UPS UPS 용량계산법과 밧데리선정

[jjangbaul]

 용량계산

펜티엄 및 펜티엄급 서버 : 250W
모니터 : 15인치 기준 : 100W
잉크젯 프린터 : 50W
레이져 프린터 : 1KW

※ 예) 펜티엄 서버 및 Computer 10대, 프린터 4대 일때.
(10×350W)+(4×50W) = 3700W/0.8 = 4,625VA
(4.625KVA)×1.3(여유율)
UPS 용량은 : 7.5KVA

 총부하 (PC나 기타 사용기기 후면에 기록되어 있는 Watt 총합)
0.8 (부하측 역률 : 일반적인 수치임)
= 총 사용용량 (단위 : VA)
사용가능한 UPS의 용량(VA) = 총사용량 × A

 A : 부하에 대한 예비율 및 사용내구성 환산치

 전산시스템에 사용하는 경우 ------------ 1.5
공장자동화의 MAIN 전원에 사용하는 경우---1.6
비상시 비상용 전등부하에 사용하는 경우---1.3
기타 무인 장비의 부하에 사용하는 경우----1.5
◈ 상기 수치는 절대적인 수치가 아니며, 사용자에 따라 +0.1~0.3을 추가 하는 경우도 있습니다.\
수치에 대한 부가적인 설명은 사용용도를 확인하시기 바랍니다.

축전지


과거에 수시로 보액(증류수나 전해액)을 하여 사용되던 축전지와는 달리 보수가 필요 없는 축전지이지만 사용빈도, 사용방법 등 축전지의 상태에 따라 증류수 보충이나 전해액(묽은황산)을 보충해야 하는 경우가 있으므로 완전한 무보수라 할 수 없다.
가장 일반적(저렴한)으로 사용하는 축전지이고 기울이거나 취급부주의하면 누액이 되는 경우가 있다.

※ 사용용도 : 무정전전원장치, 통신 및 방재설비 예비전원용,발전기용 무인 운반카등.

보수가 필요없는 축전지(MF)에서 한단계 높은 누액이 없는 완전밀폐형 축전지이다.
증류수 보충이나 액 보충이 필요없는 무보수, 완전히 밀폐시킨 무누액으로서 옆으로 뉘거나 뒤집어서 사용이 가능하다.

자기 방전이 적고 수명이 길고(무보수에 비해) 충방전 특성이 좋다고 알려져 있으며 일반적으로는 무정전전원장치에서 사용하기가 가장 적합한 축전지라고 볼 수 있다.

※ 사용용도 : 무정전전원장치, OA기기의 예비전원, 비상조명, 수배전반용 통신기기용등.

내부저항, 자기방전, 저온도 특성, 사용수명등이 아주 우수하기 때문에 산업용의 축전지로서 필요한 경우 널리 이용되고 있지만 상당한 고가이기 때문에 무정전전원장치에 적용할 경우에는 장비의 가격보다 BATTERY 가격이 더 높은 경우도 있다.
하지만 유지보수만 잘하면 수명이 20년이상 사용할 수 있다고 알려져 있으며 공장자동화의 예비전원등 중요한 곳에서는 많이 이용되고 있다.

종류는 저율방전용, 중율방전용, 고율방전용, 초고율방전용 등 여러 가지가 있으며 가격도 초고율로 갈수록 상당히 고가이므로 사용방법, 사용빈도등을 잘 확인하여 효율적인 구입요령이 필요하다.

※ 사용용도 : 무정전전원장치, 비상발전 시동용, 공장빌딩등 비상용전원, 기타 중요한 예비전원등



축전지를 주전원으로 사용하여 장비나 기기를 작동하는 것으로 Battery Car 무인 운반Car. 휴대용 계측기 휴대용 TV등이 해당된다. 일반적으로 충전과 방전(사용시)이 별도로 이루어져 사용되는 경우이며 충전방법도 이에 맞도록 되어야 한다.


무정전전원장치, 통신장비등에 사용하는 것으로 정전에 대비한 전원용으로 사용하는 경우이다.
정상시에는 항시 충전을하고 1개월부터 6개월사이에 Equalizing (균등충전) 충전을 한다.

정전보상시간의 계산방법은 축전지 Maker, 사용상태, 사용방법, 사용하는 축전지 종류 및 방전종지전압(최저로 허용되는 축전지전압이 전압이하까지 방전시킬 경우 재사용이 불가능할 수도 있다.)

Maker 측에서 제시하는 계산상수등 여러 가지의 상태에 따라 달라지기 때문에 정확한 계산이 어렵지만 UPS담당자나 영업하시는 분들이 대략적으로 나마 계산이 가능하도록 하는 방식입니다.

 계산기준 : 정전보상시간을 설정하여 밧데리의 용량을 구하는 방식.

축전지 : 무보수무누액밀폐형, 방전전류와 방전 지속시간 그래프 참조(K상수)입력단상, 효율100%(실제는 80%~95%) 온도 25도 기준(10도 기준이 가장정확), BATTERY 종지전압 (평균전압으로 대치)

가. 계산식

UPS용량(VA) × K상수
Battery 평균전압(DC전압) × 0.9(보수율)

※ K상수 (Back-Up time)
10분 ------------------------------ 0.7
20분 ------------------------------ 0.92
30분 ------------------------------ 1.15
45분 ------------------------------ 1.45
60분 ------------------------------ 1.77
100분 ------------------------------ 2.15

나. 계산 예
UPS 용량 : 10KVA
입력 : 220V / 출력 : 220V
DC 전압 : 220VDC
정전보상시간 : 30분

10000 × 1.15
220 × 0.9
= 58.08 AH
결과 : 60AH 12V 18CELLS(개)

가. 계산식 - (방전전류가 일정하다고 가정할 때

 MF BATTERY 카다로그
종지전압 : 10.5VDC 기준
밧데리 평균전압 : 190VDC (12VDC 16CELLS 기준)
인버터 효율 + 기타 : 0.8
용량(VA) / 190 / 0.8 = AH (밧데리용량 : 16CELLS 기준)

나. 계산예
10KVA 100% 부하율일 때 밧데리 용량
☞ 10000/190/0.8 = 65.7 AH

시험항목

A. 외관구조 검사
외함 크기 및 도장상태, 외함색상검사등 일반적으로 승인한 사양을 근거로 시험한다.

B. 부하특성 시험
정격부하시에 입력변동(보통 : ±10%)을 하여 출력전압의 변동상태 를 확인한다.

예) 입력전압 198V~242V 변동시 출력전압은 219V~221V, 전압변동은 2/220×100= 0.9%가 된다.

C. 출력전압 조정시험
정격입력시에 출력전압을 몇%까지 가변할 수 있는지 시험한다. 주로±5% 이다.

D. 출력 왜율(THD) 시험
정격입력과 정격부하시에 출력의 왜율을 시험하며 주로 3%이내이다.
최근에는 IGBT사용과 파형 기본주파수의 증가로 인해 왜율이 많이 개선되어 거의 1%~2%이내에 든다.

E. 과부하 내량 시험
정격부하의 120%를 10분간 견디는지 확인하는 시험이며 150%를 1분간 견디는 시험도 병행하는 경우도 있다.
UPS의 부하내량을 시험하는 가장 중용한 시험이며 10분동안과 1분 동안을 과부하 상태로 견디면 된다.

F. 수하 특성
과부하시에 출력의 전류제한상태를 시험하는 것으로서 일정한 전류제한 후에 SHUT-DOWN되어야 한다
(끊어지던지 BYPASS상태로 절체가 되어야 한다.)
일정한 전류제한후라는 것은 출력전압이 정격의 -10%이하로 떨어질 때를 말한다. (일반적인 사양인 경우)

G. 절연시험
보통 - 외함(CASE)과 1차(입력단자부)
외함과 2차(출력단자부)
1차와 2차를 내압과 절연저항을 측정하는 시험이며 기판 (PCB)의 연결상태를 제 메인 반도체와 CAPACITOR 등을 SHORT한 후에 측정한다.

일반적으로 절연내압은 2000V로 측정하고 절연저항은 500V DC내압계로 측정한다.

H. 과도응답 시험
급변상태(부하변동시, 정전시)시에 전압변동율(%)과 안정시간(mS)을 측정하는 것으로 측정파형은 아래와 같다.

< 실제 측정 파형>

1) 전압변동율 :
a와 a'길이(실제 잰다) - b와b'길이

a와 a' 길이

2) 안정시간(회복시간) : 파형이 정상으로(a~a')안정된 시간. 그림에서는 약 40msec이다.

I. 효율
입력전력과 출력전력의 비를 백분율하여 %로 표시한다.
정격입출력과 부하로 일정시간 경과 후에 각부분 온도를 측정하는 것으로 가장 객관적으로 UPS의 신뢰도를 확인해 볼 수 있는 시험이다.
정격부하로 약 8시간이면 온도가 포화가 되어 더 이상 올라가지 않는다.

온도 기록지 상태로 보면 거의 평행선으로 나타나며 올라가고 있던지 내려가고 있는 상태이면 정상적이지 않으므로 원인을 파악하여야 한다.

 선정관련 기술

A. UPS 입력에 ATS(Automatic Transfer Switch : system)를 사용하는 경우
UPS내에 ATS가 부착되는 경우 :
2전원을 인가하여 절체시험을 철저히 해봐야 한다.
서로 다른 종류의 입력이 절체되는 순간에 UPS입력으로 서어지성 (스파크등)전압이 인가되어 문제가 발생하는 경우가 많다.
(스파크등)전압이 인가되어 문제가 발생하는 경우가 많다.
심한 경우는 UPS MAIN소자 (주로 IGBT)가 파손되는 경우가 있다.

 UPS 외부에 (설치장소에) ATS가 설치되는 경우 :
이 경우에는 UPS 업체에 충분한 협의를 거쳐서 사양을 승인하는 것이 양쪽 모두 좋은 방법이다.

※ 상기의 경우는 현장 설치시에 문제가 발생하는 경우가 많고 책임
한계가 분명하지 않아 처리가 원활하게 되지 않은 경우가 많다.
간단한 방법으로 ATS 절체시에 일정한 절체 시간을 두는 것도 좋은 방법이며 UPS 입력측에 서어지(입력전압의 150%~250% 클램프하도록) 방지 회로를 삽입해야만 한다.

B. 용량이 20KVA이상이면 삼상을 권장
UPS 출력은 관계없으며 입력은 삼상을 사용하는 것이 역률과 사용 효율면에서 유리하다.

입력LINE 관계로 단상을 고집하는 경우도 있으나 삼상전원을 설치 해서라도 사용하는 것이 좋다. 단상을 사용하는 경우는 입력LINE이 상당히 굵어야 되며 입력단상을 사용하는 경우는 입력LINE이 상당히 굵어야 되며 입력역률이 좋지 않아서 최악의 경우는 주위 전기전자 장비에 악영향을 준다.

※ 가장 손쉽게 확인할 수 있는 방법은 모니터 화면이 물결모양으로 흔들린다는지 갑자기 전산시스템이 이유없이 다운된다든지 하는 경우가 있다.

C. 주위가 한적한 공장이나 서해안등의 공장에 설치하는 경우
(낙뢰등으로 인해 피해가 발생할 여지가 있는 장소)
UPS 입력에 절연(복권) 트랜스를 설치하여 낙뢰(직접적인 낙뢰가 아님)에 보호할 수 있도록 해야 한다.
또한 구입사양 승인전에 이런점을 충분히 협의하여 방지대책이나 보호회로 추가도 검토되어야 한다.

※ 상기의 경우는 하자 발생 상태를 확인해 보면 주로 PCB(전자회로 기판) 입력LINE이 타 들어가서 끊어진 경우가 있다.

D. UPS의 출력상태가 좋지 않거나 접지관련하여 UPS출력에 복권 TRANSFORMER(이하 TR)가 부착된 경우

UPS 제조 업체에서 제작한 경우나 협의후에 설치한 경우를 제외하고 UPS 설치 후에 사용자가 추가한 경우에는 반드시 TR입출력에 서어지 방지를 하여야 한다.

E. 10KVA 이하 입출력 배선 설치 관련
부드러운 배선을 사용하도록 한다, (관리한다)
전기절연용 비닐배선(KIV)등을 사용하도록 하고 IV(뻣뻣한 전기배선)는 사용하지 않도록 해야 한다.
일반적으로 10KVA는 바퀴가 부착되어 움직일 수 있게 되어있는데 입출력에 일반 전기공사에 사용하는 IV배선으로 연결되어 있는 경우가 있다.

이 경우 풀려서 그 부위가 열이 난다든지 쇼트가 된다는지 할 위험이 많다

(주)예성엔지니어링

기술영업부: 장갑상과장 02-838-2132

(UPS,AVR,항온항습기,정류기,충전기,하론소화설비,전산시설공사외)

"" 하나님은 당신을 사랑하십니다 ""

*행복한 하루되세요*