[기술자료] 서지보호 대책
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작성자 관리자 댓글 0건 조회 1,387회 작성일 19-08-13 12:02본문
[ 서지보호 대책 ]
1. 서지보호에 들어가는 비용과 효과
서지보호에 들어가는 비용은 전체 시스템 구축비용 및 서지보호에 따른 이익에 비해 매우 작다. 따라서 알려지지 않은 여러 가지 변수에 대한 보완대책으로 서지보호를 검토할 수 있다. 이러한 접근은 전체 시스템 구축비용에 별 영향을 끼치지 않으면서 사용자에게 엄청난 이익을 안겨줄 수 있다.
2. 카테고리에 따라 시험 파형이 다른 이유
서지가 선로를 따라 흐르는 동안 케이블의 인덕턴스가 흐르는 전류의 상승을 지연시키고 막대한 전류가 파형의 길이를 짧게 한다. 또한, 서지가 설비를 따라 흐르는 동안 변압기와 선로의 임피던스에 의해 Impulse에서 Ringing Wave로 그 형태가 바뀌는데, 계통의 저항과 인덕턴스에 의해 전형적인 100kHz 파형이 된다. 그러므로 이 영역에 있는 서지보호기는 서지 전압을 Clamping할 뿐 아니라 Ring Wave 성분을 제거할 필터링 기능도 갖춰야한다.
Category C3(서비스 인입구)에서는 최대 20kV, 10kA이던 임펄스가 카테고리 B3에서는 최대 6kV 500A, 100kHz Ring Wave로, 벽에 있는 콘센트에서는 6kV 200A 100kHz Ring Wave로 변한다. 따라서 Category B, C에서만 Combination Wave 시험을 실시한다.
빌딩 상호간을 연결하는 데이터/통신 케이블은 카테고리 C에 있는 것으로 보며, 여기에 나타나는 서지(10/700μs)는 전원케이블에 나타나는 서지와는 다른 방식으로 감소한다.
낙뢰 빈도가 같은 Level에서는 카테고리 A와 B의 적용전압은 같고, B에서 A로 가면서 전류만 감소한다.
3. IEEE가 카테고리 B의 Combination Wave 시험을 6kV/3kA로 제한하는 이유
시험전압이 6kV를 넘으면 리셉터클(콘센트)이나 기기의 Line- Neutral(Ground) 접속 나사 사이에서 절연이 파괴된다. 한 편, 설비의 배선에 나타나는 인덕턴스에 의해 낙뢰의 전류가 3kA이하로 제한된다. 시험전류를 35,000A까지 또는 1,000kA까지 올려야 한다는 주장도 있으나, 통계적으로 볼 때 낙뢰에 의한 서지는 5% 미만이고, 현재 가장 큰 8/20μs 전류 발생장치가 180kA까지 만들어낼 수 있다.
4. 경제적인 요소
장비가 손상되는데 대한 위험요소가 서지보호기를 설치하기에 충분히 많다 하더라도 고려해야 될 장애물은 여전히 남아있다. 품질 좋은 서지보호기의 가격이 수만 원에서 수십만 원에 달할 뿐 아니라 설치비용 또한 만만치 않기 때문이다. 근래에 들어 전산장비와 네트워크 장비의 가격이 현저하게 떨어졌다. 따라서 서지보호기를 설치하는 데 필요한 비용이 문제인데, 특히, 컴퓨터가 몇 대 되지 않는 작은 네트워크에서는 망가진 네트워크 카드나 PC를 교체하는 것이 서지보호기를 설치하는 비용보다 싸다.
그러나 다음과 같은 사항을 명심해야 한다.
① 많은 업무와 조직이 네트워크에 절대적으로 의존하고 있기 때문에, 네트워크가 작동하지 않는다면 업무가 마비되어 버린다. 이 때, 업무정지시간에 대한 비용은 얼마인가?
② 네트워크를 복구한다는 것이 단순히 H/W 하나를 얼른 교체한다고 끝나는 일이 아니다.
* 현장 상황을 잘 아는 기술자가 없을 수 있다.
* 고장 난 H/W를 찾는다는 것이 쉽지는 않다.
* 여러 가지 H/W가 고장 나면 고장을 찾아내기가 더욱 힘들어진다.
* H/W를 교체한다는 것이 항상 가능한 것도 아니다. 평상시에는 업무에 전혀 쓸모없는 것으로 여겨졌지만 아주 빠른 시간 안에 교체되어야 할 H/W도 있다.
③ 없어진 버린 데이터를 다시 복구할 수 있는가?
일부 선진국에서는 보험회사가 건물의 전력계통과 통신계통에 서지보호시스템을 갖추도록 조언하고 있으며, 이것을 premium factor로 적용하고 있다. 예를 들어, Zurich Insurance는 HAKEL과 계약을 맺어, HAKEL사의 서지보호기로 서지보호시스템을 갖춘 경우에 보험료의 10%를 할인해 주고 있다. 또한, 미국에서는 빌딩 준공검사를 정부기관이 아닌 보험회사가 실시하고 있다.
H/W는 보험을 들어서 쉽게 교체할 수 있다. 그러나 데이터는 날아가 버리고 만다. 데이터가 날아가 버린다는 것은 업무 프로세스가 중단된다는 것을 의미하며 이로 인한 피해는 산출된 금액 그 이상이다.
5. 위험 요소(RISK FACTORS)
보험이 그렇듯이, 서지억제에 있어서 확실한 것은 그 비용뿐이다. 위험요소는 확률로만 나타낼 수 있다. 똑 같은 장소에서 20년 넘도록 낙뢰에 의한 피해가 없을 수도 있고, 1주일 사이에 두 번 일어날 수도 있다. British Standard BS 6651: 1999, Appendix C는 위험요소를 다음과 같이 구분하고 있다.
* 낙뢰 빈도
* 건물의 크기와 노출 정도
* 대지의 저항(저항이 클수록 위험도가 높다)
* 건물에 들어오는 copper cable의 수량과 길이(전력선, 전화선, 데이터선 포함)
* 장비의 취약성
6. Loop에 유도되는 전압
피뢰(Lightning Protection)에 대한 ERA 세미나에서, 전류가 흐르는 피뢰선에서 1m 떨어진, 빌딩 내부의 커다란 루프(large loop)의 양 끝에 걸리는 전압에 대한 계산서(ERA Report no. 87-0328)가 발표 되었다(그림).
여기서, 커다란 루프는 전력선과 컴퓨터를 경유한 네트워크 케이블의 조합에 의해 구성되는데, 오늘날의 빌딩에서는 이러한 루프가 필연적으로 존재할 수밖에 없다. 또한, 2kA/μs는 특별히 큰 수치도 아니다.
BS 6651에 따르면, 전자장비는 빌딩의 중심부에 설치하고, 피뢰침에 가까운 꼭대기 층을 피하는 것이 좋다. 가능하다면, 전력선과 데이터 선을 이웃하고 있는 덕트(ducts)를 통해 배선해서, 루프가 이루는 면적(loop area)을 줄이는 것이 좋다.
서지에 의한 피해를 평가하기는 쉽지 않다. 사용하지 않던 네트워크는 피해로 간주하지도 않으며, 어떤 손상은 나중에야 나타나기 때문에 낙뢰로 인한 피해에 포함되지도 않는다. 한 번은 Financial Times가 이렇게 보도했다.
“... Amstrad의 설계 팀 창가로 수평 번개(horizontal bolt of lightning)가 지나갔을 때 사무실 장비가 모두 reset 되었다...”
그러나 이 신문에 피해사항은 언급되지 않았다.
7. 통신선에 대한 surge protection
아주 오랜 동안, 통신선에 대한 surge protection이 무시되어 왔다. 그러나 이제 더 이상 무시될 수 없다. 데이터/통신 장비는 서지(voltage surges and transients)에 극도로 취약하다. 특히 RTU, SCADA, 디맨드메터, 기타 원격계측기 등이 서지에 민감하다.
IC 하나에 100,000개 이상의 메모리와 5,000개 이상의 logic gate가 들어있다. IC에 들어있는 매우 민감한 칩들은 서지에 의해서 급격히 열화 된다. 부품들이 작아지면서 절연 내전압이 상당히 낮아졌다. 사설교환기(PBX)나 모뎀, 원격계측 장비들은 민감하고 낮은 전압에서 구동된다. RS-232 회로에 들어있는 TTL 드라이버는 40V의 서지에도 고장이 발생하고, CMOS chip은 17V에서도 고장이 발생한다.
대부분의 IC는 100mJ 이하의 낮은 에너지를 가진 서지에도 고장이 발생하고, 당장은 고장 나지 않은 칩도 점차 열화 된다. 그 결과는, PCB 카드가 심하게 타고 자판이 잠기거나 메모리가 없어지고 데이터가 이상하게 바뀌는 현상 등으로 나타난다. 이 때, 사용자들은 이러한 현상들을 하드웨어 문제로 간주해 버린다.
대부분의 사람들이 서지는 전력선을 타고 들어오는 것으로 알고 있을 뿐, 통신선을 타고 들어온다는 것을 모르고 있다. 서지는 전화선, 전용임대선로, 동축케이블, RS-232, RS-422, RS-485, 4mA-20mA 케이블 등의 통신선을 통해서도 들어온다.
서지가 발생하는 원인은 매우 많지만, 통신선에 나타나는 대부분의 서지는 낙뢰에 의해 근처에 있는 통신선에 유도되는 것이다. 또한, 산업설비에서 발생하는 서지도 매우 중요하다. 이 서지는 주로 전동기를 기동/정지 할 때 발생한다. 데이터 선로에는 가까이에 있는 전력선에 의한 유도(magnetic and electrostatic inductions)에 의해서도 서지가 발생한다.
통신회사들이 가스튜브 등으로 서지에 대한 일차적인 보호를 시도하지만, 이것으로는 데이터 선로를 제대로 보호하지 못한다. 이들 보호 장치의 기동전압
1. 서지보호에 들어가는 비용과 효과
서지보호에 들어가는 비용은 전체 시스템 구축비용 및 서지보호에 따른 이익에 비해 매우 작다. 따라서 알려지지 않은 여러 가지 변수에 대한 보완대책으로 서지보호를 검토할 수 있다. 이러한 접근은 전체 시스템 구축비용에 별 영향을 끼치지 않으면서 사용자에게 엄청난 이익을 안겨줄 수 있다.
2. 카테고리에 따라 시험 파형이 다른 이유
서지가 선로를 따라 흐르는 동안 케이블의 인덕턴스가 흐르는 전류의 상승을 지연시키고 막대한 전류가 파형의 길이를 짧게 한다. 또한, 서지가 설비를 따라 흐르는 동안 변압기와 선로의 임피던스에 의해 Impulse에서 Ringing Wave로 그 형태가 바뀌는데, 계통의 저항과 인덕턴스에 의해 전형적인 100kHz 파형이 된다. 그러므로 이 영역에 있는 서지보호기는 서지 전압을 Clamping할 뿐 아니라 Ring Wave 성분을 제거할 필터링 기능도 갖춰야한다.
Category C3(서비스 인입구)에서는 최대 20kV, 10kA이던 임펄스가 카테고리 B3에서는 최대 6kV 500A, 100kHz Ring Wave로, 벽에 있는 콘센트에서는 6kV 200A 100kHz Ring Wave로 변한다. 따라서 Category B, C에서만 Combination Wave 시험을 실시한다.
빌딩 상호간을 연결하는 데이터/통신 케이블은 카테고리 C에 있는 것으로 보며, 여기에 나타나는 서지(10/700μs)는 전원케이블에 나타나는 서지와는 다른 방식으로 감소한다.
낙뢰 빈도가 같은 Level에서는 카테고리 A와 B의 적용전압은 같고, B에서 A로 가면서 전류만 감소한다.
3. IEEE가 카테고리 B의 Combination Wave 시험을 6kV/3kA로 제한하는 이유
시험전압이 6kV를 넘으면 리셉터클(콘센트)이나 기기의 Line- Neutral(Ground) 접속 나사 사이에서 절연이 파괴된다. 한 편, 설비의 배선에 나타나는 인덕턴스에 의해 낙뢰의 전류가 3kA이하로 제한된다. 시험전류를 35,000A까지 또는 1,000kA까지 올려야 한다는 주장도 있으나, 통계적으로 볼 때 낙뢰에 의한 서지는 5% 미만이고, 현재 가장 큰 8/20μs 전류 발생장치가 180kA까지 만들어낼 수 있다.
4. 경제적인 요소
장비가 손상되는데 대한 위험요소가 서지보호기를 설치하기에 충분히 많다 하더라도 고려해야 될 장애물은 여전히 남아있다. 품질 좋은 서지보호기의 가격이 수만 원에서 수십만 원에 달할 뿐 아니라 설치비용 또한 만만치 않기 때문이다. 근래에 들어 전산장비와 네트워크 장비의 가격이 현저하게 떨어졌다. 따라서 서지보호기를 설치하는 데 필요한 비용이 문제인데, 특히, 컴퓨터가 몇 대 되지 않는 작은 네트워크에서는 망가진 네트워크 카드나 PC를 교체하는 것이 서지보호기를 설치하는 비용보다 싸다.
그러나 다음과 같은 사항을 명심해야 한다.
① 많은 업무와 조직이 네트워크에 절대적으로 의존하고 있기 때문에, 네트워크가 작동하지 않는다면 업무가 마비되어 버린다. 이 때, 업무정지시간에 대한 비용은 얼마인가?
② 네트워크를 복구한다는 것이 단순히 H/W 하나를 얼른 교체한다고 끝나는 일이 아니다.
* 현장 상황을 잘 아는 기술자가 없을 수 있다.
* 고장 난 H/W를 찾는다는 것이 쉽지는 않다.
* 여러 가지 H/W가 고장 나면 고장을 찾아내기가 더욱 힘들어진다.
* H/W를 교체한다는 것이 항상 가능한 것도 아니다. 평상시에는 업무에 전혀 쓸모없는 것으로 여겨졌지만 아주 빠른 시간 안에 교체되어야 할 H/W도 있다.
③ 없어진 버린 데이터를 다시 복구할 수 있는가?
일부 선진국에서는 보험회사가 건물의 전력계통과 통신계통에 서지보호시스템을 갖추도록 조언하고 있으며, 이것을 premium factor로 적용하고 있다. 예를 들어, Zurich Insurance는 HAKEL과 계약을 맺어, HAKEL사의 서지보호기로 서지보호시스템을 갖춘 경우에 보험료의 10%를 할인해 주고 있다. 또한, 미국에서는 빌딩 준공검사를 정부기관이 아닌 보험회사가 실시하고 있다.
H/W는 보험을 들어서 쉽게 교체할 수 있다. 그러나 데이터는 날아가 버리고 만다. 데이터가 날아가 버린다는 것은 업무 프로세스가 중단된다는 것을 의미하며 이로 인한 피해는 산출된 금액 그 이상이다.
5. 위험 요소(RISK FACTORS)
보험이 그렇듯이, 서지억제에 있어서 확실한 것은 그 비용뿐이다. 위험요소는 확률로만 나타낼 수 있다. 똑 같은 장소에서 20년 넘도록 낙뢰에 의한 피해가 없을 수도 있고, 1주일 사이에 두 번 일어날 수도 있다. British Standard BS 6651: 1999, Appendix C는 위험요소를 다음과 같이 구분하고 있다.
* 낙뢰 빈도
* 건물의 크기와 노출 정도
* 대지의 저항(저항이 클수록 위험도가 높다)
* 건물에 들어오는 copper cable의 수량과 길이(전력선, 전화선, 데이터선 포함)
* 장비의 취약성
6. Loop에 유도되는 전압
피뢰(Lightning Protection)에 대한 ERA 세미나에서, 전류가 흐르는 피뢰선에서 1m 떨어진, 빌딩 내부의 커다란 루프(large loop)의 양 끝에 걸리는 전압에 대한 계산서(ERA Report no. 87-0328)가 발표 되었다(그림).
여기서, 커다란 루프는 전력선과 컴퓨터를 경유한 네트워크 케이블의 조합에 의해 구성되는데, 오늘날의 빌딩에서는 이러한 루프가 필연적으로 존재할 수밖에 없다. 또한, 2kA/μs는 특별히 큰 수치도 아니다.
BS 6651에 따르면, 전자장비는 빌딩의 중심부에 설치하고, 피뢰침에 가까운 꼭대기 층을 피하는 것이 좋다. 가능하다면, 전력선과 데이터 선을 이웃하고 있는 덕트(ducts)를 통해 배선해서, 루프가 이루는 면적(loop area)을 줄이는 것이 좋다.
서지에 의한 피해를 평가하기는 쉽지 않다. 사용하지 않던 네트워크는 피해로 간주하지도 않으며, 어떤 손상은 나중에야 나타나기 때문에 낙뢰로 인한 피해에 포함되지도 않는다. 한 번은 Financial Times가 이렇게 보도했다.
“... Amstrad의 설계 팀 창가로 수평 번개(horizontal bolt of lightning)가 지나갔을 때 사무실 장비가 모두 reset 되었다...”
그러나 이 신문에 피해사항은 언급되지 않았다.
7. 통신선에 대한 surge protection
아주 오랜 동안, 통신선에 대한 surge protection이 무시되어 왔다. 그러나 이제 더 이상 무시될 수 없다. 데이터/통신 장비는 서지(voltage surges and transients)에 극도로 취약하다. 특히 RTU, SCADA, 디맨드메터, 기타 원격계측기 등이 서지에 민감하다.
IC 하나에 100,000개 이상의 메모리와 5,000개 이상의 logic gate가 들어있다. IC에 들어있는 매우 민감한 칩들은 서지에 의해서 급격히 열화 된다. 부품들이 작아지면서 절연 내전압이 상당히 낮아졌다. 사설교환기(PBX)나 모뎀, 원격계측 장비들은 민감하고 낮은 전압에서 구동된다. RS-232 회로에 들어있는 TTL 드라이버는 40V의 서지에도 고장이 발생하고, CMOS chip은 17V에서도 고장이 발생한다.
대부분의 IC는 100mJ 이하의 낮은 에너지를 가진 서지에도 고장이 발생하고, 당장은 고장 나지 않은 칩도 점차 열화 된다. 그 결과는, PCB 카드가 심하게 타고 자판이 잠기거나 메모리가 없어지고 데이터가 이상하게 바뀌는 현상 등으로 나타난다. 이 때, 사용자들은 이러한 현상들을 하드웨어 문제로 간주해 버린다.
대부분의 사람들이 서지는 전력선을 타고 들어오는 것으로 알고 있을 뿐, 통신선을 타고 들어온다는 것을 모르고 있다. 서지는 전화선, 전용임대선로, 동축케이블, RS-232, RS-422, RS-485, 4mA-20mA 케이블 등의 통신선을 통해서도 들어온다.
서지가 발생하는 원인은 매우 많지만, 통신선에 나타나는 대부분의 서지는 낙뢰에 의해 근처에 있는 통신선에 유도되는 것이다. 또한, 산업설비에서 발생하는 서지도 매우 중요하다. 이 서지는 주로 전동기를 기동/정지 할 때 발생한다. 데이터 선로에는 가까이에 있는 전력선에 의한 유도(magnetic and electrostatic inductions)에 의해서도 서지가 발생한다.
통신회사들이 가스튜브 등으로 서지에 대한 일차적인 보호를 시도하지만, 이것으로는 데이터 선로를 제대로 보호하지 못한다. 이들 보호 장치의 기동전압