산업화, 도시화에 따라 관리 주체가 다른 지중 금속시설물들이 크게 늘고 있으며 이러한 시설물의 보호를 위한 전기방식법, 특히 외부전원법의 적용이 전기방식에 대한 인식의 확산과 더불어 크게 증가하고 있다. 그러나 시스템의 설치를 위한 공간 확보의 어려움과 더불어 시설물 상호간의 표류전류 간섭 문제가 개별 관리주체로서는 해결할 수 없는 현안이 되고 있다. 이에 본 논문에서는 개별적으로 적용되던 전기방식 시스템 상호간의 간섭 사례를 현장 진단을 통하여 예시하고 이에 대한 대책으로 공용양극 외부전원 시스템을 설계, 현장 실증을 통하여 하나의 대안으로 제시하였다.
산업화, 도시화에 따라 관리 주체가 다른 지중 금속시설물들이 크게 늘고 있으며 이러한 시설물의 보호를 위한 전기방식법, 특히 외부전원법의 적용이 전기방식에 대한 인식의 확산과 더불어 크게 증가하고 있다. 그러나 시스템의 설치를 위한 공간 확보의 어려움과 더불어 시설물 상호간의 표류전류 간섭 문제가 개별 관리주체로서는 해결할 수 없는 현안이 되고 있다. 이에 본 논문에서는 개별적으로 적용되던 전기방식 시스템 상호간의 간섭 사례를 현장 진단을 통하여 예시하고 이에 대한 대책으로 공용양극 외부전원 시스템을 설계, 현장 실증을 통하여 하나의 대안으로 제시하였다.
Due to industrialization and urbanization, underground metallic utilities with different owners have been rapidly increased and cathodic protection (CP) methods, especially impressed current CP systems, have been widely adopted to protect their utilities from corrosion with expanded recognition of t...
Due to industrialization and urbanization, underground metallic utilities with different owners have been rapidly increased and cathodic protection (CP) methods, especially impressed current CP systems, have been widely adopted to protect their utilities from corrosion with expanded recognition of this method. The stray current interference problem as well as the difficulty in spatial security for system installation, however, came to a ramification of which each owner couldn't resolve for himself. In this respect, this paper illustrates a field-diagnosed example for mutual interference due to separately operated CP systems and suggests an alternative method to overcome the interference situation by design and field-assessment of a common anode bed cathodic protection system.
Due to industrialization and urbanization, underground metallic utilities with different owners have been rapidly increased and cathodic protection (CP) methods, especially impressed current CP systems, have been widely adopted to protect their utilities from corrosion with expanded recognition of this method. The stray current interference problem as well as the difficulty in spatial security for system installation, however, came to a ramification of which each owner couldn't resolve for himself. In this respect, this paper illustrates a field-diagnosed example for mutual interference due to separately operated CP systems and suggests an alternative method to overcome the interference situation by design and field-assessment of a common anode bed cathodic protection system.
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문제 정의
본 논문에서는 가스배관의 전기방식 설비를 개별적으로 운영(이하 개별외전)함에 따른 정적 상호간섭의 가능성을 현장 실험을 통해 예시하고 이에 대한 대책으로 관리주체가 다른 배관을 공동으로 관리하는 공용 양극 외부전원(이하 공용외전) 시스템을 설계, 현장 실증함으로써 상호간섭 문제를 해결할 수 있는 하나의 대안으로 제시하였다.
제안 방법
공용외전 시스템의 설계를 위해 우선적으로 AC전원 수전이 용이한 기존 정류기 위치 인근에 대한 조사를 수행하였다. 정류기의 운전최대출력(R(A): 60V/6.
공용외전 시스템의 설계를 위해 우선적으로 AC전원 수전이 용이한 기존 정류기 위치 인근에 대한 조사를 수행하였다. 정류기의 운전최대출력(R(A): 60V/6.3A, R(B): 60V/16A, R(C): 60V/11A) 및 기존 양극군의 배치, 토양비저항 등을 고려하여 R(B) 위치에 공용외전 시스템을 설계하였다. 소요전류 실험을 통해 세 관로를 전기적으로 접속할 경우 약 20A의 소요전류가 필요할 것으로 예측되었으며, 설계 결과 60V/40A 정격의 정류기 1대와 200Φ×50 m 3홀 규모의 고규소철 심매 양극군을 설치하였다.
R(A), R(B), R(C)의 개별외전 정류기가 주는 간섭의 크기와 방향을 판단하기 위해 각 정류기의 출력을 최대로 하고 MCM사의 전류단속기(current interrupter, JR-2)를 출력단에 설치하여 1분간 순차적으로 정류기를 on/off(4초/1초)시키면서 실험을 수행하였다.
공용외전 실험에서는 1차적으로 그림의 A1-C5, A1-B8 사이를 연결할 수 있도록 본드케이블을 설치하였고(case 1), 1차 실험 결과 간섭이 완전히 해소되지 않아 추가적으로 B6-C3를 연결하는 본드케이블을 설치하였다(case 2). 또한 B3-B4 지점의 절연조인트 양단을 연결하여 공용 외전의 범위를 최대한 확장하는 조건(case 3)까지 포함하여 각각 1분간 공용외전 정류기의 on/off(4초/1초)에 따른 각 측정지점에서의 관대지전위를 측정하였다.
이 시스템은 상시 전위모니터링뿐만 아니라 특히, 도시철도 누설전류 간섭과 같은 동적 간섭이 있는 환경에서도 많은 측정지점의 전위변화를 동기화하여 측정할 수 있으므로 실험 시간의 단축뿐만 아니라 기존의 방법으로는 얻을 수 없는 여러 가지 유용한 정보를 얻을 수 있다. 이번 실험에 사용된 단말기는 (주)코렐테크놀로지를 통해 제작하였고, 각 지점에서 초당 8회의 속도로 3분간 관대지전위를 측정하여 송신하도록 설정하였다. 그림에 표기된 A1~C5 지점 중 회색으로 채워진 위치는 무선원격 부식감시시스템과 매설형 황산동기준전극이 설치된 지점을 나타낸다.
공용외전 적용 따른 간섭완화 효과를 정밀하게 분석하기 위해서 B5-C2 지점에서 B8-C5 지점까지는 TOA사의 2채널 EPR(electronic polyrecoder)과 휴대용 황산동 기준전극을 이용하여 CIPS(close interval potential survey) 방법으로 두 관로의 전위를 동시 측정하였다.
외부전원식 전기방식 정류기와 불용성 양극군을 이용하여 현재와 같이 관로 A, B, C를 개별적으로 관리하는 상황에서 발생할 수 있는 상호간섭을 조사하기 위해 R(A), R(B), R(C)의 정류기를 최대출력으로 조정하여 순차적으로 1분간 on/off시켰다. Fig.
지중금속시설물에 대한 전기방식 시설, 특히 외부전원식 전기방식법의 적용이 나날이 증가함에 따라 이에 의한 상호간섭의 문제를 해소할 수 있는 공용양극 외부전원 시스템을 설계하고 현장 실증실험을 통해 그 효과를 평가하였다. 관리 주체가 다른 개별 정류기에 의한 간섭 양상을 무선원격 부식감시 장치의 활용을 통해 체계적으로 분석할 수 있었으며, 이를 통해 적절한 본딩 지점을 선정하여 상호 간섭을 완벽히 해소할 수 있었다.
대상 데이터
도심지 개별외전의 상호간섭 실태조사와 공용외전 시스템의 적용을 위해 관리주체가 다른 세 관로의 가스배관을 Fig. 1과 같이 선정하였다.
이론/모형
1의 실험장의 경우 도시철도 운행에 따른 누설전류의 간섭이 주간에 나타나고 있어, 상호 정적간섭과 이의 해소방안을 규명하기 위해서는 도시철도 운행이 중지되는 심야 시간대(01:00~04:30)에 실험을 수행해야 한다. 이러한 짧은 시간 내에 많은 지점의 전위를 측정하기 위해 CDMA 통신망을 이용한 무선원격 부식감시 시스템[5]을 활용하였다. 이 시스템은 상시 전위모니터링뿐만 아니라 특히, 도시철도 누설전류 간섭과 같은 동적 간섭이 있는 환경에서도 많은 측정지점의 전위변화를 동기화하여 측정할 수 있으므로 실험 시간의 단축뿐만 아니라 기존의 방법으로는 얻을 수 없는 여러 가지 유용한 정보를 얻을 수 있다.
성능/효과
소요전류 실험을 통해 세 관로를 전기적으로 접속할 경우 약 20A의 소요전류가 필요할 것으로 예측되었으며, 설계 결과 60V/40A 정격의 정류기 1대와 200Φ×50 m 3홀 규모의 고규소철 심매 양극군을 설치하였다.
R(A) 정류기를 on/off시킨 처음 60초의 데이터를 보면, A1 지점의 경우 on 시간에 전위가 (−) 방향으로 변하므로, 방식전류가 배관으로 유입되고 있으며, 이 때 B8과 C5 지점에도 전류가 유입되는데 이 전류는 관로 B와 C의 입장에서는 표류전류에 해당한다. 전체 데이터를 분석한 결과 관로 B에 유입된 R(A)의 방식전류는 Fig. 1에서 B1, B2 및 B3 지점으로 유출되며, 관로 C에 유입된 전류는 측정 범위 내에서 유출지점이 나타나지 않는 것으로 보아 Fig. 1의 위쪽 병행구간에서 관로 A로 점핑하는 것으로 보인다.
이러한 양상은 관로 A와 관로 C에 유입된 전류가 B8 지점 인근으로 점핑하면서 발생하는 것이다. 전체 데이터에 대한 분석결과, 관로 C에 대해서도 압출현상이 나타나고 있었으며, 관로 B의 절연조인트 양단에서는 점핑 간섭이 발생하고 있음이 밝혀졌다.
R(C) 정류기는 관로 C의 C5지점까지 방식전류를 공급하고 있으나 A1지점에서는 관로 A로 유입되고, B8 지점에서는 관로 B에서 유출됨을 보여주고 있다. 관로 B에 대한 종합분석 결과 B1, B2, B5, B6 인근에서 유입되어 B7, B8과 B3 인근에서 유출되는 양상을 나타내었다.
지중금속시설물에 대한 전기방식 시설, 특히 외부전원식 전기방식법의 적용이 나날이 증가함에 따라 이에 의한 상호간섭의 문제를 해소할 수 있는 공용양극 외부전원 시스템을 설계하고 현장 실증실험을 통해 그 효과를 평가하였다. 관리 주체가 다른 개별 정류기에 의한 간섭 양상을 무선원격 부식감시 장치의 활용을 통해 체계적으로 분석할 수 있었으며, 이를 통해 적절한 본딩 지점을 선정하여 상호 간섭을 완벽히 해소할 수 있었다. 이러한 공동의 시설물 관리는 시설물 소유자 간의 유기적인 협조체계가 선행되어야 이루어질 수 있으므로 국내에서도 전식대책위원회의 설립과 실질적인 운용을 통해 이러한 전식 문제를 체계적으로 해소해 나가야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
도심지 매설배관에 대한 전기방식에서 고려해야 할 상황으로는 무엇이 있는가?
도심지의 경우 도시철도에 의한 동적표류전류 간섭(dynamic stray current interference)과 배류법(drainage bond method)의 문제[1]를 논외로 하더라도 현재 도심지 매설배관에 대한 전기방식에서 고려해야 할 상황으로는 (1) 희생양극법 적용이 어려워짐에 따른 외부전원법, 특히 심매형(deep well anode bed type)의 적용 확대, (2) 지중 구조물의 증가에 따른 방식전류 차폐와 방식범위 축소, (3) 신규 시스템 구축의 어려움과 기존시스템 출력의 인위적 상승, (4) 대형 매설배관에 대한 외부전원법 적용 확대, (5) 정적표류전류 간섭(static stray current interference) 문제의 확대 등이 있다.
지중금속시설물에 대한 전기방식 시설, 특히 외부전원식 전기방식법의 적용이 나날이 증가함에 따라 이에 의한 상호간섭의 문제를 해소할 수 있는 공용양극 외부전원 시스템을 설계하고 현장 실증실험을 통해 그 효과를 평가한 결과는 어떠한가?
지중금속시설물에 대한 전기방식 시설, 특히 외부전원식 전기방식법의 적용이 나날이 증가함에 따라 이에 의한 상호간섭의 문제를 해소할 수 있는 공용양극 외부전원 시스템을 설계하고 현장 실증실험을 통해 그 효과를 평가하였다. 관리 주체가 다른 개별 정류기에 의한 간섭 양상을 무선원격 부식감시 장치의 활용을 통해 체계적으로 분석할 수 있었으며, 이를 통해 적절한 본딩 지점을 선정하여 상호 간섭을 완벽히 해소할 수 있었다. 이러한 공동의 시설물 관리는 시설물 소유자 간의 유기적인 협조체계가 선행되어야 이루어질 수 있으므로 국내에서도 전식대책위원회의 설립과 실질적인 운용을 통해 이러한 전식 문제를 체계적으로 해소해 나가야 할 것으로 판단된다.
TKP 라인이란 무엇인가?
1970년 말 주한미군에 의해 건설된 TKP 라인(포항-의정부간 송유관)을 대상으로 고규소철(High silicon cast iron) 양극에 의한 천매형(shallow anode bed type) 외부전원 전기방식(impressed current cathodic protection, ICCP)이 적용된 것을 시초로, 1980년대부터 한국가스공사의 LNG공급배관과 도시가스사업자의 주배관 등에 희생양극법이 적용되고, 1984년 도시가스사업법의 시행과 더불어 국내 전기방식 산업은 가스배관을 중심으로 급속히 성장해 왔다. 한편, 1980년대 광역상수도배관과 (주)한국송유관의 서산-천안간 송유관에 대해 전기방식이 적용되고 1990년대부터 한국전력공사의 POF 케이블, 대한송유관공사의 전국배관망 및 지자체 대형 상수관 등으로 확장됨에 따라 복잡하게 얽힌 배관망만큼이나 이들 시설물간 상호 간섭의 사례가 걷잡을 수 없이 증가하고 있다.
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