▶ 데이타 프로세싱중 다른 마이크로프로세서 사용 장비에 확실히 전원 문제로 피해를 입은 사실이 있습니까?
▶ 데이타 파일을 잃어버리거나 중요한 파일이 정확한 이유없이 손상된 일이 있습니까? 또는 운영체계의 디스크 디렉토리및 파일이 손상되어 그안의 데이타를 사용하지 못하는 일이 있습니까?
▶ 모니터화면의 영상이 작아지거나 커지고 찌그러지는 일이 있습니까?
▶ 이유없이 컴퓨터가 재부팅되어 막 입력한 정보를 잃어버린 경험이 있습니까?
▶ 하드디스크나 플로피 디스크를 읽을때 정보가 변형되거나 종종 에러코드를 출력합니까?
▶ 모뎀 또는 네트워크를 통한 정보 교환시 이상 상태가 발생합니까?
▶ 텔레폰 시스템의 오동작 혹은 기억 기능 상실등의 문제에 직면하신 경험이 있습니까?
▶ 내부 전원장치, 로직카드, 혹은 드라이브 모타의 오동작 및 손상을 경험하셨습니까?
▶ 당신이 사용하는 기기의 수리를 자주 요청하십니까?
컴퓨터 하드웨어 및 통신기기는 좋은 환경과 좋은 전원에 연결되어 있을 때는 매우 신뢰성 있는 기계입니다.
때때로 이러한 신뢰성 있는 기계로 부터 기술자들은 몇 시간에 걸친 작업량의 데이타를 원인모를 이유로 상실하거나 기기를 사용하는데 어려움에 직면하게 됩니다. 대부분의 경우, 이러한 문제점은 보다 나은 입력전원의 정상적인 보호를 통해서 제거될 수 있습니다. 우수한 품질의 전원에 대한 투자는 시간이 갈수록 보상되며 기기의 신뢰감을 더할 수 있습니다.
전원교란이란?
컴퓨터나 마이크로프로세서가 내장되어 있는 정밀 기기에 공급되는 전원들은 어떤경우에도 안정된 전원이 공급되지 않으면 안됩니다. 대체로 많은 사람들의 주장은 그들의 현장 전원이 매우 양호하다고 인식하고 있으며,정밀한 Digital Volt Meter로 측정한 전압 데이타를 보이기도 합니다. 그러나 여기에는 다음과 같이 중요한 점을 간과하고 있습니다.
기본적으로 Digital Volt Meter의 반응 속도는 약 0.5초 정도로 매우 느리기 때문에 그보다 빨리변하는 "순간전압변동"과 같은 것은 변동이 검출되기 전에 이미 복귀되므로 Meter 상으로는 변화가 없었던 것으로 보일수 있습니다. 그러나 이러한 경우에 AC 전원을 그대로 사용하는 기기는 치명적인 영향을 받게 됩니다.
더우기 Micro Second (백만분의 1초) 정도의 Impulse Noise의 개념이긴 하지만 계측이 불가능할 정도이므로 정말 전압 변화가 없다는 것을 확인하려면 그만큼 속도가 빠르고 예민한 계측기가 있어야 한다.
전압변동이 있다는 것을 증명하는 것은 변동한 데이타를 한번만 검출해 내어도 충분하지만, 변동이 없다는 것을 증명하는 것은 아무리 오랜 시간동안 변동이 검출되지 않는다해도 그것이 단지 "변동이 엇을 확률이 높은"사실일 뿐입니다.
이러한 순간적인 변동은 주로 변압기나 송배전 선로의 능력을 초과해서 사용함으로써 발생되며 순간적으로 과다한 전류를 요구하는 모터, 콤푸레샤 혹은 반도체 Thyristor를 이용한 장비들의 사용이 점차 가속화되면서 증가하고 있습니다.
이러한 이유로 야기되는 전원교란의 종류에는 다음과 같은 것이 있습니다.
▶ 정전 (POWER OUTAGE)
반 Cycle에서 걸쳐 차단되는 것을 말하는데 송배전 계통의 절환이나 기계식 스위치의 절체시에 주로 발생합니다.
▶ 저전압(BROWNOUT)/과전압(HIGH AVERAGE VOLTAGE)
정격의 정해진 범위를 벗어나 수십 Cycle이상 동안 지속하여 낮게 혹은 높게 나타나는 전압을 말합니다.
▶전압변동(SURGE/SAG 및 DIP/UP)
전압이 순간적으로 상승하거나 떨어지는 현상으로 수 msec 에서 수 Cycle 동안 지속되는 전압을 말합니다.
▶IMPULSE
통상 1uSec-2mSec의 폭으로 수백에서 수천 VOLT의 Spike 성으로 나타나는 경우인데 부하기기에 치명적인 손상을 주게 됩니다.
▶NOISE
Noise란 "신호에 간섭해서 정보의 전달을 저해하거나 교란시키는 것"으로 침입하는 경로에 따라 크게 두가지로
구분되는데 다음과 같이 정의 됩니다.
♠Normal Mode Noise
전원선 (Neutral, Hot Line) 을 타고 들어오는 것으로서 주로 Transient나 Impulse등이 여기에 해당됩니다. 이들은 대부분 매우 짧은 시간동안에 높은 전압의 충격을 줌으로써 기기가 오동작을 하게되며 특히 전송중에 있는 데이타에는 치명적인 손상을 주게 됩니다.
♠Common Mode Noise
Ground선을 타고 들어오는 것으로서 이경우 기준전위가 흔들리게 되어 Logic회로가 혼란에빠지게 됩니다.
따라서 주로 논리회로 및 기억장치 계통에 치명적인 손상을 주게 됩니다.
이런한 Noise를 위해서 20Ampere미만의 소용량의 경우에는 값이 싸며 소형경량인 Noise Filter가 주로 이용되나,그 특성이 특정 주파수 대역에 한정되어 감쇄도 또한 20-40 dB에 그치기 때문에 대용량의 경우에는 특별히 NCT (Noise Cut Transformer)를 사용하고 있습니다.
▶고주파 함유 (DISTORTION)
고조파에 관한 모든 이야기는 언제나 사용전원의 전압이 정현파( SINE WAVE)라는 조건에서 말하며 전압 파형의 정현파대비 일그러진 정도를 고조파 함유율(Total Harmonic Distortion, THD)이라고 합니다. 이는 파형의 일그러지는 원인이 위에서 규정한 전원의 전압보다 높은 주파수 혹은 이상파형 즉, 불필요한 고조파가 사용전원의 전압에 실려있기 때문에 발생되는 것입니다. 따라서 일반적으로 이 값이 적을수록 부하기기에 좋으며 부하기기의 입력 특성을 고려하여 5%를 초과하지 않도록 하는 것이 좋습니다.
전원교란이 시스템이 미치는 영향
□ 정전
▶순간 또는 장시간의 정전
⇒시스템 하드웨어의 손상, 작업중 데이타의 손실 및 데이타 파일의 훼손
□ 저전압/과전압
▶송배전 계통상 문제에 의한 전압강하 혹은 상승
⇒시스템 하드웨어의 수명단축 및 데이타 파일의 훼손
□전압변동
▶Sag & surge
⇒각종기억장치, 기록매체(기록테이프,디스켓등) 시스템내 회로손상 및 예측불능의 소프트웨어적인 문제발생
□ NOISE/과도전압
▶상용전원에 중첩된 전기적 노이즈
⇒ 논리회로이상현상과 데이타파일의 훼손 및 통신장해
전원교란의 원인
□ 자연 현상
▶ 폭설
▶ 폭풍/ 태풍
▶ 수해
□ 사용 전원의 송배전 계통상 문제
▶ 동작실수
▶ 송배전 계통내 사고에 의한 전원장애
▶ 스위치 작동으로 인한 순간정전
▶ 화재
□부하로부터 발생된 간섭
▶엘리베이터, 공장내 각종 모터
▶공장자동화 시스템의 각종 동력 장치의 작동 및 절환
▶아크 방전기 및 용접기
전원교란의 대책
▶AVR
AVR(Automatic Voltage Regulator)은 입력의 전압 변동이나 부하 변동에 관계없이 안정된 출력전압을 내주는 것으로 이를 실현하기 위해서는 여러가지 방법이 있으나 다음과 같은 조건을 만족시키는 것이 바람직합니다.
- 고조파 발생율이 0.3% 이하일 것.
- 반응속도가 0.05초 이내로 빠를 것.
- SPIKE, SURGE성 NOISE에 대한 대책을 가질 것.
- 효율이 90% 이상으로 높을 것.
- 외관이 미려하여 사용기기와 잘 어울릴 것.
▶NCT (Noise Cut Transformer)
NCT는 전자차폐의 원리를 이용하여 각종의 Noise (Normal, Common MODE)를 감쇄시킴으로써 결과적으로는 Noise 원인으로부터 부하를 격리시키는 것을 주기능으로 하고 있습니다. 입력이 정현파이면 NCT의 출력도 정현파이지만 부하를 연결하게 되면 NCT의 부하 종류에 따라, 그리고 부하로부터 발생되는 Harmonic을 filter 하여 주는 부하측의 능력에 따라 일그러지게 됩니다. 즉 고주파 수위칭 전원을 내장한 컴퓨터를 부하로 연결하는 경우 부하로부터 발생되는 Harmonics가 NCT의 출력측에 갇히게 되어 파형이 다소 일그러지게 됩니다.
▶POWER CONDITIONER
AVR은 전압을 안정하게 하여주지만 Noise는 완벽하게 막아주지 못하고, NCT는 Noise는 막아주지만 전압변동을 막아주지 못할뿐만, 자체 전압강하 안고 있으므로 이들 양쪽을 결합시키므로서 전압조정과 Noise의 차폐를 동시에 실현한 제품입니다. 측 NCT는 단독으로 사용되는 특수한 경우외에 대부분의 경우 이러한 Power conditioner형태로 사용되고 있습니다.
▶UPS (Uninterruptible Power Supply)
AVR이나 Power Conditioner는 정전시에는 기능을 상실하게되지만 UPS는 CVCF (Constant Voltage constant Frequency)의 기능을 정전시에도 유지시켜 줌으로써 안정된 전원을 항상 부하기기에 공급하여 줄 수 있습니다.
마이크로프로세서가 내장된 장비는 결국 모든 종류의 전원교란-전압변동, Noise, 정전으로 부터 필히 보호되어져야 하므로 전원이 나쁜 경우에는 UPS가 사용되어져야 합니다. 전원교란의 정도가 곳에 따라 서로 크게 다르며 사용하고자 하는 기기의 전원교란에 대한 보호기능이 나, 보호 내력, 출력파형, 출력안정도, 백업시간 등에 따른 성능, 신뢰성, 크기 및 가격이 다른 매우 다양한 장비들이 개발되어 보급되고 있습니다.
이를 크게 나누어보면,
- 소자로서 반도체를 사용한 경우와 발전기를 사용한 경우
- ON-LINE 방식과
- 출력전압파형이 정현파인 경우와 구형파인 경우
- 입출력이 절연되어있거나 그렇지 않은 경우로 나눌수 있으며 각각의 경우도 여러가지 다른 유형이 가능하므로 사용하고자 하는 목적에 부합된 제품을 선택하여 사용하셔야됩니다.
전원장비의 선택전 점검사항
안정된 전원의 확보를 위한 자이의 선택을 위해서는 보호대상 장비들의 다음 사향에 대한 이해가 필요합니다.
▶ 장비의 목록을 작성합니다. 어느회사의 제품입니까? 무엇이 가장 중요한 보호대상입니까?
- 미니컴퓨터
- 마이크로컴퓨터 또는 워크-스테이션
- PBX를 포함한 통신장비
- 시험기기 또는 모니터링 장비
- 보안시스템
- 마이크로프로세서 콘트롤러, 산업자동화 장비
▶ 또 다른 보호대상이 있습니까?
□ 모뎀
□ 프린터
□ 디스크 또는 테이프 드라이브
□ 파일 또는 프린트 서비스
□ 터미널/ 모니터
□ 기타
▶ 제작사에서 전원장비 사용을 권장하고 있습니까?
▶ 모든 장비가 설치되어 있습니까? 보호대상의 장비가 더 있습니까?
▶ 보호대상의 장비에 필요로하는 전원의 용량은 얼마입니까?
기존 사용하는 장비와 가능하면 추후 게획된 장비를 위해 필요로 하는 전원의 Watt 또는 KVA, Amps 그리고 Voltage를 기입해 주십시오.
▶ 장비의 작동을 위한 충분한 전원의 용량이 확보되어 있습니까?
얼마입니까? 그장소에 전기긱술자가 있습니까? 전원장비의 플러그는 설치 장소의 전원을 연결하여 사용할수 있습니까?
▶ 어느 장소에 장비가 설치 됩니까?
전원장비의 최대 효과를 발휘하기 위해 보호대상 장비와 가능한 가장 가가운 장소에 위치시키는 것이 좋습니다.(그러한 목적에 부합하기 위해 저소음, 소형,경량,고효율의 다양한 전원장비가 구비되어있습니다.) 설치 장소
에 적절한 운반기구 사용이나 서비스 엘리베이터가 있습니까? (대형장비, 전원장비 및 축전장비들은 아주 무거울수 있습니다. ) 그것들이 바닥에 설치가 가능합니까?
▶ 전원장비로 UPS를 선택하셧다면, 어느 정도의 축전지 백업시간이 요구됩니까? 정전을 가상하여, 사용을 중단하고 데이터를 저장하고 안전하게 사용을 끝마칠때까지 얼마의 시간을 필요로 합니까?
▶ 어떤 선택사양을 필요로 합니까?
컴퓨터와 네트워크, 경고 신호의 연결, 바닥에 깨끗하게 배선하기 위한 덕트, 축전지의 확장, 운송바퀴, 유지보수, 바이패스 등등
UPS란?
▶개 요
UPS란 무정전 전원장치 ( Uninterruptile Power Supply ) 의 약자로서 정전이나 NOISE 가 없는 깨끗한 전기를부하기기에 알맞도록 공급하여 주는 장비로 정전압 정주파수 (Constant Voltage Constant Frequency; CVCF)의 무정전 전원장치를 뜻하기도 합니다.
▶기본구성 및 기능
-RECTIFIER : 상용전원인 교류를 직류로 바궈주는 변환기를 말합니다.
-CHARGER : 상용전원을 받아 축전지를 충전시켜 줍니다.
-BATTERY : 정전시 상용전원대신 충전된에너지로 전원을 공급해줍니다.
-INVERTER : 직류를 교류로 바꿔주는 변환기를 말합니다.
-UPS의 개발과제 및 상황에 따른 선택기준
UPS의 궁극적인 목표는 어떠한 상황에서도 깨끗한 전원을 사용기기(부하)에 공급해야하는 것이며, 만약 악조건이라고 해서 UPS가 고장이 나게되면 UPS를 쓰는 목적이 상실되게 됩니다. 그러나 현실적으로 UPS는 공산품이므로 '상품의 가격'과 '성능 및 품질' 이라는 양면성 및 '기술의 한계'로 인한 문제들이 끊임없이 야기되고 있기도 합니다.
▶입출력 절연 (Isolated UPS) UPS
복합시스템을 운용하여 단거리 통신시 시스템과 시스템간의 통신장해를 방지하기 위해서는 전송데이터 신호의 기준전위를 일치시켜야만 됩니다. 통상적으로 각 시스템의 데이터 신호 기준전위는 샤시 GND를 이용하여 시스템입력전원의 GND와 연결되게 됩니다. 이와 같이 각 시스템간의 GND는 확실하게 동일전위가 형성되어야 하며 이러한 GND시스템을 일반적으로 INTER-CONNECTION GND라고 합니다. 그러나 국내 전원 환경은 상용전원의 GND가 EARTH되어 있지 않은 경우가 많아 GND전위가 부유(Floating) 전위를 형성하는 곳이 많습니다.
이러한 관게로 입출력 절연UPS 1대에 복합시스템을 구성, INTER-CONNECTION GND를 출력NATURAL 선과 정확하게 체결된 UPS의 GND를 확실하게 EARTH시키는 것이 더욱 좋습니다.
상기와 같이 복합시스템의 운용시 INTER-CONNECTION GND일치가 매우 중요하다는 것을 인식할 수 있으며 입출력 비절연 UPS출력 GND에 까지 연장체결되어 INTER-CONNECTION GND를 형성함으로서 대부분의 경우 통신장해를 최소화 할 수 있으나 일반적으로 입출력 절연 UPS에 비하여 비절연 UPS가 NOISE에 대하여 약한 면이 있습니다.
▶정류기 부하에 대한 출력파형의 개선
컴퓨터와 같이 정류기를 내장한 용량서의 부하를 UPS에 연결하면 출력 전압파형이 심히 일그러지는데 이의 개선을 위하여 종래부터 출력측에 트랩필터 등을 부가하여 대쳐하고 있으나, 크기, 무게, 가격 등의 현실적인 제약이 매우 클뿐 아니라 이로 인한 부작용이 또한 커서 심각한 문제가 되어왔습니다. 최근에는 고주파 스위칭 기술이 인버터에도 적용됨에 따라 출력 파형의 순시치 제어가 가능해져 소형, 경량, 저소음의 UPS형태로 크게 개선되어 나가고 있는 추세입니다.
▶부하기기의 돌입전루에 대한 대책
전원으로부터 유입되는 전기적 Noise, Surge 등에 대해서는 바리스터를 AC Line에 접속하여 대비하지만 실장위치에 의해 효과가 저감될 수 있고 단락의 위험이 있으며 EMI의 경우 Common Mode Type 의 Noise Filter를 입력 Line에 사용하고 출력 Line에도 사용할 필요가 있습니다.하지만, 고주파 성분인 Noise에 대처할 수 있는 대용량 Filter로는 고주파 성분에 대하여 높은 임피던스를 나타내어 감쇠효과가 아주 큰 NCT 의 사용이 가장 효과적인 해결방법이 될 수 있습니다.
▶UPS SYSTEM의 개발동향과 전망
이상에서 본 바와 같이 UPS가 요구하는 사양은 실로 다양하며 설계 또한 다양한 면이 있으나 UPS 의 기본 개념으로 미루어 고신뢰도를 확보하는 거이 가장 중요한 일이며 이를 위해서 상시 인버터의 ON-LINE방식, 상시 상용 OFF-LINE방식 이외에도 사용동기식 병렬 운전방식, 직렬보상방식, Tri-Port 방식, Tap-Trans 사용방식, Charger Less방식 등이 재기되고 있는 실정이고, 아울러 소형화 저 가격화에 대한 시장의 요구도 더욱 더 절대적이라 할 수 있습니다.
아울러 이러한 기술을 이용하여 제작된 제품들은 각조의 첨단 검사기기로 엄밀하게 실험, 분석되어야 하며 소비자들이 이런 점들을 숙지하고 있을 때만 이땅에서 무책임한 불량 모방제품들이 자취를 감추게 될 것입니다
