자주 묻는 질문

UPS 시스템을 선택할 때 초기 투자 비용은 필연적으로 고려 대상이 되며, 이로 인해 기업들이 때때로 더 낮은 가격의 저사양 제품을 구매하기도 합니다. 그러나 계약 체결 전에 반드시 상세한 사양서를 꼼꼼히 검토하여, 실제로 데이터센터의 핵심 전원을 최고 수준의 가용성으로 보호할 수 있는 진정한 모듈식 시스템을 선택했는지 확인하는 것이 매우 중요합니다.

흥미롭게도, 일부 고품질 UPS 시스템의 경우 장기적으로 높은 효율성 덕분에 운영 비용 절감 효과가 나타나며, 결과적으로 총 소유 비용(TCO)이 낮아지는 경우가 많습니다. 따라서 전체 비용 분석을 수행하는 것이 일반적으로 유익합니다.

그렇다면 데이터센터의 주요 목표인 가용성 극대화를 위해 UPS를 어떻게 선택해야 할까요? 본질적으로, 잠재적인 단일 장애 지점(SPOF)이 존재해서는 안 됩니다. 계약 체결 전에 구성 방식과 모듈식 시스템의 정의를 신중하게 이해하는 것이 매우 중요합니다.

가장 기본적인 수준에서, 중요한 부하를 보호하는 단일 독립형 UPS 장치는 N 시스템 구성으로 알려져 있습니다. 그러나 독립형 UPS는 장치에 결함이 발생하거나 예방 정비를 위해 오프라인 상태가 되는 경우, 어떠한 내구성(내결함성)도 제공하지 못합니다. 동일한 정격을 가진 두 번째 독립형 UPS 장치를 병렬로 연결하면 내구성을 확보할 수 있으며, 이를 N+1 구성이라고 합니다. 또한, 개별적으로 더 작은 정격을 가진 여러 대의 독립형 UPS 장치를 병렬로 연결하여 동일한 설계 철학을 구현하는 것도 가능합니다.

모듈식(modular)이라는 용어의 또 다른 정의는 모듈 형식으로 설계·제조된 독립형 UPS를 의미합니다. 정류기(rectifier), 인버터(inverter), 정적 스위치(static switch) 등 주요 구성 부품들이 모두 모듈화되어 있습니다. 예를 들어 정류기에 문제가 발생할 경우, 이를 쉽게 교체할 수 있습니다. 그러나 이러한 구성의 문제점은 하나의 구성 부품이 고장나면 전체 UPS 기능이 함께 중단된다는 점입니다. 즉, 이 시스템은 모듈식이긴 하나, 가용성 수준은 신뢰할 수 없습니다.

보다 나은 해결책은 우리가 말하는 '진정한 모듈식 UPS'입니다. 이는 여러 개의 개별 UPS 모듈이 하나의 프레임 안에 포함된 구조를 의미합니다. 각 개별 모듈은 자체적으로 완전한 UPS로서 정류기, 인버터 및 정적 스위치를 모두 내장하고 있으며, 서로 병렬로 온라인 작동합니다. 예를 들어, 6대의 50kW UPS 모듈을 단일 프레임 안에 통상적으로 수용하여 300kW N+1의 신뢰성 있는 구성이 가능합니다. 필요 시, 나머지 모듈들이 계속해서 중요 부하를 보호하는 가운데 약 30초 정도의 짧은 시간 내에 모듈을 '핫스왑(hot-swap)'할 수 있습니다.

시스템이 절대로 정비 바이패스로 전환될 필요가 없으며, 따라서 원시 전원(무정비 전원)으로 전환되지 않습니다.

일부 다른 모듈식 시스템은 정류기와 인버터를 각 모듈 내에 포함하지만 정적 스위치는 중앙 집중식으로 별도로 배치합니다. 이로 인해 단일 장애 지점(Single Point of Failure)이 발생할 수 있습니다. 별도로 설치된 정적 스위치를 교체하는 데는 몇 분밖에 걸리지 않지만, 설치 위치에 따라 이를 교체하러 현장에 도착하는 데 유지보수 엔지니어가 여러 시간이 소요될 수 있습니다. 이 기간 동안 시스템은 정적 바이패스로 전환할 수 없습니다. 반면, 정적 스위치가 각 모듈에 내장된 진정한 모듈식 시스템의 경우, UPS 프레임 내 나머지 모듈들이 부하를 계속 보호하여 고장난 모듈을 교체할 때까지 신뢰성을 유지합니다. 이는 가용성 수준을 극적으로 향상시킵니다.

저희는 전력 변환 효율이 0.99를 넘는 최신 세대 진정한 모듈식 UPS 시스템을 개발했습니다. 이 시스템은 최대 효율 관리(MEM) 기술과 낮은 에너지 손실을 통해 총 소유 비용(TCO)을 크게 절감합니다. 당사 설계팀은 오랜 기간 동안 첨단 기술 개발의 최전선에서 데이터센터와 긴밀히 협력해 왔습니다.

1. 고주파 기기:

고주파 스위칭 기술을 사용하여 정류기 및 인버터에서 전력 주파수 변압기를 대체하는 고주파 스위칭 소자를 적용한 UPS를 일반적으로 고주파 기계라고 한다. 고주파 기계는 크기가 작고 효율이 높다.

2. 산업 주파수 기계:

정류기 및 인버터 구성 부품으로 산업 주파수 변압기를 사용하는 UPS를 일반적으로 산업 주파수 기계라고 한다.

고주파 기계 대 산업 주파수 기계.

2-1: 고주파 기계는 절연 변압기를 갖지 않으며, 출력 제로선에 고주파 전류가 흐르는데, 이는 주로 공급 전력망의 고조파 간섭, UPS 정류기 및 고주파 인버터의 맥동 전류, 그리고 부하의 고조파 간섭에서 기인한다. 간섭 전압은 그 크기가 높을 뿐만 아니라 제거하기도 어렵다. 반면, 주파수 기계의 출력 제로-접지 전압은 낮고 고주파 성분이 없으므로, 컴퓨터 네트워크의 통신 보안 측면에서 더욱 중요하다.

2-2: 고주파 기계의 출력에는 변압기 절연이 없다. 인버터 전력 소자가 단락되면, DC 버스(DCBUS) 상의 높은 직류 전압이 부하에 직접 인가되어 안전상 위험을 초래하지만, 주파수 기계에서는 이러한 문제가 발생하지 않는다.

2-3: 주파수 기계는 부하 충격에 대한 강한 내성을 갖는다.

1. 에너지 밀도가 상대적으로 높습니다. 저장 에너지 밀도가 460–600Wh/kg에 달해 납산 배터리보다 약 6–7배 높습니다.

2. 수명이 길며, 최대 6년 이상 사용 가능합니다. 양극재로 리튬 철 인산염(LiFePO₄)을 사용한 배터리는 1C(100% DOD) 조건에서 충·방전 시 최대 10,000회까지 사용 기록이 있습니다.

3. 정격 전압이 높음(단일 작동 전압은 3.7V 또는 3.2V)으로, 니켈-카드뮴 또는 니켈-수소 충전식 배터리 3개를 직렬로 연결한 전압과 거의 동일하므로, 배터리 전원 팩을 구성하기에 편리함;

4. 고출력 지속 성능을 갖추고 있어, 전기차에 사용되는 리튬 철인산 리튬 이온 배터리는 15~30C의 충·방전 용량에 도달할 수 있으며, 강도 높은 시동 가속에 적합함;

5. 자체 방전률이 매우 낮아 배터리의 가장 두드러진 장점 중 하나임. 현재 일반적으로 월 1% 미만을 달성할 수 있으며, 이는 니켈-수소 배터리의 1/20 수준보다 낮음;

6. 경량화: 동일한 부피 기준으로 납축전지 제품 대비 약 1/5~1/6 수준의 무게임;

7. 고온 및 저온 환경에 대한 적응력이 뛰어나 -20°C~60°C 범위에서 사용 가능하며, 공정 처리 후에는 -45°C 환경에서도 사용 가능함;

8. 친환경적이며 환경 보호에 기여하며, 생산·사용·폐기 단계에서 납, 수은, 카드뮴 등 유독성 및 유해 중금속 원소 및 물질을 포함하거나 생성하지 않습니다.

9. 생산 과정에서 거의 물을 소비하지 않으므로, 물 부족 국가에 매우 유리합니다.

배터리는 UPS(무정전 전원 공급 장치) 시스템의 중요한 구성 요소이다. 배터리를 적절히 관리하면 배터리의 성능 저하 속도를 늦추고 수명을 연장할 수 있으며, 이로 인해 배터리 교체 빈도가 크게 감소하고 운영 비용을 효과적으로 절감할 수 있다.

1. 적절한 주변 온도를 유지하면 UPS 배터리의 수명을 연장할 수 있다.

일반적으로 UPS 무정전 전원 공급 장치의 배터리 수명에 영향을 주는 요인은 주변 온도입니다. 일반적으로 배터리 제조사가 권장하는 최적의 주변 온도는 20~25°C 사이입니다. 온도 상승은 배터리의 방전 용량을 향상시키기는 하나, 그 대가로 배터리 수명이 크게 단축됩니다. 시험 결과에 따르면, 자연 환경 온도가 25°C를 초과할 경우, 온도가 10°C씩 상승할 때마다 UPS 배터리의 수명이 급격히 감소합니다. 현재 UPS에 사용되는 배터리는 일반적으로 점검 불필요 밀봉 납산 배터리(maintenance-free sealed lead-acid battery)이며, 설계 수명은 일반적으로 5년으로, 이는 배터리 제조사가 정한 환경 조건에서만 달성될 수 있습니다. 해당 환경 조건을 충족하지 못할 경우, 실제 수명은 크게 달라질 수 있습니다. 또한 주변 온도 상승은 배터리 내부의 화학 반응 활성을 증가시켜 다량의 열 에너지를 발생시키며, 이는 다시 주변 환경 온도를 더욱 높이는 악순환을 유발합니다. 이러한 악순환은 배터리 수명 단축을 가속화합니다.

2. 정기적으로 UPS 무정전 전원 장치의 배터리를 충전 및 방전합니다.

UPS 전원 공급 장치의 부동 충전 전압과 방전 전압은 공장에서 정격 값으로 조정되어 있으며, 방전 전류는 부하 증가에 따라 증가합니다. 사용 중에는 컴퓨터와 같은 전자 기기의 사용 대수를 조절하는 식으로 부하를 합리적으로 조정해야 합니다. 일반적으로 부하는 UPS 정격 부하의 60%를 초과하지 않아야 합니다. 이 범위 내에서는 배터리의 방전 전류가 과방전되지 않습니다.

UPS가 장시간 전원에 연결되어 있는 경우, 전력 공급 품질이 높고 정전 발생 빈도가 낮은 환경에서는 배터리가 장기간 부동 충전 상태에 있게 되어, 배터리 내 화학 에너지와 전기 에너지 간의 상호 전환 활성이 시간이 지남에 따라 저하되고 노화가 가속화되며, 이로 인해 수명이 단축될 수 있습니다. 따라서 2~3개월마다 한 번씩 완전 방전을 실시해야 하며, 방전 시간은 배터리 용량과 부하 크기에 따라 결정할 수 있습니다. 완전 부하 상태에서 방전 후에는 규정에 따라 8시간 이상 재충전해야 합니다.

3. 폐기 또는 불량 UPS 무정전 전원 공급 장치 배터리의 적시 교체

현재 대형 및 중형 UPS 전원 공급 장치에 장착되는 저장용 배터리의 수는 3개에서 80개 이상까지 다양합니다. 이러한 단일 배터리는 회로를 통해 연결되어 UPS의 직류(DC) 전원 공급 요구 사양을 충족하는 배터리 팩을 구성합니다. UPS가 지속적으로 작동하고 사용되는 과정에서 각 배터리의 성능 및 품질 차이로 인해 개별 배터리의 성능 저하가 불가피하게 발생하며, 이로 인해 저장 용량이 요구 사양을 충족하지 못하고 손상될 수 있습니다. 배터리 팩 내 일부 배터리가 손상된 경우, 정비 담당자는 각 배터리를 점검하고 테스트하여 손상된 배터리를 제외시켜야 합니다. 새 배터리를 교체할 때는 동일한 제조사에서 생산된 동일한 종류의 배터리를 구입하는 것이 바람직하며, 산성 방지 배터리, 밀봉형 배터리 및 서로 다른 사양의 배터리를 혼용하는 것은 금지됩니다.

PWM 태양광 컨트롤러는 강제 충전, 균형 충전, 부유 충전의 세 가지 충전 모드를 채택합니다.

강제 충전:

직류 충전이라고도 하며, 배터리 전압이 낮을 때 고전류 및 상대적으로 높은 전압으로 배터리를 신속하게 충전하는 방식입니다.

균형 충전:

집중 충전이 완료된 후, 배터리는 일정 시간 동안 정지 상태에 있게 됩니다. 전압이 특정 값으로 하락하면 배터리는 균형 충전 상태로 진입하여 배터리 단자 전압의 균일성과 일관성을 보장합니다.

부유 충전:

균등화 충전이 완료된 후, 배터리는 다시 일정 시간 동안 정지 상태에 있게 됩니다. 전압이 유지 전압으로 하락하면 배터리는 부유 충전 단계에 진입하여 과충전 없이 지속적인 충전 상태를 유지할 수 있습니다.

MPPT 태양광 컨트롤러는 MPPT 제한 전류 충전, 정전압 균등화 충전 및 정전압 부유 충전 방식을 채택합니다.

MPPT 제한 전류 충전:

배터리 전압이 매우 낮을 때 MPPT 충전 모드를 사용하여 태양광 패널의 출력 전력을 배터리 단자로 펌프업하며, 조도가 매우 강해지면 태양광 패널의 출력 전력이 증가하고 충전 전류가 임계값에 도달하면 MPPT 충전을 종료하고 정전류 충전으로 전환한다.

조도가 약해질 경우, MPPT 충전 모드로 전환된다.

정전압 충전:

배터리는 MPPT 충전 모드와 정전류 충전 모드 간 자유롭게 전환되며, 서로 협력하여 배터리 전압이 포화 전압에 도달하게 한 후 정전압 충전 단계로 진입하며, 배터리 충전 전류가 점차 감소하여 0.01C에 도달하면 충전 단계가 종료되고 부유 충전 단계로 진입한다.

정전압 부유 충전:

배터리는 정전압보다 약간 낮은 전압으로 충전된다.

이 단계는 주로 배터리 자체 방전으로 소모된 에너지를 보충하기 위해 사용된다.

인버터 소프트 스타트 원리:

1. 인버터 소프트 스타트란 전압을 0에서 정격 전압까지 점진적으로 증가시키는 방식으로, 모터 시작 과정 전체에서 충격 토크가 발생하지 않으며 부드러운 시동 작동이 이루어지는 것을 의미합니다.

2. 소프트 스타터는 모터의 소프트 스타트, 소프트 스톱 및 다중 보호 기능을 통합한 신형 모터 제어 장치입니다. 주요 구성은 전원과 제어 대상 모터 사이에 직렬로 연결된 삼상 병렬 트라이액터(SCR)와 그 전자 제어 회로입니다. 삼상 병렬 트라이액터의 도통 각을 다양한 방식으로 제어함으로써 제어 대상 모터에 공급되는 입력 전압을 요구 사항에 따라 변화시켜 다양한 기능을 실현할 수 있습니다.

인버터 소프트 스타트 기능의 역할:

1. 인버터에 전원이 공급되는 순간, 인버터는 전원이 켜지지만 220V 출력 시 약 2초의 지연이 발생합니다. 전압은 즉시 220V에 도달하지 않고, 100V에서 서서히 상승하여 220V에 이르게 됩니다. 이는 인버터 자체의 보호 기능입니다.

2. 예를 들어, 정격 출력 1000W인 일반 인버터는 전원이 인가되면 즉시 1000W를 출력합니다. 반면 소프트 스타트 방식의 경우, 출력 전력이 점진적으로 증가하며 700W → 800W → 900W → 1000W 순으로 상승합니다.