ケーブルグランドは、電気・計装システムにおいて不可欠な部品であり、多様な環境下でケーブルを固定、密閉、保護する重要な機能を果たす。この記事は、ケーブルグランドの種類と選択方法に関する詳細なガイドを提供するために、技術標準、材料科学、および産業慣行を総合したものである。規制の枠組み、環境への配慮、アプリケーション特有の要求事項を検討することで、この分析は、安全性、耐久性、性能のためにケーブルグランドの選定を最適化するための知識を専門家に提供することを目的としています。
ケーブルグランドの分類
素材構成別
ケーブルグランドは、耐久性、耐食性、使用環境への適合性を考慮して選択された材料から製造されています。
金属グランド
- ブラスだ： 優れた導電性とニッケルめっきによる耐食性により広く使用されている。中程度の機械的応力が予想される一般工業用途に最適。
- ステンレススチール： 海洋施設や化学処理プラントなど、腐食性の高い環境で使用される。海水、酸、高温に優れた耐性を発揮。
- アルミニウムだ： 軽量で大気腐食に強く、アルミニウム装甲ケーブルを使用した屋外用途に適しています。
非金属グランド
- プラスチック（ナイロン/PVC）： 低リスク環境向けの費用対効果の高いソリューション。PVCグランドは、柔軟性と弱酸への耐性を提供し、ナイロンのバリエーションは、疎水性特性により湿気の多い環境で優れています。
- エラストマー： 防水用途に使用されるこれらのグランドは、高圧水の浸入に対する保護を保証するIP68等級を達成するためにゴム製シールを組み込んでいます。
機能的デザイン
- シングル・コンプレッション・グランド: 非アーマーケーブル用に設計されたこのグランドは、単一のシーリングメカニズムでアウターシースを固定します。環境ストレスの少ない屋内設備でよく使用されます。
- ダブル・コンプレッション・グランド： アーマー用とインナーシース用の二重のシーリングポイントを特徴とするこのグランドは、危険区域のアーマー付きケーブルに必須です。ガス移行を防止し、高振動下での機械的保持を確実にします。
- バリア腺： 爆発性雰囲気(Ex d)用に認証されたバリアグランドは、樹脂コンパウンドを使用してケーブル挿入口を密閉し、火炎の伝播を防ぎます。IEC Zone 1/2エリアでは、ケーブルが特定のコンパクトさと充填剤の基準を満たさない限り、必須です。
- EMCグランド: 電磁両立性グランドは、アーマーまたは編組を接地することにより、干渉からケーブルをシールドします。シグナルインテグリティが最も重要なデータ伝送やテレコミュニケーションシステムにおいて重要です。
技術仕様と規制基準
IEC 60079-14:2024アップデート
2024年改訂版では、耐圧防爆構造のケーブル・エントリー・システムに対するより厳しい要件が導入された。主な変更点は以下の通り：
- バリアグランドの義務 ゾーン1における3メートルより短いケーブルの適用除外を撤廃し、ケーブルの長さに関係なくバリアグランドを義務付ける。
- 素材の互換性： グランドとエンクロージャーの材質を一致させることでガルバニック腐食を避けるための明確なガイドライン（例えば、ステンレス製エンクロージャーにはステンレス製グランド）。
- 試験プロトコル： 侵入保護(IP)等級に対するバリデーションの強化により、グランドとシールは統合されたシステムとしてテストされる必要があります。
NEC/CECコンプライアンス
- 短絡定格： グランドは、ケーブルアーマーの容量と同等の障害電流に耐える必要があり、通常UL 514B試験で検証される。
- 危険場所認定： クラスIディビジョン1エリア用のグランドは、UL 1203またはCSA C22.2 No.0.6の認証が必要で、防爆の完全性を保証します。
最適性能の選択基準
環境要因
腐食性雰囲気
石油化学プラントやオフショアプラットフォームでは、ステンレス鋼またはニッケルメッキされた真鍮製のグランドが必須である。H₂Sまたは塩化物による孔食に耐えるため、メッキの厚さは10µm以上でなければならない。
極端な気温
シリコンシールされたグランドは-60℃～+200℃に耐え、鋳物工場や極低温設備に適しています。120℃以上のプラスチックは変形の危険性があるため避けてください。
イングレス・プロテクション（IP）
- IP66/67： ほこりや一時的な水没に耐える、屋外用グランドの標準。
- IP68： ダブルシールのエラストマー設計を利用した、水中での恒久的な設置に必要。
ケーブル固有の考慮事項
- 装甲対非装甲： SWA (Steel Wire Armored)は、アーマークランプ付きダブルコンプレッショングランド(IEC 60079-14によるタイプE1W)を必要とする。非アーマードケーブルの場合、IP定格がエンクロージャに適合していれば、シースシール付きシングルコンプレッショングランド（タイプA2）で十分です。
- ケーブル径とコア数： 選定マトリックスは、ケーブル断面積（mm²）とコア数を相互参照し、グランドサイズを決定します。例えば、35mm²の4芯ケーブルには32mmのグランドが必要です。
インストールとメンテナンスの手順
ステップ・バイ・ステップのインストール
- ケーブルの準備： 外側のシースを端から50mm剥がし、アーマーと内側のベッドを露出させる。
- グランドの組み立て： グランドをケーブルに通し、アーマーがコンプレッション・ リングとボディの間にクランプされていることを確認する。
- シーリング： IP68準拠のため、シールに誘電性グリースを塗布する。グランドナットをメーカー仕様（通常25～30Nm）のトルクで締めます。
よくある落とし穴
- 締め付けすぎ： シースの変形を引き起こし、シールを損なう。グランドサイズに校正されたトルクレンチを使用する。
- 素材のミスマッチ： アルミニウム製エンクロージャの真鍮グランドは、ガルバニック腐食を促進します。誘電体スペーサーまたは適合する材料を使用してください。
産業用途とケーススタディ
石油・ガスプラットフォーム
ステンレススチールダブルコンプレッショングランド（Ex d認証）は、ゾーン1の坑口へのガスの侵入を防ぎます。11kVのSWAケーブルをエポキシ樹脂でシールするバリアグランド。
データセンター
360°シールド付きEMCグランドは、Cat6Aの設置においてシグナルインテグリティを維持します。ナイロングランド（IP66）は、光ファイバーを高床に通し、電力線からのEMIを回避します。
新たなトレンドとイノベーション
スマート・グランド
ひずみセンサーと水分検出器を備えたIoT対応グランドは、SCADAシステムにリアルタイムでデータを送信し、予知保全を可能にする。
環境に優しい素材
RoHS3に準拠した生分解性ナイロングランドは、埋立廃棄物を削減します。リサイクルステンレススチールバリアントは、生産時にCO₂排出量を40%削減。
結論
適切なケーブルグランドを選択するには、環境条件、規制義務、ケーブル特性を系統的に評価する必要がある。IECとNEC規格の進化は、危険区域におけるバリアグランドと材料適合性の重要性を強調しています。スマートモニタリングと持続可能な材料における将来の進歩は、世界的な脱炭素化の目標に沿いながら、信頼性の向上を約束します。エンジニアは、初期支出よりもライフサイクルコスト分析を優先し、耐久性と環境回復力のバランスが取れたグランドを選ぶ必要があります。
