CI-BM05 오일 수분 트랜스미터 — 변압기유·유압유 수분(aw) 온라인 측정

지금 돌아가는 변압기 안의 절연유가 얼마나 젖어 있는지 알고 계신가요? 대부분의 현장은 이 질문에 "6개월 전 채유 분석에서는 괜찮았다"라고 답합니다. 문제는 오일 속 수분이 부하와 기온에 따라 하루 단위로 움직인다는 점입니다. 절연지와 오일 사이를 수분이 오가고, 오일이 식으면 같은 수분량이라도 녹아 있던 물이 자유수로 떨어져 나옵니다. 6개월 전 숫자는 오늘의 절연 상태를 말해 주지 않습니다.

CI-BM05 오일 수분 및 온도 트랜스미터는 오일 배관·탱크에 직접 꽂아 수분 활성도(aw)·오일 온도·환산 수분(ppm)을 24시간 숫자로 뽑아내는 장비입니다. 이 글에서는 정전용량식 오일 수분 측정의 이론, 왜 ppm이 아니라 aw인지, 실제 사고 사례, 그리고 전체 사양까지 정리합니다.

오일 속 물을 '숫자'로 바꾸는 원리 — 친수성 폴리머 정전용량식 센서

CI-BM05의 센서는 친수성 폴리머 필름을 유전체로 쓰는 정전용량 센서입니다. 오일 자체를 분석하는 것이 아니라, 오일 주변의 수증기(수분의 활동도)를 읽는다는 점이 핵심입니다. 작동 순서는 다음과 같습니다.

1. 확산 — 오일 속 물 분자가 투과성 상부 전극을 통과해 폴리머 층으로 확산해 들어갑니다. 소결 금속 필터가 오일·이물을 걸러 센서면을 보호합니다.
2. 유전율 변화 — 물은 유전상수가 매우 큰 물질입니다. 폴리머 층에 물 분자가 많이 들어갈수록 층의 유전율이 올라가고, 상부 전극–폴리머 층–하부 전극이 만드는 커패시터의 정전용량이 변합니다.
3. aw 산출 — 이 정전용량 변화는 오일에 절대적으로 몇 ppm이 들어 있는지가 아니라, 그 오일이 지금 온도에서 담을 수 있는 최대치 대비 몇 %가 찼는가에 비례합니다. 이 값이 수분 활성도 aw입니다(0 = 완전 건조, 1 = 포화).
4. 온도 동시 측정·보상 — 내장 온도 센서가 오일 온도 T를 측정하고, 출고 전 다지점 온도 보상 교정으로 확보한 알고리즘이 온도 의존성을 상쇄합니다.
5. ppm(w) 환산 — 사용 중인 오일의 용해도 파라미터를 로드하면, aw와 T로부터 ppm(w) 값을 계산해 함께 출력합니다.
6. 신호 출력 — 결과를 4-20mA(3선식, 범위 변경 가능)와 RS485 Modbus RTU로 동시에 내보내 PLC·DCS·SCADA가 그대로 받습니다.

왜 ppm이 아니라 aw(상대 포화도)인가

이 부분이 오일 수분 관리에서 가장 많이 오해받는 지점입니다. 오일이 물을 담을 수 있는 한계(포화 용해도)는 오일 종류·첨가제·온도·노화도에 따라 크게 다릅니다.

• 첨가제가 적은 고정제 광유는 약 21℃에서 약 100ppm이면 이미 포화에 가깝습니다.
• 반면 압연기 등에 쓰이는 에스터계 유압유는 같은 온도에서 포화 수준이 3,000ppm 이상입니다.
  (출처: Mike Day·Christian Bauer, Pall Corporation, 「Water Contamination in Hydraulic and Lube Systems」, Machinery Lubrication)

즉 "200ppm"이라는 숫자 하나만으로는 그 오일이 위험한지 안전한지 판단할 수 없습니다. 광유라면 이미 자유수가 나올 수 있는 상태이고, 에스터계라면 아직 한참 여유가 있습니다. 그래서 국제적으로 통용되는 관리 지표가 포화 대비 비율, 즉 수분 활성도 aw입니다.

수분 활성도(aw) 구간별 해석 기준

※ 위 표는 아래 출처의 서술을 실무 해석용으로 정리한 참고 기준이며, 설비별 관리값은 제작사·사내 기준을 따릅니다. 출처: Vaisala White Paper B211282EN-A(2013), Pall Corporation 「Water Contamination in Hydraulic and Lube Systems」(Machinery Lubrication), IEC 60422(광물 절연유 감시·유지 지침) — IEC 60422는 170kV 초과 신규 변압기 절연유의 권장 하한 BDV를 60kV로, 50kV 미만이면 오일 재생이 필요한 수준으로 제시합니다.

CI-BM05의 3가지 독보적 강점

① 채유 분석의 '시간 지연'을 없앤 온라인 연속 측정

기존 방식의 문제 — 오일 수분의 표준 분석법은 시료를 떠서 실험실로 보내는 칼피셔(Karl Fischer) 적정입니다. 정확하지만 결정적 약점이 있습니다. 시료 채취와 결과 사이의 시간 지연, 그리고 채유 과정에서 대기 습기가 섞여 들어가는 샘플링 오차입니다. 통상 2년에 한 번 하는 주기 분석으로는, 부하·기온 변화로 단기간에 출렁이는 수분 변화를 잡아낼 수 없습니다.

CI-BM05의 해결 — 오일 계통에 상시 장착되어 실시간으로 연속 측정합니다. 건조 상태에서 습윤 상태로 바뀔 때 대표 응답 시간은 1분 미만이어서, 냉각기 누수·호흡기 실리카겔 파과 같은 수분 유입 이벤트를 즉시 트렌드로 드러냅니다.

② ppm이 아니라 aw를 직접 읽는다

기존 방식의 문제 — ppm 관리는 오일 종류가 바뀌거나 운전 온도가 달라지면 같은 숫자가 전혀 다른 위험도를 뜻하게 됩니다. 온도가 내려가면 ppm은 그대로인데 자유수가 생기는 상황도 ppm 수치만으로는 보이지 않습니다.

CI-BM05의 해결 — 센서가 포화 대비 비율(aw)을 물리적으로 직접 측정합니다. 오일이 바뀌어도, 온도가 바뀌어도 같은 잣대로 위험도를 읽을 수 있습니다. 여기에 오일 파라미터를 로드하면 ppm(w)까지 함께 산출되므로, 기존 ppm 기준 관리 체계와도 그대로 호환됩니다.

③ 오일 배관에 그대로 꽂는 내압·내환경 설계

기존 방식의 문제 — 실험실형 측정기는 가압 오일 라인에 직접 설치할 수 없어, 바이패스·샘플링 포트를 별도로 만들어야 합니다.

CI-BM05의 해결 — 스테인리스 하우징 + IP65, 사용 압력 0~50bar, ISO G 1/2" 표준 나사 접속으로 오일 배관·탱크에 직결됩니다. 작동 온도 -20~+70℃, 측정 대상 오일 온도는 -40~+100℃까지 대응하며, EMC IEC 61326-1을 만족해 인버터·변전 설비 근처의 전기 노이즈 환경에서도 안정적으로 동작합니다.

일반적인 오일 수분 관리 vs CI-BM05

※ CI-BM05 수치 출처: 창아이 공식 제품 페이지 및 CI-BM05 한국어 사양서. 비교 대상 '주기적 채유 분석'은 업계 통상 운영 방식을 기준으로 한 서술입니다.

실제 사례 — 수분이 들어간 절연유는 어떻게 불이 되는가

2015년 7월, 브루나이 가동(Gadong) 발전소에서 변압기 부싱 절연파괴로 화재가 발생했습니다. 사고 후 연구진은 소손된 시편을 주사전자현미경(SEM)과 에너지분산형 X선 분광(EDS)으로 분석했고, 기상 노출로 손상된 개스킷과 느슨해진 밀봉부를 부싱 고장의 주요 원인으로 지목했습니다. 밀봉이 헐거워지면 모세관 작용으로 수분과 공기가 변압기 내부로 빨려 들어가 절연유의 품질을 떨어뜨린다는 것이 보고서의 설명입니다.
(출처: 「Investigation of failure of high voltage bushing at power transformer」, Engineering Failure Analysis, 2018 — ScienceDirect)

국내에서도 변압기 사고는 계속됩니다. 2025년 9월 10일 부산 수영구 민락동의 한 아파트에서는 지하 2층 변압기에서 불이 나 1,082세대 전체가 정전·단수됐습니다. 같은 해 7월 19일에는 경기 양평군 백안리 변전소 변압기에서 화재가 발생해 인근 아파트 일부가 정전됐습니다.
(출처: 부산일보 2025-09-10 「수영구 아파트에서 변압기 폭발 추정 화재… 1082세대 정전」, MBC 뉴스 2025-07-19 「경기 양평군 변전소에서 불‥"인근 아파트 정전"」)

※ 사실 관계 명시 — 위 국내 두 건은 화재 원인이 수분이라고 발표된 사건이 아닙니다. 여기서 짚고자 하는 것은 "절연유의 상태를 상시로 보고 있었는가"라는 공통 질문입니다. 브루나이 사례처럼 수분 유입은 절연유 품질 저하의 확인된 경로이고, 이 경로는 온라인 수분 감시로 추세가 드러나는 항목입니다.

CI-BM05가 있었다면? 절연유 계통에 CI-BM05를 상시 설치하면, 개스킷 열화·호흡기 파과·냉각기 누수처럼 서서히 진행되는 수분 유입이 aw 트렌드의 상승으로 먼저 나타납니다. aw가 관리값을 넘어서는 순간 4-20mA·Modbus 신호로 경보를 띄우고, 오일 탈수·재생 작업을 고장이 아니라 계획으로 처리할 수 있습니다.

수분은 베어링과 유압 설비도 갉아먹는다

오일 수분의 피해는 절연에만 그치지 않습니다. 윤활유에 녹아 있는 용존 수분만으로도 베어링 피로 수명이 떨어집니다. 테이퍼 롤러 베어링을 대상으로 한 고전적 실험에서, 윤활유의 용존 수분이 400ppm일 때 대비 25ppm으로 낮추면 베어링 수명이 약 5배로 늘어났습니다.
(출처: R.E. Cantley, 「The Effect of Water in Lubricating Oil on Bearing Fatigue Life」, ASLE Transactions, Vol.20 No.3, pp.244-248, 1977 — Pall Corporation 기술문서 재인용)

이 밖에 수분은 표면 부식, 유막 두께·부하 지지력 저하, 저온에서 얼음 결정에 의한 밸브 고착, 에스터계 오일의 가수분해에 따른 산가 상승, 첨가제 조기 소진을 일으킵니다. 그래서 같은 기술문서는 일반 산업용 유압·윤활 계통의 관리 목표를 포화도 50% 이하로 권장합니다 — 바로 CI-BM05가 직접 읽는 그 aw 값입니다.

CI-BM05가 필요한 산업

1. 전력·변전 — 유입식 변압기·부싱·OLTC 절연유의 수분 상시 감시, 오일 재생·탈수 시점 판단
2. 제철·프레스·사출 — 대형 유압 유닛의 수분 관리로 밸브 고착·서보밸브 마모 예방
3. 풍력·발전 터빈 — 기어박스·터빈 윤활유 수분 추세 감시(개방형 리저버는 호흡에 의한 수분 유입이 상시 발생)
4. 선박·엔진 — 엔진 오일·연료유(디젤) 수분 혼입 조기 검출
5. 화학·정유 — 열교환기·냉각수 누수로 인한 공정 오일 오염 감시
6. 건설기계·중장비 — 유압 시스템 오일 상태 기반 정비(CBM) 전환

📌 제품 소개 — CI-BM05 오일 수분 및 온도 트랜스미터

📊 주요 기술 사양

※ 출처: 창아이 공식 제품 페이지(CI-BM05) 및 「CI-BM05 한국어 사양서」. 전류 출력 부하는 사양서 PDF의 표기가 레이아웃상 불명확해 제품 페이지 표기(최대 500Ω)를 채택했습니다. 납품 사양·주문 옵션은 알에스코리아로 확인해 주세요. 같은 계열 제품은 이슬점 분석기 카테고리에서 볼 수 있습니다.

왜 CI-BM05가 정답인가

일반적인 오일 수분 관리는 ① 수개월~2년 주기의 채유 분석에 의존하고, ② 오일 종류·온도에 따라 의미가 달라지는 ppm 하나만 보며, ③ 결과가 나올 때쯤이면 이미 오일 상태가 달라져 있다는 세 가지 한계를 안고 있습니다.

CI-BM05는 라인 직결 온라인 측정으로 ①을, aw 직접 측정 + ppm 환산으로 ②를, 1분 미만 응답과 4-20mA·Modbus 실시간 전송으로 ③을 해결합니다. 표시부 없는 콤팩트 트랜스미터형이라 기존 제어 시스템에 그대로 얹을 수 있다는 점도 현장에서 큰 장점입니다.

기체 중 수분(노점)을 잡아야 한다면 같은 센서 계열의 형제 모델을 보세요. 고분자 필름·알루미나 겸용 CI-BM 시리즈 노점 트랜스미터, 고분자 필름 전용 CI-TM 시리즈, QCM 센서로 -110℃td까지 내려가는 CI-QM 시리즈가 각각의 영역을 맡습니다.

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🌡️ 현장 조건이 바뀌면 — 조건별 추천 창아이 제품

같은 '수분'을 측정해도 대상 매질과 현장 조건이 달라지면 최적 제품이 달라집니다. CI-BM05는 액상 오일 속 수분 전용입니다. 조건이 다르면 아래 표를 참고하세요.

마치며 — 알에스코리아가 끝까지 책임집니다

오일 속 물은 눈에 보이지 않지만, 포화도(aw)라는 숫자로 바꾸면 관리할 수 있습니다. 절연유의 절연파괴전압도, 베어링의 피로 수명도 결국은 이 숫자를 따라갑니다. 당신의 현장은 아직도 6개월 전 채유 분석서 한 장으로 오늘의 오일 상태를 판단하고 있지 않나요?

알에스코리아(주)는 창아이(CHANG-AI)의 한국 공식 총판으로, CI-BM05의 판매·설치·교정·기술지원을 전담합니다. 기술부의 현장 출장 점검과 영업부 방문 상담을 통해 오일 파라미터 설정, Modbus 연동, 설치 후 유지보수까지 원스톱으로 지원합니다. ☎ 031-340-6952