출처 : 전기기술인협회 협회지
1. 무정전전원공급장치(UPS)의 개요
무정전전원공급장치는 미국의 IEEE Std 446 와 영국의 CIBSE의 자료에 의하면 Uninterruptible Power Supply (UPS) System으로 사용하고 있다. UPS는 정전, 순시전압 저하, 서지, 전압 변동, 주파수 변동 등에 대비하여 중요 부하에는 안정된 정전압 정주파수 특성을 유지하는 교류전력을 공급하는 시스템이다.
[그림1]은 양질의 전원조건을 요구하는 중요 부하에 공급하기 위해서 적용되고 있는 UPS의 구성도를 나타낸 것이다.
UPS 시스템 구성에는 단독 운전방식과 직병렬여유 운전방식 등 여러가지 방식이 적용되고 있으며, 용도로는 컴퓨터 전원, 전산실 서버, 병원 수술실 등의 중요 장비, 측정장치/분석장치용, 방송/통신데이터 기기, 시스템 제어, 생산라인 품질관리용, 연구실/실험전원 등 안정된 전원을 공급해야 되는 모든 곳에 적용되고 있다.
2. UPS의 구성 개요
1) 정류/충전부 : 입력 교류전원을 직류전원으로 변환하여 축전지를 충전하고, 인버터에 전원을 공급한다. <표1>은 정류/충전부로 적용되는 6펄스 방식 (위상제어)과 12펄스 방식 (위상제어), PWM 방식 (펄스폭 변조) 를 비교한 것이다.
2) 배터리 (축전지) : 입력전원의 정전 시에 인버터에 전원을 공급하여 정해진 정전보상시간 동안 출력을 공급한다. 사용되는 배터리에는 연축전지, 니켈카드뮴 축전지, 리튬이온 축전지 등이 사용된다.
3) 인버터부 : 정류부나 배터리에서 직류전원을 공급받아 정전압, 정주파수의 교류전원으로 변환하여 출력에 공급한다.
4) Static Switch : 인버터 이상 시에 부하에 전기공급이 중단되지 않도록 상용전원으로 부하를 무순단(순간의 정전없이 전원 이동이 가능한)으로 절체하는 기능을 가지고 있다.
5) Maintenance Bypass Switch : UPS 이상으로 수리 또는 점검 시에 임시로 부하에 상용전원을 직접 공급하는 기능을 가지고 있다.
3. UPS의 구성 분류
<표2>는 UPS의 구성을 분류하여 나타낸 것이며,
① Off Line UPS 는 상용전원을 그대로 출력으로 내보내며, 충전부를 통해 축전지를 충전한다. 정전 발생 시에는 인버터 회로를 구동시켜 축전지를 통해 출력에 전원을 공급하는 방식이다.
② Line interactive UPS는 Off Line UPS와 같이 상시에는 상용전원을 출력 측에 공급하지만, 전압조정 기능을 가지고 있어서 일정 범위 안에서 조정된 출력을 공급한다. 정전 발생 시에는 인버터 회로를 구동시켜 축전지를 통해 출력에 전원을 공급하는 방식이다.
③ Double Conversion UPS는 상시 인버터 방식 (온라인) 이라고도 하며, 상용전원을 직류전원으로 변환하여 축전지를 충전하고, 인버터부를 통해 직류전원을 다시 안정된 교류전원으로 변환하여 출력으로 보내는 방식이다. 항상 인버터 회로를 통해 변환된 출력을 공급하므로 출력은 안정되며, 높은 신뢰도를 가지는 반면 효율은 떨어지고 전력전자가 항상 동작하므로 방열에 대한 상당한 고려가 필요하다. 높은 안정성 및 신뢰성이 요구되는 일정 규모 이상의 시스템에 적합하다.
4. UPS의 직렬 및 병렬여유 공급시스템
1) 직렬 여유시스템 구성
UPS 2대를 직렬로 구성하여 정상 동작 시에는 Main UPS가 100% 부하를 전담하여 전원을 공급하며, Main UPS 장애 시에는 대기 UPS가 100% 부하를 전담하여 전원을 공급하는 방식이다. 2대의 UPS가 장애 시에는 Auto Bypass로 전원을 공급한다.
2) 병렬 여유시스템 구성
UPS 2대를 병렬로 구성하여 정상 동작 시에는 UPS 2대가 50%씩 부하를 분담하여 전원을 공급하며, 1대의 UPS에 장애가 발생하면 나머지 UPS가 100% 부하를 전담하여 전원을 공급하는 방식이다. 2대의 UPS에 장애가 발생되면 Static Switch 를 통하여 무순단으로 상용전원으로 절체되어 부하기기에 연속적으로 전원 공급한다.
3) 이중화 시스템 구성
이중 입력부하의 경우 2개의 전원을 연결시켜 놓으면 한쪽 전원의 이상 시 자동으로 다른 쪽 전원으로 공급되어 운전되지만, 단일 입력부하의 경우 전원을 1개 밖에 받지 못하므로 STS* 를 이용하여 2개의 전원을 무순단으로 공급하는 방식이다.
*STS(Static TransferSwitch) : 정지형 반도체소자 절체스위치
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