배선과 노이즈 설명 및 대책방법

배선과 노이즈

노이즈에 대하여 고려해야할 신호

노이즈에 의한 트러블의 발생하기 쉬운 신호를 들면, 다음과 같습니다.

1. 모터등의 동력 기계, 대형 트랜스 근처를 통과하는 신호선, 고전압 대전류의 전원선과 평행히 배선되는 신호선,

특히 장거리 배선의 경우.
2. 수mV의 작은 전압 신호.
3. 높은 신호원 impedance를 가지는 신호.

반대로, 변환기 출력 등 DC4~20 mA의 전류 신호는, 신호의 레벨이 높고, 수신 계기로부터 본 impedance가 낮기 때문에,

노이즈에 강한 신호입니다.

이하에 노이즈에 약한 신호에 관한 노이즈 대책을 설명합니다.

정전 결합에 의한 전원 주파 노이즈

신호선, 전원선은 그림 1에 나타내듯이, 선간 및 접지, 덕트 등, 선의 주위에 있는 도전성 물질과의 사이에 분포 용량이 있어,

 서로 용량으로 결합하고 있습니다. 이 용량을 개입시켜, 교류 전원의 전압이 신호선에 들어가는 것이 정전 결합에 의한

상용 주파수 노이즈입니다.

신호선에 정전 결합에 의한 노이즈의 혼입을 막기 위해서는,

1. 전원선과 신호선을 떼어 놓아 배선한다. 분포 용량은 거리에 반비례 합니다.

 동일 락에 배선하는 경우는, 신호선과 전원선을 2개의 그룹으로 나누어 2개의 그룹간을 가능한 한 떼어 놓는다.

2. 덕트를 사용해, 다수의 선을 배선하는 경우, 덕트내에 도전성 재료에 의한 칸막이 판을 넣어 칸막이 판을 포함한 덕트의 접지를

 철저하게 하는 것이 필요합니다. 신호선을 도전성의 파이프에 넣어 배선하는 방법도 유용합니다.

3. 신호선에 쉴드(shield)선을 사용한다. 쉴드(shield)는 1점으로써 완전하게 접지 한다.

신호가 절연 되고 있는 경우는, 쉴드(shield)는 신호를 받는 수신 계기측에서 접지 되지만, 첨단이 보호관에 용접되는 열전대의 경우는,

쉴드(shield)의 접지도 열전대측에서 접지 한다.

높은 impedance의 신호의 쉴드(shield)의 접지는, 특수한 요구가 있는 경우가 있어, 변환기 취급 설명서에 의한 확인이 필요합니다.

전자 유도에 의한 상용 주파 노이즈

대형 모터등의 동력 기계는, 구동에 대전류를 필요로 합니다. 전류가 흐르면 자계가 발생해,

자계를 도선이 지나가면 기전력을 일으킵니다.

트랜스나 모터는 코일에 전류를 흘려 자계를 발생시켜, 2차측 코일에 전력을 보내는 것입니다만,

자계의 일부는 외부에 새어, 근처에 배선되고 있는 신호선에 노이즈를 발생합니다.

동력선에 흐르는 대전류도 자계를 발생해, 그것과 평행하게 배선되고 있는 신호선에 노이즈가 발생합니다.

정전 결합에 의한 노이즈가, 전원의 전압에 기인하는 것인데 비해, 전자 유도에 의한 노이즈는 전류에 의하는 것이며,

발생의 메카니즘이 다르기 때문에, 그 대책도 다릅니다.

전자 유도 노이즈의 혼입을 막는 방법은,
1. 모터, 대형 트랜스 등 전자계를 발생하는 기기를 피해 배선한다. 동력선과 신호선을 가능한 한 떼어 놓아 배선한다.

동력선과 신호선을 평행하게 배선할 필요가 있을 때는, 신호선을 덕트 또는 파이프에 넣어 철로 주위를 둘러싸 배선한다. 
2. 케이블의 심선으로서 twisted-pair cable를 사용한다. 
3. 쉴드(shield)선을 사용하는 경우는, 케이블상에 도전율의 높은 동테이프를 감아, 그 위에 철테이프를 감은

구조의 케이블이 뛰어난 유도효과를 가진다. 동테이프만의 쉴드(shield)에서는, 전자 유도 효과는 기대할 수 없다.

또, 전자 유도에서는 양단 접지가 필요하다. 외측의 철테이프는 양단 접지하며, 정전 결합 대책을 목적으로 하는

동테이프는 1점접지로 한다.

스파이크성 노이즈

모터등의 유도성 부하 회로의 개폐 접점을 OFF로 한 순간에, 고전압의 역기전력이 발생합니다.

한편 콘덴서 부하의 경우에는, 접점을 ON로 했을 때에, 큰 돌입전류가 흐릅니다.

이러한 전압, 전류는, 정전 결합, 전자 유도에 의해, 신호선에의 노이즈원이 됩니다.

또 신호선에 포함되는 릴레이 접점이나 코일에 의해, 신호선이 노이즈원이 될 수도 있습니다.

이 노이즈는, 고전압, 대전류, 높은 주파수를 포함하는 등, 노이즈로서 혼입하기 쉬운 조건을 갖고 있습니다.

대책으로서는, 정전 결합, 전자 유도 대책이 적용됩니다만, 접점 보호도 미리 접점 보호 회로를 부가해,

노이즈의 발생을 끊는 것이 가장 바람직한 방법입니다.

접지에 의한 노이즈

제1종 접지에서는 10Ω이하, 제3종 접지에서는 100Ω이하의 접지 저항이 인정되고 있습니다.

접지에 전류가 흐르면, 접지 저항에 의해 접지 단자에 전압이 발생해, 노이즈원이 됩니다.

동력용의 접지에는 대전류가 흐르는 일이 있기 때문에, 계장용과 동력용의 접지는 나누어 설치하는 것이 필요합니다.

또 각각의 접지봉은, 간격을 충분히 띠워, 매설할 필요가 있습니다.

판넬마다 정리해 1개의 선으로 접지 배선할 경우에는, 다수 계기로부터의 접지 전류를 고려해,

저항이 낮은 굵은 선을 사용한 배선이 필요합니다.