VFDおよび計装アプリケーションのシールドケーブル用ケーブル・グランドの仕様とは？

VFDシステムのEMI干渉にお悩みですか？信号ノイズが計測値を台無しにすることに不満ですか？ケーブルグランドの選定が悪いと、電気的性能が損なわれます。

シールドケーブルグランドは、適切なストレインリリーフと環境シーリングを提供しながら、360度のシールド導通を維持する必要があります - 導電性エレメントを備えたEMC定格グランドは、VFDおよび計装システムで最適な電磁両立性を保証します。

先週、デビッドからパニックの電話があった。彼の新しいVFDの設置が、工場フロア全体に大混乱を引き起こしていたのだ。生産機械はランダムに停止し、品質管理機器は不安定な測定値を出していた。原因は？標準的なプラスチック・グランドがシールドの導通を壊していたのだ😉。

目次

• なぜシールド・ケーブルには特殊なグランドが必要なのか？
• VFDアプリケーションに最適なEMCグランド設計は？
• 計装システムにおけるシールドの継続性を維持するには？
• EMCのパフォーマンスを低下させるインストールの間違いとは？

なぜシールド・ケーブルには特殊なグランドが必要なのか？

標準的なグランドがシールドケーブルで問題なく機能するとお考えですか？あなたは、高価なEMIの問題に自分自身を設定しています。

標準的なケーブルグランドは、エンクロージャのエントリーポイントでシールドの連続性を断ち、システム性能を損なうEMIリークパスを作ります。

EMI保護の物理学

ほとんどのエンジニアが見落としていることがあります。ケーブルのシールドは、その最も弱い部分と同じ強さしかありません。シールド・ケーブルを標準的なナイロンや真鍮のグランドで終端すると、シールド・ケーブルに不連続性が生じます。 ファラデーケージ¹.

標準グランドとEMCグランドの性能比較

私が実際に目撃したEMI災害

ハッサンの石油化学の悪夢:彼の新しい制御室は幻のアラームに悩まされていた。メインVFDが起動するたびに、圧力センサーが誤った測定値をトリガーしていたのです。適切なシールド終端を持つ当社のEMCグランドに交換したところ、干渉は95%減少しました。

デビッドの生産ライン・カオス:サーボモーターの不規則な故障により、1時間当たり$5万ドルのダウンタイムが発生していました。根本的な原因は？エンコーダケーブルの標準グランドにより、VFDノイズが位置フィードバック信号を破損していた。

産業環境における主なEMI発生源：

• VFDスイッチング周波数³基本波2～20kHz、高調波100MHz以上
• サーボドライブ:高周波PWMが広帯域ノイズを生む
• 溶接設備:広帯域にわたる強烈なEMIバースト
• 無線通信:モバイル機器、ワイヤレスネットワーク
• 落雷:過渡電磁パルス

VFDアプリケーションに最適なEMCグランド設計は？

すべてのEMCグランドが同じように作られているわけではありません。間違った設計を選択すると、EMI問題を悪化させる可能性があります。

スプリング・フィンガー・コンタクト付きメタルEMCグランドは、VFDアプリケーションに優れた性能を提供し、振動や温度サイクル下での低伝達インピーダンスと信頼性の高い360度シールド接続を提供します。

EMCグランドの設計比較

スプリング・フィンガー・コンタクト・デザイン（当社推奨）

• 建設:ベリリウム銅製スプリング・フィンガー
• 接触圧力:温度範囲に関係なく一定
• 伝達インピーダンス:<5 mΩ at 100 MHz
• 最適:VFDモーターケーブル、サーボシステム

コンプレッション・リング・デザイン

• 建設:導電性ゴムまたは金属リング
• 接触圧力:年齢／温度とともに減少する
• 伝達インピーダンス:10-20 mΩ at 100 MHz
• 最適:固定設備、低振動環境

メッシュ接地設計

• 建設:導電性メッシュスリーブ
• 接触圧力:可変、インストールに依存
• 伝達インピーダンス:15-30 mΩ at 100 MHz
• 最適:大口径ケーブル、レトロフィット用途

ベプトのEMCグランド技術

ベプトでは、特に過酷な産業環境向けにEMCグランドを開発しています：

技術仕様

実際のパフォーマンスデータ

デビッド氏のVFD設置では、当社のEMCグランドに交換した後、このような改善が見られました：

• モーターベアリング電流:15Aから2A未満に低減
• エンコーダーノイズ:S/N比40dB向上
• システム稼働時間:85%から99.7%に増加

VFDアプリケーションの選択基準：

1. ケーブル・シールド・タイプ:編み込み、ホイル、コンビネーション
2. 動作周波数:VFDキャリア周波数＋高調波
3. 環境条件:温度、振動、化学物質
4. 設置方法:パネルマウントと直接埋設の比較
5. メンテナンス・アクセス:リムーバブルとパーマネント・インストール

計装システムにおけるシールドの継続性を維持するには？

計測器の信号は非常に敏感で、マイクロボルトのノイズでさえ、重要な測定を台無しにする可能性がある。

計装EMCグランドは、超低伝送インピーダンス（<1 mΩ）を提供し、センサーから制御室までのシールドの導通を維持し、同時に小さなケーブル径と複数の導体に対応する必要があります。

機器固有の課題

シグナル・インテグリティ要件

計装システムは、電力アプリケーションよりもはるかに厳しいEMC性能を要求される：

多芯ケーブルに関する考察

ハッサンの製油所はこの教訓を教えてくれた。彼らには24対の計装ケーブルがあり、それぞれの対に個別のシールドと全体のシールドが必要だった。標準的なEMCグランドではこの複雑さに対応できなかった。

計装EMCソリューション

モジュラー・シールド・ターミネーション・システム

• 個別ペアシールド:コンタクトリングを分離して終端
• 総合シールド:グランド本体に接続
• ドレンワイヤー:専用終端ポイント
• ケーブルのストレインリリーフ:デリケートな導体を保護

インストールのベストプラクティス

1. シールドの準備:シールドを傷つけずにアウタージャケットを剥がす
2. ドレンワイヤーの配線:腺体にできるだけ短く
3. 接触圧力:トルク仕様で確認
4. 継続性テスト:通電前に伝達インピーダンスを測定

ケーススタディ石油化学制御室のアップグレード

ハッサン氏の施設では、蒸留塔の制御に影響を及ぼすアナログ入力ノイズの慢性的な問題を抱えていました。私たちが発見したことは以下の通りです：

EMCグランドの前に:

• 温度読み取り：±2℃の変動
• 圧力信号4-20mAループの5%ノイズ
• 流量測定：不安定、頻繁な再校正が必要

EMCグランドのその後:

• 温度安定性：±0.1
• 圧力信号<0.1%ノイズ
• 流量測定：確実で十分な年次校正

重要な設置ポイント：

• グラウンディング哲学: スターアースとデイジーチェーンアースの比較⁵
• シールド終端:両端接地と一点接地
• ケーブル配線:電源ケーブルからの分離
• エンクロージャー設計:適切なEMCガスケットとボンディング

EMCのパフォーマンスを低下させるインストールの間違いとは？

完璧なEMCグランドも、取り付けが悪ければ何の役にも立ちません。私は、単純なミスで100万ドルのシステムが失敗するのを見たことがあります。

一般的な設置ミスには、不十分なシールド準備、接触圧の不足、グランド結合の不足、不適切なケーブル配線などがあります。

インストレーション・キラーズ トップ5

1.不十分なシールドの準備

間違い:シールド線を短く切りすぎたり、剥く際に傷つけたりする。
ザ・フィックス:ケーブル・ジャケットから25mmのシールドを残し、適切な剥離工具を使用する。

デイビッドは、彼の技術者が適切なケーブル・ストリッパーの代わりにカッターナイフを使用したときに、このことを苦労して学んだ。シールド素線の半分が切断され、高インピーダンスの接続が生じたのだ。

2.接触圧の不足

間違い:"損傷を避ける "ために、グランド部品の締め付けを甘くすること。
ザ・フィックス:トルク仕様に正確に従うこと。通常、M20グランドでは15～25 Nm。

3.機器アースの欠落

間違い:シールドをグランドに接続するが、グランドを筐体に接着しない。
ザ・フィックス:ケーブルシールドから筐体アースまでの抵抗が0.1Ω未満であることを確認する。

4.ケーブルの配線不良

間違い:シールドされた信号ケーブルを電源ケーブルと平行に配線する。
ザ・フィックス:最低300mmの間隔を保ち、直角に交差させる。

5.ミキシング・グラウンド・システム

間違い:計測器のシールドをノイズの多い電源グランドに接続する。
ザ・フィックス:計装機器には別のクリーン・グラウンド・システムを使用する。

設置検証チェックリスト

EMCグランドのあるシステムに通電する前に、私たちは検証を行います：

ハッサンの$2Mレッスン

ハッサンは以前、請負業者に新しいユニットに200以上のEMCグランドを取り付けてもらったことがある。スタートアップまではすべて完璧に見えたのですが、施設全体に大規模なEMIの問題が発生したのです。 

その問題とは？業者はグランドを適切に取り付けていたが、エンクロージャーへの接着を怠っていた。各グランドは電気的に絶縁されていたため、シールドは役に立たなかった。グランド1つにつき$50のボンディングストラップがあれば、数週間のダウンタイムと再作業を防げたはずだ。

設置時の品質管理：

• 目視検査:シールドが損傷していないか、正しく取り付けられているかをチェックする
• 電気テスト:導通とインピーダンスの確認
• ドキュメンテーション:将来の参考のために試験結果を記録する
• トレーニング:設置者にEMCの原則を理解させる
• 監督:経験豊富な担当者が重要な接続を検証

結論

適切なEMCグランドの選択と設置により、VFDおよび計装システムにおけるEMIの問題が解消され、信頼性の高い動作とシグナルインテグリティが保証されます。

EMCケーブルグランドに関するFAQ