무정전 전원 장치(UPS)에 대해서

무정전 전원 공급 장치( UPS : Uninterruptible Power Supply )에 대해서 알아보고자 합니다. 주로 컴퓨터와 관련하여 서버를 두고 있는 곳, 데이터 손실이 염려되는 곳, 전력 상실로 인해 피해가 발생하는 곳 등과 같이 전원이 끊어지면 안 되는 장소에 사용합니다. 간단히 예를 들면 데스크톱으로 작업 중에 정전으로 인해 작업 중이던 데이터가 모두 날아가 보신 경험이 있을 실 것입니다. 그러나 노트북으로 작업을 하신다면 정전이 일어나더라도 노트북에 있는 배터리로 인해 아무런 피해를 입지 않게 됩니다. 이러한 노트북의 배터리와 같은 역할을 하는 것이 바로 UPS입니다. 그럼 아래에서 좀 더 자세한 내용을 설명하겠습니다.

 

Ⅰ. UPS( Uninterruptible Power Supply, 무정전 전원 공급 장치 )의 정의

아래는 현장에 설치되어 있는 UPS의 실제 이미지입니다.

Static-UPS

먼저 네이버 지식백과에서 가져온 사전적인 의미입니다.

안정된 교류전력을 공급하는 장치.
컴퓨터와 주변 장치에 대한 전력 공급을 조절하는 장치입니다.

전기 회로의 전압이 끊어지거나 갑자기 올라가거나 내려가는 경우를 제한합니다. 보통 30분에서 1시간 정도 전원을 공급하도록 만들어집니다. 만약 정전이 장기화되면 하던 작업을 정리하고, 시스템을 셧다운 로드할 수 있도록 합니다.

상기의 설명처럼 UPS는 정전으로부터 데이터 또는 민감한 기기를 보호하기 위한 장치라고 생각하시면 됩니다. 또한 UPS는 상시 전원처럼 지속적인 공급이 아니므로 정전이 일어나면 귀중한 자료를 보호하기 위해 안전하게 시스템을 끄는 것이 바람직합니다. 그리고 정전이 일어나게 되면 전원이 상실되기 전 순간적으로 전압이 크게 증가하게 되고 이로 인해 민감한 장비들은 100% 피해를 입게 되며 이러한 피해를 줄이기 위해 UPS 뿐만 아니라 SPD(서지 보호장치:Surge Protective Device) 및 리제너레이터를 같이 설치하여야 합니다.

 

 

Ⅱ. UPS의 구분 또는 종류

UPS는 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. Static UPS와 Dynamic UPS이며 아래에서 간단히 설명드리겠습니다. (상기 이미지의 UPS가 Static UPS입니다.)

1. Static UPS

Static UPS는 가장 많이 사용하는 있는 형태로 UPS 시장의 95% 정도를 차지하고 있습니다. 그리하여 일반적으로 UPS라고 말하면 상기의 Static UPS를 이야기하는 것이라 보시면 됩니다. Static UPS라고 불리는 이유는 UPS가 반도체 소자를 사용하기에 동작을 할 때 크게 움직이는 부분(디젤엔진 같은 부분)이 없기 때문입니다.(움직이는 부분은 환기팬뿐입니다.)

• 모듈형 구조로 시설 용도에 따라 확장이 가능합니다.
• 초기 비용이 Dynamic UPS에 비해 매우 저렴하며 소음이 없는 편입니다.
• 온도 및 습도에 영향을 받기에 적절한 설치 환경이 필요합니다.( 약 20도~ 30도 권장 )
• 축전지가 절대적으로 필요합니다.  

2. Dynamic UPS ( Rotary UPS )

아래는 통신사의 데이터센터에 설치되어 있는 Dynamic UPS의 실제 이미지입니다.

Dynamic-UPS

상기의 이미지처럼 Dynamic UPS는 그 크기가 매우 상당합니다.(제일 작은 것이 비상발전기 정도의 크기입니다.) 그만큼 고성능과 단점이 있으며 UPS 시장의 약 5% 정도를 차지하고 있습니다.

• 고용량 및 고전압 발전 환경에 적합합니다.
• 전력 공급 중단이 매우 심각한 사고 발생을 야기하는 곳, 데이터 센터, 국가 기밀시설, 병원 등에 시설이 됩니다.
• 가격이 매우 비싸며 소음 및 발열이 상당합니다.

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3. UPS의 동작 방식에 따른 구분

offline - ups, line-interactive - ups, online - ups 이렇게 3가지로 구분이 가능하며 지금은 대부분 절체 스위치의 응답속도가 빠르고, 순간정전 상황에 우수한 online - ups를 많이 사용합니다.

offline - ups

• 정류기와 인버터가 평상시에는 따로 작동을 합니다.
• 평상시에는 들어오는 전력을 그대로 부하에게 넘겨줍니다.
• 정전 시 UPS로 전환이 될 때 스위칭(전환) 속도가 15 ~ 150 msec로  상당히 긴 편입니다.
• 민감한 부하인 경우 100% 피해가 발생합니다.

line-interactive - ups

• offline - ups에 AVR(아래 게시글 참조)을 부착한 형태입니다.

자동 전압 조정기 AVR 에 대해서

online - ups

• 시중에 판매되고 있는 대부분의 UPS에 해당하며 아래의 설명을 참조하시기 바랍니다.

 

Ⅲ. UPS의 구성 요소

Static UPS는 쉽게 접할 수 있으나 Dynamic UPS는 쉽게 접하기 어려우므로 Static UPS의 구성 요소에 대해 알아보겠습니다. 구체적으로 들어가면 내용이 복잡하기에 간략하게 이야기하겠습니다.

1. 축전지(Battery) 

Static UPS의 구성요소로 정전이 일어났을 때 전원을 공급해주는 전력원입니다. 컨버터를 통해 AC에서 DC로 바뀐 전력을 축전지가 비축을 하다가 정전이 일어나면 인버터를 통해 DC를 AC로 변환하여 부하에 전력을 공급하는 역할입니다.

UPS는 주기적인 정비가 필요하며 특히 배터리의 경우 일정 시간 이후에는 교환을 해야 하는 부품입니다. 배터리의 잔량을 알 수 있는 경우는 확인을 통해 교체를 하시고 일반적으로는 MF 배터리(아래 게시글 참조)를 사용하는데 수명이 3~5년 정도입니다. 그러나 주기적인 확인을 통해 점검을 하여야 하고 누액이 있다거나 문제가 있다면 즉시 교체를 하셔야 합니다. 배터리 화재 사고는 심심찮게 발생하는 화재사고 중의 하나입니다.

배터리(Battery), 전지(電池)에 대해서 - 세 번째

2. 컨버터 / 인버터

• 컨버터(정류기) : 상용전원인 교류(AC)를 직류(DC)로 변환시킵니다.
• 인버터 : 배터리의 직류(DC)를 교류(AC)로 변환시킵니다.

아래의 블록 다이어그램에서 설명을 하지만 UPS는 평상시에 상용전원인 교류(AC)를 받아서 컨버터와 인버터를 거치고 난 이후에 부하에 전력을 공급합니다. 이때 축전지의 경우는 직류(DC)를 저장하기에 컨버터를 거친 직류를 저장하고 정전이 일어났을 때는 인버터를 거친 교류(AC)를 부하에 공급하는 것입니다.

 

 

3. 절체 스위치 ( Static Transfer Switch )

절체 스위치를 간단히 설명하면 UPS가 고장이 났더라도 부하가 전력을 사용함에 있어 끊어짐 없이 상용 전원을 사용하도록 전환시켜주는 스위치라고 생각하시면 됩니다. 아래의 블록 다이어그램을 참조하시기 바랍니다.

블록다이어그램

• 청색 : 평상시 전력의 흐름 상태를 나타냅니다.
• 적색 : 컨버터, 인버터 및 축전지의 이상이 있을 시 전력의 흐름 상태를 나타냅니다.

정전시-블록다이어그램

• 적색 : 정전 또는 컨버터 이상시 전력의 흐름 상태를 나타냅니다.
• 참조적으로 스위칭 속도는 2 ~ 5 msec입니다.

4. 유지 보수 스위치 ( MBS : Maintenance Bypass Switch )

MBS라고 부르며 UPS의 유지, 보수 및 점검이 필요할 때 또는 시스템 내부 고장 시 부하를 상용전원으로 전력의 끊어짐 없이 바로 절체 시키는 기능을 하며 UPS를 전기적으로 완전히 분리시킵니다.  

5. 자동 전압 조정기 ( AVR : Automatic Voltage Regulator )

일반적으로 상용전원의 경우 그 전압의 변동이 ±15% 정도를 나타냅니다. 이는 민감한 장비들의 경우에 오작동의 원인이 되므로 이러한 변동을 줄여야 할 필요가 있습니다. 이에 AVR을 사용하게 되면 기존의 전압 변동이 ±2% 이내로 줄어드는 고품질의 전력을 공급받을 수 있게 됩니다.

 

 

이상으로 무정전 전원 장치( UPS : Uninterruptible Power Supply )에 대해서 알아보았으며 아래는 관련 제품의 세부 설명과 비상발전기에 대한 게시글이니 참고하시기 바랍니다.

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