UPS 보호회로

1. 개요

• 전력계통이 자연재해에 의해 지락이나 단락사고 등이 발생하면 보호계전기가 사고를 검출하고, 차단기가 동작 사고개소를 분리하는 동안 순시전압강하 및 정전이 생기는 일이 발생
• 이때, 순시전압강하에서 중요부하를 지키기 위해 UPS가 사용됨

 

2. 단락보호

• 과전류 발생과 동시에 무순단 바이패스 측에서 공급을 절환하여 고장회로를 UPS 내부회로에서 분리
• 단락보호에는 바이패스에 의한 단락보호와 단락사고 보호용 기기 두 가지가 있음

 

2-1. 바이패스에 의한 단락보호 -> 고장전류에 의한 UPS 내부기기 보호

1. UPS는 일반적으로 정격 출력전류의 150%정도로 과전류를 검출해 정지하며 과전류 발생과 동시에 공급 회로를 바이패스하여 공급회로를 전환
2. 유의사항
   • 고장전류에 의한 부하 측의 전압저하로 부하설비의 최저허용전압 범위를 넘어버리는 경우가 있음
   • 정전 등에 의해 바이패스 전원이 건전하지 않을 때는 활용되지 않음
   • 주파수 변환의 UPS에는 채택할 수 없음

2-2. 단락사고 보호용 기기 -> UPS 2차측 단락사고 보호 장치

1. 1.배선용 차단기
   • MCCB 차단기는 기계적 요소가 크기 때문에 차단까지 10ms 이상 소요
   • 고장전류가 장시간 회로에 흐르기 때문에 부하단의 전압강하율이 커질 가능성이 있음
   • 사고발생시 MCCB 차단시간과 부하단 전압강하율의 정도를 검토
2. 속단퓨즈
   • 2차측에서 단락사고가 발생하였을 때 차단시간이 짧아 한류차단기능을 사용
   • 비 반복전류인 경우 정격의 170%정도, 반복전류의 경우 정격의 160% 정도 초과하는 경우 피로현상에 의해서 용단 (반도체보호용 속단퓨즈 사용)
   • 자연열화에 의한 용단 가능성이 있으므로 일정기간 사용 후 교환할 필요가 있음
3. 반도체 차단기
   • 차단시간은 100us로부터 150us정도
   • 다른 부하에 영향을 미치지 않고 고장전류를 차단할 수 있는 가능성이 대단히 좋음
   • MCCB나 속단퓨즈에 비해 치수가 크고 고가

 

구분	MCCB	속단퓨즈	반도체 차단기
동작시간 1) 1.5배 과전류 2) 4배 전류시 3) 10배 전류 한류효과	1) 3s~30s 2) 10ms~4s 3) 없음	1) 20ms~600ms 2) 2ms~4ms 3) 있음	1) 100us~150us 2) 100us~150us 3) 제어회로 설정값으로 한류
적용한계	단시간 영역에서는 협조가 안됨 (10~20ms 이하 영역	수ms 이하의 영역에서 협조가 안됨	과부하 내량을 예쌍하고 협조가 쉬움
전류특성	반한시 특성	반한시 특성	일정특성 (정한시 특성)
콘덴서 돌입전류 대책	문제없음	돌입전류 검토	돌입전류 검토
바이패스 회로	불필요	불필요	있는 쪽이 좋음
수명	트립횟수에 제한이 있음	자연열화로 5년마다 교체	정기적 점검
치수	소	중	대
가격	저가	중가	고가

* MCCB는 단락전류를 두번 이상 끊으면 성능이 반으로 줄어든다. E.g.) 15KA 용량이 10KA 두번은 끊게되면 15KA 성능이 7.5KA로 반으로 줄어들 수 있다.

 

3. 지락보호

3-1. 보호방식

• UPS의 2차측은 비접지방식이 많으며, 이러한 비접지회로는 1선 지락이 발생해도 지락전류가 작으므로 UPS는 이상없이 운전
• 보호방식 선정시 확실성, 사용회로의 최대량, 경제성 등을 고려하여 방식을 결정한

3-2. 지락사고의 보호기기

• 누전차단기에 의한 보호는 회로가 차단되어 부하기기에 전기공급이 정지가 되므로, 중요 부하의 경우에는 회로차단 대신에 경보기를 표시하는 경우가 많음

 

4. 발전기에 UPS 부하 적용시 유의점

4-1. 발전기 출력전압의 불안정 현상

1. 원인 : 발전기와 UPS를 조합함으로써 회로조건에서 생기는 전기계의 자려진동현상 때문에 발전기의 출력전압이 불안정해짐
2. 대책 : 발전기 댐퍼권선의 저항이 작을수록 UPS 직류회로의 캐패시턴스 값을 작게 하면 안정됨

4-2. 발전기 자동전압제어장치(AVR)와 UPS 응답속도

1. 원인
   • 최근 UPS 교류입력 정류회로는 사이리스터를 사용한 위상제어로 바뀌어가고 있음 
   • 발전기의 AVR과 UPS의 제어장치 간의 제어응답상태에 따라서 전압의 불안정 현상이 발생
2. 영향 : 발전기 자동전압제어장치(AVR)는 단자전압을 검출하여 전압을 제어하는데, 이때 고조파 전류에 의해 전압파형이 일그러지면 오차가 커지기 때문에 전압의 불안정현상이 발생
3. 대책
   • 발전기 AVR의 응답속도와 UPS의 응답속도를 엇갈리게 하는 방법이 효과적
   • 실효값 검출형 AVR을 사용

4-3. UPS 운전모드(BY-PASS 운전모드)

1. 원인 : UPS가 운전할 때 발전설비의 주파수와 UPS의 기준주파수 차이로 전압의 충돌 현상이 발생
   • UPS는 상용전원을 입력으로 하는 경우에는 전원동기 모드로 운전되고, 비상용 발전설비의 전원을 입력으로 하는 경우 수정발진 모드로 운전
2. 영향 : 비동기 상태의 운전모드에서 절체시 UPS 2차측 부하 시스템의 다운 발생
3. 대책 : UPS 요구 주파수 정밀도 내에 들어가도록(발전기의 거버너 정밀도를 올려) UPS가 정원동기 모드로 운전되도록 함

4-4. 전압파형의 일그러짐 발생

1. 원인 : 발전기에 UPS 고조파 전류가 흐르면 전압파형이 일그러짐
2. 영향 : 형광등 안전기, 콘덴서의 이상 과열, 계기 및 계전기의 오동작을 유발
3. 대책 : 일반적으로 왜형률을 10% 이내로 유지하는 저 리액턴스의 발전기 사용 또는 액티브 필터 등에 의한 고조파 전류 저감대책을 마련

4-5. 발전기 역상전류의 내량을 강화한다. (고조파에 대한 발전기측 대책)

• 발전설비 용량의 결정에 발전기 역상전류 내량을 고려
• 이에 대한 대책으로 고조파 전류의 저감대책(다상 정류회로, 액티브 필터 등)의 채택과 역상전류 내량이 큰 발전기가 개발되고 있음
• 발전기의 역상전류 내량 향상을 위한 댐퍼권선의 강화는 발전기 병렬운전 시 난조방지 및 고조파 전류에 의한 전압파형 일그러짐의 억제 등에 효과

 

 

출처 : Youtube 김신일 기술사님 강의