8.6 신호케이블

Signal Cable

 

현장 케이블이란 Probe와 Proximitor간의 연장 케이블(Extension Cable)과 Proximitor와 Monitor간의 신호 케이블(차폐 케이블)을 말한다.

8.6.1 延長 케이블 (Extension Cable)

주문 양식에서 변환기에 연결된 변환기 케이블 길이에 관한 정보를 얻을 수 있다. 변환기에 케이블이 접속되어 있으므로 이 케이블 길이가 Proximitor에 도달되고 연결이 가능하면 연장 케이블은 불필요하다. 그러나, 변환기 케이블이 짧으면 연장 케이블이 필요하다. Proximity 변환기의 동작원리에서 설명한 바와 같이 Proximitor에서 RF 신호를 발생하는데, 그 주파수가 Proximitor로부터 변환기까지의 거리에 의해 결정되므로 Proximitor의 종류에 따라 케이블의 길이가 결정된다.

※ 변환기에 연결된 케이블로 Proximitor에 연결하는 것이 바람직하므로 변환기를 선정할 때 Proximitor에서 요구되는 전기적 길이를 충족하도록 해야한다.

※ Proximitor 발진기에서 발생하는 RF 신호는 변환기 코일의 L값과 케이블의 C값에 의하여 결정되므로, 현장 케이블이 여유가 있어 Proximitor Box내에서 감아둘 경우 C값 변화하여 RF 주파수에 영향을 줌으로써 변환기 성능에 지장을 초래한다. 이 경우 Proximitor Box의 위치를 변경시켜주어야 한다.

8.6.2 現場 케이블 (Field Cable)

Proximitor로부터 Monitor간의 신호 케이블은 3 Wire 차폐 케이블로서 Drain Wire가 있는 100% Aluminium Mylar 차폐선이고, 심선은 1.024 ㎜~0.643 ㎜(18~22 Gage)의 Twist선이어야 한다.

8.6.3 現場 케이블의 遮蔽線 接地 [Guidelines for Grounding(Earth)]

(1) 一般 基準 (General Review)

과거에는 계통 접지를 각 Proximitor에서 취하는 것이 기본 관례였다. Proximitor 외함이 내부에서 Common단자에 연결되었고, 장착용 Plate가 전기적으로 하우징과 연결되어 있으며, 이 하우징은 대개 대지에 접지되어 있었기 때문에 특별히 규정짓지 않으면 Proximitor는 자동적으로 주 접지망에 접속된다. 지주에 설치되었거나 현장에 Monitor를 장착한 일체형의 기계열 같은 소규모의 계통이나 유효 전위 균등화 케이블이 사용된 공장에서는 대체로 Proximitor에 접지시키는 것으로 충분하다. 그러나, 감시되는 기계사이의 거리가 먼 대규모의 감시계통에서는 Ground Loop 문제가 발생될 수 있다.

회로상으로 멀리 떨어져 있는 두 점에서 서로 다른 접지점에 연결될 때, 이들 사이에 Ground Loop가 발생되어 두 지점간에 전위차가 생기면 이 Loop에 전류가 흐르게 된다. 서로 다른 기계에서 접지간에 상당한 전위차가 존재하는 경우가 많으며 이러한 경우, 계통의 Common인 도체가 전위를 동일하게 하는 역할을 한다. 즉, Equalizing 전류가 흐르게 된다. 이 Common 도체의 저항을 통하여 흐르는 Equalizing 전류는 신호전압에 부가되어 Monitor에서 잡음으로 나타나는 전압을 유기시킨다. 그림 13-10은 Ground Loop의 일례와 등가회로이며, 발생되는 잡음을 나타내는 방정식도 표시되어 있다. 예를 들어, 접지간 전위차가 2 VP-P(0.7 V RMS)이고 Proximitor와 Monitor사이의 케이블 길이가 각 채널에 대해 동일한 경우 200 mV/mil 입력의 진동 Monitor에서 순수하게 Ground Loop로 인해 발생되는 신호는 5 mil P-P이다. 또 다른 전위상의 문제는 Monitor Signal Common Test Point가 패널이나 제어실 접지 전위에 비해 높은 경우이다. 이러한 전위차는 접지된 시험장비를 사용할 경우 심각한 전기적인 문제를 야기시킨다. Monitor나 절연시킨 별도의 접지막대(Safety Barrier Earth Ground Bus Bar)에서의 일점 접지가 일반적으로 이러한 문제점을 제거해 준다. 그림 13-11은 이러한 문제점이 제거되는 원리를 보여주는 등가회로이다.

주의 : Monitoring 계통을 접지시키지 않고 "Float" 상태로 두면 전기 충격의 위험이 있으므로 계통을 접지시키는 것이 좋다.

그림 13-10 Ground Loop의 예

 

그림 13-11 일점 접지에 의한 Ground LO Loop 제거

 

(2) 施工 (Implementation)

(가) Proximity Probes

일점 접지를 쉽게 하기 위하여 Bently Nevada의 모든 표준형 전천후, 방폭형 Proximitor 하우징은 Proximitor와 절연되어 있다. Proximitor를 접지 할 경우에는 Proximitor에서 Phenolic Isolating Washer를 제거한다. 하우징과 같이 공급된 Proximitor Isolation Kit만 필요할 때는 Catalog No. 19094-01로 분리해서 공급할 수 있다. 그림 13-12에 3300, 7200과 9000 계열 Monitor에 대하여 일점 접지와 최대 잡음 내성을 갖는 데 필요한 현장 결선방법을 도시했다.

그림 13-12 일반적인 접지 시공

 

그림에 도시한 바와 같이 동축 케이블 접속기는 접지(Probe 하우징, Conduit, 기계 Case등)와 전기적으로 절연되어야 하고 케이블 외피에 구멍이 없음을 확인해야 한다. 왜냐하면, 접속기와 차폐층은 계통의 공통 전위이고, 접지에 접촉되면 다중 접지가 되기 때문이다. 케이블 차폐층은 Common이 접지에 연결된 동일 단자에 연결되어야만 하며, 반대측 단말은 Floating시켜야 한다. Monitor와 변환기사이에는 각 변환기마다 하나의 차폐 케이블이 필요하다. 구형의 선택적인 절연기술을 개선하여 새롭게 마련된 Proximitor를 절연하는 방법은 한 가지 부가적 이점이 있다. 각각의 절연판이 원래의 안전 계통에서의 전위가 비정상적으로 달라질 수 있는 조건을 배제시킨다. 예전의 절연 설계는 각 Proximitor간이나 하우징내의 Interface Module간의 전도성 경로를 제거하지 않았다. 이러한 경우, 배선 결함(예를 들어, 6개 신호의 공통점 중 5개가 연결되지 않은 상태)이 나머지 도체에 과도한 전력 회송 전류를 유발시켰다. 새로운 설계에서는 이러한 가능성을 배제시켰다. 일점 접지계통에서 그림 13-10의 전압 준위가 여전히 존재함을 주지해야 한다. 그러나 이제 이 전위차는 Proximitor Common(내부적으로 Case와 연결되어 있음)과 Proximitor 하우징(Proximitor Common은 현재 계측기 Rack의 접지 전위와 같음)사이에 존재한다. 이는 본래의 안전계통에서는 허용될 수 없는 것이다. 이 문제는 기계들과 주 접지(Central Ground)사이의 전위 균등화 케이블에 의해 제거된다.

(나) 열전대

Bently Nevada의 감시계통에는 비접지형 열전대를 사용하는 것이 바람직하다. Bently Nevada의 7200과 9000 계열의 열전대 Monitor는 High Common Mode Rejection 기능을 갖춘 차동입력(差動人力)으로 되어 있지만, 계측기 Rack의 접지와 접지된 열전대의 Tip간에 10 VP-P 이상의 Common Mode 전압이 존재하면 입력 회로가 과부하 상태가 된다. 3300 열전대 Monitor는 Common Mode의 큰 Ripple이나 잡음의 영향을 확실히 배제하기 위해 250 Vdc까지 전기적으로 절연(Galvanic Isolation)되어 있다. 그림 13-13에 접지형, 비접지형 열전대 계통에 대한 전형적인 현장 결선 방법을 도시하였다.

그림 13-13 열전대 입력에 대한 접지 시공

 

(다) 속도 변환기

그림 13-14는 속도 Probe에 대한 전형적인 현장 결선 배열을 보여주고 있다. Monitor단에서만 케이블의 차폐층을 접지시켜 일점 접지한다. 속도/변위 변환기(Velocity-to-Displacement Converter ; VDC)나 Velocity Interface Module을 사용할 경우의 일점 접지는 그림 13-12와 같이 시행한다.

그림 13-14 속도변환기 입력에 대한 접지 시공

 

(라) 가속도계(Accelerometer)

가속도계에 기초한 Monitor 계통의 일점 접지는 그림 13-12와 같은 방법으로 구성된다. Accelerometer Interface Module은 19094-01 절연 기구(Isolation Kit)나 이와 유사한 것을 사용하여 접지와 절연시킨다.

8.6.4 RTD

RTD를 사용한 일점 접지계통은 그림 13-15와 같이 연결하여 구성한다.

그림 13-15 RTD 입력에 대한 접지 시공

 

8.6.5 Connector의 設置 (Installation of Connectors) - 50/95Ω 케이블용

(1) 필요한 길이만큼 정확하게 절단한다. 기존 케이블의 접속기만 교체하는 경우에는 기존 케이블의 길이 변동이 최소가 되도록 해야한다.

(2) 케이블의 Plug(수놈 접속기)의 경우, Retaining Nut와 Ferrule을 케이블 끝에 끼워 넣는다. 이 때 조립 순서에 주의해야 한다 (그림 13-16 참조). 수신부(암놈 접속기)의 경우 - Ferrule만 케이블 끝에 끼워 넣는다.

그림 13-16 Ferrule 조립 순서

 

(3) 주의 : 케이블 외피를 벗길 때 편조된 차폐선이나 중심도체의 심선을 절단하거나 손상을 입히지 않도록 한다. 50Ω과 95Ω 케이블에 대해서는 그림 13-17(a)와 (b)에 보인 것과 같은 규격으로 케이블 끝을 벗긴다.

그림 13-17 케이블 외피 제거 기준

 

(4) 차폐층의 편조형태를 손상시키지 않고 약 45°각도로 차폐선을 나팔꽃 형태로 만든다. 이렇게 만드는 작업은 내부 절연체를 제거하기 전에 해야한다.

(5) 다음 단계에서 설치될 슬리브가 차폐선에 걸리지 않고 나팔꽃 모양속으로 들어갈 것인가를 확인하기 위해 나팔꽃 모양으로 된 차폐선을 검사한다. 심선을 끝이 단단하도록 꼬아 준다. 심선이나 차폐층의 손상 여부를 확인하기 위해 케이블을 검사한다.

(6) 케이블의 절연체 위로 Plug나 접속기를 밀어 넣는다. 모든 심선을 플러그나 접속기 안으로 삽입시키기 위해 이들을 살며시 돌려준다. 모든 차폐선은 슬리브 외부에 있어야 한다. 슬리브를 케이블 절연체 너머로 충분히 밀어낸다. 여분의 차폐선들은 슬리브 너머로 나팔꽃 모양으로 될 것이다.

(7) Ferrule을 망 구조의 차폐선과 접속기 Plug 너머로 밀어넣어 Ferrule이 여분의 차폐선을 슬리브 끝에서 단단히 누르도록 한다.

(8) Crimping 하기전에 (7)의 단계에서 Ferrule과 슬리브가 정확하게 조립되었는가 확인한다. Crimping 공구의 Die에 접속기 몸체를 놓는다. 정렬이 잘 되도록 부품을 조심스럽게 놓고 Die를 닫을 동안 제자리에서 움직이지 않도록 한다. Crimping Die의 윗부분 중앙접점이 Die가 닫길 때 윗 부분 Crimping 구멍으로 들어가는지 확인한다.

(9) Plug나 Receptacle을 지지하고, Ferrule 외경 둘레의 여분의 차폐선들은 조심스럽게 제거한다. 빠져나온 선들이 접속기 나사에 끼어있을 것이다.

(10) Crimping 구멍에 Dow-Corning 3140 RTV Sealant를 약간 넣는다. 여분의 Sealant를 닦아낸다. 여분의 RTV가 연결기로 들어가지 않았는지 확인한다. 이는 접속불량을 유발한다.

TRAC Mark INCOSYS