스템 구성 및 연동 방식

• 병렬 운전: 자가발전기와 UPS를 병렬로 연결하여 동시에 부하에 전력을 공급하는 방식입니다. 부하 변동에 유연하게 대응할 수 있지만, 동기화 문제 및 보호 계전기 설정이 중요합니다.
• 순차 운전: 정전 발생 시 UPS가 먼저 작동하고, 부하 용량이 커지거나 UPS의 용량이 부족할 경우 자가발전기가 가동되는 방식입니다. 시스템 간의 전환 시간을 최소화하는 것이 중요합니다.

2. 전압, 주파수, 위상 동기화

• 전압: 자가발전기와 UPS의 출력 전압이 일치해야 합니다.
• 주파수: 자가발전기와 UPS의 출력 주파수가 일치해야 합니다.
• 위상: 자가발전기와 UPS의 출력 위상이 일치해야 전력 품질이 유지됩니다.
• 동기화 제어 장치: 위의 요소들을 정밀하게 제어하기 위한 동기화 제어 장치가 필요합니다.

3. 보호 계전기 설정

• 과전류 보호: 과전류 발생 시 시스템을 보호하기 위한 과전류 보호 계전기를 설정해야 합니다.
• 지락 보호: 지락 사고 발생 시 시스템을 보호하기 위한 지락 보호 계전기를 설정해야 합니다.
• 역률 보호: 역률이 낮아질 경우 시스템을 보호하기 위한 역률 보호 계전기를 설정해야 합니다.
• 고조파 보호: 고조파 발생으로 인한 시스템 손상을 방지하기 위한 고조파 보호 계전기를 설정해야 합니다.

4. 부하 특성

• 부하 변동: 부하 변동에 따른 시스템 안정성을 확보하기 위한 충분한 여유 용량을 확보해야 합니다.
• 무효 부하: 무효 부하에 의한 전압 변동을 최소화하기 위한 무효 전력 보상 장치를 설치해야 할 수 있습니다.

5. 배터리 관리

• 충전: UPS 배터리는 정기적으로 충전하여 항상 사용 가능한 상태를 유지해야 합니다.
• 교체: 배터리 수명이 다하면 교체해야 합니다.

6. 유지보수

• 정기 점검: 시스템의 안정적인 운전을 위해 정기적인 점검 및 유지보수가 필요합니다.
• 기록 관리: 점검 및 유지보수 기록을 관리하여 문제 발생 시 신속하게 대처할 수 있도록 해야 합니다.

7. 추가 고려 사항

• 소음: 자가발전기의 소음을 줄이기 위한 방음 대책이 필요할 수 있습니다.
• 진동: 자가발전기의 진동으로 인한 주변 시설의 손상을 방지하기 위한 방진 대책이 필요할 수 있습니다.
• 환기: 자가발전기의 열을 효과적으로 배출하기 위한 환기 시설이 필요할 수 있습니다.

2️⃣무전전 전원설비의 병렬운전 시스템 선정 시 고려사항

1)출력용량의 여유

• 병렬운전되고 있는 UPS중에서 1대가 고장나면, 나머지 UPS들이 부하를 분담해야하므로 용량에 여유가 있어야함

2)출력전압의 크기 동일

• 병렬로 운전되는 모든 UPS의 출력전압이 동일하지 않으면, UPS간에 순환전류가 흘러 무효전력이 증가

3)UPS의 출력 임피던스의 크기 동일

• UPS의 내부임피던스가 같지 않으면, 부하전류의 크기에 따라서 출력전압에 차이가 발생해서 순환전류가 흐름

4)UPS의 출력임피던스 저항과 인덕턴스의 비 동일

• UPS의 출력임피던스는 저항보다 인덕턴스가 훨씬 크다. 이때 저항과 인덕턴스의 비가 같지 않으면 전압과 전류에 위상차가 생겨서 순환전류가 흐름

5)출력전압의 동기화

• UPS간의 출력전압이 동기화되지 않으면, 최악의 경우 단락사고 발생

6)적절한 부하분담

• 병렬운전되는 UPS간에 부하가 적절하게 분담되기 위해서는, 출력전압, %임피던스 등이 동일해야함

7)출력파형은 정현파

• 출력파형에 고조파가 포함되어 있으면, 고조파 순환전류가 발생해서 UPS를 과부하시킴

8)정격이 동일

• 정격전압, 전압 조정범위, 정격역률, 단시간 과부하정격, 전압 변동률, 파형 왜곡률, 과도전압 변동률, 전압 불평형률 등 모든 정격이 동일

UPS 용량 설계 시 고려 사항

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 환경 조건:
   • 온도, 습도 등 설치 환경에 따라 UPS의 성능이 달라질 수 있습니다.
   • 제조사에서 권장하는 환경 조건을 준수해야 합니다.
6. 성장 가능성:
   • 미래에 부하가 증가할 가능성을 고려하여 UPS 용량을 여유 있게 선정하는 것이 좋습니다.
7. UPS의 특성:
   • UPS의 효율, 응답 속도, 과부하 내량 등을 고려하여 적절한 모델을 선택해야 합니다.

UPS 용량 산정 시 주의사항

• 수용률: UPS의 용량을 산정할 때, 부하의 종류에 따라 적절한 수용률을 적용해야 합니다. 예를 들어, 통신 장비와 같이 연속적으로 동작하는 부하는 수용률을 100%로 적용하는 것이 일반적입니다.
• 고조파: 비선형 부하로 인해 발생하는 고조파는 UPS의 수명을 단축시키고, 효율을 저하시킬 수 있습니다. 고조파 필터를 설치하거나 고조파에 강한 UPS를 선택해야 합니다.
• 부하의 기동 전류: 모터 부하와 같이 기동 시 순간적으로 큰 전류가 필요한 부하는 UPS의 과부하 보호 기능이 작동할 수 있으므로, 충분한 여유 용량을 확보해야 합니다.

온라인 UPS(Online UPS) 동작특성

• 항상 인버터를 통해 전원 공급
  입력 AC 전원은 먼저 DC로 변환(정류), 다시 인버터를 통해 AC로 재변환되어 부하에 공급됩니다. 평상시에도, 정전 시에도 인버터가 항상 동작하며, 배터리는 상시 충전 상태를 유지
• 무순단 전원 공급
  정전이나 입력 이상 발생 시에도 전환 시간이 0ms로, 전원 공급에 끊김이 없다
• 고품질 전원
  이중 변환(AC→DC→AC) 과정에서 고조파, 서지, 노이즈 등 전원 잡음이 모두 제거되어 민감한 장비에 적합
• 신뢰성 높음
  데이터센터, 병원 등 전원 품질과 무순단 공급이 필수적인 곳에 주로 사용
• 효율은 다소 낮음
  변환 손실로 인해 효율(70~90%)이 오프라인 UPS보다 낮고, 가격이 높으며, 부피와 중량이 큼

오프라인 UPS(Offline UPS) 동작특성

• 평상시에는 상용전원 직접 공급
  입력 AC 전원이 부하에 직접 공급되고, UPS는 배터리 충전만 수행합니다. 인버터는 대기 상태
• 정전 시 배터리로 전환
  정전이나 입력 전압 이상 시, 전환 스위치가 동작해 인버터와 배터리로부터 전원이 공급됩니다. 이때 4~10ms 내외의 짧은 전환 시간이 발생할 수 있다
• 보호 수준은 제한적
  평상시에는 상용전원의 품질에 따라 부하가 영향을 받으며, 전원 잡음이나 서지에 대한 보호가 온라인 UPS보다 약함
• 효율과 경제성 우수
  회로가 단순하고 효율(90% 이상)이 높으며, 가격이 저렴하고 소형화가 가능
• 적용 분야
  가정용 PC, 소형 네트워크 장비 등 전원 품질 요구가 크지 않고, 순간적인 순단이 허용되는 부하에 적합

비교 요약 표

정리:
온라인 UPS는 항상 인버터를 통해 고품질, 무순단 전원을 공급하며, 오프라인 UPS는 평상시에는 상용전원을 직접 공급하다가 정전 시에만 인버터로 전환하는 방식입니다. 따라서 온라인 UPS는 민감한 중요 장비에, 오프라인 UPS는 경제성과 효율이 중요한 소용량 부하에 주로 사용됩니다16234.

http://www.mkiups.com/pds/mki_pds/1UPS_%B1%B8%BC%BA%B0%FA_%B5%BF%C0%DB%BF%F8%B8%AE.pdf

https://blog.naver.com/wkdckdrb3/223252089876

https://ko.upluselec.com/news/what-is-difference-between-online-ups-and-offline-ups

https://bigonemoon.tistory.com/306

https://bongtae.net/uninterruptible-power-supply/

https://ko.upluselec.com/news/online-uninterruptible-power-system-ups-working-principle

https://firelectric.tistory.com/39

https://blog.naver.com/jaeffong/221528914516

https://ko.upluselec.com/news/what-is-an-online-ups

http://dmenc.net/web/images/contents/UPS_proposals.pdf

정류기 용량과 정류기용 변압기(정류 변압기) 용량이 서로 다른 이유는, 두 장치가 담당하는 역할과 설계 기준, 처리하는 전류의 파형 특성 등이 다르기 때문입니다.

1. 역할과 정격 기준의 차이

• 정류기 용량은 정류기(다이오드, SCR 등 반도체 소자)가 실제로 공급해야 하는 DC 부하(예: 전동기, 배터리 충전 등)에 필요한 직류 전력(DC kW 또는 kVA)을 기준으로 산정합니다.
• 정류기용 변압기 용량은 정류기로 인가되는 교류 전력(AC kVA)을 기준으로 산정합니다. 이 값은 정류기에서 실제로 필요한 직류 용량보다 더 크게 산정되는 것이 일반적입니다.

2. 파형 및 역률(효율) 차이

• 정류기에서 AC를 DC로 변환할 때, 부하에 공급되는 직류 전류는 연속적이지만, 변압기 2차측에서 흐르는 교류 전류는 펄스 형태(비정현파)로 흐릅니다.
• 이로 인해 변압기에는 고조파 성분이 포함된 비정현파 전류가 흐르며, 이 전류의 실효값(RMS)이 직류 전류보다 더 커집니다.
• 또한, 정류회로의 특성상 역률(PF)이 낮아지기 때문에, 같은 DC 출력이라도 변압기에서는 더 많은 피상전력(kVA)을 공급해야 합니다123.

3. 설계 여유와 냉각 고려

• 정류기용 변압기는 고조파, 펄스 전류, 온도 상승 등 특수한 운전 조건을 고려하여, 일반 전력용 변압기보다 더 큰 용량으로 설계됩니다13.
• 예를 들어, 3상 6펄스 정류회로의 경우, 변압기 용량은 DC 출력의 약 1.2~1.3배, 12펄스의 경우 약 1.1~1.2배로 산정하는 것이 일반적입니다.

4. 정리

결론:
정류기용 변압기 용량이 정류기(DC) 용량보다 더 크게 산정되는 이유는, 변압기에는 고조파와 펄스 전류에 의한 추가 손실, 낮은 역률, 열적 여유 등이 모두 반영되기 때문입니다. 따라서 두 용량은 항상 동일하지 않으며, 변압기 쪽이 더 크게 설계됩니다123.

https://www.scotech-electrical.com/info/how-to-calculate-the-transformer-capacity-68093704.html

https://www.linkedin.com/pulse/what-difference-between-rectifier-transformer-power-mia-si-plnec

https://niagarapowertransformer.com/rectifier-duty-transformers-what-they-are-and-how-they-work/

http://ko.scotech-electrical.com/info/difference-between-rectifier-transformer-and-c-67996026.html

https://blog.naver.com/PostView.naver?blogId=baekma6666&logNo=220951391428&categoryNo=93&proxyReferer=&noTrackingCode=true

https://blog.naver.com/prismco/222785913645

https://ko.haneyequipment.net/info/know-more-about-rectifier-48602195.html

https://www.youtube.com/watch?v=vytO9yvB-FA

http://ko.scotech-electrical.com/info/what-is-the-difference-between-rectifier-trans-58590443.html

https://m.cafe.daum.net/hdtr/CrIF/36

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 방식
• 즉, UPS는 상용 전원이 안정적으로 공급될 때에는 단순히 전력을 연결해주는 스위치 역할을 수행

동작 원리

1. 정상 상태: 상용 전원이 안정적으로 공급될 때에는 UPS 내부의 스위치가 닫혀 상용 전원이 직접 부하에 공급됩니다. 이때, 배터리는 상용 전원으로 충전
2. 정전 발생 시: 상용 전원이 끊어지면 UPS 내부의 스위치가 자동으로 배터리로 전환되어 배터리에서 저장된 전력을 인버터를 통해 교류 전력으로 변환하여 부하에 공급

특징

• 장점:
  • 높은 효율: 상용 전원을 직접 부하에 공급하므로 에너지 손실이 적어 효율이 높다.
  • 저렴한 비용: 회로가 간단하여 다른 방식의 UPS에 비해 가격이 저렴
  • 소형, 경량: 회로가 간단하여 크기와 무게를 줄일 수 있다.
• 단점:
  • 낮은 전력 품질: 상용 전원의 변동이 그대로 부하에 전달되어 전압 변동, 노이즈 등의 문제가 발생
  • 정전 시 전환 시간: 배터리로 전환하는 데 시간이 소요되어 일시적인 전원 공급 중단이 발생
  • 제한적인 보호 기능: 전압 변동, 노이즈 등에 대한 보호 기능이 제한적

적용 분야

• 전력 품질 요구가 낮은 부하: 조명, 난방 등 전력 품질에 민감하지 않은 부하에 적합
• 예산이 제한적인 경우: 저렴한 비용으로 기본적인 정전 보호 기능을 필요로 하는 경우에 적합
• 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.

UPS 용량 설계 시 고려 사항

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 환경 조건:
   • 온도, 습도 등 설치 환경에 따라 UPS의 성능이 달라질 수 있습니다.
   • 제조사에서 권장하는 환경 조건을 준수해야 합니다.
6. 성장 가능성:
   • 미래에 부하가 증가할 가능성을 고려하여 UPS 용량을 여유 있게 선정하는 것이 좋습니다.
7. UPS의 특성:
   • UPS의 효율, 응답 속도, 과부하 내량 등을 고려하여 적절한 모델을 선택해야 합니다.

UPS 용량 산정 시 주의사항

• 수용률: UPS의 용량을 산정할 때, 부하의 종류에 따라 적절한 수용률을 적용해야 합니다. 예를 들어, 통신 장비와 같이 연속적으로 동작하는 부하는 수용률을 100%로 적용하는 것이 일반적입니다.
• 고조파: 비선형 부하로 인해 발생하는 고조파는 UPS의 수명을 단축시키고, 효율을 저하시킬 수 있습니다. 고조파 필터를 설치하거나 고조파에 강한 UPS를 선택해야 합니다.
• 부하의 기동 전류: 모터 부하와 같이 기동 시 순간적으로 큰 전류가 필요한 부하는 UPS의 과부하 보호 기능이 작동할 수 있으므로, 충분한 여유 용량을 확보해야 합니다.

무정전전원장치(UPS)의 종류별 특징 설명

무정전전원장치(UPS)는 상용 전원 공급이 중단되거나 불안정할 때에도 연속적으로 전력을 공급하여 시스템의 안정적인 운영을 보장하는 장치입니다. UPS는 다양한 종류가 있으며, 각각의 특징과 적용 환경이 다릅니다. 이번에는 단일 출력버스 UPS, 병렬 UPS, 이중버스 UPS의 특징에 대해 자세히 알아보겠습니다.

1. 단일 출력버스 UPS (Single Output Bus UPS)

단일 출력버스 UPS는 가장 기본적인 형태의 UPS로, 하나의 출력 버스를 통해 부하에 전력을 공급합니다.

• 장점:
  • 구조가 간단하여 비용이 저렴합니다.
  • 소규모 시스템에 적합합니다.
• 단점:
  • UPS에 문제가 발생하면 모든 부하에 영향을 미칩니다.
  • 확장성이 낮습니다.

2. 병렬 UPS (Parallel UPS)

병렬 UPS는 두 개 이상의 UPS를 병렬로 연결하여 부하를 분담하는 방식입니다.

• 장점:
  • 시스템의 가용성을 높일 수 있습니다.
  • 부하 증가에 따라 용량을 확장할 수 있습니다.
• 단점:
  • 각 UPS 간의 동기화가 필요하며, 복잡한 제어 시스템이 요구됩니다.
  • 비용이 상대적으로 높습니다.

3. 이중 버스 UPS (Dual Bus UPS)

이중 버스 UPS는 두 개의 독립적인 출력 버스를 가지고 있으며, 각 버스에 연결된 UPS가 서로 백업 역할을 수행하는 방식입니다.

• 장점:
  • 고가용성이 요구되는 시스템에 적합합니다.
  • 한쪽 버스에 문제가 발생하더라도 다른 버스를 통해 부하에 전력을 공급할 수 있습니다.
• 단점:
  • 시스템이 복잡하고 비용이 가장 높습니다.

각 UPS 종류별 비교