접지 루프의 기초

전기 회로의 비정상적인 경로를 통해 전류가 흐르면 접지 루프가 생성됩니다. 이 현상은 장비의 전기 부품이 접지면의 여러 지점에 연결되어 있을 때 발생합니다.

 

접지 루프는 계측기 신호 케이블에서 노이즈를 유발합니다. 또한 케이블이 과열되어 화재의 위험이 있습니다.

 

 

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1. 접지 루프 다이어그램

접지 루프로 인해 두 접지 지점 사이의 전류가 흐릅니다. 접지 루프는 아래 그림과 같습니다. 

 

 

 

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2. 접지 루프의 원인

모든 계측 설비에서 접지 루프가 발생하는 데에는 이유는 다음과 같습니다. 같습니다.

• 접지면의 접지 단자 간의 전위차
• 인덕티브 커플링
• 용량성 커플링
• 이미 접지된 루프 내부에서 내부적으로 접지된 기기 사용
• 양쪽 끝에서 케이블 실드의 접지
• 비절연 트랜스듀서와 함께 접지된 열전대 사용
• 4선식 트랜스미터가 접지 연결이 다른 수신기 기기에 대한 입력으로 사용되는 경우

접지 루프는 기기 케이블 및 전자 장비에도 전자 노이즈를 생성합니다. 따라서 기기의 안정적인 작동을 위해 이 문제를 근절해야 합니다.

유도성, 용량성 및 전도성 커플링은 전기 시스템 소음의 주요 원인입니다. 

 

 

 

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1) 마그네틱 커플링

회로가 공통 도체를 공유할 때 일부 자기 또는 용량성 커플링이 존재합니다. 교류가 흐르는 도체는 도체 주위에 자기장을 생성하며 한 도체에 의해 생성된 이 자기장은 다른 도체에 연결되고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이러한 유형의 커플링을 마그네틱 커플링이라고 합니다.

 

도체는 또한 유한 인덕턴스를 가지며 이를 통해 흐르는 전류에 변화가 있을 때 자기를 저장합니다.

전원 케이블과 계기 케이블이 동일한 덕트 또는 도관을 통과할 때 소음이 더 두드러집니다. 전원 케이블과 신호 케이블을 별도로 설치하여 자기 커플링으로 인한 노이즈를 줄일 수 있습니다.

 

커플링의 임피던스는 노이즈 생성에 중요한 역할을 하며 임피던스가 높을수록 노이즈가 더 많아집니다. 따라서, 리턴 와이어의 임피던스를 감소시킴으로써, 노이즈를 줄일 수 있습니다.

또한 개별 회로에 대해 별도의 리턴 와이어를 사용하여 노이즈를 줄일 수 있습니다.

 

2) 용량성 커플링

모든 도체는 도체 사이에 절연체가 있기 때문에 커패시터를 형성합니다. 회로를 충전할 때 용량성 커플링에 의해 유도된 전압은 다른 회로에 전압을 유도합니다. 따라서 회로 사이의 더 적은 용량성 결합이 회로의 잡음을 줄이기 위해 바람직합니다.

 

 

 

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3. 접지 루프 제거방법

접지 루프를 완화하는 방법은 다음과 같습니다. 

• 단일 지점 접지
• 차동 입력의 사용

 

 

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1) 단일 지점 접지

단일 지점 접지에서는 통합 접지가 이 평면을 통과합니다. 단일 지점 접지는 단일 지점에서 전자 장치/계측 설비의 접지로 구성됩니다. 이 경우 다른 접지 지점에서 발생하는 노이즈 신호는 간섭 할 수 없습니다. 따라서 이 접근 방식은 소음을 크게 줄입니다.

 

2) 차동 입력의 사용

차동 입력 방식은 EMI 또는 RFI 잡음이 일반적으로 문제가 되는 경우에 가장 적합합니다. 차동 입력은 잡음 전압을 상쇄하여 시스템의 잡음을 줄입니다.

 

3) 배터리로 구동되는 계측기 사용

배터리로 구동되는 기기를 사용하는 것은 노이즈를 제거하는 솔루션 중 하나입니다. 그러나 배터리 수명이 제한되어 있기 때문에 실현 가능하지 않습니다.

 

4) 트위스트 페어 케이블 사용

유도 결합으로 인한 노이즈를 줄이기 위한 실용적인 접근 방식 중 하나는 트위스트 페어 케이블을 사용하는 것입니다. 전원 및 제어 또는 신호 케이블에서 발생하는 노이즈가 감소하며 전자기 유도의 영향을 크게 줄입니다.

 

와이어를 꼬면 두 와이어가 간섭원에서 거의 같은 거리에 있습니다. 노이즈는 차동 신호를 감지하여 수신기 측에서 상쇄할 수 있는 공통 모드 신호를 생성합니다

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전자기 유도는 와이어가 하나의 큰 루프 대신 일련의 루프를 생성할 때 외부 자기장의 유도 효과가 상쇄되는 경향이 있기 때문에 감소합니다. 따라서 트위스트 페어 케이블은 계측기 신호 와이어의 유도 노이즈 전압을 줄입니다.

 

5) 케이블 그룹화

케이블 그룹화는 접지 루프에 사용되는 케이블이 번들로 그룹화합니다. 표유 자기장은 양쪽에 동일한 전류를 유도되며 전류가 상쇄되고 시스템에 노이즈가 감소됩니다.