데이터 케이블 안전성에 대한 최신 연구

최근 원격 구동 기기 사용의 증가로 요구 전력 수준 역시 높아지고 있다. 국제 규격 개발 커뮤니티에서는 이러한 케이블 온도 상승에 따른 안전 및 성능 측면의 문제에 대한 우려를 표하고 있다.

2015 IWCS에서 통신 케이블을 통한 전력 공급에 대한 앤서니 타소네(Anthony Tassone)의 세션은 많은 주목을 받았다. ‘데이터 케이블을 통한 전력 공급에 관한 산업 연구(Update on Industry Study of Powering Over Data Cables)’를 주제로 한 그의 발표는 새로운 기술들이 데이터 케이블에 주는 부담이 늘고 있다는 내용과 함께 최근 UL에서 공개한 ‘제한 전력 케이블(Limited Power Cable)에 대한 사양 지정 옵션(Optional suffix designation)’(-LP(XXA))에 대해 상세하게 설명했다.

<자료제공 : 유엘코리아(Korea.ul.com)>

국제 규격 개발 커뮤니티에서는 이러한 케이블 온도 상승에 따른 안전 및 성능 측면의 문제에 대한 우려를 표하고 있다. 이는 케이블이 대규모 번들로 라우팅되거나 주변 온도가 높은 지역(30°C 이상)에 설치될 때 특히 중요한 문제다.

이번 연구는 미국전기규격(National Electrical Code, NEC)에서 허용한 한도 내에서 통신 케이블에 가해지는 높은 전력의 영향을 조사하기 위해 시작됐다. 테스트는 대기 중의 단일 도체, 도관 내 다양한 크기의 번들, 오픈 와이어 트레이의 576-케이블 번들 등 다양한 조건에서 24 AWG 캣(Cat). 5e 케이블로 진행됐다.

테스트 프로토콜은 시험 범위가 보다 넓지만 애플리케이션이나 잠재 안전 이슈보다는 전력(볼트, 와트, 암페어)에 초점을 맞춘 산업 연구와 일관된 방법을 따랐다.

테스트는 비교 가능한 데이터를 확보한 후 테스트는 지정 조건 하에서 재질, 게이지 크기, 디자인 등이 다른 케이블 구조물에 대해 반복 실시됐다. 또한 번들 크기 증가와 관련된 온도 상승을 고려해 업계 내 NEC에 따른 새로운 전류용량표 개발을 지원할 수 있도록 테스트를 수행, 데이터를 제공했다.

테스트 결과는 번들 내 케이블 수가 증가하면 온도가 계속해서 증가한다는 업계 내 통설을 뒷받침했다. 번들링은 이러한 유형의 케이블에 주로 사용된다. 조사에 따르면 번들의 내부 케이블이 열의 영향을 가장 많이 받고 번들이 클수록 더욱 많은 열을 생성한다.
 

물론 이미 수많은 케이블이 성공적으로 설치됐다는 점을 고려했을 때 테스트 결과는 PoE나 PoE+와 같이 기존 저전력 구현(60와트 미만)의 경우 케이블 유형, 번들 크기, 설치 방법에 관계없이 케이블이 과열될 가능성이 거의 없다는 것을 보여준다. [그림1]을 통해 해당 결과를 확인할 수 있다.

하지만 케이블이 100와트 전력 범위에서 사용될 경우 여러 설치 조건 하에서 과열됐으며 조사 결과는 [그림2]에서 확인할 수 있다.

해당 사례는 단일 폐쇄형 케이블의 경우 약 2°C, 91-케이블 폐쇄형 번들의 경우 35°C 이상 온도가 증가한다는 것을 보여준다.

일부 LAN 케이블이 도체당 1암페어 혹은 약 200와트(네 쌍의 전력 공급사용)를 공급하게 될 것이라는 업계 전망을 감안했을 때 조사 결과는 상당수의 설치 조건과 케이블 유형이 과열될 수 있다는 것을 보여주며 업계에서는 이에 대한 우려가 높아지고 있다.

이 중 눈여겨볼 부분은 전류가 조금이라도 상승하면 측정 온도가 크게 상승한다는 점이다. 한 테스트에서는 0.1암페어 상승시 15°C 이상 온도가 상승한다는 것이 확인됐고 크기가 좀 더 큰 번들과 관련된 테스트에서는 0.1암페어 상승시 20°C 이상 온도가 상승한다는 것이 확인됐다. [그림3]은 관련 결과를 포함하고 있다.

또 다른 특이점은 케이블 구조의 변화가 측정 온도의 변화에 매우 큰 영향을 미친다는 것이다. [그림4]는 23 AWG 23인 캣. 6a 케이블과 캣. 6 케이블간 온도 차이를 보여준다.
 

조사 결과에 따르면 와이어 게이지가 동일함에도 불구하고 디자인과 구조는 케이블의 열 방출 능력에 상당한 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.

광범위한 테스트와 연구 결과 케이블의 발열은 ▲AWG 크기 증가 ▲케이블 디자인 ▲케이블 재질 ▲설치 방법 등 4가지 요소를 통해 관리할 수 있음을 보여준다.

이러한 4가지 요소를 포함한 연구 결과는 제한 전력(LP) 케이블을 위한 테스트 기반 요건 개발로 이어졌다. 케이블 디자인을 제한하는 대신 디자인 혁신 기회를 극대화하기 위해 단일 시험 방법이 채택됐다.(그림5 참조)

케이블 설치 계획에 대한 부담스러운 제약의 필요성을 최소화하고자 테스트 기획 시 합리적으로 설치 극단을 고려한다.
 
UL은 LP 케이블의 진화된 디자인을 활용해 전류용량표와 번들 크기 제한에 대한 매력적인 대안을 제공할 수 있을 것이라 생각한다. 특히 LP 케이블이 요구 전력 수준 증가에 대해 복잡하지 않은 대안을 제공하고 과도한 발열에 따른 문제에도 민감하지 않다는 장점이 있다.
UL은 또한 케이블 산업의 성장과 혁신을 지원하기 위해 지속적으로 연구 개발에 투자하고 있다.

<출처: Wire Talk 2015·December Issue-UL Fact-Finding Study on Powering Over Data Cables>