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제품정보 > 연구 개발ㆍ실험 용도 메모리 하이코더

데이터 센터의 시운전과 5단계 시험 프로세스 (PQ3198, MR6000, RM3548-50, MR8848)

요약

 

데이터 센터의 신뢰성과 전원 


데이터 센터와 변전소


 인터넷을 비롯한 IT 통신은 이제 우리 생활에 없어서는 안 될 중요한 사회 기반입니다. 데이터 센터는 웹사이트, AI 애플리케이션, 데이터 스토리지 등 정보 서비스의 서버와 네트워크 시스템을 수용하는 시설입니다. 모든 IT 서비스를 위해 24시간 365일 안정적으로 가동되는 것이 매우 중요하며, 단 몇 초의 장애라도 사회에 중대한 영향을 미칠 수 있습니다. 이 기사에서는 데이터 센터의 종류와 시운전 테스트에 대해 설명하고, 그 신뢰성 유지에 전기 계측기가 수행하는 몇 가지 역할을 소개합니다.


데이터 센터를 구성하는 주요 설비

데이터센터의 주요 인프라 설비는 주로 전원 설비, 냉난방 설비, IT 장비의 세 가지 유형으로 구분됩니다.

1. 전원 설비
2. 냉난방 설비
3. 서버, 네트워크 장비

 


전원 설비(변전소, UPS, 발전기)

데이터센터에서는 서버와 스토리지 시스템이 24시간 가동되고 있습니다. 이러한 IT 장비는 클린하고 안정적인 전력을 전제로 하고 있으며, 순간적인 정전이라도 시스템 장애나 데이터 손실을 초래할 우려가 있습니다. 안정적인 가동을 위해 데이터센터는 안정적이고 백업이 가능한 전원 시스템을 도입하고 있습니다.

 

안정성을 고려한 전원 시스템의 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 인근 변전소로부터의 전력 공유. 보다 가까운 곳에 안정적인 전력망을 배치합니다.

• UPS 시스템. 단기간의 정전이나 장기간 정전 시 초기 몇 분간은 UPS가 전력 공급을 담당합니다.

• 디젤 발전기(Genset). 장시간 정전 시에는 발전기가 전력을 계속 공급합니다.

이러한 시스템은 모두 이중화되어, 하나가 고장 나더라도 다른 유닛이 즉시 기능을 인수하도록 설계되는 것이 이상적입니다.

 

냉난방 설비(에어컨, 칠러, 콜드 아일, 핫 아일)

서버는 소비 전력에 따라 열을 발생시킵니다. 발열로 인해 서버 내부 온도가 상승하면 고장이나 정지로 이어질 수 있으므로, 안정적인 가동을 위해 냉각이 필요합니다. 콜드 아일/핫 아일 방식은 서버의 흡기 및 배기 경로를 차단하여, 냉기 공급과 열기 배출이 혼합되는 것을 방지하는 냉각 방식입니다. 데이터 센터의 소비 전력 증가는 주요 과제 중 하나이며, 대규모 시설의 전력 소비에서 냉각 공조가 차지하는 비중은 결코 작지 않습니다. 냉각 효율의 개선은 데이터 센터의 안정적인 가동과 에너지 절약이라는 두 가지 측면에서 매우 중요하다고 할 수 있습니다.

 

서버, 네트워크 장비(서버, GPU, PDU, 랙)

데이터 센터의 핵심을 이루는 IT 장비 설비에서 랙은 주요 구성 단위가 됩니다.

• 서버 및 GPU 등의 계산 노드

• 전력 분배 유닛(PDU)

• 네트워크 장비 및 구조화 배선

 

최근 AI 처리량의 증가로 인해 서버의 고밀도화가 진행되면서, 랙당 10kW~20kW급의 전력을 소비하는 사례도 늘고 있습니다. 따라서 서버 전원에는 대전류 구동 및 부하의 급격한 변동에 대한 대응이 요구되고 있으며, 전압 레귤레이터나 다상 컨버터, MLCC와 같은 고성능 전원 부품에 대한 수요도 높아지고 있습니다.

 

 

데이터 센터의 이중성

데이터 센터는 금융 거래나 클라우드 서비스 등 중단이 허용되지 않는 서비스를 지원하기 때문에 가동 시간이 중요한 지표가 됩니다. 신뢰성이 높은 데이터센터일수록 다운타임이 짧아지며, 최고 수준의 신뢰성을 갖춘 데이터센터에 허용되는 정지 시간은 연간 불과 수십 분에 불과합니다. 설비, 특히 전원 공급 설비의 경우 장애 시에도 운용을 지속할 수 있도록 대체 가능한 백업 시스템을 통해 이중화가 이루어지고 있습니다. 최고 수준의 구성에서는 전원 계통을 송변전 단계부터 2계통으로 분리하고, 수전선·발전기·UPS·배전 설비까지 독립시켜 이중화하고 있습니다.

이중성의 예. 2계통의 독립된 전력 공급 계통이 연결되어 있음.

 

 

시운전 테스트

신설 데이터 센터에서는 다수의 장비와 시스템이 올바르게 연동되어 작동하도록 보장하기 위해 ‘시운전’이라 불리는 검증 프로세스가 필요합니다.

시운전 프로세스는 레벨 1부터 레벨 5까지의 5단계로 구성됩니다. 개별 장비의 공장 시험, 현장에서의 설치 확인, 단체 시험, 시스템/서브시스템 시험을 거쳐, 최종적으로 실제 부하를 가한 종합 운전 시험으로 완료됩니다. 각 단계에서 측정 장비를 사용하여 검증하고, 동작이 설계대로인지 확인합니다. 레벨별 확인 내용의 세부 사항은 발주자나 개발사마다 요구 사양이 다를 수 있으므로, 매번 확인이 필요합니다.

 

 

Level 0: 설계 검토

관계자들은 데이터 센터 설계 계획 검토를 통해 설계 사양이 발주자의 요구 사항을 충족하는지 확인합니다. 이 단계에서 문제를 발견하는 것이 비용 대비 효과가 가장 높기 때문에 중요한 프로세스입니다.


Level 1: 공장 출하 전 검사(FAT)

개별 장비가 성능 사양을 충족하는지 검증하기 위해, 현장에 도착하기 전에 제조사의 공장에서 실시되는 공장 출하 전 검사(FAT: Factory Acceptance Test)입니다. 장비에 결함이나 사양 편차가 없는지 확인하여, 현장 설치 후의 재작업이 발생하지 않도록 합니다.


Level 2: 설치 확인

Level 1(FAT)에서 공장 시험을 마친 장비는 현장으로 운송되어 설치됩니다. 운송 중의 진동이나 설치 작업 시의 손상 및 성능 변화가 없는지, 안전을 위해 통전 전의 물리적인 설치 상태를 확인합니다.


Level 3: 개별 시험

현장에 설치된 개별 기기가 사양대로 작동하는지 확인합니다. 기기의 작동을 개별적으로 확인함으로써, 시스템 연동 후 발생한 문제에 대해 원인을 신속하게 파악할 수 있도록 합니다.


Level 4: 시스템 시험

실제 설치 환경에서 각 시스템에 전력과 부하를 가하여, 설계대로 기능하는지 검증합니다. 이 단계에서는 시스템 간의 연동은 수행하지 않고, 각 서브시스템을 개별적으로 테스트합니다.


Level 5: 통합 시스템 시험(IST)

모든 시스템을 동시에 가동하여 데이터 센터 전체가 설계대로 기능하는지 확인합니다. 정전(블랙아웃)이나 대규모 부하 변동 발생 시 등 다양한 상황의 장애 시나리오 시험을 수행합니다. UPS나 PDU의 고장, 복수 장비의 동시 고장 등 현실적이고 최악의 시나리오를 시뮬레이션합니다.



HIOKI의 계측 솔루션

시운전 시험에서 HIOKI가 제공하는 다양한 솔루션 중 한 가지 사례를 소개합니다.


UPS, 발전기(Genset)의 동작 시험

통합 시스템 시험의 대표적인 시나리오로 주전원 전원 상실 시뮬레이션이 있습니다. 데이터 센터 가동 중에 주전원을 차단하면 다음과 같은 조치가 이루어집니다.


• 모든 UPS가 즉시 배터리 모드로 전환되어 부하를 유지

• 모든 발전기가 가동되어 수 초 이내에 부하를 인수

또한, 정전 중에 백업 라인까지 정지하는 경우 등 최악의 시나리오도 상정한 시뮬레이션을 수행합니다.




전원 백업 개략도: 상용 전원이 중단될 경우, UPS가 수 분간의 백업 시간을 제공하며,       PQ3198을 사용한 부하 변동 시험 예시: 부하 전류의 변동과 관계없이 전압은 안정적인 값을 유지한다

그 사이에 발전기가 가동된다. 그 결과 데이터 센터에는 다운타임이 발생하지 않는다.


백업 장비의 공장 출하 전 검사


Genset나 UPS 등의 백업 장비는 공장 출하 전에 입회 검사를 실시합니다. 주요 검증 항목은 다음과 같습니다.

• 전압 및 주파수의 안정성

• 전환 시의 과도 응답

• 고조파

• 효율

 

검사에는 전원 품질 아날라이저나 파워 아날라이저, 메모리 하이코더 등의 측정기가 사용되며, 국제 규격에 따른 검사를 실시하기도 합니다.


발열로 인한 사고나 고장을 미연에 방지하는 볼트 체결 확인

 

대량의 전력을 소비하는 데이터 센터에서는 버스 덕트나 차단기 연결부에 대전류가 흐릅니다. 볼트가 충분히 조여지지 않으면 접촉 저항이 높아져 과열이나 화재의 원인이 됩니다. HIOKI의 휴대용 4단자 저항계를 사용하면 밀리옴 수준의 미세 저항 측정을 통해 볼트의 확실한 체결을 확인할 수 있습니다.

 

정리

데이터 센터는 현대 사회의 IT 기반을 지탱하는 핵심 시설로, 365일 24시간 안정적인 가동이 요구됩니다. 특히 하이퍼스케일 데이터 센터의 경우, 이중화 확보를 통해 매우 높은 가동률이 요구됩니다. 시운전 테스트는 5단계 검증 프로세스로 주요 시스템이 설계대로 안정적으로 작동하는지 확인합니다.

HIOKI의 계측기는 프로세스 전반에 걸쳐 솔루션을 제공하여 신뢰성 높은 검증을 지원합니다. 정확하고 확실한 계측은 데이터 센터의 안전하고 안정적인 고가동률 확보에 기여합니다.