서지 프로텍션 - LAN

1. 소개

이 글은 LAN에 대한 서지프로텍션 적용방법을 설명하고 다음과 같은 질문에 대하여 이해를 돕기 위한 것이다.

u 서지프로텍션이란 무엇인가?

u 우리 LAN은 위험에 노출되어 있으며, 서지프로텍션을 갖추어야 하는가?

u 서지프로텍션 시설에 필요한 비용과 그 이점(benefits)은 무엇인가?

u 서지프로텍션을 갖출 때, LAN에 어떻게 적용하는가?

u 서지프로텍션 제품을 어떤 것으로 선정하는가?

서지프로텍션은 (주)써지프리의 핵심 사업 영역이다. 이 글은 네트워크에 대한 논문이 아니며, 네트워크라는 주제가 너무나 방대한 분야이기 때문에, 이 글을 읽는 사람은 네트워크와 전기에 대한 기본 지식을 가지고 있는 것으로 간주한다.

네트워크는 잘 알지만 서지프로텍션은 이제 처음 접하는 사람들이 대부분이고, 네트워크 이외의 관련분야에서도 서지프로텍션이 필요하다는 것을 알면서도 구체적인 방안을 적용하지 못하는 것이 현실이다.

2. 서지프로텍션이란 무엇인가?

전기를 사용하는 모든 장치는 언제라도 서지에 의해서 전자제품이 고장 나거나 완전히 파괴될 수 있다. 서지(surge)라고 하는 것은 정상전압보다 매우 높은 전압이 LAN과 같은 시스템에 아주 짧은 시간동안 나타나는 것으로써, transient over-voltage, spike, impulse, noise라고도 한다.

서지는 가까운 곳에 있는 큰 부하를 켜거나 끌 때, 전력계통의 사고에 따른 대전류를 차단할 때에도 발생하지만, 가장 강력한 서지는 낙뢰이다. 특히, 빌딩을 때리는 직격뢰에 의해서 재앙이나 다름없는 피해

를 입을 수 있다. 그러나 고맙게도 이러한 일은 극히 드물게 일어난다. 일반적으로는 거리가 수 km 떨어진 곳에서 발생한 낙뢰의 영향을 받아 전자부품이 손상을 입는다. 동판이 부풀거나 검게 타버리는 것, 저항이 타서 없어지는 것, IC 칩이 날아가 버리는 것 등이 PCB에서 나타나는 전형적인 손상이다.

또한, 데이터/통신선에 나타나는 서지가 프로그램이 수행되는데 오류를 야기하는 경우도 있다. 프로그램이 수행 도중에 멎어버리거나 키보드가 잠기는 현상 등이 데이터/통신선에 나타나는 서지에 의한 프로그램 오류의 전형적인 현상이다.

강도는 약하지만 사람을 아주 곤란하게 하는 것은 서지가 반도체에 미치는 잠재적인 손상이다. 이러한 손상은 여러 달 후에 나타나서 정전기 때문에 손상을 입은 것처럼 보인다.

서지프로텍션에는 SPD라는 H/W가 쓰이는데, 이 장치가 제대로 설치되면 서지전압을 설비에 안전한 전압으로 낮추어 준다. SPD의 동작에 대해서는 나중에 따로 언급한다.

SPD : Surge Protection Devices

2.1 서지는 얼마나 큰가?

낙뢰에 의해서 유도된 서지는 전압과 전류 그리고 시간으로 규정할 수 있다.

A. 전압(open-circuit voltage) : 케이블의 절연이 파기되지 않은 상태에서 케이블 사이에 걸리는 전압의 최대치

B. 전류(short-circuit current) : 케이블의 절연이 파괴될 때 흐르는 전류의 최대치

C. 시간 : 전압이나 전류 펄스(pulse)가 최대치에 이르렀다가 감소하는 데 걸리는 시간. 낙뢰 임펄스의 상승시간은 수 μsec이지만, 감소기간은 상대적으로 길어서 수십에서 수백 μsec에 이른다.

4. 경제적인 요소

장비가 손상되는데 대한 위험요소가 서지프로텍션을 도입하기에 충분히 많다 하더라도 고려해야 될 장애물은 여전히 남아있다. 품질 좋은 SPD의 가격이 수만 원에서 수십만 원에 달할 뿐 아니라 설치비용 또한 만만치 않기 때문이다. 근래에 들어 전산장비와 네트워크 장비의 가격이 현저하게 떨어졌다. 따라서 서지프로텍션을 구축하는 데 필요한 비용이 문제인데, 특히, 컴퓨터가 몇 대 되지 않는 작은 네트워크에서는 망가진 네트워크 카드나 PC를 교체하는 것이 서지프로텍션 비용보다 싸다.

그러나 다음과 같은 사항을 명심해야 한다.

네트워크를 복구한다는 것이 단순히 H/W 하나를 얼른 교체한다고 끝나는 일이 아니다.

u 현장 상황을 잘 아는 기술자가 없을 수 있다.

u 고장 난 H/W를 찾는다는 것이 쉽지는 않다.

u 여러 가지 H/W가 고장 나면 고장을 찾아내기가 더욱 힘들어진다.

u H/W를 교체한다는 것이 항상 가능한 것도 아니다. 평상시에는 업무에 전혀 쓸모없는 것으로 여겨졌지만 아주 빠른 시간 안에 교체되어야 할 H/W도 있다.

없어진 버린 데이터를 다시 복구할 수 있는가?

일부 선진국의 보험회사는 전력계통과 통신계통에 서지프로텍션을 갖추도록 조언하고 있으며, 이것을 premium factor로 적용하고 있다. 실제로 미국에서는 빌딩 준공검사를 정부기관이 아닌 보험회사가 실시하고 있다. Zurich Insurance는 당사가 취급하는 HAKEL SPD로 서지프로텍션을 갖춘 경우 보험료의 10%를 할인해 주고 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. 서지는 어떻게 네트워크를 위협하는가?

여기서는 다음 사항을 다룬다.

① 근처에 떨어진 낙뢰에 의한 대지간 서지 가장 많은 네트워크에 손상을 입히는 가장 큰 위협

② LAN을 감싸고 있는 빌딩에 대한 직격뢰 상대적으로 적은 네트워크에 치명적인 위협

③ 전력선에 떨어진 낙뢰와 전력선 사고, 스위칭에 의한 전력선 서지 중간 정도(intermediate number)의 LAN에 중간 정도의 위협

근처에 떨어진 낙뢰에 의한 대지간 서지

(Ground Potential Surge)

하나의 낙뢰는 그 크기가 다른 여러 개의 stroke를 포함한다. 뇌운(thundercloud)의 정전기 에너지가 방전되는 과정에 지표면의 바위와 흙 등을 타고 수 십kA의 전류가 흐른다. 100kA와 200kA의 낙뢰전류가 최악의 직격뢰를 설명하는데 자주 이용된다.

대지는 완전한 전기 도체가 아니기 때문에 낙뢰전류가 흐를 때 지표면의 여러 지점 사이에 극도로 높은 전압이 유기된다. 예를 들어, 그다지 높다고도 할 수 없는 접지저항 10 ohm에 100kA의 전류가 흐르면, 대지에서 수 m 또는 수 십 m 사이에 1,000kV의 전압이 유기된다. 이것이 대지간 서지이다.

두 빌딩이 낙뢰지역에 있으면서 어느 정도 떨어져 있다면, 두 빌딩 사이에 전위차가 작용한다. 동봉이나 메쉬(rods and mats)를 통해 대지(local ground)에 접속되어 있는 각각의 접지(electrical earth)는 둘 사이에 큰 전위차를 겪게 된다. 각 빌딩의 전기 시스템이 완전히 자기 빌딩 안에 수용되어 있다면, 이 전위차가 아무런 문제도 야기하지 않는다.

그러나 LAN 등과 같은 케이블이 두 빌딩을 연결한다면 한 빌딩에 있는 장비는 다른 건물에 있는 장비에 비해 상대적인 대지전위를 겪게 되는데, 이 전위차는 LAN 장비의 절연을 파괴하기에 충분하다. 그림 2는 이 내용을 나타낸다.

오늘날의 빌딩은 필연적으로, 전기나 통신을 위해, 여러 가지 케이블로 상호 연결될 수밖에 없다. 그런데, 케이블이 건물 상호간을 연결하고 있으면, SPD를 설치하는 데 상당히 주의해야 한다. 실제로, 빌딩 외부에 있는 케이블은 서지(transients)에 완전히 노출된 것이다.

빌딩에는 수많은 신호용 케이블이 있는데, 이 케이블은 빌딩의 전기 접지에 연결되어있지 않은 상태이다.