댐 계측 기기

[최현기]

1. 토압계 (Earth Pressure Meter)

1.1 설치목적

댐체 내부에 설치되어 댐 축조기간 및 완료 후에 자중에 의한 응력과 수압에 의한 수직, 수평응력의 증가를 측정하기 위하여 댐 축조기간 중에 설치한다.

1.2 작동원리

압력셀에 적용되는 압력은 압력셀에 변위가 발생되어 wire의 인장력(tension)과 공진 진동수에 변 화를 일으키게 된다.
측정기는 실제로 현을 잡아당기는 coil장치에 전기적 파형을 공급하여 공진 진동수에서 진동이 일어나게 한다.
coil/자기 장치는 측정기에 의해 감지된 coil에서의 교류 전류를 유도하는 자기장을 통과하여 현의 진동만큼 반사적으로 작동한다.

1.3 기기사양

형 식	진동현식
측정범위	0 ∼ 20 Kg/cm2
토압측정 감지 Cell의 직경	지름 200 mm 이상
최소측정치	0.02 Kg/cm2
작동온도	영하 25℃ - 영상 60℃
초과수압 허용치	150% Full Scale 또는 이상

2. 경사계 (Inclinometer)

2.1 설치목적

댐체 내부의 침하나 확장 등의 영향에 기인한 심도별 수평변위를 측정하여 부위별 변위와 전체 선 형 변형을 동시에 측정하며, 댐 기초와 정상사이에 층별침하계 측정을 동시에 수행하기 위하여 설 치한다.

2.2 작동원리 및 구성

4개의 홈이 각각 90。 방향으로 파여진 경사계관은 경사계 프로브가 들어갈 수 있도록 제작되었다.
4개의 홈은 구조물의 변위를 볼 수 있도록 정확하게 경사계 프로브가 경사계관으로 들어 갈 수 있 도록 한다.
프로브는 스테인레스 실린더에 중력 감지 변환기를 장착하였으며, 프로브의 두 쌍의 바퀴는 500mm 간격(gauge length)을 두고 배치되었다.
(스프링은 바퀴를 고정시키는 역할을 수행함)

2.3 기기사양

감지센서방식	두 개의 servo-accelerometer가 내장된 이축 동시 감지형식 (16비트급 전산 기억형)
최소 측정값	최소 0.01mm 이하
측정범위	± 30도 이상

3. 내부 경사계 (Internal Inclinometer)

3.1 설치목적

댐체 내부의 침하나 확장 등의 영향에 기인한 심도별 수평변위를 측정하여 부위별 변위와 전체 선형 변형을 동시에 측정하며, 댐 기초와 정상사이에 층별침하계 측정을 동시에 수행하기 위하여 설치한다.

3.2 작동원리

서보가속형 가속계가 부착된 기울기 센서를 2방향으로 심도별로 매설하여 댐체의 축방향 및 댐축의 직교방향의 변위를 측정

3.3 기기 사양

형 식	전기저항식
최대 측정치	±14 Degree
정 밀 도	0.04% Full Scale
자동계측을 위한 센서 간격	3.0m
센 서	양방향 측정

4. 층별침하계 (Multi-Layer Settlement Meter)

4.1 설치목적

층별침하계는 댐을 축조함으로써 발생하는 기초 지반 및 댐체 자체의 수직 침하량과 수평변위량을 동시에 측정하여 이의 상호상관 영향과 전체 성토 높이별 각각의 침하 발생량의 관리를 위하여 댐체 중심부에 수직으로 경사계관과 같이 설치한다.

4.2 작동원리 및 구성

층별침하계는 성토재료에 수직으로 플라스틱 튜브가 설치되며 크로스암 중앙의 구멍을 통과한다.
각 각의 크로스암은 플라스틱 튜브와는 무관하게 움직이며 침하 정점이 되어 정확한 위치를 알 수 있다.
Probe내에 디지털 진동자로부터 교류신호가 전달되는 코일이 타켓을 통과하면서 자기 효과 (inductance effect)의 변화로 전압의 변화를 측정하여 릴내에서 비교회로와 연결되어진다.
이 증폭기 의 출력은 릴의 앞부분에 고정되어 있는 소형 전압측정기와 연결되고 전압의 변화가 검측 되어진다..

4.3 사용범위 및 사양

◎침하판(크로스 암)  

침하판	두께 20mm 와 길이 2,000mm가 합체된 형식 또는 동등품	침하판은 Epoxy 도장, 또는 외부 부식방지 페인트 처리
설치간격	5m
규 격	외경 300mm, 두께 12mm의 Cross arm

◎Inductive Settlement Measuring probe  

변위측정	±1mm	100m 길이 Cable 측정장치 장착
길이	100m 깊이

5. 자동 층별 침하계 ( Automatic Magnetic Extensometer Controller)

5.1 설치목적

자동 층별침하계는 댐을 축조함으로써 발생하는 기초 지반 및 댐체 자체의 수직 침하량과 수평변위 량을 동시에 측정하여 이의 상호상관 영향과 전체 성토 높이별 각각의 침하 발생량의 관리를 위하여 댐체 중심부에 수직으로 경사계관과 같이 설치한다.

5.2 작동원리 및 구성

AMEC 시스템은 수동 측정보다 훨씬 나은 정확도(±0.5mm)로 확실하고 반복적인 측정이 가능하 며 이러한 측정은 오퍼레이터의 접근이 제한된 지점에서 장기간에 걸쳐 시행할 수 있다.
AMEC은 외부 데이터 로거에 연결하여 사용하도록 설계되었고, 로거에 8개의 아날로그 전압 출력단자를 거 쳐 침하 데이터를 나타낸다.
모든 시간기록, 데이터 저장, 자료의 복원 기능은 데이터 로거로 제 어한다.

형 식	마그네틱 자동 침하계
측 정 범 위	± 5 0 0 m m (최대 층별침하 측정범위)
분 해 능	0 . 0 1 6 m m
사 용 전 원	주 전 원 : 110 V ∼ 220V 내부 충전지 내장, 외부 충전지 사용 가능
측 정 기 기	자 체 구 동 장 치

6. 연속침하 측정계 (Continuous Settlement Tube)

6.1 설치목적

댐제체 성토단면의 포괄적인 절대 침하량과 부위별 침하 거동의 차이를 연속적으로 측정하여 댐제체 를 관리하고 콘크리트 표면차수벽의 변위 발생을 사전에 방지한다,

6.2 작동원리

비중차가 서로 다른 두 가지 유체를 이용하여 일정 속도로 튜브 속을 통과하게 하여 고저가 바뀔 때마다 변화되어지는 압력을 측정하여 침하여부를 판단하는 장치이다.
측정하는 동안 물과 수은은 접촉면(Water/Mercury Interface)이 형성되고 수은과 물의 접촉면은 펌프에 의해서 튜브를 통과하 여 앞으로 나가게 된다(Send Tube).
이때 물기둥 끝의 압력을 측정하여 침하 여부를 정량적인 값 으로 판단하거나 수은의 밀어내는 압력을 측정하여 침하여부를 판단하는 장비이다.

6.3 기기사양

침하 측정관	재 질 : 저 마찰 저항의 나이론 외 경 : 6.4mm
측정 단말기	액체 저장탱크, 압력게이지, 밸브류와 연결파이프, 전기모터, 압력조정 장치등이 내장되어 있는 일체.
수두 판독 장치	재 질 : 고강도 P.V.C 높 이 : 약 600mm
자동측정 기록보관 장치	형 식 : Microprocessor CMOS 측정의 표시 : 측정 거리 및 침하량 변화의 액정 디지탈 자동신호 기록장치 내장 기억용량 : 24K Byte Cartridge

7. 수직침하계 (Over Flow Settlement Cell)

7.1 설치목적

액체의 U-Tube 현상을 이용한 단순한 구조로 목측에 의하여 측정되며 고장발생위험이 작으므로 댐체 내부의 일정지점의 침하량을 영구히 측정할 수 있어 연속침하계의 정확성을 감시하기 위함이다.

7.2 작동원리 및 구성

수직침하계는 U-Tube와 Overflow의 원칙을 이용한 침하 계측기기이다. 밀폐된 용기 Cell은 철근으로 보강된 콘크리트 블록 속에 설치하며, Cell은 3가닥으로 구성된 측정관에 의해 계측용 수두패널과 연결되어 있다.
이중 1가닥의 수지관은 측정실 내부의 수두패널까지 연결된 물 공급 라인의 역할을 하며, 1가닥은 넘친 물(overflow)을 Cell 밖으로 흘려 보내는 배수관으로 사용되며, 세 번째 관은 Cell내부를 대기압 상태로 유지시키는 Cell 내압 조절관으로 작용한다.
측정전에 Cell과 측정관은 압축공기를 사용하여 깨끗이 한 후 물공급관에 공기가 없는 압력수로 채우고 수두 패널의 Level이 Cell 속의 물공급 관과 Level이 일치할 때 패널의 눈금을 읽는다.

7.3 사용범위

측정범위	0 - 2.5m	측정관은 통상 300m 정도까지 사용
정밀도	±1㎜

8. 간극수압계 (Pore Pressure Meter)

8.1 설치목적

기초 암반 층과 성토 층의 간극수압을 측정한다.
시공 중에는 제체와 기초지반에 발생하는 간극수압 또는 지하수위를 측정하여 시공속도 및 성토고 축조재료의 함수비를 조절하기 위해 간극수압을 측정하며 완공 후에는 간극수압의 증가로 인한 전단파괴 가능성을 감시하기 위해 측정한다.

8.2 작동원리

변환기는 단단한 칸막이 벽으로 한쪽 끝이 밀봉되고 다른 한쪽은 탄성체처럼 작용하는 얇은 진동판 으로 봉해진 단단한 실린더와 압력 측정체로 되어 있다.
두 지점간에 매달린 얇은 스틸 wire는 팽팽하게 되어 있고 제조과정에서 확실하게 고정하였다. coil/magnet assembly는 현을 진동하게 하는 수단을 제공하고 현의 인장력에 따라 주파수는 다르다.
진동판에 작용하는 간극수압은 현의 인장력과 공진 진동수를 변하게 한다.
지시계는 실제로 현을 잡아당기는 coil/magnet assembly에 전기적 신호를 공급하고 공진 진동수내에서 진동하게 한다.
이러한 진동수를 측정하여 간극수압을 측정한다.

8.3 기기사양

형식	진동현식
측정범위	0 - 100m 수두
측정 감지기 Cell의 직경	외경 35mm 이상
최소측정치	0.02 Kg/㎠
작동온도	-25 ℃ - 65 ℃
초과 수압허용치	150% Frull Scale 이상

9. 수평변위계 (Horizontal Strain Meter)

9.1 설치목적

댐체 내부의 수평선형 방향의 변위를 측정하기 위하여 설치한다.

9.2 작동원리

댐 및 제방의 변형을 측정하기 위한 장비로서, 각각 설치하거나 경우에 따라서는 여러 개를 설치할 수 있다.
압축력으로 인한 변형과 인장력으로 인한 변형을 감지할 수 있다.
수평변위계는 보호관에 진동현식 수평변위계 변환기로 구성되어 있으며, 변환기는 로드(300mm+10%)에 연결하여 사용한다.

9.3 기기사양

형식	진동현 방식
최대 측정 범위	300mm 이상
최소 측정 단위	0.3 mm
길이	750 mm

10. 진자식 변위 측정계 (Inverted Pendulum)

10.1 설치목적

댐체 내부의 수평선형 방향의 변위를 측정하기 위하여 설치한다.

10.2 작동원리

댐 및 제방의 변형을 측정하기 위한 장비로서, 앵커와 와이어, 진자로 구성되어 댐체의 기초부에 진자를 고정점으로 하여 상부 지지점에서 와이어의 변위를 측정하여 댐체의 거동과 변위속도를 파악 한다.

10.3 기기사양

형식	진자식 방식
최대 측정 범위	± 75mm
최소 측정 단위	± 0.01 mm

11. 경사면 변위측정계 (Concrete Face Inclinometer)

11.1 설치목적

경사면 변위측정계는 콘크리트 표면 차수 벽에 설치되어 침하에 따른 상류사면의 변형을 측정한다.
경사면 변위측정계의 튜브는 서로 직각 되는 방향으로 4개의 미끄럼 Key Way가 설치되어 있으며, 콘크리트 차수벽을 따라 앵커로 고정, 설치하여야 한다.

11.2 작동원리

특별히 제작된 측정관은 일반적으로 3m 길이이고, 커플링으로 연결한다.
4개의 홈이 각각 90。 방 향으로 파여진 측정관은 경사면 변위측정계 프로브가 들어갈 수 있도록 제작되었다.
측정관을 따라 프로브로 변위를 측정한다.

11.3 사용범위 및 사양

◎ 측정 감지 Probe

측정범위	±30도 이상
재질	완전방수의 Strainless Steel
측정방식	두 개의 Servo-accelerometer 내장된 이축동시 감지형식(16비트급 기억형)

◎ Indicator

전원	12V 배터리 또는 110/220 VAC 겸용
최소변위 측정단위	0.1mm 이하
액정표시판	Data 안정시 Signal 표시 형식

12. 주변이음부 변위측정기 (Perimetric Joint Meter)

12.1 설치목적

콘크리트 표면차수벽과 대좌 연결부에서 발생되는 모든 변위를 측정하기 위하여 3개의 측정계 (Norma, Parallel, perpendicular)를 수평, 수직방향으로 각 이음부를 가로질러 양쪽 차수벽 슬래브까 지 그리고 차수벽과 대좌를 연계하여 측정한다.
측정기 내부에 온도계를 자체 설치하여 주변온도의 효과로 인한 차수벽 자체의 열팽창 효과를 측정값에서 보정하여 변위 발생값을 정확히 판단한다.

12.2 작동원리 및 구성

진동현식 균열측정기는 표면적인 균열이나 절리의 크기에 대해 일차적인 측정을 위한 장비이다.
장비는 온도 변위를 가지고 있는 진동현식 센서로 구성되어 있다.
연결로드는 게이지 몸체 외부에 있기 때문에 스프링 와 이어 인장력의 증가 때문에 늘어나 있다.
이 응력은 비례적으로 스프링 인 장력에 영향을 주므로 균열과 절리의 확장은 진동현 측정기로서 변위량을 측정할 수 있다.

12.3 기기사양

범위	0 - 50MM, 0 - 100MM
분해능	0.025% 범위
최대범위	20% 범위
정밀도	+/- 0.1MM
온도효과	-0.02MM/°C
측정범위	대략 3800 - 7200. 주기×107
직경	코일외피 : 19MM (NOMINAL)
길이	468MM (NOMINAL)

13. 수직 이음부 수평변위측정기 (Face Slab joint Meter)

13.1 설치 목적

콘크리트 표면차수벽 수직이음부의 수평방향 변위를 측정하기 위하여 수평방향으로 이음부를 가로질 러 아래쪽 차수벽 슬래브와 연결된 상태로 설치한다.
측정기 내부에 온도계를 자체 설치하여 주변 온도의 효과로 인한 차수벽 자체의 열팽창 효과를 측정값에서 보정하여 변위 발생 값을 정확히 판단 한다.

13.2 작동원리 및 구성

PVC 보호관으로 보호된 장비는 온도변위를 가지고 있는 진동현식 와이어 센서로 구성 되어있다.
기기에 작용된 응력은 곧바로 비례적으로 스프링 인장력에 영향을 주므로 균열과 절리의 확장은 진 동현 와이어 측정기로서 변위량을 측정할 수 있다.

13.3 기기사양

범위	0 - 25MM, 0 - 50MM
해상도	0.025% 범위
최대범위	25% 범위
정밀도	+/- 0.1MM
온도효과	-0.02MM/°C(기본)
측정범위	대략 3800 - 7200. (주기×107
직경	몸체 : 48.0MM, 플랜지 : 64.0MM (NOMINAL)
길이	468MM (NOMINAL)

14. 변형율 측정기 (Cluster Strain Gauge)

14.1 설치목적

콘크리트 표면 차수벽 내부의 응력 상태와 변위를 측정하기 위한 매립형 변형율계로서 그 변형의 방위별 변형의 차이를 측정하기 위하여 45도 각도로 3개를 1set로 변형율계를 설치한다.
변형율계 양끝의 플랜지는 이 응력의 변화를 민감하고 효과 높게 측정하기 위함이다.

14.2 작동원리

진동현식 변형률계는 기본적으로 콘크리트내에서 긴시간동안 변형을 측정할 수 있게 설계되어져 있 다.
변형율계는 기본적으로 와이어의 진동에 의해 측정이 되어진다.
스틸 와이어의 길이는 콘크리트 내부에서 콘크리트 물질과 고정되어 있는 양쪽 끝단에서의 인장력에 의한 것이다.
콘크리트 내에서 의 변형은 블록의 양끝단에서의 서로간의 변위에 의해서 일어날 것이며, 와이어에서 인장력으로 측 정된다.

14.3 기기사양

형식	진동현센서 방식
변형율계의 전장	140 mm 이상
측정범위	3000 Micro Strain 이상
정밀도	측정값의 0.1%
작동온도범위	영하 30 - 영상 60
플랜지의 외경	지름 38 mm 이상

15. 무응력 변형율 측정기 (No-Stress Strain Gauge)

15.1 설치목적

표면 차수벽 콘크리트 자체의 열팽창 효과로 인한 변형율을 측정하여 여타의 변형율 측정값에 대입 하여 순수한 응력에 대한 변형 값을 산출하기 위한 목적이며 외부의 응력을 배제하기 위하여 측정 기 주변에 충격 흡수재로 싸여진 보호함 내에 설치한다.

15.2 작동원리 및 구성

변형율계는 기본적으로 와이어의 진동에 의해 측정이 되어진다.
스틸 와이어의 길이는 콘크리트 내부에서 콘크리트 물질과 고정되어 있는 양쪽 끝단에서의 인장력에 의해 것이다.
콘크리트 내에서 의 변형은 블록의 양끝단에서의 서로간의 변위에 의해서 일어날 것이며, 와이어에서 인장력으로 측정된다.

15.3 사용범위

변형범위	4000μStrain 이상
정밀도	±0.5μStrain
온도범위	-30°C ∼ 65°C
게이지 길이	표준 140mm, 50 ∼ 250mm까지 가능

16. 누수량측정장치 (Leakage Measuring Device)

16.1 설치목적

댐체 내에서 발생되는 모든 누수가 시간 경과에 따른 누수증감 변화량을 자동 측정 기록하기 위한 장치로써 표면차수벽에 근접한 위치의 댐 제체 내부에 설치된다.

16.2 작동원리 및 구성

90도 weir는 Stainless steel로 이루어져 있다. 정류판을 지나는 수위의 변화는 누수량의 증감에 따라 달라진다.
이에 따라 누수 배출량을 조정하기 위한 90도 sector로 절단된 weir이다.
Seepage내에 반입된 모든 누수는 이 weir를 통하여 배출되어지며 최대 배출 용량은 분당 1500 liter이상이어야 한다.
Weir의 설치 높이는 최대 800 mm를 넘지 않아야 하며 Ditch내 콘크리트면의 요철이 없도록 시공하여 유량 계수가 일정하도록 한다.

16.3 사용범위

측정방식	Floating cylinder의 변화를 frequency로 변환하여 수위 측정	댐 downstream 하부의 Ditch를 Seepage 구조물까지 연결하여 측정
계측방식	진동현식 지시계
측정범위	0 -500 mm
정밀도	±0.5 mm

17. 지진계 (Seismic Accelero Graph)

17.1 설치목적

댐체의 높은 간극수압이나 홍수의 영향 등을 통하여 전단강도의 상실에 따른 액상화 상태나 지진으 로 발생될 수 있는 지진 위험의 평가에 대한 측정을 위하여 설치한다. 지진발생 시 댐체에 미친 동적 영향을 동적 유한 분석해설을 위하여 적용한다.

17.2 사용범위

◎ Ground Channels

1) 3개 Channels : 종파, 횡파, 수직파 측정

2) 주파수 응답 : 2.2 -250 Hz +0, -0dB

3) 범위 : 0 - 4 inch/second

4) 초과범위 : 30 %

5) Trigger Settings : None and 0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.5 inch/second

18. 계측기 보호시설 (낙뢰방지)

최근들어 기후환경의 갑작스런 변화로 인하여 어느 때보다도 천둥, 번개가 많은 현상이 급증하고 있으며, 이로인한 전기, 전자, 통신기기의 장애가 날로 증가되고 있으므로 이에 대한 대책이 필요하다.

18.1설치목적

- 주변지역 낙뢰, 지하철의 고전압선에 의한 각종 자장으로부터 보호

- 갑작스런 전기적 충격에 의한 내트워크 장비 장애로 인한계측자료의 손실과 시간, 재경비 의 손실을 방지.

18.2 설비사양

설비기기	위 치	단위	수량	비고
SurgeGuard (SG 220-4)	보호단자함 내부	식	2	전원용
SurgeGuard DL (DL-P)	보호단자함 내부	식	2	데이터, 통신용

· 전원측 회로 보호용

- 하이브리드 회로의 설계로 다단계 보호기능
- 정격전압 : 220 VAC ± 10%
- 정격전류 : 최대 15A
- 주파수 : 50∼60 Hz
- 최대통과전압 : 660 V
- 써지전류 : 19.5 KA
- 반응속도 : 1 ns

· 데이타 및 통신라인용 회로 보호

- 하이브리드 회로의 설계로 다단계 보호기능
- 최대통과전압 : 250 ∼ 280V
- 써지전류 : 5KA
- 반응속도 : 1ps
- 최대데이타 속도 : 64 Kbps

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