무정전 전원 공급장치, UPS란?

무정전 전원 공급장치, UPS(Uninterruptible Power Supply System)이란 중요 부하에 정전 없이 연속적으로 전원을 공급해 주는 전원장치이다. 계통에 정전 발생 시 내부 절체 스위치에 의해 예비 전원으로 정전 없이 절체 되며, 예비 전원 이상 시 UPS에 주어진 방전시간 동안 안정적으로 전원을 공급할 수 있다.  

 

 

UPS의 기본 구성

1) 컨버터부(Converter) : 3상 또는 단상의 입력전원을 공급받아 직류전원으로 변환하며, 동시에 축전지를 충전

2) 인버터부(Inverter) : 전력용 반도체 스위치를 이용하여 직류전원을 안정된 양질의 교류전원으로 변환하는 장치

3) 무순단 절체 스위치 : 예비전원 또는 상용전원으로 정전 없이 절체 시키는 장치

4) 축전지(Battery) : 정전 발생 시 인버터부에 직류전원을 공급하여 방전시간 동안 부하에 무정전으로 전원을 공급하는 장치

 

UPS 동작 방식

1) 상시 인버터 전원 공급 방식(On-Line 방식) : 상용전원이 급전되는 중에도 인버터에서 양질의 전원을 공급하는 방식

 

▪︎장점

• 입력전압의 변동 유무와 관계없이 일정 출력 전압을 유지
• 입력과 관계없이 안정적인 전원 공급 가능
• 단락, 과부하 등에 대한 보호 시스템 내장
• 서지, 노이즈 차단 시스템 내장

▪︎단점

• 복잡한 회로구성으로 전문적인 기술력이 요구
• Off-Line 방식에 비해 효율이 낮음
• 규모가 크고 가격이 고가

2) 상시 상용 전원 공급 방식(Off-Line 방식) : 상용전원을 부하에 직접 공급하며 전원에 이상 발생 시 축전지의 직류전원을 인버터부를 통해 안정된 교류전원으로 정류하여 부하에 공급하는 방식으로 소용량 부하에 주로 사용

 

▪︎장점

• 입력 전원 정상 시 효율이 높음
• On-Line 방식에 비해 가격이 저렴
• 회로구성이 간단하며 내구성 우수
• 소형화가 가능하고 전자파 발생이 적음

▪︎단점

• 정전 시 순간적인 전원 공급 중단 발생
• 입력 전원의 변동에 따라 출력 변동 발생
• 정밀 부하 설비에 부적합

3) 병렬 전원 공급 방식(Line-Interactive 방식) : 상용전원 인입 시 인버터 모듈 내의 브리지 정류 방식으로 충전기 기능을 함과 동시에 정전 시 인버터로 동작하여 출력전원을 공급하는 방식

 

▪︎특징

• 자동전압 조정기 기능이 내장되어 5~10% 정도의 전압 조정 가능
• 회로구조는 간단하나 전원 절체 시 순간적인 정전 발생
• On-Line, Off-Line 방식에 비해 품질이나 내구성은 중간정도

축전지의 충전 방식

1) 초기충전

초기충전이란, 축전지에 아직 전해액을 넣지 않은 미충저 상태의 축전지에 전해액을 주입하여 처음으로 행하는 충전

 

2) 보통충전

보통충전이란, 필요 시 마다 표준 시간율로 소정의 충전을 하는 방식

 

3) 급속충전

급속충전이란, 비교적 짧은 시간에 보통 충전전류의 2~3배의 전류로 충전하는 방식

 

4) 부동충전

부동충전이란, 축전지의 자기방전을 보충함과 동시에 사용부하에 대한 전원공급은 충전기가 부담하도록 하되 충전기가 부담하기 어려운 일시적인 중부하에는 축전지로 하여금 부담하게 하는 충전방식으로 거치용 축전설비에 가장 많이 채용되는 방식

 

5) 균등충전

균등충전이란, 부동충전방식에 의해 사용 시 각 전해조에서 발생하는 전위차를 보정하기 위해 1~3개월마다 1회, 정전압으로 충전하여 각 전해조의 용량을 균일화하기 위해 행하는 충전방식

 

6) 세류충전

자기 방전량만을 항시 충전하는 방식

 

7) 전자동 충전

전자동 충전이란, 충전 초기 대전류가 흐르는 정전압 충전의 단점을 보완한 방식으로, 일정전류로 자동 전류 제한 장치를 부착한 충전방식이며 유지보수에 유리하다는 장점이 있지만 정전압 장치와 자동회복 충전장치가 필요

 

축전지의 방전과 고장

축전지의 자기방전이란, 충전된 2차 전지가 장시간 방치되며 용량이 감소되어 저장된 전기 에너지가 전지 내에서 소모되는 현상

 

축전지 자기 방전 원인

• 시간 : 자기방전은 충전완료 직후 가장 많이 발생되며, 시간이 경과함에 따라 점차 감소
• 비중 : 연축전지의 경우, 전해액의 비중이 클수록 자기 방전량이 증가됨
• 온도 : 온도가 높을수록 자기 방전량이 증가하고, 그 증가의 비율은 25°C까지는 직선적으로 증가하며
           그 이상의 온도에서는 가속적으로 증가
• 불순물 : 불순물이 음극 표면에 접착된 경우, 현저하게 자기 방전이 발생

설페이션 현상

납 축전지를 방전상태에서 장시간 방치한 경우, 극판의 표면에 유백색의 부도체 성질을 갖는 현상

 

▪︎발생 원인

• 방전상태에서 장시간 방치한 경우
• 방전전류가 매우 큰 경우
• 불충분한 충전이 반복된 경우
• 전해액이 부족하여 극판이 노출되었을 경우
• 불순물이 혼입된 경우

▪︎발생 현상

• 내부 저항이 대단히 증가
• 극판이 회백색으로 변하며 극판이 휘어지는 등의 변형이 발생
• 축전지의 용량 및 수명이 감소
• 충전 시 전해액의 온도가 상승하며 가스의 발생이 심함