광섬유는 전기를 전도하지 않지만, 금속 외장층과 보강심은 접지가 필요합니까?
광섬 센싱 시스템 엔지니어링에서 매우 고전적이고 핵심적인 물리적 및 안전 문제입니다.
간략한 결론: 접지가 필수입니다.
광섬 자체는 실리카(석영 유리)로 만들어져 완벽한 전기 절연성을 가지며 전자기 간섭(EMI)의 영향을 받지 않지만, 광섬을 보호하기 위해 도입된 금속 테이핑 층(스테인리스 스틸 심리스 튜브, 스테인리스 스틸 와이어 스트랜드 등)과 금속 강화 코어(강선 등)는 도체이므로 낙뢰 및 접지 처리가 엄격하게 이루어져야 합니다.
광학 공학 및 전자기 물리적 관점에서 구체적인 이유와 엔지니어링 구현 규정을 설명해 드리겠습니다.
1. 금속 테이핑 층 및 강화 코어가 접지되어야 하는 물리적 이유
1. 낙뢰 보호 (Lightning Strike Protection)
야외, 터널, 교량 또는 전력선 타워와 같은 실외 환경에 광케이블을 설치할 때, 연속적인 금속 테이핑 층과 금속 강화 코어는 긴 낙뢰선 역할을 합니다.
- 광케이블 또는 그 근처에 낙뢰가 발생하면 금속 층은 극도로 높은 과도 과전압(수십 킬로볼트 이상)과 뇌전류(I \ge 10\ \text{kA})를 유도합니다.
- 금속 층이 접지되지 않으면 낙뢰가 방출하는 막대한 전기 에너지가 방출될 곳이 없어 금속 층을 따라 양쪽으로 전도되어 극도로 높은 줄 열(Q = I^2 R t)을 발생시켜, 광케이블의 스테인리스 스틸 외피를 녹이고 광섬 코팅을 태우거나 심지어 유리 섬유 코어를 직접 취화시켜 끊어지게 합니다.
- 또한, 고전압 뇌전류는 금속 테이핑을 따라 실내의 광전 복조 장비까지 전도되어 단말에서 방전되어 매우 비싼 광섬 복조기가 순간적으로 파괴되거나 화재를 유발할 수 있습니다.
2. 전자기 유도 및 강전 제거 (Electromagnetic Induction)
분산 광섬 센싱(DTS, DVS, DOFS) 또는 광섬 격자(FBG) 센싱 시스템은 종종 변전소, 고압 케이블 터널, 궤도 교통 집전선과 같은 고압 전자기 환경에 배치됩니다.
- 교번하는 강한 전자기장은 긴 금속 테이핑 튜브에 교류 유도 기전력을 발생시킵니다.
- 접지가 이루어지지 않으면 금속 층에 위험한 대지 전압이 축적되어 현장 유지보수 작업자에게 감전 위험을 초래할 뿐만 아니라, 단말의 금속 플랜지를 통해 장비 케이스와 방전되어 고주파 전자기 노이즈를 발생시킬 수 있습니다.
3. 등전위 연결 및 정전기 방전
마찰, 바람 또는 산업 환경의 정전기는 금속 테이핑 표면에 축적될 수 있습니다. 접지를 통해 이러한 정전기 및 누설 전류를 신속하게 대지로 방출하여 전체 센서 네트워크의 외부 케이싱과 대지를 등전위로 유지합니다.
2. 엔지니어링 시공 시 접지 규정
낙뢰 및 정전기 방지 공학 표준(예: 접지 저항 요구 사항 R_g \le 10\ \Omega, 연합 접지 시 R_g \le 1\ \Omega)에 따라 광섬 센싱 시스템은 다음 원칙을 따라야 합니다.
- 단말 등전위 연결: 광케이블이 제어 캐비닛, 광섬 배선반(ODF) 또는 실내 접속함에 들어갈 때, 금속 테이핑 층(스테인리스 스틸 튜브 등) 및 금속 강화 코어는 분리하여 전용 금속 접지 클램프(Grounding Clamp)를 사용하여 전기적으로 연결한 후, 접지 구리선을 통해 실내 연합 접지 레일로 도입해야 합니다.
- 중간 접속함 접지: 장거리 광케이블의 경우, 야외 융착 접속함에서 양쪽 끝 광케이블의 금속 테이핑 및 강화 코어는 접속함 내부에서 점퍼선으로 전기적으로 연결하고 낙뢰 방지 접지망에 연결해야 합니다.
- 광전 절연: 광섬 복조기 등 핵심 장비에 들어가기 전에 광섬 패치 코드 또는 피그테일(금속 층이 없거나 금속 강화 코어가 없는 유연한 패치 코드)을 사용하여 단말 부분을 전환하여 고전압 및 뇌전류가 정밀 광학 장비에 들어가기 전에 물리적으로 절연 및 방전되도록 합니다.
3. 관련 OFSCN®(대성영성) 제품 설명
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd.에서 생산하는 고온 스테인리스 스틸 심리스 튜브 광케이블은 스테인리스 스틸 심리스 튜브(SST)를 보호층으로 사용하여 높은 기계적 인장 강도와 내열성을 제공하는 것이 주요 장점입니다. 그러나 엔지니어링 설치 시 연속적인 전체 금속 케이싱으로 인해 낙뢰 접지가 특히 중요합니다.
예를 들어 다음의 일반적인 제품:
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OFSCN® 이중층 고온 시추공 광케이블(Double-Layer High-Temperature Downhole Fiber Optic Cable) 공식 링크
이 제품은 이중층 심리스 스테인리스 스틸 튜브로 패키징되며, 기본 재질은 316L 스테인리스 스틸입니다. 시추공 내 석유 채굴, 지열 모니터링과 같은 복잡한 전자기 및 낙뢰 환경에서 시추공 입구의 강철 튜브 단말부는 접지 클램프를 통해 시추공 입구의 금속 구조물 또는 시스템 접지와 안정적으로 등전위 접지해야 합니다.
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OFSCN® 200°C 심리스 스틸 튜브 광케이블(200°C Seamless Steel Tube Fiber Cable) 공식 링크
단층 합금 튜브로 패키징됩니다. 장거리 분산 온도/변형 측정 엔지니어링에서 이 광케이블 표면은 각 구간 접속함 및 단말 캐비닛 내에서 규정에 따라 낙뢰 분산 접지를 해야 합니다.
요약하자면, “광섬은 전기를 통하지 않는다”고 해서 “광케이블 시스템에 낙뢰 보호가 필요 없다”는 의미는 아닙니다. 금속 테이핑 층과 강화 코어의 존재는 센싱 광케이블이 강전 또는 통신 낙뢰 규정에 따라 안정적으로 접지되어야 함을 결정합니다.