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UPS 도입/사용시 주의해야 할 점

 

1. UPS란 무엇인가?

UPS는 Uninterruptible Power Supply의 약자로, 한국어로는 ‘무정전 전원공급장치’라고 합니다.
즉, 전기가 끊어졌을 때 장비에 대신 전력을 공급해주는 역할을 합니다.

그런데 그게 전부일까요? 당연히 아닙니다.
현재 사용되는 UPS의 토폴로지는 크게 Stand-By(Off-line), Line-Interactive,Online Double Conversion이 있습니다.
각각의 토폴로지는 서로 다른 특징을 가지며, 특성에 맞는 분야에서 활용되고 있습니다.

먼저 Stand-By(Off-Line) 토폴로지를 살펴보겠습니다.

Stand-by 토폴로지 UPS는 공급되는 전원(이하 유틸리티 전원)이 UPS를 거쳐가지 않습니다.
따라서, 전원을 출력하는 것에 충분한 인버터 용량만 보유하면 되고, 단가도 싸집니다.
인버터 회로를 분리하거나 (상대적으로) 소형으로 만들 수 있어서 대용량 UPS나 값 싼 UPS에 주로 사용되는 방식입니다.
다만, 유틸리티 전원이 끊어졌을 때 릴레이가 동작하여 배터리 전원을 공급하므로 절체 시간이 길다는 단점이 있습니다.
그리고 유틸리티 전원이 UPS를 통과하지 않으므로 전원 안정화 기능도 기대할 수 없습니다. 그래서 Stand-By UPS는 보통 AVR과 함께 배치됩니다.

다음으로 Line-Interactive 토폴로지가 있습니다.

라인 인터렉티브 토폴로지 UPS는 유틸리티 전원이 UPS의 전력 인터페이스와 인버터를 통과하기에 제한적인 수준의 전원 안정화(전압/위상 제어)를 수행할 수 있습니다.
또한 Stand-By UPS 대비 배터리 백업으로 전환되는 시간이 짧다는 장점을 가집니다.
인버터가 상시 작동하지 않으므로 전력 효율이 높고, 열이 적게 나고, 회로가 복잡하지 않기에 내구성도 높습니다.

하지만 Stand-By 토폴로지 대비 인버터 용량이 커야 한다는 것(배터리를 충전하면서 동시에 부하에 전원을 공급한다고 할 때 최대 출력의 2배)과, 절체 시간이 0은 아니라는 것, 대용량화에 불리하다는 단점이 있습니다.

1KVA~3KVA에서 많이 사용됩니다.

마지막으로, 일반적으로 UPS라 하면 떠올리게 되는 Online Double Conversion 토폴로지 UPS가 있습니다.

이름으로부터 유추할 수 있듯이, Online Double Conversion 토폴로지는 유틸리티 전원을 정류기에 통과시키고, 다시 배터리에 DC 전원으로 공급한 뒤 인버터로 보내어 AC 전원을 공급합니다.
기본적으로 배터리를 거치기 때문에(물론 정상 상태에서는 방전이 일어나지 않음) 안정화된 DC 전원을 공급할 수 있고, 유틸리티 전원-배터리 전환에 걸리는 절체 시간이 발생하지 않는다는 장점이 있습니다.

Line-Interactive 대비 대용량화에 유리하기에 3KVA~에서 주로 사용됩니다.

하지만 인버터가 늘 동작하기에 전력 효율이 상대적으로 떨어지고, 열이 많이 발생합니다.
그리고 Online Double Conversion 토폴로지는 라인 인터렉티브와 스탠바이 토폴로지와는 다른 절체 현상을 겪을 수 있는데, 인버터 회로가 고장나는 경우와 부하가 급격히 변동하는 경우 순간적인 절체가 발생할 수 있습니다.

때문에 Online Double Conversion UPS를 사용하는 경우 부하 설계에 신경을 써야 하며, 최악의 경우 전원 상실을 막기 위하여 바이패스 라인을 함께 설치합니다.
UPS 동작 불량으로 바이패스 라인이 사용되는 경우, Line-Interactive와 동등한 수준의 절체 시간이 발생할 수 있습니다.

이런 토폴로지별 특성을 잘 고려하여 자신의 환경에 가장 적합한 UPS를 골라야 할 것입니다.

APC의 각 토폴로지별 현행 제품군은 다음과 같습니다.

1) Stand-By 토폴로지

– Back-UPS: 가정용/소형 UPS. 유사 정현파(구형파) 출력.

2) Line Interactive 토폴로지

– SMT 제품군: 현행 Smart-UPS의 표준이 되는 모델.
– SMX 제품군: SMT에서 역률을 개선하고, 배터리 관리 시스템을 강화한 모델.
– SMC 제품군: SMT를 간략화한 모델. Smart-Slot 제거
– SUM 제품군: 모듈 방식의 UPS. 배터리와 파워 모듈의 수평적 확장이 가능.

3) Double Conversion Online 토폴로지

– SURT 제품군: 1세대 온라인 UPS로, 추가 배터리 장착이 가능. (1K~40KVA)
– SRT 제품군: SURT를 개량, LCD를 통해 모든 설정을 제어할 수 있음. (3K~40KVA)

 

2. 사인파와 구형파

UPS의 스펙을 읽어보면 사인파(정현파)와 유사 정현파(구형파)라는 단어를 볼 수 있습니다.
일반적으로, 우리가 사용하는 AC 전원은 정현파의 형태로 공급됩니다. 따라서 UPS의 출력도 정현파로 나오는 것이 이상적입니다.
하지만 정현파를 만들어내는 것에는 돈이 들어가므로, 싼 UPS의 경우 정현파를 출력하지 않는 경우가 많습니다.

가정용 UPS로 많이들 사용하시는 BE700-KR UPS의 배터리 출력 파형입니다.
얼핏 보아도 정현파와는 큰 차이가 나는 것을 알 수 있습니다. 이러한 전원이 공급되면 파워 서플라이에 무리가 가거나, 전원부가 좋지 않을 경우 오작동을 일으킬 수도 있습니다.

전원 품질이 중요한 장비를 사용한다면, 사인파가 출력되는 UPS를 구매해야 합니다.

 

3. UPS와 부하

UPS를 사용할 때 흔히 ‘반드시 벽부 콘센트에 연결해야 한다’는 경고를 보게 됩니다. 즉, 멀티탭에 연결하지 말라는 것인데.. 여기에도 이유가 있습니다.
전기안전법상 멀티탭의 최대 전류는 16A(2800W)로 제한되어 있고, 1500VA의 UPS는 배터리를 충전하면서 부하에 전원을 공급할 경우, 3000VA를 사용합니다.
UPS의 역률은 보통 매우 높기 때문에 3kW를 소모한다고 가정하면, 멀티탭의 허용 전류량을 가볍게 초과하게 됩니다. 즉, 화재로 이어진다는 것이죠.

한편, 이 조건은 벽부 콘센트에도 적용되는데, 일반적인 벽부 콘센트의 허용 전력이 3000~3500VA 수준이기 때문에 1500VA의 용량을 가지는 UPS를 설치했을 경우 간당간당하게 수용하는 전력량이 됩니다. 따라서 일반 가정에서 1500VA를 넘는 UPS를 사용하는 것은 그리 바람직한 일이 아닙니다.

벽부 콘센트의 문제가 아니더라도 대용량 UPS를 사용하게 된다면 차단기 용량도 신경써야 하기 때문에, 대용량 UPS를 구매하기 전에는 반드시 전체 토폴로지를 설계하고 구매, 설치해야 합니다.
금액이 금액인지라 판매처에서 알아서들 하겠지만..

APC UPS / Network Management Card 설치 및 사용기

 

1. 들어가며

대한민국에서 가정용으로 UPS(Uninterruptible Power Supply)를 사용하는 사람들이 그리 많지는 않을 것이다.
이번에 우연찮은 기회로 매우 싸게 APC의 Smart UPS를 구매할 수 있었고, APC UPS를 사용하고자 하는 다른 사람들과 나의 경험을 공유하고자 한다.

먼저, 용도에 적합한 모델을 고르기 위하여 APC UPS의 제품군을 알아보자.

국내에서 유통되는 APC UPS는 크게 가정용과 기업용 모델로 나뉜다.
이 중 가정용 모델이 바로 우리가 흔히 접할 수 있는 Back-UPS 시리즈이다.

Back-UPS는 싸고, 출력 단자가 Outlet 규격과 일치하지만, 정작 컴퓨터와 같은 정밀 전자기기의 전원을 백업하는 용도로는 적합하지 않다.
APC Back-UPS는 Standby 방식으로 동작하는데, 유틸리티 전원으로부터 전기가 들어올 때는 배터리와 인버터를 연결하지 않고, 절체가 감지되는 순간 스위치를 전환하여 배터리 전원으로 백업하는 방식이다.
이 경우, UPS는 유틸리티 전원의 상실이 일어나기 전에 발생하는 전압 불안정으로부터 시스템을 보호할 수 없고, 절체 순간에 발생하는 스위칭 노이즈가 기기에 그대로 전달되는 문제를 가진다.

그리고 Back-UPS의 출력 파형은 Stepped approximation to a sinewave로, 완전한 사인파가 나오지 않는다.
이게 왜 문제인지 이해가 잘 안 될 수 있는데, 다음 사진을 보면 바로 이해가 될 것이다.

한국에서 가장 많이 팔리는 가정용 UPS라고 할 수 있는 BE700-KR 모델의 파형으로, 사인파와 구형파의 중간 쯤 되는 파형을 확인할 수 있다.

당연히 구형파가 공급되면 PSU의 정류부에 부담이 가기 때문에 정밀 전자기기의 전원을 백업하는 용도로는 적합하지 않은 모델이다.

 

다음으로 APC에서 공급하는 기업용 제품군인 Smart-UPS 시리즈가 있다.
Smart-UPS 시리즈는 크게 Line Interactive와 Double Conversion Online 토폴로지로 나뉜다.

주로 750~3KVA 사이의 UPS들은 Line Interactive 토폴로지를 사용하고, 절체시간이 0이어야만 하거나, 대용량 UPS의 경우 Double Conversion Online 토폴로지를 사용한다.

일반적으로 Double Conversion Online 토폴로지가 더 비싸지만, 두 토폴로지 사이에는 장단점이 있기에 용도에 맞는 UPS를 골라야 할 것이다.

Line Interactive의 장점으로는

– 98%에 이르는 높은 전력 효율
– 작은 용량의 경우 소형화 용이
– 상대적으로 저렴한 비용
– 전압, 파형 보상 가능

이 있으나, 배터리 전원으로 전환할 때 수 ms 정도의 절체가 발생한다는 단점이 있다.
이 절체는 SMPS를 사용하는 장비의 경우 무의미하지만, PSU를 사용하지 않는 정밀기기는 영향을 받는다.

그리고, UPS가 보상할 수 없을 수준의 변동이 일어나면 배터리를 사용하기 때문에, 전원이 불안정할 경우 배터리를 자주 사용하게 되어 수명을 크게 단축시킬 우려가 있다.
전원이 불안정한 환경에서는 Double Conversion Online 토폴로지를 사용하는 것이 나을 것이다.

한편, Double Conversion Online 토폴로지는 절체 시간이 0이지만, 평상시에도 늘 인버터가 동작하고 있기에 전원 효율이 상대적으로 떨어진다.
하지만 UPS 내부에서 전원을 다시 생성하여 출력하기 때문에, 전압과 주기가 전혀 다른 파형도 출력할 수 있다는 장점을 가진다.

이에 맞춰 APC의 현행 Smart-UPS 라인업을 적어보았다.

Line Interactive 토폴로지

– SMT 제품군: 현행 Smart-UPS의 표준이 되는 모델.
– SMX 제품군: SMT에서 역률을 개선하고, 배터리 관리 시스템을 강화한 모델.
– SMC 제품군: SMT를 간략화한 모델. Smart-Slot 제거
– SUM 제품군: 모듈 방식의 UPS. 배터리와 파워 모듈의 수평적 확장이 가능.

Double Conversion Online 토폴로지

– SURT 제품군: 1세대 온라인 UPS로, 추가 배터리 장착이 가능. (1K~40KVA)
– SRT 제품군: SURT를 개량, LCD를 통해 모든 설정을 제어할 수 있음. (3K~40KVA)

 

2. 사용기

이번에 구매한 모델은 SMT1000RMi2U로, 1000KVA/700W를 백업할 수 있다.
200W의 부하를 약 20분간 백업할 수 있는 용량으로, 정전시 서버를 안전하게 종료할 시간을 벌어줄 것이다.

여느 UPS가 그렇듯이 출력 단자는 3핀이고, 랙서버용 전원 케이블을 통해 부하와 연결되어야 한다.
그리고 PC에 연결하기 위한 인터페이스와 네트워크 매니지먼트 카드를 장착할 수 있는 Smart-slot이 있는데, 이게 예상 밖이었다.

UPS에 연결된 서버들에게 종료 명령을 전달하려면 SNMP를 통한 Alert 알람이 필요한데, 엔터프라이즈용 모델이면서 네트워크 인터페이스가 기본 제공되지 않는다.
결국, 별도의 네트워크 매니지먼트 카드를 구매해야만 했고, 2세대 제품군에 장착할 수 있는 카드로는 AP9630/9631이 있다.

 

내가 중고로 구매한 AP9631은 이렇게 생겼는데, 전면부의 콘솔 포트가 2.5mm 스테레오 잭이다.
즉, DB9-2.5mm 케이블이 있어야 매니지먼트 카드의 콘솔에 액세스 할 수 있다는 것이다.

왜 이렇게 변태적인 단자를 사용했는지는 몰라도, 덕분에 사용자 계정이 기본값과 다르다면 케이블을 별도로 구해야 할 판이다.

매니지먼트 카드의 계정을 리셋하는 방법도 상당히 독특한데, 이건 구매한 물건이 도착한 뒤 추가로 작성하겠다.

 

해외에서 구매한 AP9631이 도착했다.
이 녀석을 UPS에 장착하면 이렇게 된다.

 

다행히도 패스워드가 기본값으로 설정되어 있었기에 바로 로그인할 수 있었다.
그러므로 초기화 방법은 올리지 않는다. 콘솔 케이블이 없기도 하고..

그런데 펌웨어 버전이 좀 낮아 보인다. 업그레이드를 해주자.

최신 펌웨어로 업그레이드를 마친 모습이다.