회생 로드 및 소스의 이점: 열 비용 제거

공랭식 또는 수랭식 전력 저항은 가장 단순한 형태의 로드입니다.

저항은 옴의 법칙 (I = V/R) 2를 따르는 고정된 로드 프로파일을 가지며, 방전 전력 (P = V*I =V /R)의 100%를 직접 열로 변환합니다. 로드할 수 있는 최대 전력은 저항의 등급에 따라 다릅니다.

공랭식 저항은 열을 공기 중으로 발산시킵니다. 그런 다음 에어컨 또는 팬을 사용하여 작업 영역에서 생성된 열을 제거합니다. 에어컨이 설치된 실험실 환경에서 공랭식 저항은 매우 저렴하고 유연하며 단순한 로드를 나타낼 수 있습니다. 그러나 공랭식 저항은 많은 열이 발생하기 때문에 고전력 테스트 또는 제조 환경에서는 비실용적입니다.

수랭식 저항에는 전기적으로 절연된 용수 연결 장치가 있어 물이 디바이스에서 열을 방출할 수 있습니다. 그러나 저항이 손상되거나 연결 장치에 누출이 있는 경우 이러한 용수에는 전기적인 위험을 초래할 수 있는 첨가물이나 오염물질이 포함되어 있을 수 있습니다. 용수 연결 요구사항에 따라 이러한 유형의 디바이스를 사용할 수 있는 장소와 시점이 제한됩니다.

전자 로드는 방전 전력 (P = V*I)의 100%를 직접 열로 변환합니다. 저항과 달리, 전자 로드는 정저항 이외에 정전류, 정전압, 정전력과 같은 보다 정교한 로드 프로파일을 제공할 수 있습니다. 또한 UUT의 연결을 끊지 않고도 로드 프로파일을 동적으로 변경할 수 있습니다.

^{그림 1: AC 전자 로드}

공랭식 전자 로드는 폐열을 공기 중으로 발산하며 충분한 공간 또는 공랭식 냉각기 용량이 있는 경우 랩 또는 제조 공간 어디에서나 사용할 수 있습니다. 반대로, 수랭식 전자 로드는 연결 장치를 통해 폐열을 발산하기 때문에 사용할 수 있는 곳이 제한됩니다. 또한 수랭식 냉각기 시스템이 유지보수 중인 경우 테스트가 중단될 수 있습니다.

회생 전자 로드는 방전 전력 (P = V*I)을 시설에서 사용할 수 있는 전기로 다시 변환하여 두 가지 방법으로 유연성을 높입니다.

첫째, 총 전력 수요와 관련 전기 비용이 줄어듭니다.

둘째, 회생을 통해 발생하는 폐열이 크게 줄어들어 시설 냉각에 필요한 에너지와 장비가 줄어듭니다. 따라서 랩 또는 제조 작업 공간을 계획, 업그레이드 또는 재배치할 때 유연성을 최대화할 수 있습니다.

그림 2와 같이 기존의 로드와 관련된 전력 흐름을 고려합니다.

^{그림 2: 기존 로드를 사용한 전력 흐름}

시설 연결을 통해 UUT에 전력이 공급됩니다. 그런 다음 UUT의 출력은 전력을 폐열로 변환하는 기존 로드를 사용하여 로드됩니다. 그런 다음 작업 공간에서 폐열을 제거하기 위해 냉각기를 작동하려면 추가 전력이 필요합니다. 

UUT가 변환 효율이 90%이고 100 kW의 출력을 제공한다고 가정하면 UUT는 변환 손실로 인한 폐열 11.1 kW의 생성에 기여합니다. 로드는 100 kW 출력을 폐열로 직접 변환합니다. 총 111.1 kW는 379,123 BTU의 열로 바뀌며, 작업 공간에서 이 열을 제거하려면 상당한 추가 전력이 필요합니다.

그림 3은 회생 로드를 사용할 때 이와 동일한 테스트 시나리오를 보여줍니다.

^{그림 3: 회생 로드를 사용하는 전력 흐름}

기존 로드를 92% 효율의 회생 로드로 대체하면 유틸리티 사용량과 발생하는 열을 82% 이상 줄일 수 있습니다. UUT는 변환 손실로 인해 계속해서 11.11 kW의 폐열을 생성합니다. 그러나 회생 로드는 UUT의 출력 전력 중 92 kW를 시설에 반환하고 폐열로 8 W만 생성합니다. 총 폐열은 111.11 kW에서 30 kW 미만 즉, 379,123 BTU에서 65,206 BTU로 감소하여 작업 공간에서 폐열을 제거하는 데 필요한 냉각기 전력의 양을 줄입니다.

UUT 입력 전력(수식 1)은 변환 효율성에 따라 달라집니다.

수식 1: UUT 입력 전력 = UTT 전력/UTT 변환 효율

UUT는 유틸리티 및 모든 회생 소스에서 전력을 끌어옵니다. 따라서 (수식 2를 통해 산출되는) 필요한 총 유틸리티 전력은 입력 전력, 회생 전력량, 냉각기를 작동하는 데 필요한 전력에 따라 달라집니다. 회생은 필요한 입력 전력의 양을 직접적으로 감소시키며, 필요한 냉각기 전력의 양도 감소시킵니다.

수식 2: 전체 유틸리티 전력 = (UUT 입력 전력 − 회생된 전력) + 냉각기 전력

수식 3에서 필요한 냉각기 전력의 양은 냉각기 유형, 크기, 전체/부분 로드 에너지 효율 비율 (EER)뿐만 아니라 열로 변환되는 전력의 양에 따라 달라집니다. 최대 로드에서 산업용 공랭식 냉각기는 종종 EER 10에 도달하고 유사한 수랭식 냉각기는 EER 20에 도달합니다. 공랭식 냉각기로 폐열을 제거하려면 약 34.12%의 전력이 더 필요한 반면, 수랭식 냉각기는 약 17.06%의 전력이 더 필요합니다.

수식 3: 냉각기 전력 필요량 

이 단순화된 예에서는 각 냉각기 유형에 대해 일정한 에너지 효율 비율을 가정합니다. 실제 에너지 효율성은 유지 보수, 계절적 날씨 패턴 및 로드량을 포함하여(이에 국한되지 않음) 여러 요소의 영향을 받을 수 있습니다.

아래 표에서는 효율이 92%인 공랭식 회생 로드를 사용할 때의 비용과 표준 공냉식 또는 수랭식 로드를 사용할 때의 비용을 비교할 수 있습니다. 이 표에서는 고정된 전기 비용을 $0.15/kWh로 가정합니다. 평균 전기 비용을 알고 있는 경우 해답을 스케일하여 운영 비용을 결정할 수 있습니다.

^{표 1: 로드 유형별 에너지 비용}

^{표 2: 100 kW당 에너지 비용 절감액}

기존 로드의 총 소유 비용에는 로드의 최초 구매 비용보다 훨씬 더 큰 비용이 포함되는 경우가 많습니다.

기존 로드는 전기 사용량이 더 많고, 전기 사용량이 많으면 추가 테스트 스테이션을 지원하기 위해 전기 시스템을 업그레이드해야 할 수도 있습니다. 스테이션을 새로 설치할 때마다 상당한 양의 폐열이 발생하기 때문에 새로운 공랭식 처리기 또는 수랭식 냉각기 연결 지점과 같은 시설 변경이 필요할 수 있습니다. 또한 늘어난 폐열을 처리하기 위해 냉각기 시스템에는 업그레이드 및 지방 정부의 허가가 필요할 수 있습니다. 이러한 모든 비용 등은 폐열만 제거해도 사라질 수 있습니다.

반면, 회생은 전력을 폐열로 변환하는 대신 시설 또는 UUT로 반환합니다. 또한 주기적인 유지보수 주기, 연간 검사 및 일일 냉각기 기록 보관을 고려하면 기존의 공랭식 및 수랭식 로드에는 숨겨진 운영 비용이 있습니다. 또한 냉각 시스템이 가장 높은 효율성으로 실행되도록 하기 위해 연간 유지보수를 수행할 때 시스템을 사용하지 못할 수도 있습니다. 이러한 이유로 종료 중일 때는 테스트가 중단될 수 있습니다.

NI는 DC 및 AC 로딩을 위해 특별히 설계된 회생 부하를 제공합니다. 각 로드는 모듈식이므로 향후 더 많은 테스트 전력 필요량을 충족하기 위해 확장하거나 병렬로 사용할 수 있습니다. 이 모듈식 로드 설계는 테스트 유연성을 최대화하고 타의 추종을 불허하는 구성 옵션과 향후 확장성을 제공합니다.

AC 및 DC 회생 로드에는 NHR-9200 중전압 DC 배터리 모듈 사이클러 및 에뮬레이터, NHR-9300 고전압 DC 배터리 모듈 사이클러 및 에뮬레이터 (고전압 DC 로드 포함) 및 NHR-9430 회생 AC 로드 (4사분면 AC 로드 포함)가 포함됩니다. 또한NHR-9410 Regeneative Grid Simulator System은 유틸리티 전압을 시뮬레이션하고 계통 연계 인버터에서 공급되는 전력을 회생하는 특수한 양방향 소스입니다.

회생 로드에는 고급 내장 디지털 측정 시스템이 포함되어 있어 전압, 전류, 전력 및 에너지 (Ah/kWh) 측정을 즉시 확인할 수 있습니다. 또한 모든 모델에는 상세한 분석을 위해 전력 관련 이벤트를 고해상도로 캡처할 수 있는 웨이브폼 캡처 기능이 포함되어 있습니다.

^{그림 4: NHR-9300 시스템은 100 kW 배터리 2개를 동시에 충전하고 방전하는데 17 kW 미만이 필요합니다.}

AC 및 DC 제품은 둘 다 양방향이므로 동일한 내부 전자 장치를 사용하여 전력 흐름을 반전시킬 수 있습니다. 예를 들어,NHR-9300 고전압 DC 배터리 팩 사이클러 및 에뮬레이터는 회생 로드 또는 충전 시스템으로 작동할 수 있습니다. 또한 배터리 관련 제품을 테스트하기 위해 배터리를 에뮬레이션할 수 있습니다. 또한 NHR-9430 회생 AC 로드는 진정한 4사분면 AC 로드로 작동하며, 전력 흐름을 반전시켜 태양광 인버터 또는 에너지 저장 시스템을 에뮬레이션할 수 있습니다. 마지막으로, 여러 계층의 독립적인 UTT 안전 기능은 환경 및 운영자 실수로 인한 손상을 방지합니다. 안전 제한을 초과하면 안전을 위해 테스트 장비가 종료되고 UUT 출력이 연결 해제됩니다.

표준 로드 및 전원 공급 장치와 달리 회생을 통해 에너지를 절약하면 더 높은 전력 테스트가 가능합니다. 그림 4에서 보여주는 것처럼 배터리 2개를 사용한 구성을 생각해 보십시오. 여기서 배터리 하나는 100 kW에서 방전되고 다른 배터리 하나는 100 kW에서 충전됩니다. 여기서 필요한 총 설비 전력은 17 kW 미만으로, 손실만 구성하며 배터리 하나를 충전하는 데 필요한 전력보다 훨씬 적습니다.

AC 및 DC 회생 테스트 장비 및 테스트 시스템은 다음과 같이 광범위한 사용 분야를 지원하도록 설계되었습니다.

• 배터리 테스트
• 충전기
• 전기 자동차 (EV)
• Vehicle to Grid (V2G)
• 플로우 배터리
• 연료 전지
• 마이크로그리드 테스트
• 슈퍼커패시터

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