Installation of Transducer
8.1 Probe 설치상의 문제점 (Considerations in Probe Installation)
8.2 변환기와 Probe 설치 (Installation of Transducer Hardware & Probe Installation)
8.3 설치상 고려사항과 실예 (Installation Considerations & Practices)
8.4 특별한 고려사항 (Special Considerations)
8.5 일반적인 Probe 설치상의 오류 (Common Probe Installation Errors)
8.6 신호 케이블 (Signal Cable)
1-13-8-1 Probe 설치상의 문제점
Considerations in Probe Installation
일반 전자기기와 마찬가지로 Proximity 변환기도 제대로 설치되어야만 정확하게 동작된다. Probe 설치 상 발생하는 가장 공통적인 문제점은 다음과 같다.
8.1.1 淚話 (Crosstalk)
두 Probe가 너무 근접하여 설치되면 RF(Radio Frequency)가 서로 간섭을 한다. Probe의 RF 신호는 동일하지 않으며, 서로 섞이면 다른 주파수가 발생된다. 이렇게 생성된 주파수는 보통 진동에 대한 주파수 범위내의 주파수이므로 정지한 피측정체(Target)가 진동하는 것과 같이 나타나게 된다. Probe간의 최소 이격 거리는 1.6인치이다.
8.1.2 側面 空間 (Side View)
Probe Tip 주위의 측면 공간이 충분하지 못하면 그 부분의 도전성 재질에서 와전류가 발생한다. 이 와전류는 Target에서 발생하는 것과 합쳐져 다른 결과를 가져온다. 최소한의 설치장소는 8 ㎜ Probe에서 17.8 ㎜(0.7 inch)이어야 한다.
8.1.3 Target의 크기 (Target Size)
Target의 크기는 Probe 전면에서 방사되는 RF가 전부 접촉될 수 있도록 충분해야 한다. 8 ㎜ Probe에 대한 최소 감지 지름은 20 ㎜이다(Tip 직경의 2.5배 이상). Target 면적이 규정치 보다 적은 경우, 선형성과 RF에의 영향은 생성되는 와전류의 양에 따라 변한다.
1-13-8-2 변환기와 Probe 설치
Installation of Transducer Hardware & Probe Installation
Proximity Probe 설치장소는 해당 부위의 진동의 특성과 효과적인 기계 상태의 정보 전달 상태 등을 고려하여 신중히 선택하여야 한다.
8.2.1 一般的인 考慮事項 (General Considerations)
관측될 표면은 긁힌 자국, 녹, 부식, 비원형 쇠사슬 자국 등과 같은 불규칙한 부분이 없어야 한다. 불규칙한 부분은 축의 위치가 변하지 않아도 Probe 간극에 변동을 주어 신호에 오차를 발생시키고, 변환기의 정확도를 제한한다. 축 재질도 고려해야 한다. Proximitor는 대부분 축의 Steel 합금에는 비슷한 반응을 갖는다. 그러나, 어떤 재질에는 고유저항 값이 다른 표면 부분이 있다. 이것 역시 Proximitor 출력에 잡음을 유발시킨다. 크롬도금, Metalizing같은 금속 표면처리는 Probe의 와전류가 축의 모재(母材)까지 침투할 수 있을 만큼 얇기 때문에 축과 표면처리 사이의 거친 경계면은 물론 두 개의 다른 고유 저항의 영향에 유의하여야 한다. 따라서 축재질의 성질과 표면처리에 관한 자료는 잘 보관하고, 현장에서 Probe를 설치하기 전에 참고해야만 한다.
Probe Field가 회전 축의 움직임만을 관측하도록 하기 위해 충분한 공간을 갖도록 Probe Tip을 설치해야 한다. 적절한 측면 공간은 2×가 확보되어야 한다(7200 계열 5 ㎜ Probe의 경우 3×). Probe는 Rotor, Fillets, Collars, Lathe Center(Axial Probe용)와 같은 곳에 있는 직격이 돌변하는 위치(Step부)는 피해야 한다. Probe는 회전 축의 축 방향이나 반경방향 위치 변화나 열팽창으로 인해 Probe가 불규칙한 표면을 관측하거나 측면 공극에 간섭을 일으키는 장소에는 설치하지 않도록 한다. Probe는 석유 화학제품 및 pH가 4～10까지의 물질에 견딜 수 있다. pH4 이하의 강산 pH10 이상의 염기와 일부 유기솔벤트는 Probe를 손상시킬 수 있다. 열악한 화학적 환경에서 동작하는 특수 Probe도 있다. Probe의 설치장소 주변이 고온인 기계에서는 Probe의 Lead선이나 연장케이블은 350 ℉(176.7 ℃)를 초과하지 않는 다른 지역이나 윤활유 배관 속으로 포설할 필요가 있으며 가스터빈의 배기단이 이러한 일반적인 경우에 해당한다. Probe 사이의 누화를 방지하기 위해서 서로 충분히 격리시켜야 한다 (그림 13-4 참조).
그림 13-4 누화방지를 위한 격리
3000 계열 Probe는 최소 1.0인치를 격리시켜야 하며, 7200 계열은 1.6인치를 격리시켜야 한다. BNC Probe는 1000/4000 계열 탄소강과 회전기계에서 일반적으로 사용되는 대부분의 자철(磁鐵)에 대해 동작되도록 설계되었다.
주 : Proximity 변환기는 도전성 금속에 대해 동작하도록 공급될 수 있다. 관측될 금속이 1000/4000 계열 탄소강이 아닌 경우, 변환기는 특별한 교정이 필요하므로 제작사(Bently Nevada)에 문의하도록 한다.
8.2.2 特定 考慮事項 (Specific Considerations)
아래 내용은 API 670을 기준으로 하였다.
(1) 반경 방향의 진동 (Radial Vibration)
기계열에서 각 면에서 측정된 측정값의 비교를 간단히 하고 Single Plane 움직임으로부터 보호를 강화하기 위해 동일한 반경 방향위치에 X-Y Probe를 반경 방향으로 설치하는 것이 좋다. 그림 13-5와 같이 축의 진동이 나타나지 않는 마디점(Nodal Point)에서 진동이 없거나 또는 매우 작은 부분, Nodal Point, 통상 2점)을 피하여 Radial 베어링 근처에 설치한다(Bearing 끝에서 6인치 이내). 완전 정상인 기계는 Mode Shape 때문에 베어링으로부터 일정 거리를 두고 측정할 때 높은 진동을 나타낼 수도 있다.
주의 : 기계 로터의 운전 수명 기간 중 마디점의 위치가 변하기도 한다. 시간이 경과되면서 진동 준위가 감소한다면 마디점이 Probe가 있는 방향으로 움직였을 가능성이 있다. 마디점의 위치를 확인하고, 이에 따라 Probe 위치의 재 설정을 고려해야만 한다. 일반적으로 마디점은 진동을 증가시키면 밖으로 이동한다. 베어링으로부터 떨어져 설치한 다른 Probe가 있다면 이는 순간적인 최대 움직임을 나타내는 회전 축의 Mode Shape에 대한 정보를 제공한다.
그림 13-5 Proximity Probe의 설치
(2) 축 방향 위치[Axial(Thrust) Position]
Axial Probe는 그림 13-6과 같이 Thrust 베어링으로부터 12인치 이내에 설치한다. Probe를 이보다 더 이격 시켜 설치하면 Thrust 보호와 무관한 열팽창이나 그 밖의 변동이 축의 위치 상태에 관한 그릇된 정보를 줄 수도 있다. 이중 선택 배열(Dual Voting)로 두 개의 Axial Probe가 사용될 때, 적어도 하나는 일체로 제작된 부분인 표면을 측정해야 한다. 운전 시 움직임이 없는 기계 하부(Pedestal)에 별개로 제작한 Bracket을 설치하여 이 각각의 Bracket에 Probe를 설치하는 것이 Bracket의 문제로 인한 잘못된 기계 Trip을 방지할 수 있다. Thrust Collar가 로터에서 이완된 경우, 그 Collar를 측정하는 Axial Probe는 더 이상 로터의 실제 움직임을 측정치 못한다. 대부분의 터빈은 Probe가 증기입력부 축 끝에, Thrust Collar의 안쪽이나 바깥쪽에 설치할 것을 요구한다.
그림 13-6 Axial Probe의 설치
(3) Keyphasor
Keyphasor Probe는 축 방향이 아닌, 반경방향으로 설치한다. 그러나 때로는 축 방향의 움직임(열에 의한 축 팽창)으로 인하여 Probe가 바라보는 홈이나 돌출 부분을 벗어나 Proximitor 출력에 적절한 Keyphasor 펄스의 진폭이 발생되지 않는 결과를 가져오기도 한다. Probe는 큰 전압펄스를 생성하기 위하여 충분한 크기의 Notch나 Projection을 관측한다. Bently Nevada는 Proximity Probe가 4140 재질의 Notch와 Projection(길이는 두 Probe Tip의 직경 이상, 깊이는 0.06인치 이상, 폭은 Probe Tip 직경의 1.5배 이상)을 관측하도록 권장한다. 이 때 Pulse는 최소 5 VP-P이어야 한다. Keyphasor Probe는 일반적으로 기계열의 구동부(Driver)에 설치하는데 구동부가 부하에 연결되지 않은 상태에서도 구동될 수 있도록 한다. 감속기가 있는 기계의 경우 각 부분별로 동일 속도를 가진 축에 하나씩의 Keyphasor를 설치한다. 한 예로 속도를 증가시키거나 감소시키는 기어가 사용될 경우에는 기어 Box 1차측과 2차측에 각각 하나씩 모두 두 개의 Keyphasor를 설치한다.
(4) 편심 위치 (Eccentricity Position)
반경방향 베어링에 설치된 원주방향 진동측정 Probe는 진동 데이터 수집과 동시에 편심 위치(Radial 베어링내에서의 축의 평균위치)에 대한 정보를 취득할 수 있다. Probe가 반경방향 베어링으로부터 떨어져 설치될 경우의 결과는 다소 정확치 않은 편심 정보일 수 있으므로 주의해야 하는데, 이는 열팽창과 축 Mode Shape에 의해 영향을 받을 수 있다.
(5) Eccentricity Slowroll (Shaft Bow Measurement-축 휨 측정)
베어링으로부터 이격 시켜 설치한 한 개의 Probe로 편심의 Peak-to-Peak Slowroll 측정(Shaft Thermal or Permanent Bow)을 위한 보다 큰 휨을 관측하도록 권장한다. 반경 방향 진동 Probe가 축의 휨에 의해 생성되는 마디점 근처에 있지 않고, 휨의 충분한 크기의 진폭이 기계열를 따라 옆면에서 관측될 수 있다면 축의 상대적인 원주방향 진동 Probe를 활용함으로써 휨에 대해 나타낼 수 있다.
1-13-8-3 설치상 고려사항과 실예
Installation Considerations & Practices
Probe는 기계적인 신호를 전기적인 신호로 변환해 주는 도구로서, 이들을 취급하거나 설치할 때 상당한 주의가 필요하다. 이 장에서 요약한 설치 시 고려되어야 할 사항들은 반경방향과 축 방향으로 설치된 Probe에 적용된다. 이 사항은 수 년 동안 Probe를 설치하면서 얻은 경험을 기초로 제안한 것이다. Probe를 설치하기 전에 나사산을 파 놓은 구멍의 이물질 유무, 나사산의 청결 상태 및 양호한 상태를 확인토록 한다. 의혹이 생기는 경우, 적절한 Tap을 사용하여 나사산을 청소한다. Probe를 나사산을 따라 설치대에 장착할 때 Lead선이 Probe와 외함 사이에서 꼬이는 것을 방지하기 위해 풀린 상태에서 설치해야 한다. Probe가 거의 선형성 범위에 도달할 때까지 연장 케이블에 연결(전압 측정을 위해)할 필요가 없도록 Probe 나사산에 표시를 해야한다. Probe가 측면도 감시하기 때문에 측정되는 표면을 제외하고 Probe 정면 Tip 직경의 약 1/2(7200 계열 5 ㎜ Probe경우는 1배)거리 내에는 금속체가 없어야 한다. Probe Tip에 대한 적절한 측면 공간을 확보하기 위해 Counterboring, 경사면으로 모서리를 깎는(Chamfering) 등의 방법이 필요할 것이다. Probe와 관측될 표면사이에 요구되는 간극이 얻어질 때까지 Probe를 해당 설치대 안으로 끼워 넣는다. 그 간극은 기계적으로 Feeler Gauge를 사용하여 측정된다. 간극은 Probe를 연장 케이블과 Proximitor에 연결하고 지시되는 변환기 출력 전압을 관찰하면 전기적으로 더 정확히 측정할 수 있다. 이 전압을 Probe 교정 곡선에 서로 대조하여 간극이 결정된다. 간극을 물리적으로 측정할 수 없는 경우에는 간극을 측정하기 위해 전기적인 측정 기술이 사용될 수 있다.
주의 : Probe Tip을 끼워 넣을 때, Probe Tip이 주위의 나사산이 있는 설치대를 감지하는 동안에는 변환기의 출력 전압이 낮게 유지된다. Probe Tip이 나사산이 있는 설치대를 지나고 나면 변환기의 출력 전압은 보다 큰 값으로 증가할 것이다. 그러나 Tip이 더 들어가 관측할 표면에 접근하면 변환기의 출력은 교정 곡선상에 보여준 것과 같이 감소하게 된다. 3000 계열 Probe는 축 표면에 접촉하기 전에 10～30 mils(0.25～0.8 ㎜)에서 0 V이고, 7200 계열 Probe는 10 mils(0.25 ㎜)이하에서 1 V가 나타난다.
주의 : Probe Tip의 손상 방지를 위해 회전하는 축에 직접 닿지 않도록 해야 한다. Probe Tip이 축에 접촉되면 적절한 Probe 간극 전압이 나올 때까지 빼낸다. Probe를 고정용 너트나 동일 기능의 기구로 정 위치 시키며 ¼～28 나사산에 대해서는 6 ft-1b, ⅜～24 나사산에는 25 ft-1b이상의 힘을 가하지 않도록 한다.
주의 : 이 절차서는 Keyphasor Probe가 아닌 진동 Probe에 대한 권고 사항이다. Keyphasor Probe를 설치하기 위해서는 먼저 기계 축을 정지하고, Probe가 바라보는 축 표면이 Notch나 Projection에 위치하지 않도록 하여야 한다. Thrust Probe를 설치할 경우는 먼저 Thrust Bearing 내의 간극을 알고, 기계가 운전되지 않는 상태에서 축의 위치를 확인한 후 Probe의 설치(Gap set-up)가 이루어져야 한다.
1-13-8-4 특별한 고려사항
Special Considerations
8.4.1 外部 Probe 裝着 (External Probe Mounting)
기계에 적용되는 기본 Probe 장착장치를 사용하여 Probe를 기계 외함이나 베어링 덮개를 관통해서 장착하는 것이 대체로 유리하다. 이러한 장착형식의 이점은 기계를 분해하지 않고, 기계가 운전중인 상태에서 Probe를 제거, 교체, 간극의 재조정이 가능하다는 것이다. 기계의 내부에는 연결부나 Lead선이 없다. 표준 Probe와 연장 케이블을 갖춘 영구히 설치된 슬리브는 설치 위치에 따라 요구되는 Probe의 길이 문제를 해결하는데 도움을 준다. 외함이나 하우징을 관통하여 Probe를 설치하는 것이 불가능하거나 바람직하지 않을 때는 기계 내부에 Probe를 장착하는 것이 바람직하며 이런 경우 필요한 Bracket을 설계하여야 한다. Bracket은 진동이 발생되지 않을 정도로 충분히 견고해야 하며 일반적으로 짧고 두껍게 제작한다. Bracket이 베어링 구조물에 단단히 장착하도록 설계할 수 없을 때 해당 Bracket의 공진 주파수와 진폭에 대해 현장에서 점검하여야만 한다. 설치대내의 Bracket을 가볍게 두드리고 Proximitor 주파수 출력을 오실로스코프로 관찰한다. Bracket의 공진 주파수는 적어도 관측되는 기계의 회전수의 10배가 되어야만 한다. 이 자료는 영구 설치 자료철에 포함시킨다. 그림 13-7은 Bracket의 정상 설치와 비정상 설치형태를 보여준다.
정상적인 설치 / 비정상적인 설치
그림 13-7 Bracket의 설치
주의 : 강대(Armoring) 케이블이 Probe의 Lead 선과 연장 케이블로 사용 가능하다. 모든 노출된 케이블과 Lead 선은 강대 케이블이거나 Conduit로 보호되어야 한다. 강대를 사용하면 물, 기름이나 가스를 차단하지는 못하지만, 케이블의 물리적인 손상 방지에는 효과가 크다. 강대 케이블을 사용할 경우, 강대는 단자함에서 연결하고, 풀 때 여유를 주기 위해서 케이블보다 짧아야 한다. 위에서 설명한 바와 같이 기계 외함을 관통하거나 견고한 Bracket에 Probe를 설치하는 것이 항상 유리하다. 그러나 기계 내부에 Probe를 설치해야 한다면 Probe를 견고하게 장착하고, 간극을 설정하는 데 주의를 기울여야 한다. 다만 Probe를 기계 내부에 설치한 경우, 기계를 분리하지 않고 조정하기가 곤란하다. Probe Lead선은 기계 내부에서의 연결부위가 없이 기계 외함 외부의 단자함에 도달할 수 있도록 충분히 길어야 한다. 이렇게 함으로써 연장 케이블을 설치하기 쉽고, 계통 정비 시 시험장비의 연결점을 마련해 준다. 내부에 설치된 Probe는 Lead 선을 위해 기계 외함을 관통하는 출구가 필요하다. 이 출구를 통한 누유를 막아야 한다. Probe에서 Proximitor 사이의 연장 케이블이 1000psi의 차압이 있는 기계 외함을 관통해야 할 경우에는 고압 Feedthrough를 사용해야만 한다.
주 : 케이블 밀봉과 고압 Feedthrough는 다르다. 케이블 밀봉은 압력등급이 없다. 그림 13-8은 케이블 연결 보호용 단자함과 이중 95 ohm 고압 Feedthroughs를 사용하여 설치된 내부 Probe의 예를 보여준다. 이러한 고압 Feedthroughs는 Bently Nevada에서 공급할 수 있다.
그림 13-8 Feedthrough를 사용한 내부 Probe 설치의 예
변환기 케이블을 베어링 덮개를 관통하여 경로를 취할 때는 커플링의 아래쪽 부분을 통과하도록 해야한다. 이렇게 함으로써 뚜껑을 열 때 케이블의 손상을 피할 수 있다. 케이블은 잔여 유면보다 높은 곳에 있어야 한다.
주의 : Probe Lead 선은 Probe와 연장 케이블의 연결이 기계 외함 밖에서 이루어지도록 충분히 길어야 한다. 또한, 연결부에 대한 보호가 필요하다. 연결부는 방수가 되지 않으므로 오염이나 나사의 이완에 대한 보완이 필요하다. Probe Lead 선이 연장 케이블에 연결된 후 연결부는 테프론 테이프로 감고 열수축 튜브로 덮거나, RTV나 초산염이 없는 밀봉제로 피막을 성형한다. 가끔 인입 전선 도관이나 기계로부터 누출에 의한 기름이나 가스를 방지하기 위해 Probe나 연장 케이블 주위를 밀봉할 필요가 있다. 케이블이 일부 Gland Seal로부터 가해지는 고압에 견디지 못하고 Cold Flow 및 테프론 재질로 절연이 되어 있기 때문에 이 밀봉은 특수한 문제이다. 만약 밀봉부분의 차압이 대기압 이하면 Bently Nevada 케이블 씰이나 Duct Seal Putty를 사용할 수 있다. 만약 차압이 대기압보다 높으면 특수 Probe나 연장 케이블을 사용해야 한다. 기계 내부에서 Probe Lead 선은 반풍(伴風)과 기체역학이나 유체 역학적 힘으로 인해 주위에 감기는 것을 방지하기 위해 단단히 묶어 놓아야 한다. 기계 외함의 끝이나 옆에 Lead선을 고정시키는 케이블 Bracket이 필요하다. 그림 13-9와 같이 Lead선 주위를 직경 2.05 ㎜의 피복선으로 Loop를 만들고 터미널에 눌러 고정시킨 환형 고리(Ring Tongue)를 이용함으로써 Lead선을 완전하게 설치할 수 있다. 그 다음 단자귀(Terminal Lug)는 나사와 Lock Washer로 케이스에 장착할 수 있다.
그림 13-9 Probe Lead선 고정
1-13-8-5 일반적인 Probe 설치상의 오류
Common Probe Installation Errors
(1) Probe 설치를 위해 측정한 여러 정보들을 가지고 있다는 것만으로는 설치를 정확히 할 수 있다고 보장하기에는 불충분하다.
(2) 케이스의 구멍이 Probe 전면을 축 중심선의 한쪽에서 너무 떨어지게 하는 각도로 뚫려 교정되지 않은 경우에는 비정상적인 낮은 Peak-to-Peak 값이 검출될 수 있다. 이러한 경우에는 Probe와 설치대를 재 설계, 또는 재 설치해야 한다.
(3) Probe가 크롬도금, 커플링 Hub나 Shrunk-on Collar 위에 설치되면 불규칙한 값을 나타낸다.
(4) 축 방향 위치 Probe가 Thrust 베어링에 대해 회전 축의 반대쪽에 설치될 때 Thrust 베어링의 상태와 관계없는 매우 높은 Thrust Position 변동이 일어난다.
(5) Probe가 Bracket이나 하우징에 설치되고 구멍을 통하여 연장되지 않을 때 비정상적인 “OK”를 지시한다. 이는 Probe가 축을 관측하지 않는 상태에서도 관측하고 있는 것으로 나타내므로 매우 위험한 상황이다.
(6) Probe를 설치한 Bracket이 충분히 견고하지 않으면 감시하고자 하는 주파수 범위에서 공진과 높은 진폭을 나타낸다. 측정된 진동 값이 보호용으로 사용하기에는 의미가 없다. 실제 축 진동은 지시치 보다 높거나 낮을 것이다.
(7) 작은 Probe 몸체에 붙인 전선관은 Probe에 과도한 응력 변형을 준다. 이로 인해 Lead 선이나 Probe가 파손된다.
(8) “선형성 범위가 80 mils”이기 때문에 Probe 간극을 50 mils로 한다. 이 선형성 범위는 0으로부터 시작하지 않고, 실제로는 10～20mils에서 시작하며 이점부터 80mils의 선형성 범위가 추가되는 것이다. 이는 3300 계열 Probe의 예이다.
(9) Probe Lead선과 연장 케이블에 대한 기계적인 보호가 미흡하면 기계주위에서 정상 작업중 이들의 손상을 초래한다.
(10) Probe 케이블 Conduit의 기름에 대한 밀봉상태가 미흡하면 Proximitor 하우징에 윤활유가 유입된다.
(11) Lead 선이 있는 Probe를 나사못으로 조이면 리드선이 파손될 수 있다. Probe는 항구적으로 연장 케이블에 연결되어 있어 출력전압을 지침으로 사용하여 간극을 설정할 수 있지만, 케이블이 꼬이는 부담을 주기도 하고, 전선의 파손을 일으키기도 한다. 케이블 접속기는 주기적으로 분리하여 케이블의 꼬인 힘을 풀어 주어야 한다.
주의 : 접속기는 오염 상태를 점검하여 순수한 솔벤트로 닦고 압축공기로 말려서 접속시켜야 한다.
(12) 특정형식의 Proximitor나 특정 Probe Lead 길이에 대해 Probe 연장 케이블의 길이가 부적합하면 측정값이 항상 부정확하게 나타난다.
(13) 많은 Probe 케이블이 색인 없이 공통 Conduit에 수용되면 Probe와 Proximitor가 서로 바뀔 수 있다.
(14) 내부 Probe의 Lead 선이 묶여있지 않으면 공기역학적 힘에 의해 Lead선이 손상될 수 있다.
1-13-8-6 신호케이블
Signal Cable
현장 케이블이란 Probe와 Proximitor간의 연장 케이블(Extension Cable)과 Proximitor와 Monitor간의 신호 케이블(차폐 케이블)을 말한다.
8.6.1 延長 케이블 (Extension Cable)
주문 양식에서 변환기에 연결된 변환기 케이블 길이에 관한 정보를 얻을 수 있다. 변환기에 케이블이 접속되어 있으므로 이 케이블 길이가 Proximitor에 도달되고 연결이 가능하면 연장 케이블은 불필요하다. 그러나, 변환기 케이블이 짧으면 연장 케이블이 필요하다. Proximity 변환기의 동작원리에서 설명한 바와 같이 Proximitor에서 RF 신호를 발생하는데, 그 주파수가 Proximitor로부터 변환기까지의 거리에 의해 결정되므로 Proximitor의 종류에 따라 케이블의 길이가 결정된다.
※ 변환기에 연결된 케이블로 Proximitor에 연결하는 것이 바람직하므로 변환기를 선정할 때 Proximitor에서 요구되는 전기적 길이를 충족하도록 해야한다.
※ Proximitor 발진기에서 발생하는 RF 신호는 변환기 코일의 L값과 케이블의 C값에 의하여 결정되므로, 현장 케이블이 여유가 있어 Proximitor Box내에서 감아둘 경우 C값 변화하여 RF 주파수에 영향을 줌으로써 변환기 성능에 지장을 초래한다. 이 경우 Proximitor Box의 위치를 변경시켜주어야 한다.
8.6.2 現場 케이블 (Field Cable)
Proximitor로부터 Monitor간의 신호 케이블은 3 Wire 차폐 케이블로서 Drain Wire가 있는 100% Aluminium Mylar 차폐선이고, 심선은 1.024 ㎜～0.643 ㎜(18～22 Gage)의 Twist선이어야 한다.
8.6.3 現場 케이블의 遮蔽線 接地 [Guidelines for Grounding(Earth)]
(1) 一般 基準 (General Review)
과거에는 계통 접지를 각 Proximitor에서 취하는 것이 기본 관례였다. Proximitor 외함이 내부에서 Common단자에 연결되었고, 장착용 Plate가 전기적으로 하우징과 연결되어 있으며, 이 하우징은 대개 대지에 접지되어 있었기 때문에 특별히 규정짓지 않으면 Proximitor는 자동적으로 주 접지망에 접속된다. 지주에 설치되었거나 현장에 Monitor를 장착한 일체형의 기계열 같은 소규모의 계통이나 유효 전위 균등화 케이블이 사용된 공장에서는 대체로 Proximitor에 접지시키는 것으로 충분하다. 그러나, 감시되는 기계사이의 거리가 먼 대규모의 감시계통에서는 Ground Loop 문제가 발생될 수 있다.
회로상으로 멀리 떨어져 있는 두 점에서 서로 다른 접지점에 연결될 때, 이들 사이에 Ground Loop가 발생되어 두 지점간에 전위차가 생기면 이 Loop에 전류가 흐르게 된다. 서로 다른 기계에서 접지간에 상당한 전위차가 존재하는 경우가 많으며 이러한 경우, 계통의 Common인 도체가 전위를 동일하게 하는 역할을 한다. 즉, Equalizing 전류가 흐르게 된다. 이 Common 도체의 저항을 통하여 흐르는 Equalizing 전류는 신호전압에 부가되어 Monitor에서 잡음으로 나타나는 전압을 유기시킨다. 그림 13-10은 Ground Loop의 일례와 등가회로이며, 발생되는 잡음을 나타내는 방정식도 표시되어 있다. 예를 들어, 접지간 전위차가 2 VP-P(0.7 V RMS)이고 Proximitor와 Monitor사이의 케이블 길이가 각 채널에 대해 동일한 경우 200 mV/mil 입력의 진동 Monitor에서 순수하게 Ground Loop로 인해 발생되는 신호는 5 mil P-P이다. 또 다른 전위상의 문제는 Monitor Signal Common Test Point가 패널이나 제어실 접지 전위에 비해 높은 경우이다. 이러한 전위차는 접지된 시험장비를 사용할 경우 심각한 전기적인 문제를 야기시킨다. Monitor나 절연시킨 별도의 접지막대(Safety Barrier Earth Ground Bus Bar)에서의 일점 접지가 일반적으로 이러한 문제점을 제거해 준다. 그림 13-11은 이러한 문제점이 제거되는 원리를 보여주는 등가회로이다.
주의 : Monitoring 계통을 접지시키지 않고 “Float” 상태로 두면 전기 충격의 위험이 있으므로 계통을 접지시키는 것이 좋다.
그림 13-10 Ground Loop의 예
그림 13-11 일점 접지에 의한 Ground LO Loop 제거
(2) 施工 (Implementation)
(가) Proximity Probes
일점 접지를 쉽게 하기 위하여 Bently Nevada의 모든 표준형 전천후, 방폭형 Proximitor 하우징은 Proximitor와 절연되어 있다. Proximitor를 접지 할 경우에는 Proximitor에서 Phenolic Isolating Washer를 제거한다. 하우징과 같이 공급된 Proximitor Isolation Kit만 필요할 때는 Catalog No. 19094-01로 분리해서 공급할 수 있다. 그림 13-12에 3300, 7200과 9000 계열 Monitor에 대하여 일점 접지와 최대 잡음 내성을 갖는 데 필요한 현장 결선방법을 도시했다.
그림 13-12 일반적인 접지 시공
그림에 도시한 바와 같이 동축 케이블 접속기는 접지(Probe 하우징, Conduit, 기계 Case등)와 전기적으로 절연되어야 하고 케이블 외피에 구멍이 없음을 확인해야 한다. 왜냐하면, 접속기와 차폐층은 계통의 공통 전위이고, 접지에 접촉되면 다중 접지가 되기 때문이다. 케이블 차폐층은 Common이 접지에 연결된 동일 단자에 연결되어야만 하며, 반대측 단말은 Floating시켜야 한다. Monitor와 변환기사이에는 각 변환기마다 하나의 차폐 케이블이 필요하다. 구형의 선택적인 절연기술을 개선하여 새롭게 마련된 Proximitor를 절연하는 방법은 한 가지 부가적 이점이 있다. 각각의 절연판이 원래의 안전 계통에서의 전위가 비정상적으로 달라질 수 있는 조건을 배제시킨다. 예전의 절연 설계는 각 Proximitor간이나 하우징내의 Interface Module간의 전도성 경로를 제거하지 않았다. 이러한 경우, 배선 결함(예를 들어, 6개 신호의 공통점 중 5개가 연결되지 않은 상태)이 나머지 도체에 과도한 전력 회송 전류를 유발시켰다. 새로운 설계에서는 이러한 가능성을 배제시켰다. 일점 접지계통에서 그림 13-10의 전압 준위가 여전히 존재함을 주지해야 한다. 그러나 이제 이 전위차는 Proximitor Common(내부적으로 Case와 연결되어 있음)과 Proximitor 하우징(Proximitor Common은 현재 계측기 Rack의 접지 전위와 같음)사이에 존재한다. 이는 본래의 안전계통에서는 허용될 수 없는 것이다. 이 문제는 기계들과 주 접지(Central Ground)사이의 전위 균등화 케이블에 의해 제거된다.
(나) 열전대
Bently Nevada의 감시계통에는 비접지형 열전대를 사용하는 것이 바람직하다. Bently Nevada의 7200과 9000 계열의 열전대 Monitor는 High Common Mode Rejection 기능을 갖춘 차동입력(差動人力)으로 되어 있지만, 계측기 Rack의 접지와 접지된 열전대의 Tip간에 10 VP-P 이상의 Common Mode 전압이 존재하면 입력 회로가 과부하 상태가 된다. 3300 열전대 Monitor는 Common Mode의 큰 Ripple이나 잡음의 영향을 확실히 배제하기 위해 250 Vdc까지 전기적으로 절연(Galvanic Isolation)되어 있다. 그림 13-13에 접지형, 비접지형 열전대 계통에 대한 전형적인 현장 결선 방법을 도시하였다.
그림 13-13 열전대 입력에 대한 접지 시공
(다) 속도 변환기
그림 13-14는 속도 Probe에 대한 전형적인 현장 결선 배열을 보여주고 있다. Monitor단에서만 케이블의 차폐층을 접지시켜 일점 접지한다. 속도/변위 변환기(Velocity-to-Displacement Converter ; VDC)나 Velocity Interface Module을 사용할 경우의 일점 접지는 그림 13-12와 같이 시행한다.
그림 13-14 속도변환기 입력에 대한 접지 시공
(라) 가속도계(Accelerometer)
가속도계에 기초한 Monitor 계통의 일점 접지는 그림 13-12와 같은 방법으로 구성된다. Accelerometer Interface Module은 19094-01 절연 기구(Isolation Kit)나 이와 유사한 것을 사용하여 접지와 절연시킨다.
8.6.4 RTD
RTD를 사용한 일점 접지계통은 그림 13-15와 같이 연결하여 구성한다.
그림 13-15 RTD 입력에 대한 접지 시공
8.6.5 Connector의 設置 (Installation of Connectors) – 50/95Ω 케이블용
(1) 필요한 길이만큼 정확하게 절단한다. 기존 케이블의 접속기만 교체하는 경우에는 기존 케이블의 길이 변동이 최소가 되도록 해야한다.
(2) 케이블의 Plug(수놈 접속기)의 경우, Retaining Nut와 Ferrule을 케이블 끝에 끼워 넣는다. 이 때 조립 순서에 주의해야 한다 (그림 13-16 참조). 수신부(암놈 접속기)의 경우 – Ferrule만 케이블 끝에 끼워 넣는다.
그림 13-16 Ferrule 조립 순서
(3) 주의 : 케이블 외피를 벗길 때 편조된 차폐선이나 중심도체의 심선을 절단하거나 손상을 입히지 않도록 한다. 50Ω과 95Ω 케이블에 대해서는 그림 13-17(a)와 (b)에 보인 것과 같은 규격으로 케이블 끝을 벗긴다.
그림 13-17 케이블 외피 제거 기준
(4) 차폐층의 편조형태를 손상시키지 않고 약 45°각도로 차폐선을 나팔꽃 형태로 만든다. 이렇게 만드는 작업은 내부 절연체를 제거하기 전에 해야한다.
(5) 다음 단계에서 설치될 슬리브가 차폐선에 걸리지 않고 나팔꽃 모양속으로 들어갈 것인가를 확인하기 위해 나팔꽃 모양으로 된 차폐선을 검사한다. 심선을 끝이 단단하도록 꼬아 준다. 심선이나 차폐층의 손상 여부를 확인하기 위해 케이블을 검사한다.
(6) 케이블의 절연체 위로 Plug나 접속기를 밀어 넣는다. 모든 심선을 플러그나 접속기 안으로 삽입시키기 위해 이들을 살며시 돌려준다. 모든 차폐선은 슬리브 외부에 있어야 한다. 슬리브를 케이블 절연체 너머로 충분히 밀어낸다. 여분의 차폐선들은 슬리브 너머로 나팔꽃 모양으로 될 것이다.
(7) Ferrule을 망 구조의 차폐선과 접속기 Plug 너머로 밀어넣어 Ferrule이 여분의 차폐선을 슬리브 끝에서 단단히 누르도록 한다.
(8) Crimping 하기전에 (7)의 단계에서 Ferrule과 슬리브가 정확하게 조립되었는가 확인한다. Crimping 공구의 Die에 접속기 몸체를 놓는다. 정렬이 잘 되도록 부품을 조심스럽게 놓고 Die를 닫을 동안 제자리에서 움직이지 않도록 한다. Crimping Die의 윗부분 중앙접점이 Die가 닫길 때 윗 부분 Crimping 구멍으로 들어가는지 확인한다.
(9) Plug나 Receptacle을 지지하고, Ferrule 외경 둘레의 여분의 차폐선들은 조심스럽게 제거한다. 빠져나온 선들이 접속기 나사에 끼어있을 것이다.
(10) Crimping 구멍에 Dow-Corning 3140 RTV Sealant를 약간 넣는다. 여분의 Sealant를 닦아낸다. 여분의 RTV가 연결기로 들어가지 않았는지 확인한다. 이는 접속불량을 유발한다.