이제는 벌써 년수로 2년이 지났는데요. 22년도에 발생했던 데이터센터의 화재사건을 기억하시나요? 이 사건을 계기로 UPS의 중요성에 대하여 다시한번 회자되곤 하였는데요. 나날이 무정전전원장치에 대해서 중요도가 높아지고 있습니다. 이번에는 이러한 UPS 즉, 무정전전원장치란 무엇인지 그리고 용도를 같이 살펴보겠습니다.
목차
무정전전원장치란, UPS 정의와 용도
1.UPS, 무정전전원장치란
UPS는 Uninterruptible Power Supply의 약자로 전원을 끊임없이 공급하도록 도와주는 무정전 전원 공급장치 입니다.
이러한 UPS는 중요부하(Critical load)에 전원의 불안정한 전압과 주파수의 변동에도 지속적으로 에너지를 공급시켜줄 수 있죠.
즉, 전원의 전압 및 주파수 변동이 있는곳에서는 자동적으로 안정시켜주어 장비를 보호하고 정전시에도 일정 시간 전력을 계속 공급해줄 수 있는 장치입니다.
보통 갑작스런 정전과 같은 사고시에도 고가의 전기설비나 내장된 데이터가 손상되는것을 막는용도로 UPS를 시설하곤 합니다.
2.KEC에서의 무정전전원장치
☞전기설비기술기준과 판단기준 그리고 한국전기설비규정(kec)
<KEC 245>
245.1 적용범위
이 규정은 교류 입력전원이 정전되었을 때 부하전력의 연속성을 확보하기 위해 전력변환장치, 스위치 및 이차전지 등을 조합하여 구성한 전원장치를 시설하는것에 적용한다.
245.2 설비의 안전 요구사항
- 무정전전원장치는 감전 또는 전로나 기기의 손상 등 사고가 발생하지 않도록 KS C IEC 62040-1에 따라 시설
- 시설장소에는 확인하기 쉬운 위치에 ‘무정전전원장치 시설장소’ 표지를 하고, 일반인이 출입할 수 없도록 잠금장치 등을 설치
- 고장이나 외부 환경요인으로 인하여 비상상황 발생 또는 출력에 문제가 있을 경우 장치가 부하로 전원을 더이상 공급하는 것을 방지 또는 차단 할 수 있어야 한다.
- 이차전지를 이용한 무정전전원장치는 511에 준하여 시설한다
245.3 특정기술을 이용한 장치의 시설
20kWh를 초과하는 리튬·나트륨 계열의 이차전지를 이용한 무정전전원장치의 경우 245.2에 따르는 외에 다음에 의하여 시설
- 이차전지의 용량 선정과 운영에 관한 사항은 512.1.2에 따른다.
- 이차전지의 열폭주 및 폭발장지를 위한 대책은 512.1.3에 따른다.
- 제어 및 보호장치의 시설은 512.1.4에 따른다
- 이차전지를 전용건물에 시설하는 경우에는 512.1.5에 따른다. (다만, 이차전지 총 용량이 600kWh 이하인 경우 이차전지를 다른 전기설비와 분리된 격실에 시설하지 않을 수 있다.)
- 셀의 온도, 전압 등의 상태를 확인할 수 있는 전자관리시스템을 갖추어야 하고, 상용전원의 정전 시에도 동작 할 수 있어야 한다.
3.UPS의 정의와 용도 정리
▶정의
UPS란 입력전원이 순시 전압저하나 정전되었을 때 부하전력의 연속성을 확보하기 위해 전력변환장치, 스위치와 이차전지 등을 조합하여 구성한 전원장치를 말한다.
▶용도
컴퓨터, 데이터센터, 반도체 공장, 병원의 전기설비 등 부하에 전력 공급의 신뢰성이 특히 요구되는 설비에 많이 설치됨.
4.UPS의 구성요소 및 기능
UPS는 정류기, 인버터와 축전지로 구성되며, 교류 입력을 정류기에서 직류로 변환하고, 이 직류를 인버터에서 다시 교류로 변환함으로써 정전압 정주파수의 정현파 전력인 출력을 얻는 장치입니다.
또한, 이 장치의 직류회로에 축전지를 접속함으로써 순간 단전이 없는 교류전력을 얻을 수 있으며 배터리 뱅크를 전원공급 장치로 사용하는 일반적인 UPS는 아래와 같은 표의 주요 구성요소로 구성되는것을 확인 할 수 있습니다.
| 구성요소 | 기능 |
| 정류기 / 충전기 | AC 주전원을 공급받아 정류하고 배터리를 충전하는데 사용되는 DC전압을 생성 |
| 배터리(축전지) | DC 전원을 공급받아 전기에너지를 축적하였다가 입력전원이 정전되었을때에 인버터를 경유하여 부하에 전기를 공급하는 역할을 함. |
| 인버터 | 주전원 공급장치에 장애가 발생하면 인버터가 배터리에 저장된 DC 전원을 연결된 부하에 적합한 AC전원 출력으로 변환. |
| 절환스위치 | 주전원, UPS 인버터, 발전기 등 다양한 전원에서 중요부하에 전력을 전송하는 자동 및 순간 스위칭 장치. |
▶UPS 작동설명도
5.UPS 종류
단일 UPS 종류는 일반적으로 3종이 있습니다. 아래의 표에서 정리한 특징과 용도를 살펴보겠습니다.
| 종류 | 특징 및 용도 |
| 이중변환 UPS(온라인 UPS) | – 전원공급이 중단되지 않도록하는 가장 신뢰성이 높은 유형 – AC를 DC로, DC를 AC로 변환하영 안정적인 전원공급 가능 |
| 서로 간 상호 UPS (라인 인터렉티브 UPS) | – 전압 변동을 자동으로 조정 – 중소규모 비즈니스나 개인용 컴퓨터 시스템에 적합 |
| 대기 UPS (오프라인 UPS) | – 전력공급이 중단될 때만 작동 – 가정용 또는 작은 사무실용 장비에 주로 사용 |
▶이중변환 UPS
위 UPS는 온라인 UPS(On-Line UPS)라고 부르기도 하며, 이중변환방식 UPS의 회로 구성의 예시입니다.
정상운전 시에는 교류전원을 컨버터와 인버터를 경유하여 부하에 공급하며, 교류전원이 정전되었을 때에는 순간 단전됨 없이 축전지에서 인버터를 경유하여 부하에 전기를 계속 공급 할 수 있습니다.
인버터가 정지될 경우에는 절환스위치에 의해 순간적으로 상용 바이패스 회로로 절환되며, 상시 인버터를 경유하여 부하에 전기를 공급하므로 다른 두 방식과는 달리 교류전원이 정전되었을 때만이 아니라 교류전원의 전압이나 주파수의 변동이 큰 이상이 발생했을 때도 부하에 정전압 정주파수의 전력을 공급할 수 있다.
▶선로 간 상호 UPS
위 UPS의 경우 라인인터랙티브 UPS라고 부르기도 합니다.
이 방식의 경우 교류전원이 정전되었을 때나 이상이 발생했을 때는 전력인터페이스에서 교류전원을 분리하여 배터리에서 부하에 전원공급을 계속하지만, 교류전원을 공급하다가 배터리 전원 공급으로 전환될 때 출력전압의 변동이 발생.
또한, 상시 교류전원을 보정하는 기능이 있으며, 양방향 컨버터를 상시 가동시켜 교류전원의 전압보정을 하는 것 또는 전력인터페이스에 변압기나 AVR(자동전압조정장치)을 갖춘 것은 일정 범위 내의 출력전압 변동을 억제함.
전압 보정 기능이 있는 만큼 오프라인 방식보다 안정된 전력을 부하에 공급할 수 있다.
▶대기 UPS
위 방식의 경우 오프라인 UPS(Off-Line UPS)라고 부르기도 합니다.
교류 입력전원이 정전되었을 때에는 절환스위치가 전환되어 배터리로부터 인버터를 경유하여 부하에 전력을 공급하는데요. 이 UPS는 정상적으로 운전할 때는 절환스위치를 경유하지 않아서 효율이 높지만, 상용 교류 전원공급에서 배터리 전원공급으로 전환될 때에 출력전압의 변동이 발생합니다.
또한, 상시 급전의 전원품질은 교류 입력전원에 의존하는 점이 있습니다.
6.UPS 시스템의 구성
UPS 시스템의 구성은 하나의 UPS가 전체 부하를 담당하는 단일 시스템이거나, 여러 대의 UPS가 병렬로 접속되어 하나가 고장나더라도 다른 하나가 전원공급을 계속하도록 이중 또는 다중으로 구성을 할 수 있습니다.
또한, 중요한 장비마다 별도의 UPS를 배치하는 분산 시스템으로 구성하기도 하는데요.
데이터 손실 방지 및 지속적인 운영을 보장하기위한 데이터센터, 의료 장비 및 생명유지 시스템의 지속적인 작동을 하기위한 병원, 중요한 업무 데이터 및 하드웨어를 보호하기 위한 기업 사무실 등 전력 공급의 안정성을 보장하고 중요한 데이터 및 장비를 보호하는데 필수적인 역할을 하는 UPS는 각 시스템의 규모와 필요에 따라 다양한 형태의 UPS가 선택되며, 효율적인 배치와 관리가 중요합니다.
![UPS와 ESS 차이, UPS 구성 및 활용 예시 [출처 : 한국전기기술인협회]](https://sangu-life.com/wp-content/uploads/2024/03/K-20240325-103804-120x120.png)
