UPS이란?

Uninterruptible Poawer Supply 무정전전원장치 라고도 한다. 일반전원 또는 예비 전원 등을 사용할 때 전압 변동, 주파수 변동, 순간 정전, 과도 전압 등으로 인한 전원 이상을 방지하고
항상 안정된 전원을 공급하여 주는 장치이다. 상시에는 상용전원을 공급받아서 축전지를 충전하고 이를 변환하여 출력을 공급한다. 상용전원이 정전되거나 낮아지면 축전지를 통해 연속적이고 안정된 전원을 공급한다. UPS는 정전 시 사용중인 부하장비가 계속 동작할 수 있도록 하는 장치이며, 갑작스런 전압상승 등으로부터 장비를 보호하는 기능도 가지고 있다. UPS는 주전원의 정전이 감지되면 순간적으로 축전지 전원공급장치로 동작한다.

UPS가 정전을 알렸을 때 장비를 사용하고 있던 사용자는 2차 전원(축전지)이 모두 소진되기 전에 작업하던 데이터를 저장하고 장비를 안전하게 OFF 시킬 수있는 시간적 여유를 가질 수 있다.
입력전원 과전압 및 저전압 발생하면 UPS가 자동전압조정(AVR)기능으로 부하장비를 보호할수 있다. UPS가 동작하게 되면(축전지로부터 전원을 공급하기 시작하면) 작업중인 데이터를 자동으로 저장해주는
소프트웨어도 있다. 4차 산업시대로 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 로봇기술, 드론, 자율주행차, 가상현실(VR) 등의 산업 확대와 더불어 그 수요가 급증하고 있다. 최근에는 금융, 방송, 산업 등 신뢰성이 요구되는 시스템이 증가함에 따라 병렬운전 UPS의 도입이 확산되고 있으며 정보화 사회로의 급진전으로 모든 시스템이 네트워크화 됨에 따라 UPS도 네트워크상에서관리할 필요성이 증대되었으며
공급자인 UPS 제조업체에서도 원격으로 감시, 제어할 뿐만 아니라 원격진단, 사후관리를 함으로써 제품의 고부가가치화, 신뢰성 및 경비절감 등에 힘쓰고 있다.

UPS 구성요소

일반적인 UPS는 정류/충전부, 인버터부, Satic Switch, Maintenace Bypass Switch, 축전지 로 구성

• 01정류/ 충전부 (Rectifier/Charger)

  입력 교류전원을 직류전원으로 변환하여 축전지를 충전하고
  인버터에 전원을 공급한다.

• 02인버터부 (Inverter)

  정류부나 축전지에서 직류전원을 공급받아 정전압, 정주파수의
  교류전원으로 변환하여 출력전원에 공급한다.

• 03자동 바이패스 스위치 (Auto Bypass Static Switch)

  인버터 이상시에 부하에 전력공급이 중단되지 않도록
  대체전원으로 부하를 절체한다.

• 04유지보수 바이패스 스위치 (Maintenance Bypass Switch)

  UPS 이상으로 수리 또는 점검시 임시로
  부하에 상용전원을 직접 공급한다.

• 05축전지 (Battery)

  입력정전시 인버터에 전원을 공급하여
  정해진 정전보상시간동안 출력전원을 공급한다.

• 

• 단일용량 구성방식 (Single System)

• 단일 용량 구성방식은 중요 부하가 요구하는 최대 전력량을 공급하기 위한 단일 UPS 시스템이라 할수 있다.
  단일용량 구성방식은 중요 부하를 보호하기위한 최소의 요구사항이라 볼수 있다.
  단일 용량 구성방식은 UPS 인버터에 장애가 발생하는 거과 같은 이유로 인버터를 통해 전력을 공급할수 없는 경우
  중요 부하는 바이패스를 통하여 직접 상용전원을 그대로 받게 되는 단일 장애 지점이 그대로 나타난다.

• 01축전지 방전전류 계산

  • 방전전류[A] = (UPS정격용량[VA] × 부하역율) / (인버터효율 × 방전종지전압)
  • 방전전류[A] = (UPS정격용량[VA] × 부하역율) / (인버터효율 × 방전종지전압 × 보수율)
    • 무보수형연축전지의 경우 사용연수에 따라 점점 용량이 감소하므로 선정시에 보수율을 적용해야
      축전지 사용기간동안안정된 정전보상시간을 보장할 수 있다.
  • K상수 적용
    축전지요량(AH) = K × 방전전류[A]
    • K상수는 축전지 제조업체에서 제공하는 상수로 표 형태로 제공되고 방전전류와 곱하여 축전지 용량을 산정
    • 주로 사용하는 K Factor는 다음과 같다.
      정전보상시간 K상수
      • 5분 0.4
      • 10분 0.54
      • 20분 0.8
      • 30분 1
      • 60분 1.6
      • 4시간 5
      • 8시간 13.3

      * 연축전지 카다로그에서 계산된 용량에 근사한 축전지를 선정

  [산정예] 전류로 표시되는 부하장비
  축전지 종류 : 무보수밀폐형연축전지
  정전보상시간 : 30분
  UPS 용량 : 10KVA
  인버터효율 : 0.92
  부하역률 : 0.8
  방전종지전압 : 210V

• 02방전전류계산 ※ 무보수 밀폐형연축전지이므로 보수율적용안함

  • 방전전류= (UPS정격용량[VA] × 부하역율) / (인버터효율 × 방전종지전압)
    = (10000 × 0.8) / (0.92 × 210) = 41.4[A]

• 03축전지용량계산

  • 축전지용량 = K × 방전전류 = 1 × 41.4(정전보상시간 30분일 때 K Factor는 1이다.) = 41.4[AH]

  계산된 용량에 근사한 축전지는 40AH 무보수밀폐형연축전지이다.
  상기 이외의 축전지 선정시는 축전지 제조사에서 제공하는 각 축전지 용량별로 정전보상시간에 대한 방전전류를 나타낸 표를참조하여
  해당 UPS의 방전전류를 구하여 방전전류에 근사한 축전지 용량을 선정하면 된다.

• 04UPS발열량 계산

  UPS전원의 안정된 운용을 위해서는 UPS가 설치된 장소에 적정 온도를 위한 항온항습기 등 공조설비가 필요하다.
  이런 공조설비 선정시에는 동일장소에 설치된 부하설비의 발열량뿐 아니라 전원을 공급하는 UPS 등
  전원설비의 자체 발열량도 중요하게 고려되어야 한다.

  • 계산식
    발열량(kcal/h) = 출력용량(KVA) × 1,000 × 역률 × (1-종합효율) / 종합효율 × 0.860)
  • 환산식
    1kcal/h = 3.969btu/h

    * 40KVA UPS 발열량 계산
    - 출력용량 : 40KVA
    - 역률 : 0.8
    - 종합효율 : 0.88

    * 발열량 = 40 × 1,000 × 0.8 × (1-0.88) / 0.88 × 0.860 = 3.753 kcal/h = 14,892 btu/h