PoE 규격 정리: 802.3af·at·bt 전력과 전력이 실리는 짝

이 문서는 IEEE 802.3af·802.3at·802.3bt PoE(Power over Ethernet) 규격의 Type과 클래스별 전력, 전압 범위, 전력이 실리는 핀 쌍, 수동 PoE와의 차이, 스위치 PoE 예산 계산, 케이블 발열 주의점을 정리합니다.

규격 세 개와 Type 네 개의 대응

PoE 규격은 개정 이름(802.3af·at·bt)과 장비 등급(Type 1~4)이 함께 쓰입니다. Type 개념은 802.3at에서 도입됐고, 802.3af 사양은 Type 1, 802.3at가 추가한 사양은 Type 2가 됐습니다. 802.3bt는 Type 3과 Type 4를 추가했습니다(Ethernet Alliance, Overview of 802.3bt).

규격	발행	Type	흔한 이름	PSE 출력(최대)	PD 수신(최대)	전력에 쓰는 쌍
802.3af	2003	Type 1	PoE	15.4 W	12.95 W	2쌍
802.3at	2009	Type 2	PoE+	30 W	25.5 W	2쌍
802.3bt	2018	Type 3	PoE++ (60 W)	60 W	51 W	2쌍 또는 4쌍 (Class 5 이상은 4쌍)
802.3bt	2018	Type 4	PoE++ (90 W)	90 W	71.3 W	4쌍

PSE(Power Sourcing Equipment)는 전력을 내보내는 쪽으로 PoE 스위치나 인젝터가 해당하고, PD(Powered Device)는 전력을 받는 AP·카메라·전화기 같은 장비입니다. 모든 Type은 서로 호환되며, 상위 Type의 PD를 하위 Type의 PSE에 꽂으면 PSE가 줄 수 있는 만큼만 받습니다(Ethernet Alliance). 표의 Type 1·2 값은 Cisco Meraki MS390 802.3bt 문서의 표와도 같습니다.

PSE 출력과 PD 수신의 차이는 케이블 손실

PSE가 내보내는 전력과 PD가 받을 수 있는 전력이 다른 이유는 케이블 저항에서 열로 사라지는 몫 때문입니다. 규격은 최악 조건(PSE 최저 전압, 최대 케이블 저항, PD 최대 소비)을 가정해 PSE 쪽 값을 정합니다(Ethernet Alliance, Table 14).

Type	PSE 출력	PD 수신	차이(케이블 손실 몫)
Type 1	15.4 W	12.95 W	2.45 W
Type 2	30 W	25.5 W	4.5 W
Type 3	60 W	51 W	9 W
Type 4	90 W	71.3 W	18.7 W

Type 1과 Type 2의 차이는 쌍당 전류와 루프 저항으로 계산한 I²R 값과 맞아떨어집니다. Type 1은 350 mA에 루프 저항 20 Ω을 가정해 0.35² × 20 = 2.45 W이고, Type 2는 600 mA에 12.5 Ω을 가정해 0.6² × 12.5 = 4.5 W입니다(쌍당 전류는 Wikipedia, Power over Ethernet, Type 1 PD가 20 Ω까지, 이후 Type이 12.5 Ω까지 보장하는 조건은 Ethernet Alliance). 12.5 Ω은 한 pairset(2쌍)의 왕복 저항 상한이고, 4쌍으로 보내면 두 pairset이 병렬이 되어 6.25 Ω이 됩니다. 같은 전력을 4쌍으로 보내면 케이블 손실이 절반으로 줄어드는 이유입니다.

802.3bt에는 선택 기능인 Autoclass가 있습니다. PSE가 켜진 직후 PD의 실제 소비를 재어 실제 케이블 손실을 반영한 만큼만 예산을 잡는 방식이며, 같은 전원 용량으로 더 많은 포트를 켜게 해 줍니다(Ethernet Alliance).

클래스 0~8로 정해지는 포트별 전력 상한

PSE는 전력을 넣기 전에 검출(detection)로 PD인지 확인하고, 분류(classification)로 PD가 원하는 클래스를 읽습니다. 클래스가 그 포트의 전력 상한이 됩니다.

클래스	Type	PSE 출력	PD 수신
0	Type 1·2	15.4 W	12.95 W
1	Type 1~4	4.0 W	3.84 W
2	Type 1~4	7.0 W	6.49 W
3	Type 1~4	15.4 W	12.95 W (802.3bt 표 13.0 W)
4	Type 2~4	30 W	25.5 W
5	Type 3·4	45 W	40 W
6	Type 3·4	60 W	51 W
7	Type 4	75 W	62 W
8	Type 4	90 W	71.3 W

값은 Ethernet Alliance 백서의 그림과 Table 14, Class 0 행은 Wikipedia의 Clause 33 표를 따랐습니다. Class 0은 클래스를 밝히지 않는 PD의 기본값으로 Class 3과 같은 전력을 받으며, 802.3bt(Clause 145)에서는 폐기됐습니다. Class 3 PD 수신은 Clause 33 기준 12.95 W, 802.3bt 백서 표 기준 13.00 W로 적혀 있습니다. 802.3bt 표에서 Class 3의 PSE 쪽 최악 값이 14.0 W로 15.4 W보다 작은 것은 Type 3·4 PSE의 최저 출력 전압이 높고 보장 케이블 저항이 12.5 Ω으로 작기 때문입니다.

PSE마다 지원해야 하는 클래스 범위도 다릅니다. Type 2 PSE는 Class 4를 반드시 지원하고, Type 3 PSE는 Class 6까지 지원할 수 있으며, Type 4 PSE는 Class 7을 반드시 지원하고 Class 8은 선택입니다(Ethernet Alliance, Table 2). "802.3bt 지원 스위치"라는 표기만으로 Class 8(90 W) 포트가 있다고 볼 수 없는 이유입니다.

상한 57 V는 같고 하한은 Type마다 다른 전압 범위

모든 PSE의 출력 상한은 57 V이고, 하한은 Type이 올라갈수록 높아집니다. 같은 전력이면 전압이 높을수록 전류가 줄어 케이블 손실이 작아지기 때문입니다(Ethernet Alliance, Table 15·16).

Type	PSE 출력 전압	PD 최저 입력 전압(해당 Type 최고 클래스 기준)
Type 1	44~57 V	37 V (Class 3, 20 Ω 케이블 최악 조건)
Type 2	50~57 V	42.5 V (Class 4)
Type 3	50~57 V	42.5 V (Class 6)
Type 4	52~57 V	43.0 V (Class 8)

Type 3 PSE 하한은 Ethernet Alliance 백서가 50 V, Wikipedia의 비교표가 52 V로 서로 다릅니다. 이 문서는 802.3bt 편집자가 쓴 백서 값(50 V)을 따릅니다. PD 최저 전압도 Wikipedia는 Type 3·4를 41.1 V로 적고 있으나, 백서 Table 16은 클래스와 PSE Type 조합별로 값을 나누어 제시합니다. PD 쪽 전원부는 이 하한부터 57 V까지 전 범위에서 동작하도록 설계해야 합니다.

Alternative A와 B로 나뉘는 전력 짝

RJ45 여덟 가닥은 네 쌍이고, 한 쌍의 두 가닥은 늘 같은 극성입니다. +쌍 하나와 −쌍 하나가 모여 pairset을 이루며, PSE 쪽에서는 Alternative A·B, PD 쪽에서는 Mode A·B라고 부릅니다(Ethernet Alliance, 2.1·2.4절).

PSE 이름	PD 이름	핀	T-568B 색 짝	10/100BASE-TX에서
Alternative A	Mode A	1·2 와 3·6	주황, 초록	데이터 쌍
Alternative B	Mode B	4·5 와 7·8	파랑, 갈색	쓰지 않는 쌍

Alternative A는 데이터가 흐르는 쌍에 전력을 겹쳐 싣습니다. 전력은 한 쌍의 두 가닥에 같은 전압으로 걸리는 공통 모드(common mode)로 실리고, 데이터는 두 가닥의 전압 차이로 실리므로 서로 간섭하지 않습니다. 트랜스포머의 센터 탭으로 전력을 넣고 빼는 방식입니다. 1000BASE-T 이상에서는 네 쌍 모두 데이터 쌍이므로 Alternative B도 데이터와 전력을 함께 싣습니다.

Type 1·2 PSE는 A나 B 중 한쪽 2쌍만 씁니다. Type 3·4 PSE는 네 쌍을 모두 쓸 수 있고, Class 5 이상을 배정한 포트는 반드시 4쌍으로 급전합니다. Class 1~4에서는 2쌍과 4쌍 중 어느 쪽이든 쓸 수 있습니다. 극성은 PSE가 정하며, Type 3 PSE는 허용된 네 가지 극성 조합 중 어느 것이든 쓸 수 있고 Type 4 PSE는 한 가지 조합만 허용됩니다. PD는 Type과 관계없이 어떤 극성이 와도 받아야 하므로 다이오드 브리지나 능동 정류기를 넣습니다(Ethernet Alliance, 8.6절).

4쌍을 지원하는 PSE는 흔히 +쌍 두 개를 전원에 직결하고 −쌍 두 개에만 스위치를 둡니다. 이때 한쪽 스위치가 꺼지면 +는 두 쌍, −는 한 쌍으로 흐르는 3쌍 상태가 되는데, 규격은 이를 2쌍 동작으로 취급하고 전류가 한 쌍에 몰릴 수 있다고 가정해 예산을 잡도록 합니다(Ethernet Alliance, 2.6절).

수동 PoE의 검출 없는 급전 위험

수동(passive) PoE는 IEEE 규격이 아니라 제조사들이 쓰는 관행입니다. 검출과 분류 없이 정해진 전압을 곧바로 싣습니다. 흔한 배치는 4·5번 +, 7·8번 −로 Mode B 핀을 쓰며, 전압은 제조사와 제품에 따라 24 V 계열(18~30 V)과 최대 57 V 계열이 있습니다(MikroTik, PoE-Out).

항목	IEEE 802.3af·at·bt	수동 PoE
전력을 넣기 전 확인	검출(PD 서명 저항 확인), 분류	없음
전압	44~57 V (Type별 하한 상이)	제조사마다 다름 (18~30 V 계열, 최대 57 V 계열)
전력 상한	클래스로 협상	협상 없음
과전류 차단	규격 요구	장비마다 다름
호환	제조사 간 호환	같은 전압·같은 핀 배치끼리만

위험은 두 방향에서 생깁니다. 첫째, 수동 인젝터를 PoE를 받지 않는 장비나 다른 전압을 기대하는 장비에 꽂으면 확인 절차 없이 전압이 걸립니다. 둘째, 표준 PD를 수동 24 V에 물리면 802.3af PD가 요구하는 입력 하한(37 V)에 못 미쳐 켜지지 않습니다. MikroTik 문서는 검출을 끄는 forced-on 모드에서 케이블이 꽂혀 있지 않아도 핀에 전력이 실린다고 설명하고, 자동 모드(auto-on)는 포트 저항이 3 kΩ~26.5 kΩ 범위일 때만 전력을 넣는다고 적고 있습니다(MikroTik, PoE-Out). 수동 PoE 장비를 쓸 때는 인젝터 전압, PD 입력 범위, 핀 배치 세 가지를 모두 대조합니다.

PSE 쪽 값을 더하는 스위치 PoE 예산

PoE 스위치는 전원 용량과 별도로 "PoE 예산(PoE budget)"을 표기합니다. 포트별 최대치(예: 포트당 30 W)를 모든 포트에 동시에 줄 수 있다는 뜻이 아니며, 켜진 포트에 배정한 전력의 합이 예산을 넘으면 새 포트를 켜지 않거나 우선순위가 낮은 포트를 끕니다.

예산 계산에는 PD 수신 값이 아니라 PSE 출력 값을 씁니다. 스위치가 클래스 기준으로 배정하는 경우의 계산 예는 다음과 같습니다(예산 370 W 스위치를 가정한 예시).

장비	클래스	포트당 배정(PSE 쪽)	대수	소계
무선 AP	4	30 W	8	240 W
IP 카메라	3	15.4 W	8	123.2 W
합계			16	363.2 W

같은 장비를 PD 수신 값(25.5 W, 12.95 W)으로 더하면 307.6 W가 나와 여유가 있어 보이지만, 스위치는 케이블 손실 몫까지 포함해 배정하므로 실제 여유는 6.8 W입니다. 배정 방식은 제조사마다 다릅니다. Cisco Catalyst는 기본(auto) 모드에서 IEEE 클래스로 배정한 뒤 CDP·LLDP 협상으로 조정하고, static 모드에서는 PD가 없어도 설정한 최대치를 미리 떼어 둡니다. Class 4 장비는 2-event 분류가 켜져 있으면 30 W, 아니면 15.4 W로 배정됩니다(Cisco, Troubleshoot PoE on Catalyst 9000). 실제 소비 기준으로 배정하는 스위치는 더 많은 포트를 켤 수 있지만, 모든 PD가 동시에 최대 소비로 올라가는 순간(부팅, 적외선 조명 켜짐, 히터 동작)을 고려해 여유를 남깁니다.

4쌍 대전력에서 커지는 케이블 발열

손실 전력은 케이블 안에서 열이 됩니다. 한 가닥만 놓고 보면 작지만, 수십 가닥이 묶인 다발 한가운데서는 열이 빠지지 못해 온도가 오르고, 온도가 오르면 도체 저항이 커져 손실이 다시 늘어납니다. TIA TSB-184-A(Guidelines for Supporting Power Delivery Over Balanced Twisted-Pair Cabling)는 새로 설치하는 PoE 배선에 Category 6A 이상을 권고하고, 쌍당 최대 1000 mA까지를 다룹니다(Cabling Installation & Maintenance, TSB-184-A). 100 W급 PoE에서 온도 상승을 15 °C 이내로 유지하는 조건으로, Cat 6A UTP는 Cat 6보다 약 25%, Cat 5e보다 약 70% 많은 케이블을 한 다발에 넣을 수 있습니다(Fluke Networks). 다발 크기는 24가닥 이하로 유지하는 것이 흔한 기준입니다(Fluke Networks, To Bundle or Not Bundle?).

점검 항목	기준
케이블 등급	새로 설치하는 PoE 배선은 Cat 6A 이상 (TSB-184-A 권고)
도체	24 AWG 이상, 케이블 정격 온도 60 °C 이상이면 24가닥 다발에서 대부분 문제없음 (Fluke)
다발	24가닥 이하, 천장·배관 속 고온 구간은 더 줄임
커넥터	급전 상태에서 꽂고 뽑는 조건에 맞는 성능을 갖춘 제품 (TSB-184-A)

미국 NEC(NFPA 70) 2017판은 60 W를 넘는 PoE 케이블 다발에 허용 전류표를 적용하도록 요구합니다(Fluke Networks). 국내 설치에서도 Type 3·4 포트가 많은 배선반은 다발 수와 배관 충전율을 설계 단계에서 정해 두는 것이 안전합니다.