2025년 10월 5일
UPS (Uninterruptible Power Supply)
1. UPS (Uninterruptible Power Supply)의 개요
| 개념 | 정전에 대비하여 정류기, 인버터, 배터리를 통해 시스템에 연속으로 전원을 공급하는 장치 | |
|---|---|---|
| 특징 | 무정전 전원 공급 | – 정전 시 즉각 배터리 전원을 공급하여 전원 중단 없이 전원 공급 |
| 전원 품질 개선 | – 입력 전원의 서지/노이즈 완화, 안정된 전압 제공, 장비 손상 방지 | |
| 확장성과 모듈성 | – 용량 확장과 유지보수 시 부하 중단 없이 시스템 확장 및 관리 가능 | |
| 필요성 | 데이터 보호 | – 저장 중인 데이터 손실로 인한 업무 중단 등 유/무형 손실 예방 |
| 전자기기 보호 | – 전압 변동 및 정전으로 인한 전자기기 고장과 수명 단축 방지 | |
| 운영 연속성 확보 | – 산업 현장, 데이터센터 등에서 무중단 정상 비즈니스 운영 보장 | |
| 긴급 대응 시간 제공 | – 임시 전원 공급으로 예비 발전기 가동, 안전한 시스템 종료 지원 | |
- UPS는 데이터센터 등 중요 IT 인프라를 안정적으로 보호하고, BCP 등 비즈니스 연속성 확보에 필수 요소
2. UPS의 구성도와 동작 원리
(1) UPS의 구성도
 |
(2) UPS의 동작 원리
| 단계 | 동작 원리 |
|---|---|
| [1단계] 정상 운전 (Normal Mode) | ① 외부 교류 전원(AC 입력)이 UPS로 인입 ② 정류기(Converter)에서 교류 전원을 직류로 변환(AC → DC) ③ 직류 전원을 이용하여 배터리 충전 및 인버터에 전원 공급 ④ 인터버(Inverter)에서 직류 전원을 교류로 변환(DC → AC) ⑤ 교류 전원을 중요 부하(서버, 네트워크 장비 등)에 공급 |
| [2-1 단계] 정전/이상 발생 (Battery Backup Mode) | ① 정전 등 외부 전원 이상 발생 시 UPS로 전원 인입 중단 ② 배터리에서 직류 전원을 인버터로 직접 공급 ③ 인터버에서 직류 전원을 교류로 변환(DC → AC) ④ 교류 전원을 중요 부하에 공급 |
| [2-2 단계] 바이패스 모드 (Bypass Mode) | – UPS 내부 이상이 있거나 유지보수 필요 시 활성화 ① 전환 스위치를 통해 상용 전원은 정류기와 인버터를 우회하여 중요 부하에 공급 ② 중요 부하에는 상용 전원이 직접 공급되며, UPS는 유지보수 상태로 전환 |
| [3 단계] 복귀 운전 (Recovery Mode) | – 배터리 모드 복귀: 외부 전원이 정상화 되면 UPS는 상용 전원과 출력을 동기화 – 바이패스 모드 복귀: 전환 스위치를 통해 상용 전원을 정류기/인버터쪽으로 전환 – 배터리는 충전 모드로 전환되어 다음 비상 상황에 대비 |
- UPS 동작을 위해 전원 유형(AC, DC) 변환용 정류기, 인버터와 에너지 저장을 위한 축전지 등이 핵심 기술요소로 구성
3. UPS의 핵심 기술요소
| 구분 | 기술요소 | 역할 |
|---|---|---|
| 전원 변환 측면 | 정류기 (Rectifier) | – 입력 교류(AC) 전원을 직류(DC)로 변환해 배터리 충전, 인버터에 전원 공급 |
| 인버터 (Inverter) | – 배터리나 정류기로부터 받은 직류(DC) 전원을 다시 교류(AC)로 변환하여 부하(장비)에 공급 | |
| 에너지 저장 및 관리 측면 | 축전지 (Battery) | – 상용 전원이 있을 때 에너지를 저장하고, 정전 시 부하에 즉시 전력 공급 |
| 배터리 관리 시스템 (Battery Management System) | – 배터리 상태 모니터링, 과방전·과충전 위험 방지, 교체 시점 확인 | |
| 전력 품질 및 보호 측면 | 서지 보호 (Surge Protection) | – 정전압 장치(Voltage Regulation) – 갑작스런 전압 상승이나 스파이크, 전압 강하를 완화하여 전자장비 보호 |
| 전파 필터 (Electrical Noise Filter) | – 노이즈 등 전력 품질 문제를 억제하여 장비의 이상 동작 방지 | |
| 운영 및 진단 측면 | 실시간 전력 모니터링 (Real-Time Power Monitoring) | – 입력 전압, 주파수, 부하 상태를 실시간 감시하여 장애를 예방하고 임계 상황 조기 파악 |
| 자동 진단 및 원격 알림 (Auto Diagnosis & Remote Alarm) | – 배터리 상태 자동 진단과 이벤트 기록·알림을 통해 효율적 유지보수와 신속한 장애 대응 |
- 이중변환 토폴로지(Double Conversion Topology) 구조는 고급 UPS에서 널리 쓰이며, 연속적이고 고품질의 전원을 제공
- 최근 UPS 장비는 실시간 모니터링, 원격관리, 자동 진단 등 지능형 관리 등 스마트 기능을 제공하며, 전원 공급 방식에 다른 온라인/오프라인 방식과 적정한 용량 산정 필요
4. 온라인/오프라인 UPS 비교 및 UPS 용량 산정 방법
(1) 온라인/오프라인 UPS 비교
| 비교 항목 | 온라인 UPS | 오프라인 UPS |
|---|---|---|
| 동작 방식 | 항상 인버터(이중 변환) | 평상시 상용전원, 정전 시 인버터 |
| 전환 시간 | 0ms (무순단) | 4~10ms (순단 발생) |
| 전원 품질 | 매우 우수, 노이즈·서지 완전 차단 | 상용전원 품질에 영향 |
| 효율 | 70~90% (다소 낮음) | 90% 이상 (높음) |
| 적용 분야 | 데이터센터, 병원 등 중요 장비 | 가정용 PC, 네트워크 등 |
(2) UPS 용량 산정 방법
| UPS 용량(kVA) 산정 방법 | 계산식 | UPS 용량(kVA) = (총 부하(W) / 역률(PF)) x 여유율 |
|---|---|---|
| 예시 | 4000W 부하, 역률 0.8, 여유율 1.2의 경우, (4000 / 0.8) x 1.2 = 6000VA = 6kVA | |
| 배터리 용량(Ah) 및 백업시간 계산 방법 | 계산식 | 방전 전류(A) = 총 부하(W) / (배터리 전압(V) x 인버터 효율) 배터리 용량(Ah) = 방전 전류(A) x 백업시간(h) |
| 예시 | 4000W 부하, 12V 배터리, 인버터 효율 0.85, 백업시간 1시간의 경우, 방전 전류 = 4000 / (12 x 0.85) = 약 392A 배터리 용량 = 392 x 1 = 392Ah |
- 최적의 UPS 선택을 위해 단상, 3상 등 설치 환경과 용량, 부하 특성에 따라 토폴로지 적합성, 효율, 열 발생, 공간 요구, 신뢰성도 함께 고려 필요
[참고]
- LG에너지솔루션, 배터리 용어사전 – UPS, 2025.7
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