케이블 그랜드(Cable Gland)의 선택방법

앞서 알아본 배선시스템의 기본목적은 배선 그 자체에만 있지않습니다. 단순한 배선을 넘어 설치규정 등을 고려해야 하고, 연결되어지는 장비들의 보호등급을 유지하며, 현장에서 발생할 수 있는 배선 케이블의 물리적인 손상, 화학적 부식 등 위험한 상황 등도 예방해야 합니다. 같은 맥락에서 케이블그랜드를 선택할때도 마찬가지 입니다. 케이블그랜드가 설치될 장비의 방폭 보호등급을 유지하고, 사용용도에 최적화된 케이블그랜드를 선택해야 합니다.

케이블그랜드의 선택시에는 가장 먼저, 산업용(비방폭)인지 방폭용인지를 고려해야 합니다. 일반 산업용이냐 방폭용이냐에 따라 케이블그랜드의 모델과 가격 차이가 있습니다. 가령 HAWKE사의 케이블그랜드의 경우 방폭용 Armored Cable Gland의 모델명이 '501/453/RAC/' 이라면, 비방폭용의 모델명은 '153/RAC/' 입니다. 제품의 크기와 기본 품질은 같더라도, 모델명과 가격에 있어 분명한 차이가 있습니다.
하지만 상대적으로 가격이 저렴한 국내산 제품의 경우 사실상 같은 제품을 사용하는 경우도 있습니다. 제품에 방폭등급 Marking이 있느냐 없느냐 차이일뿐 가격차이도 거의 없습니다. 방폭용 모델과 비방폭모델을 따로 구분해서 생산관리하기 보다는 방폭용 모델 한가지만 생산하고 비방폭지역에도 같이 적용하는 것이 규모의 경제에 따른 비용관리에 더 수월하기 때문일 것입니다.

두번째로, 케이블의 Type을 알아야 합니다. 케이블의 Type은 주로 Armored 케이블인지 Non-Armored 케이블인지를 파악하는 것입니다. (다른 종류의 cable 형태 들은 실무에서는 거의 언급조차되지 않습니다.) Non-Armored 케이블에는 외부피복(outer sheath)에 그랜드가 물리면서 IP등급의 유지와 케이블을 잡아주는(retention) 역할이 동시에 이루어집니다. 반면, Amored 케이블은 outer sheath를 통해서는 sealing을 구현하고 내부의 amore 부분을 물려 물리적인 연결을 하게 됩니다. 이 두가지 케이블의 차이는 앞선 글의 배선시스템 관련 글을 참고하시기 바랍니다.

세번째로, 케이블그랜드의 Size를 알아야 합니다. 지금까지의 정보로 케이블그랜드의 모델을 선정했다면, 이번에는 선정된 모델 중 Sizing를 결정하는 단계입니다. 케이블의 크기란 단면크기를 말합니다. 양끝단의 크기를 케이블이 설치될 곳의 나사산 Thread(M20, M25, 1/2"NPT 등)으로 착각하는 경우가 많은데, 케이블의 단면크기란 케이블의 Outer Sheath(Diameter)를 말합니다. Thread가 M20 Metric이라 하다라도 Outer Sheath의 크기에 따라 각각에 걸맞는 M20 Cable Gland가 정해져 있기에 정확한 Sizing를 위해서는 외경(Outer Diameter)를 알아야 합니다. 간혹, 1.5sq x 1pair 라는 케이블정보만을 주면서 케이블그랜드의 Size는 알아서 선정하라는 요구도 있는데, 외경크기를 알지 못하면 정확한 Sizing을 할 수 없습니다. Amored 케이블용의 경우라면, Outer Sheath외에 Inner Sheath의 크기도 확인해봐야 합니다.

네번째로, 케이블그랜드의 Thread를 알아야 합니다. 앞서 파악한 케이블의 두께를 기준으로 Metric Thread를 적용할 것인지 NPT Thread를 적용할 것인지,(또는 다른 나사산을 적용할 것인지)를 확인해야 합니다. 주로 케이블그랜드가 설치되는 프로젝트의 스펙이나 배선시스템의 기준에 따라 정해집니다. 또한, 나사산(Thread)에 따라 일부 Accessories도 결정됩니다. 만약 Clearance Hole (나사산 가공없이 bolt의 몸통부분이 지나갈 수 있도록 뚫은 구멍)이 Metric 나사산을 기준으로 했다면 locknut도 함께 필요하지만 NPT 나사산을 기준으로 한다면 locknut는 필요하지 않습니다.

다섯번째로, 케이블그랜드는 사용하는 재질에 따라 여러 종류가 있습니다. Ex d 케이블그랜드는 황동(brass), 알루미늄(Aluminium), 스텐레스(stainless steel) 등이 있으며, Ex e 등급의 케이블그랜드는 황동과 스텐레스는 물론 플라스틱 재질도 가능합니다. 보통은 니켈도금된 황동(Nickel Plated Brass)을 가장 많이 사용합니다. 황동은 원래 부식방지에 강한 재질이지만, 황동과 알루미늄이 만나면 전류반응성 부식(galvanic reaction)이 생기게 되어 부식이 심각하게 진행됩니다. (왼쪽 그림2 참고) 케이블그랜드는 통상 배전반이나 Junction Box에 Hole을 뚫고 그 hole에 설치하는데, 배전반 중 알루미늄 재질이 있기 때문에 황동재질의 그랜드를 사용하면 이런 현상이 생깁니다. 이에 황동에 니켈도금을 진행합니다. 황동(Brass)이 가공성, 경도(단단한 정도), 경제성 등 여러모로 사용하기 좋을 뿐더러, 니켈(Nickel)도금을 하면 좀더 단단해져 외부 저항력도 개선되고 부식을 방지에도 유리해지기 때문입니다.

케이블 그랜드(Cable Gland)의 Accessories
케이블그랜드에는 악세사리(Accessories)가 있는데, 대략 5가지 종류가 있습니다. 이들의 설치순서는 그림3을 참고하시면 됩니다.
Locknut의 용도는 앞서 말씀드린대로 케이블그랜드를 Enclosure에 설치했을때 Enclosure 안쪽에서 케이블그랜드를 고정하는 역할을 합니다. Sealing Washer는 통상 nylon재질을 사용하는데, 배전반과 Cable Gland사이에 장착되어 IP등급을 유지하는데 사용합니다. Serrated Washer는 Stainless Steel 재질로 설치된 지역에 진동이 심할 경우, 그 진동을 흡수하여 체결된 케이블그랜드의 Locknut가 풀리지않도록하는 스프링역할을 합니다. 생김새때문에 별와셔, tooth 와셔라는 호칭이 사용되기도 합니다. 또한, 케이블그랜드를 통한 접지를 구현할 때 사용되는 Earth Tag가 있으며, 케이블그랜드를 외부환경(먼지, 물, 화학물질 등)으로부터 보호하기 위해 PVC 또는 PCP재질로된 고무패킹을 케이블그랜드위에 씌우도록 한 Shroud도 케이블그랜드 악세사리 한 종류 입니다.
Shroud의 재질관련해서 PVC 재질은 오일이나 오존(ozone), 습기 및 일반적인 야외날씨 등에 강한 면모를 보이지만, 특수처리되지 않는 한 환경호르몬 문제와 가소제의 발암 의심물질, 쉽게 불에 타는 성질 등의 이슈가 있습니다. 그 대체재가 PCP 재질(Neoprene)인데, PVC보다 더 신축성이 있고 석유, 오존, 자외선, 빛, 산화작용 등에도 강할 뿐더러, 사용온도도 더 넓습니다. 하지만, 이보다 더 좋은 재질이 있으니 LSFZH(Low Smoke Fume Zero Halogen)이라는 Silicone 재질입니다. PVC의 환경문제에 정면으로 대응하기 위한 재질로 난연성이면서 독성이 적습니다. 매우 유연할 뿐더러 사용온도도 -60도에서 150도까지 사용할 수 있어, HAWKE사에서는 이 재질로만 Shroud를 제작 공급하고 있습니다.