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산업환경에서의 케이블, 커넥터 그리고 제품소재 – 올바른 재료를 위한 정확한 선택

사무 자동화를 통해 전세계적으로 보급된 이더넷 케이블과 커넥터 등이 형식 표준으로 정착된 것도 이미 오래된 일이다. 이와 같은 표준규격들이 공장자동화(FA) 네트워크 구축을 위한 기초를 제공하였다. 그러나 공장 자동화 현장에서 사용하기 위해서는 이러한 사무 자동화 형식 표준의 케이블 및 커넥터가 기계적, 화학적 위험은 물론, 전자기 위험성에도 노출될 수 있다는 점을 고려해야 한다. 자동화의 네트워크 산업 현장에서 이들 제품이 구비해야 할 요구조건은 사무용 네트워크 표준규격을 제정한 담당자들의 상상을 초월한다.

글_ 미하엘 카스퍼(Michael Kasper), Siemens A&D

열악한 산업환경에서 산업용 네트워크 케이블링 및 연결작업은 신뢰성이 전부라 해도 과언이 아니다. 산업용 이더넷 네트워크 규격 정립에 있어, 패치 기술은 가능한 한 배제된다. 결선 작업은 해당 애플리케이션에 따라 실행되며, 이동에 따른 기계시설 내의 변경이 일반적으로 거의 없다.

장치들 역시 서로 직접 연결하여, 불필요한 연결지점이 생기는 것을 피하고 있다. 이러한 케이블 및 커넥터들의 전기적 특성은 AWG 22 컨덕터를 기반으로 최대 100m까지 연장 가능하다는 점에서 구조상 사무환경의 케이블링과 동일하다고 할 수 있다.

소재 및 환경

산업용으로 개발된 케이블 및 커넥터 제품들은 기계 화학적 부하 및 부식위험에 대한 내구성은 물론 설치의 편의성도 고려되어야 한다는 점에서, 사무환경의 제품과 구별된다.
네트워크 구성요소들이 사용되는 환경은 응용분야에 따라 천차만별이며, 이 환경적인 요소는 해당 애플리케이션에 의해 결정된다. 따라서, 산업용 데이터 네트워크가 오류없이 그리고 지속적으로 운영되도록 보장할 수 있는 케이블 그리고 커넥터의 보호 등급은 이 환경적인 요소에 의해 결정된다.

PVC(폴리염화비닐)은 내구성과 유연성을 갖춘 코어를 내장한 케이블용 전천후 소재로 표준 응용분야에 등장했다. 이 피복 소재는 물리적 특성과 화학적 내성이 뛰어난 특징이 있다. UV 안정제를 첨가할 경우, 이 소재는(예를 들어, 케이블 랙 등) 옥외 매설용 케이블 피복으로도 사용 가능하다.

케이블의 방수성은 야외부문 뿐만 아니라, 식음료산업의 애플리케이션에도 중요한 포인트라 하겠다. PE(폴리에틸렌)은 이러한 응용부문에서 그 가치를 입증했다. 다른 플라스틱 소재에 비해, 이 피복소재는 예를 들어 지하 매설 케이블의 경우처럼 일정한 습도가 지속되는 곳에서 탁월한 내구성을 발휘한다.

케이블 방수성 다음으로, 화재 등 발화상황의 반응도 중요한 선택기준이라 할 수 있다. 이러한 응용분야에 쓰이는 케이블 피복으로는 소위 FRNC(frame-retardant noncorrosive)라는 난연성 소재가 사용된다. 해당 소재들은 일반적으로 자체 소화(消化) 기능이 있으며, 화재 발생시 어떠한 유해가스도 방출하지 않는다. 이렇듯 유해가스 발생을 억지함으로써, 보다 심각한 2차 손상을 예방하는 효과가 있다. PVC 등 할로겐 성분을 함유한 소재가 연소될 경우, 매우 유해한 염화수소 가스가 발생될 뿐만 아니라, 기타 다량의 발암물질을 수반한 화학무기 가스인 포스겐(phosgene)이 방출될 위험이 있다.

대부분의 산업용 휴대 응용장치의 피복소재로는 PUR(폴리에틸렌)이 주로 사용된다. 할로겐 성분이 없는 이 소재는 물리 화학적 부하에 대해 매우 탁월한 내구성을 발휘한다(예: 트레일링 케이블). 소재의 신축성도 폭넓은 온도범위(-20 ~ 80C)에서 유지된다. 한편, 자동차 산업용 용접로봇과 같은 특수한 응용에서는 소재에 대해 크로스링크(cross-linking) 조사(照射)방식을 적용하여 용접 스파크에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다.

이로써, 올바른 피복소재와 적합한 케이블을 선택하는 일은 해당 응용분야에 따라 상당한 차이가 있음을 알 수 있다.

환경을 고려한 연결장치

이 모든 것은 물론 연결 구성요소들에도 해당된다. 이들 구성요소는 해당 플랜트 컨셉트를 중심으로 특성이 결정된다. 플랜트 설비에 관여된 모든 장치들이 제어 캐비닛에 설치될 경우, 연결 구성요소들도 그에 알맞게 선택되어야 한다. 캐비닛 설치의 경우, IP20 보호등급을 지원하는 산업용 RJ45 커넥터면 충분하다. 그러나 여기서도, 사무영역에서 사용되는 커넥터 제품과는 분명한 차이가 있다. 전자기 간섭으로 인해 연결부분에서 발생하는 데이터 신호 왜곡현상을 금속 외장이 차단해준다. 이러한 외장은 연결부에 걸리는 장력을 완화하는 한편, 커넥터 설치 케이블을 안전하게 체결하는 기능을 제공한다.

사무영역에서 통용되는 (설치 케이블을 얇은 연결 케이블로 전환하는 방식의) 패치 테크놀로지를 사용하는 대신, 산업용 커넥터는 굵은 동축 및 케이블에 맞게 고안되어야 한다. 산업환경에는 일반적으로 ‘point-to-point’ 연결방식이 적용되기 때문에, 커넥터는 해당 장치들에 적합하게 체결되어야 한다. 추가적으로 장치에 칼라(collar) 및 금속 잠금 래치 등을 사용함으로써, 심한 장력이나 진동 조건에서도 장치상의 커넥터 연결부위의 안전한 체결을 보장할 수 있다.

네트워킹 구성요소들이 기계에 직접 설치될 경우, 장치 및 연결부품들은 IP65/67 보호등급을 지원하도록 고안되는 것이 일반적이다.

부품조립의 간편성 역시 중요한 요소라 할 수 있다. 플랜트의 특성상 사전 조립된 케이블을 사용하는 것은 상당한 비용을 초래하기 마련이다. 때문에, 특별한 도구 없이 현장 조립이 가능한 커넥터가 여전히 주로 사용되고 있다.

아이씨엔 매거진 2009년 05월호

hilscher
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