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IEC 표준에 최적화된 데이터센터 전기 설계 방안
2020년 7월 1일 (수) 00:00:00 |   지면 발행 ( 2020년 7월호 - 전체 보기 )

IEC 표준에 최적화된 데이터센터 전기 설계 방안
가용성과 효율성이 높은 통합전력관리 시스템

사물인터넷, 모바일 디바이스, 모빌리티, 비디오스트리밍, 인공지능, E-스포츠 등의 발전으로 클라우드 및 데이터센터에 대한 니즈가 증가하고 있다. 클라우드의 확장세가 가속화되면서 폭증하는 데이터를 관리하기 위해 기업에서는 사내 데이터센터를 증설하고, 코로케이션(Colocation) 및 기타 아웃소싱 서비스 도입을 추진하고 있다. 안전한 데이터센터 시설 운영을 위해서는 전력 및 인프라 관리 시스템을 통해 가용성과 신뢰성을 확보해야 한다. 
 슈나이더일렉트릭의 에코스트럭처(EcoStruxure)는 이러한 니즈를 충족시킬 수 있는 솔루션이다. 에코스트럭처는 사물인터넷(IoT)과 디지털 기술을 활용한 설계와 실시간 운영, 분석을 제공함으로써 신뢰성과 안전성, 효율성을 향상시킨다. 이로써 데이터센터를 신속하게 구축할 수 있고 설비 투자의 경제성도 확보할 수 있다. 더 나아가 운영과 위험관리 등의 측면에서 경쟁력도 확보할 수 있다. 이번 편에서는 IEC의 표준에 따라 데이터센터의 전기 시스템을 어떻게 설계할 것인지 슈나이더일렉트릭 이진환 이사의 글을 통해 살펴보았다. <편집부>
 
글 슈나이더일렉트릭 이진환 이사
 
데이터센터 시설에는 배전 인프라의 가용성과 신뢰성을 유지하기 위한 전력 관리 시스템이 필요하다. 갑작스럽게 가동이 중시되거나 이러한 시간이 늘어날수록 재정적 손실이나 운영 연속성 측면에 매우 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 그렇기 때문에 전기 공급의 가용성과 신뢰성은 아무리 강조해도 지나치지 않다.

원인 파악과 사태 수습에 주도적인 운영
이를 위해 무엇보다도, 시설 작업자가 공공서비스 공급 장치(utility feeder)에서부터 빌딩 전산실 내부의 랙(Lag)이나 플러그에 이르는 운영 환경을 파악할 수 있도록 지원할 필요가 있다. 이벤트가 발생한 경우 시설 작업자는 즉시 통지를 받아 운영에 미치는 영향을 빠르게 파악하고 적절히 조치해야 하기 때문이다. 이때 시설 작업자는 가동이 멈춘 상태에서 발생한 모든 이벤트를 분석할 수 있어야 한다. 사용자는 또, 타임 스탬프(time stamp)가 지정된 사고의 로그를 분석하여 추후에 비슷한 이벤트가 발생하지 않도록 근본적인 원인을 파악할 수 있어야 한다.
 
데이터 센터 시설 관리자는 전기 시스템에 대한 정보를 확인하여 특정한 이벤트가 발생했을 때 전기 공급과의 연관성을 파악하는 것이 중요 하다. 장비 작업자의 실수, 또는 원인을 알 수 없는 기타 원인 등 실제로 다른 원인이 관련된 상황에서 전기 공급 문제가 발생한 것처럼 보이는 경우가 있기 때문이다. 또한, 시설 운영자는 정전을 방지하기 위한 조치를 할 수 있도록 가동 중지 시간으로 이어질 수 있는 상황에 대해 미리 통지를 받아야 한다.
 
만약 이러한 니즈를 충족할 수 있는 통합전력관리 시스템을 적용한다면, 시설 운영자가 장비 취약점을 식별하여 안정적으로 배전 시스템을 운영할 수 있을 것이다. 또한, 전력 분석 기능을 갖춘 시스템을 활용하면 사용자가 품질 문제나 전기 시스템의 변화 추이를 사전에 검토함으로써 시설 운영자는 신속하게 대응하거나 사전에 문제를 예방할 수 있다. 그리고 무엇보다도, 데이터센터 운영자는 전기 유틸리티 문제로 장애가 생겼을 때 발생한 손해에 대해 전기 유틸리티에 책임이 있음을 증명할 수 있어야 한다.
 
효율성은 높이고 비용을 낮추는 전력 시스템
데이터센터 시설 관리자에게 있어 에너지 비용은 매우 중요한 사안 가운데 하나다. 데이터센터에서는 날마다 엄청난 양의 전기가 사용될 뿐만 아니라, 시설 관리자는 에너지 효율을 최적화해야 하기 때문이다. 전력의 사용에 있어 효율성은 데이터센터의 성능을 나타내는 핵심적인 지표나 다름이 없다. 따라서 데이터센터 시설 관리자는 에너지가 어디에 주로 사용되는지 파악하고 비정상적인 에너지 사용 문제를 식별하여 전력의 소비를 줄이기 위한 적절한 조치를 취할 수 있어야 한다.
 
또한 전기 청구서와 관련하여 데이터 센터의 요금이 정확하게 청구되었는지 미터기 판독값이나 회계 오류가 유틸리티에 유리하게 적용되지 않았는지 확인해야 한다. 왜냐하면, 데이터 센터 시설에서는 사용하는 전기의 규모가 매우 크기 때문이다. 배분율을 기준으로 미세한 비율의 오류라 하더라도, 이를 비용으로 환산했을 경우 매우 큰 액수의 손실을 야기할 수 있다.
따라서 전기 비용을 절감하는 조치를 취할 수 있도록 유틸리티 청구서의 각 요소와 해당 요소가 전기 비용에 미치는 영향에 대해 제대로 파악하고 있어야 한다. 

예를 들어, 페널티 비용을 지불하지 않기 위해 장비를 설치하여 역률을 완화할 수도 있다. 이뿐만 아니라, 장비의 상태를 모니터링하고 적시에 유지보수를 수행하여 자산 효율을 최적화하고, 비용을 절감하면서 운영에서 불필요한 중단을 방지할 수 있는 전력관리 시스템이 필수적이다. 그러기 위해 전기설비의 상태, 전력 및 품질 데이터, 환경지표 등을 수집해야 한다. 그리고 사용 데이터를 수집해 집계하고, 표준화하거나 이를 요약하여 사용자가 대시보드, 트랜드 보고서 등으로 데이터를 직관적인 형태로 시각화할 수 있도록 해야 한다. 이처럼 전체적인 전력 설계구성안을 통해 구체적인 내용을 확인할 수 있도록 하는 게 바람직하다.
 
전력 모니터링에서 시작되는 가용성과 고효율성
안전성, 신뢰성, 에너지 성능 개선, 용량 관리 등 균형 잡힌 전력 인프라를 관리하기 위해서는 지능형의 통합전력관리 시스템을 구축해야 한다. 이러한 시스템에서는 보호 계전기, 트립 장치 에너지 및 전력품질 미터기나 센서, I/O장치 및 PLC/RTU와 같은 전기 설비가 중앙의 전력관리 시스템에 연결되어 있어 인프라를 실시간으로 모니터할 수 있다. 그럼으로써 운영의 현황이나 위험을 파악하고, 관리하는데 필요한 정보를 제공한다. 이러한 정보는 시설의 지속적인 변화와 확장에 대비하고 계획을 세우기 위한 분석 데이터가 될 수 있다.
 
이 경우, 전력 관련 모든 데이터는 실시간으로 측정되어야 한다. 그리고 포괄적인 관점에서의 관리 분석 자료 보고서를 확인해야 한다. 특히, 유틸리티 피드와 UPS입력, 주요 배전 및 기계 배전에 대한 전력품질을 추적한 데이터를 확보해야 한다. 이뿐만 아니라, 발전기 출력과 UPS입력, 주요 기계 배전 등의 부하를 측정하고, PUE를 측정하는데 중요한 정보인 전력 계측 데이터를 관리할 수 있는 인프라가 필수적이다. 각각의 구체적인 설계 방안을 살펴보면 다음과 같다.
 
고압 배전반 | 인코머(Incomer) 및 변압기는 상태나 운영 데이터를 제공하기 위해 관리시스템의 보호 계전기를 통해 보호 되어야 한다. 이러한 장치가 원격으로 제어 가능하다면 보다 효과적인 보호 기능 운용이 가능하다. 전력품질 미터기는 유틸리티에서 발생하는 장애를 파악하고 에너지 소비 관련 정보를 제공 한다. 높은 정확도를 가진 전력품질 미터기로 에너지효율을 최적화하고 비용을 절감할 수 있는 방안을 확보할 수 있다.
 
주 저압 배전반 | 배전반의 인코머는 고성능 기중차단기의 강력한 보호 기능을 통해 높은 가용성을 보장할 수 있다. 그리고 운영 데이터(PUE) 계산에 Class 0.1의 고정밀 계측 정확도를 갖춘 미터기를 고려해야 한다. 전원은 UPS를 통해 IT실에 분배되고, 전원공급장치는 전원시스템 관리에 연결된 MCCB차단기를 통해 보호한다.
 
발전기반 | 내장형 미터기를 갖춘 기중 차단기를 통해 배전반을 보호하고, 고정밀 전력품질 미터기를 통해 발전기의 배터리 상태를 모니터링 할 수 있는 기반을 갖출 수 있다. 수집된 모든 데이터를 중앙 전력 관리 시스템으로 보내 발전기 테스트 및 전력품질 분석에 대한 보고서를 받아볼 수 있다면 문제 발생에 선제적으로 대응할 수 있는 시스템을 구축할 수 있다.
 
기계 및 보조 패널 | 이러한 패널의 인코머는 온오프(On-Off)/알람(SD) 접점을 갖춘 MCCB 차단기 및 ACB차단기를 통해 보호할 수 있다. 통합전력관리 시스템은 이러한 장치에서 수집된 상태 및 운영 데이터를 이용해 단선 결선도를 실시간으로 보여줘 문제가 발생할 경우 이를 알려 줄 수 있으며, 전력품질 미터기는 전력품질 분석 및 PUE 계산에 사용된다.
통합전력관리 시스템의 예(출처: 슈나이더일렉트릭)

<Energy News>

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