통계청의 자료를 보면 무정정전원장치의 작년도 총 생산량은 6,652대로 2000년의 16,602대에 비해 59.93% 감소했고 2005년도에 비해서는 16.93% 감소한 것으로 나타냈다. 2000년부터 최근까지 가장 높은 생산량을 기록한 연도는 2000년의 16,602대였고 가장 낮은 생산량을 기록한 년도는 작년도의 5,609대로 나타나 5년 전에 비해 오히려 생산이 많이 줄어든 것으로 건설 경기의 불황에 큰 원인이 있는 것으로 파악되고 있다.
2000년부터 작년까지 연평균 생산량은 9,996대, 2000년부터 작년까지의 연평균 성장률은 -16.54%이며 2004년부터 작년까지 연평균 생산량은 6,756대, 2004년부터 작년까지의 연평균 성장률은 -16.31%를 기록해 최근 4년간의 성장률은 2000~2006년간의 성장률보다 증가한 것으로 나타나 2004년 이후 저성장 안정세를 보이고 있다.
또한 무정전전원장치의 작년도 출하량은 6,656대로 2000년의 16,813대에 비해 60.41% 감소했고 2005년도의 8,213대에 비해서는 18.96% 감소했다.
UPS의 작년도 재고량은 3,023대로 2000년의 3,110대에 비해 2,80% 감소했으나 2005년도의 1,044대에 비해서는 189.56% 증가했다. 2000년도부터 지금까지 가장 높은 재고량을 기록한 연도는 2006년도 3,321대로 나타나 물량의 정체가 심각한 것으로 드러나고 있다.
UPS의 2000년도부터 작년 1분기까지 각 분기별 생산량의 평균을 살펴보면 1분기 평균(00~06)은 2,182대, 2분기 평균은 2,513대, 3분기는 2,543대, 4분기 평균은 2,758대로 2000년부터 작년까지 생산량의 평균 중 가장 높은 분기는 4분기였고 가장 생산량이 낮은 분기는 1분기인 것으로 나타나 연초에는 설비투자가 많지 않고 연말에 설비투자가 몰리고 있는 현상이 두드러졌다.
무정전전원장치, SCR에서 IGBT까지
UPS는 UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY의 약자로서 무정전전원장치를 말하며 컴퓨터 등에 항상 안정된 전원을 공급하기 위한 장치이며 입력전원의 과도전압 변동사항이나 순간정전 시에도 전원의 중단 없이 정전압 정주파수를 제어함으로서 항상 일정한 품질의 전원을 공급한다.
평상시에는 상용 교류 전원에서 정류 장치, 역변환 장치, 변형 보정 장치 따위를 거쳐 부하로 교류를 공급하며, 다시 정류 장치 출력에 축전지를 접속해 부동 동작을 시킴으로써 정전 시에는 이 축전지에서 변환기를 거쳐서 계속 전력을 공급하는 장치. 통신 회사, 병원, 방송사, 전자 계산소와 같이 전원의 안정성과 신뢰성이 요구되는 곳에서 많이 사용한다.
무정전전원장치는 산업이 발전하면서 데이터의 손실이나 정보의 손실 등의 피해를 줄이고자 만들어진 장치이며 컴퓨터를 많이 사용하면서부터 UPS의 시장성이나 변천 발전상은 날로 변화해 전력전자회로 분야에서 여러 가지 많은 발전을 가져오는 계기를 제공하고 있는 실정이다.
간략하게 UPS의 변천과정을 살펴보면 UPS는 1950년경에 처음 개발돼 1960년에 디바이스 소자들을 이용, 반도체 전력변환장치에 의한 정지형 UPS가 등장했다. 정지형 UPS는 사이리스터라는 소자에 의해 인버터로 시작돼 고속 사이리스터, 역도통 사이리스터 등 디바이스의 고성능, 고기능화에 의해 인버터의 특성, 방식, 소형, 경량화가 됐다.
1980년대에 들어서서는 바이폴라 파워 트랜지스터의 대용량화 추세로 GTO(턴오프 사이리스터),FET, IGBT등이 적용되며 스위칭 주파수의 고주파수화(20KHz)가 이뤄져 소음부분도 크게 개선이 됐다.
무정전전원 장치는 상용시에는 전원이 축전지에 전원을 저장해 두고 정전이나 입력측의 문제 발생 시에 축전지에 저장돼 있던 전력을 이용해 부하에 양질의 전원을 공급하는 장치이다.
UPS는 ON-LINE 방식과 OFF-LINE 방식, LINE 인터랙티브 방식으로 흔히 구분한다. ON-LINE 방식은 상시 인버터 방식이라고도 하며 상용전원을 컨버터 회로에 의해 직류전원으로 변환하고 변환된 직류전원은 축전지를 충전 회로를 통해 충전하며 인버터 회로를 통해 다시 교류전원으로 변환해 출력으로 보내는 방식이다. 항상 인버터 회로를 경유해 출력을 보내기 때문에 출력이 안정되고 정밀도가 높다.
OFF-LINE 방식은 한전전원인 상용전원을 그대로 출력으로 내보내며 축전지는 충전 회로를 통해 충전한다. 정전 발생 시에는 인버터 회로를 구동시켜 축전지에 저장돼 있는 전원소스를 이용 출력으로 보내는데 이때 출력측에 있는 절체반(ATS나 RELAY)이 인버터쪽으로 전환되는데 절환 TIME(10mS정도) 이 발생된다.
이 방식에서는 ON-LINE 방식과는 다르게 입력측의 상용전원이 정전검출 레벨이하로 내려가지 않으면 그때까지의 변동된 전원이 부하측인 출력으로 공급되어 출력에 영향을 줄 수 있다는 단점이 있다.
LINE 인터랙티브 방식은 축전지와 인버터부분이 항상 접속돼 서로 전력을 변환하고 있다. 또한 상용전원부분도 같이 연계돼 있으면서 상용전원측의 정전검출 레벨 이하일때 입력단의 절체반을 OFF함으로서 극히 짧은 시간에 축전지의 전원을 이용할 수가 있다.
직류, 교류 변환장치가 UPS의 핵심
UPS의 구성요소는 ▲INPUT FILTER부 ▲정류부(CONVERTER) ▲인버터부(INVERTER) ▲OUTPUT FILTER부 ▲축전지 ▲STATIC SWITCH부 ▲비상바이패스부로 나눌 수 있다.
UPS의 구성요소에서 INPUT FILTER부는 UPS의 최종 전단에 위치하고 있으며 UPS에서 입력측으로 나오는 노이즈 역류고조파 부분을 걸러주는 장치다.
소
용량 UPS에서는 바리스터나 캐패시터 등으로 구성해 만들기도 하고 대용량에서는 특정 고조파용 FILTER를 설계하여 부착하기도 한다. 또한 EMI FILTER라는 부품을 부착하기도 하고 ACTIVE FILTER라는 부분을 부착하는 경우도 있다. SCR로 구성할 때는 6펄스 방식, 12펄스 방식 등으로 구분하고 특성에 따라 구매자가 요구하는 경향이 있다.
정류부(CONVERTET부)는 입력을 통해 들어온 상용전원인 교류전원을 직류전원으로 변환(AC/DC) 하는 장치다. UPS는 일반적으로 이중변환방식(DOUBLE CONVERSION)을 말하는데 이 부분을 구성하는 소자로는 다이오드, SCR, IGBT등이 있다.
다이오드는 주로 소용량에 사용되며 예전부터 SCR은 일반적인 UPS에 적용되는 소자였지만 최근에는 IGBT는 고 역률을 가질 수 있게 하는 소자로 고 역률이나 고효율을 가지는 제품을 선호하는 경향을 타고 보급이 빠르게 늘어났다.
다이오드에 사용되는 소자들에 의해 축전지의 충전전압에 미치는 리플값이 좌우된다. 회로방식으로 살펴보면 위에서 언급한 소자들에 따라 다이오드 정류기, 사이리스터 정류기 초퍼제어형, PWM제어형, SMR 컨버터 등이 있다.
인버터부는 정류부에서 교류가 직류로 바뀌어 인버터부로 오면 다시 변환해 직류를 교류로(DC/AC) 변환시키는 장치다. 인버터를 구성하는 소자로는 FET 및 파워 TR, IGBT 등이 있으며 소자를 구동하는 방식에서는 PWM 및 PAM방식이 있다.
OUTPUT FILTER부에 있어 출력측의 FILTER부는 인버터 후단에 들어가는 FILTER로 인버터에서 변환된 AC전원이 양질의 SINE파가 되기 위해서는 AC REACTOR와 캐패시터가 취부 돼야 완벽한 AC 전원으로 변환이 이뤄진다.
축전지는 UPS를 구성하는 주요부분으로 상용전원이 정전 시 없어서는 안 되는 부분이다. 축전지는 다양한 종류가 사용되지만 일반적으로 사용하는 축전지는 무보수밀폐형의 연축전지나 긴 수명의 밀폐형 축전지가 사용된다.
특수 PLANT나 중요한 부하에서는 NI-CD 축전지가 사용이 된다. 축전지는 수명이 보통 3년에서 10년까지가 있고 NI-CD 같은 축전지는 15년까지도 보증을 한다. 최근에는 환경과 직결해 NI-수소 축전지도 시판이 돼 사용 중에 있다.
축전지를 선정할 때에는 축전지의 종류와 장비의 BACK-UP시간이 우선돼야 하는데 보통 30분을 기준으로 60분이나 최대 3시간까지도 선정하기도 한다. 그러나 공간 문제가 발생하므로 설치 면적도 고려해야 한다.
STATIC SWITCH부는 인버터 후단과 바이패스 부분을 담당해 서로 인터록이 되게 구성을 한다. 소자로는 인버터 부분은 MS(전자 접촉기), 바이패스 부분은 SCR로 이뤄진다. 또한 일부분은 인버터 부분도 SCR로 구성되는 제품도 있다.
이 부분은 동작은 초기 전원 투입 시 상용전원이 바이패스 회로를 통해 출력으로 전원이 공급되고 인버터를 기동하면 인버터 부분이 정상적으로 기동되면 인버터 후단의 접촉기가 ON되고 바이패스 부분의 스위치가 OFF되는 식으로 운전된다.
인버터 부분이 비정상적이거나 이상 발생 시에는 인버터 부분이 OFF되고 바이패스 부분이 ON된다. 두 부분이 동시에 투입되면 파손의 위험이 있다.
비상바이패스부는 장비에 어떤 문제가 발생 됐을 때 출력측으로 전원이 공급되지 않을시 출력측으로 전원을 공급할 수 있는 비상 전원 공급용 스위치 부분이다. 소자는 대게 MCCB가 사용이 된다. 이외에 축전지 충전용 충전장치(BATTERY CHARGER)부분도 있다.
정비의 개념이 종전에는 기기고장 시에 수리하는 정도의 개념에서 현재는 사전 예방정비를 실시함으로서 고장발생의 사전방지를 추구하는 쪽으로 바뀌어 감에 따라 기기 수명의 연장 및 고장률을 감소시킬 수 있다.
예방정비 업무의 필요성이 커짐에 따라 기기의 주기적인 점검으로 기기성능, 운전동향 및 작동상태의 파악이 용이해 질 수 있고 기기의 지속적 관리로 기기고장 경향의 사전 진단이 가능해 진다.
또한 수입부품 및 기타 부품의 사전 확보로 기기의 정비시간을 단축할 수 있고 열화부품의 사전교체로 부품불량으로 인한 고장발생의 사전예방이 가능하며 기기 각 부분의 각종 조정점의 변동을 사전 교정함으로서 고장 발생을 방지할 수 있다.
부품을 정기적으로 교체함으로서 비용이 절감되고 대형사고 발생요인의 사전방지 및 기기수명의 연장, 기기 고장 시 주야간 또는 휴무일을 불문하고 즉각 출동함으로서 부하의 치명적 손상을 막아야 한다.
A급기사의 전담 관리로 기기 운용상의 제반문제점을 항시 점검하고 년 1회 기기 정밀점검(OVER HAUL)이 필요하며 UPS 주변기기의 관리자 및 운용실무 담당자의 교육을 실시해야 한다.
예방정비의 주요 포인트는 ▲SERVICING(청소, 주유, 전해액 보충 등) ▲전압, 전류, 주파수측정 및 교정 ▲TUNNING 및 ALIGNMENT ▲CONNECTION TIGTENING 및 RETORQUE ▲ SYSTEM CALIBRATION 등이다.
UPS는 정밀한 전자기기로서 최소한 월 1회 이상의 주기적인 정기점검으로 정상적인 기기성능의 발휘가 가능하다. 아울러 기기 고장발생시 수리보다는 사전예방정비를 실시함으로 기기 고장을 사전 방지하고 기기수명을 연장할 수 있다.
최근, 원격제어 및 감시 솔루션 더욱 강화
최근의 UPS 기술의 변화를 보면 저소음 IGBT 고주파 스위칭 순시제어 PWM 인버터 채용과 비선형 부하에 대비한 높은 피크전류 허용능력을 갖춘 최적의 I.G.B.T Conversion Technology 구현함으로서 보다 안정성을 확보할 수 있게 됐다.
MICRO-PROCESSOR 탑재(FULL DIGITAL CONTROL)로 완벽한 자가진단 및 History 저장 기능(1024개)을 가지며 입, 출력 측의 각상별 전압, 전류 및, KVA등 총14가지 이상의 상세한 계측 표시 기능이 있고 각 상별 부하량 및, BATTERY % 표시 BAR GRAPH 기능이 추가됐다.
DUAL INPUT 구조에 의한 ISOLATED REDUNDANT SYSTEM 구성이 가능해짐에 따라 더욱 향상된 시스템의 신뢰성을 구축할 수 있다.
각종 경보이력을 저장해 A/S 및 고장원인 분석의 객관성을 확보하고 Real Time Clock을 탑재해 경보 발생상황을 UPS에서 실시간 확인이 가능하게 됨에 따라 신속하고 유연한 사후관리 체계를 갖추는 추세다.
또한 다양한 원격제어 및 감시 Solutions이 더욱 강화되고 있다. 각종 O/S환경에 적용할 수 있는 Soft-Ware 및 통신기능이 내장되고 NETWORK INTERFACE 기능으로 NMS 또는 WEB에서 UPS 감시/제어가 가능(Option)해지고 다중 Server Auto-Shutdown 지원이 옵션으로 가능한 경우도 있다.
