[논문]지진 영향으로 인한 전기시설물의 붕괴피해 연계 방안 연구

이병훈; 이병진; 오승희; 정우석; 김경석

doi:10.7236/jiibc.2018.18.5.203

지진 영향으로 인한 전기시설물의 붕괴피해 연계 방안 연구
A Study on the Connection Method for the Collapse Damage of Electric Power Facilities due to Earthquake Effects 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.18 no.5, 2018년, pp.203 - 208

이병훈 (충북대학교 전파통신공학과) , 이병진 (충북대학교 전파통신공학과) , 오승희 (한국전자통신연구원) , 정우석 (한국전자통신연구원) , 김경석 (충북대학교 전파통신공학과)

초록
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본 논문에서는 지진에 의해 발생 가능한 시설물의 피해 유형 중에서 도시기반시설에 해당하는 전력시설물과 배전시설물을 선정하였고 피해 여부를 산출해내는 방식에 대해 연구를 진행하였다. 피해여부를 산출하기 위해 시설물의 유형과 종류에 따라 취약률을 산출할 수 있는 취약률 곡선 산출식을 적용시켜 피해 규모에 따른 그래프를 산출해 내었다. 산출 결과를 활용하기 위해서 도시기반시설에 지진 발생 상황을 가정하고 지진의 규모와 최대지진가속도에 따른 피해 발생 확률을 취약률 형태로 나타내었다. 또한 산출된 취약률을 정수 형태로 변환하는 방식인 취약률 정량화 방식을 적용시켜 피해 규모에 대한 상수 값을 나타내었다. 본 논문에서 적용한 방식과 같은 연구가 지속될 경우 지진 발생 시 피해를 입는 시설물의 유형을 미리 파악하고 피해를 절감하기 위한 대응을 할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we selected power and power distribution facilities corresponding to urban infrastructure from the types of damage that could be caused by earthquakes and studied how they were calculated to damage. To calculate the damage, a graph of the magnitude of the damage was produced by applying the vulnerability curve calculation formula, which can be calculated for each type and type of facility. The scale of the earthquake and the probability of the occurrence of damage by the maximum earthquake acceleration were shown in the form of a vulnerability rate when the earthquake occurred in the urban infrastructure facility for utilizing the calculation result. It also applied a method of quantifying the fragility, which is a method of converting the calculated fragility into an integrated form, to represent a constant value for the magnitude of the damage. Continuing research, such as the method applied in this paper, could help identify in advance the types of structures affected by an earthquake and respond to reducing damage.

주제어

표/그림 (10)

표 표 1. 도시기반 시설물의 종류 Table 1. Types of urban infrastructure
표 표 2. 전력시설물의 정보 Table 2. Information of power facilities
그림 그림 1. 취약도 곡선 산출 예시 Fig. 1. Example of fragility curve calculation
표 표 3. 배전시설물의 정보 Table 3. Information on power distribution facilities
표 표 4. 전력시설물의 중간 값 및 표준편차 값 Table 4. Mid-range and standard deviation of power facilities
표 표 5. 배전시설물의 중간 값 및 표준편차 값 Table 5. Mid-range and Standard Deviation of Power distribution Facilities
표 표 6. 시설물 종류별 취약률 산출 결과 Table 6. Results of calculation of vulnerabilities by facility type
표 표 7. 취약률 정량화 적용 결과 Table 7. Results of applying vulnerability quantification
그림 그림 2. (a) 345kV 변전소의 취약률 곡선, (b) 154kV 변전소의 취약률 곡선 Fig. 2. (a) Vulnerability Curve of 345kV substations, (b) Vulnerability Curve of 154kV substations
그림 그림 3. (a)콘크리트 전주의 취약률 곡선 (b) 강관전주의 취약률 곡선 Fig. 3. (a) Fragility curve of concrete poles, (b) Fragility curve of steel poles

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 지진이 도심지에서 발생했을 때 시설물의 피해여부를 확인하기 위한 연구를 진행하였다. 시설물의 경우 도시기반시설물을 다뤘으며 53가지 도시기반시설물 중에서도 정전으로 피해가 연계될 수 있는 전기시설물에 대한 연구를 진행하였다.
본 연구에서는 지진으로 인해 발생할 수 있는 피해인 붕괴에 대해 다루며 그 중에서도 광범위한 지역에 걸쳐 심각한 피해를 유발할 수 있는 전기시설물에 대한 지진 규모별 붕괴여부 산출 방식을 적용시켜 결과를 도출시켰다.^[3] 결과의 경우 시설물의 피해량에 따른 각각의 취약률을 통해 시설물의 피해여부를 확인하는 방식으로 도출해 내었다.

가설 설정

이러한 시설물 취약률 곡선을 활용하여 지진이 발생한 상황에 대한 피해율을 산출하였다. 산출을 위해 전기시설물이 있는 지역에 규모 6.0의 지진이 발생했다고 가정하였으며 지진에 의해 발생한 지진최대가속도는 0.34g로 발생했다고 가정하였다. 이를 시설물별 취약률 곡선에 적용시킬 경우 표 6과 같은 결과를 나타낸다.

제안 방법

[3] 결과의 경우 시설물의 피해량에 따른 각각의 취약률을 통해 시설물의 피해여부를 확인하는 방식으로 도출해 내었다.
전력시설물의 경우 154kV 변전소, 345kV 변전소에 대한 분석을 진행하였으며 해당 시설물의 정보는 표 2에 나타나있다. 또한 배전 시설물의 경우 도시 내에서 주로 볼 수 있는 콘크리트 전주와 강관전주에 대한 분석을 진행하였으며 표 3과 같은 규격을 가지고 있다.^[5][6]
본 논문은 지진이 도심지에서 발생했을 때 시설물의 피해여부를 확인하기 위한 연구를 진행하였다. 시설물의 경우 도시기반시설물을 다뤘으며 53가지 도시기반시설물 중에서도 정전으로 피해가 연계될 수 있는 전기시설물에 대한 연구를 진행하였다. 연구는 지진에 의한 전기시설물인 변전소와 전신주의 붕괴여부를 시설물의 종류와 지진의 규모에 따라 발생하는 최대지진가속도를 통해 나타내었다.
시설물의 경우 도시기반시설물을 다뤘으며 53가지 도시기반시설물 중에서도 정전으로 피해가 연계될 수 있는 전기시설물에 대한 연구를 진행하였다. 연구는 지진에 의한 전기시설물인 변전소와 전신주의 붕괴여부를 시설물의 종류와 지진의 규모에 따라 발생하는 최대지진가속도를 통해 나타내었다.
이러한 시설물 취약률 곡선을 활용하여 지진이 발생한 상황에 대한 피해율을 산출하였다. 산출을 위해 전기시설물이 있는 지역에 규모 6.
산출된 시설물에 대한 취약률의 경우 각각의 피해 규모에 따른 발생할 확률로 표현이 되기 때문에 피해여부를 확인하기엔 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해 취약률에 대한 결과를 정수 값으로 정량화 시키는 과정인 취약률 정량화를 적용시켰다.^[8] 취약률 정량화는 각각의 피해 규모별로 가중치 값을 곱하여 산출한 값으로 피해가 거의 없는 0부터 심각한 피해 또는 붕괴가 발생하는 1사이의 값으로 산출된다.
전기시설물은 변전소로 구성된 전력시설물과 전신주와 같은 배전시설물로 구분하였다. 전력시설물의 경우 154kV 변전소, 345kV 변전소에 대한 분석을 진행하였으며 해당 시설물의 정보는 표 2에 나타나있다.
전기시설물은 변전소로 구성된 전력시설물과 전신주와 같은 배전시설물로 구분하였다. 전력시설물의 경우 154kV 변전소, 345kV 변전소에 대한 분석을 진행하였으며 해당 시설물의 정보는 표 2에 나타나있다. 또한 배전 시설물의 경우 도시 내에서 주로 볼 수 있는 콘크리트 전주와 강관전주에 대한 분석을 진행하였으며 표 3과 같은 규격을 가지고 있다.
지진 피해여부를 나타내기 위해 지진의 규모에 따라 나타나는 최대지진가속도에 따른 피해율 산출식을 적용시켰으며 시설물의 종류별로 나타나있는 중간 값과 표준정규분포 값을 통해 지진에 대한 취약률을 산출해 내었다. 취약률의 경우 피해의 규모에 따라 경미, 보통, 심각, 완벽의 4단계로 나타내었으며 피해단계별 전기시설물의 취약률 산출 값을 통해 어느 정도의 피해가 발생할 수 있는지 확인하였다.
지진에 의한 시설물의 피해여부를 산출하기 위해서 지진의 규모에 따른 피해여부 산출 방법 중 피해 유형에 따른 취약률을 분석하는 방식을 적용시켰다. 취약률 분석은 취약률 곡선의 형태로 결과가 산출되게 되며 취약률 곡선을 산출하는 식은 식 1과 같이 나타나있다.
취약률 산출 값을 정리하는 방식으로는 결과 값을 정수 값으로 정량화 시키는 방식을 사용하였다. 해당 방식의 경우 정량화를 산출하기 위한 가중치 값이 필요하지만 현재 전력시설물과 배전시설물에 대한 피해 가중치 값이 없는 상태이기 때문에 이에 대한 연구가 추가적으로 필요하다.
지진 피해여부를 나타내기 위해 지진의 규모에 따라 나타나는 최대지진가속도에 따른 피해율 산출식을 적용시켰으며 시설물의 종류별로 나타나있는 중간 값과 표준정규분포 값을 통해 지진에 대한 취약률을 산출해 내었다. 취약률의 경우 피해의 규모에 따라 경미, 보통, 심각, 완벽의 4단계로 나타내었으며 피해단계별 전기시설물의 취약률 산출 값을 통해 어느 정도의 피해가 발생할 수 있는지 확인하였다.

대상 데이터

그 중에서도 주로 발생하는 피해는 붕괴로 인한 피해이며 붕괴가 발생할 경우 정전, 폭발, 화재와 같은 여러 가지 재난으로 연계가 될 수 있다. 여러 가지 재난에 대한 대응을 위해 주변 시설에 큰 영향을 주는 주요시설물을 선정하였으며 시설물 선정은 도시 기반시설을 나열한 표 1을 참고하여 선정하였다. 도시 기반시설의 경우 도시 전체의 기능에 큰 영향을 미치는 시설로 교통시설, 공간시설, 유통/공급시설, 공공/문화 체육시설, 방재시설, 보건위생시설, 환경기초시설과 같은 7가지 유형으로 분류된 53가지 시설로 구성되어 있다.
^[4] 이 중에서도 주변 시설에 큰 영향을 줄 수 있는 시설로는 물류 운송 및 이동에 큰 영향을 주는 교통시설의 도로시설물과 전기를 사용하는 모든 시설물에 영향을 주는 유통/공급시설의 전기시설물이 있다. 이러한 시설물 중에서도 전기시설물은 피해가 발생할 경우 광범위한 지역에 피해를 가할 수 있기 때문에 전기시설물을 선정하였다.

성능/효과

그림과 같은 결과를 통해 지진이 발생했을 경우 지진의 규모에 따라 피해가 발생할 확률을 알 수 있고 이를 적용시켜 시설물에 대한 피해여부를 예측할 수 있다. 또한 시설물의 피해를 경미한 피해, 보통 피해, 심각한 피해, 완벽한 피해의 4단계로 나누어 각각의 결과를 합산하는 방식을 통해 피해발생 유형을 확인할 수 있다.

후속연구

본 연구가 지속적으로 진행될 경우 현재 진행된 시설물인 전력 및 배전시설물 외에도 여러 가지 도시기반시설물에 대한 분석이 이루어지게 될 것이며 이러한 분석이 누적될 경우 지진 발생 규모에 따라 어떠한 시설물에 심각한 피해가 발생하는지 확인할 수 있을 것이다.
취약률 산출 값을 정리하는 방식으로는 결과 값을 정수 값으로 정량화 시키는 방식을 사용하였다. 해당 방식의 경우 정량화를 산출하기 위한 가중치 값이 필요하지만 현재 전력시설물과 배전시설물에 대한 피해 가중치 값이 없는 상태이기 때문에 이에 대한 연구가 추가적으로 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지진에 의한 피해는 주로 어떤 피해가 발생하는가?	지진에 의한 피해는 주로 붕괴로 인한 피해가 발생하게 된다. 이러한 붕괴 피해는 일정 규모 이상으로 지진이 발생할 경우 발생을 하게 되며 붕괴에 따라 추가적인 재해로 이어질 가능성이 있다.
	지진 피해에 사전대응하기 어려운 이유는?	지진 또한 기상청에서 지진이 발생했을 경우 지진통보시스템을 통해 주요 기관에 지진정보 전달 및 대응을 하고 있다.[1] 하지만 태풍과 다르게 발생 시기를 미리 알 수 없어 지진에 의해 발생하는 피해에 사전대응 하는데 어려움이 있다.
	지진에 의한 피해 유형에는 어떤 것들이 있는가?	지진에 의한 피해 유형은 셀 수 없을 만큼 다양하게 나타난다. 그 중에서도 주로 발생하는 피해는 붕괴로 인한 피해이며 붕괴가 발생할 경우 정전, 폭발, 화재와 같은 여러 가지 재난으로 연계가 될 수 있다. 여러 가지 재난에 대한 대응을 위해 주변 시설에 큰 영향을 주는 주요시설물을 선정하였으며 시설물 선정은 도시 기반시설을 나열한 표 1을 참고하여 선정하였다.

참고문헌 (8)

Inchan Jeon, Seong-Jong Choi, Yong-Tae Lee, Sung-Dae Hong. (2012). A Development Of A System For Earthquake Warning Using Social Media. The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication, 12(5), 169-175. http://dx.doi.org/10.7236/JIWIT.2012.12.5.169
Chang Seob Kim, Dong Myeong Ha. (2016). A Study on the Concept & Definition of Special Disaster. Korean Journal of Hazardous Materials, 4(2), 36-40.
Rose, Adam, et al. "The regional economic impact of an earthquake: Direct and indirect effects of electricity lifeline disruptions." Journal of Regional Science 37.3 (1997): 437-458.

상세보기
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Law on Land Use and Planning - Infrastructure"
Kim, Min-Kyu Choun, Young-Sun Choi, In-Kil Oh, Keum-Ho, (2009) "Seismic Fragility Analysis of Substation Systems by Using the Fault Tree Method", Earthquake Engineering Society of Korea, 13(2), 47-58
Chang-Su Lee, (2015), "Development of Seismic Fragilities for Urban Infrastructure Network", Korea Institute of Science and Technology Information.
Seo, Hyeong-Yeol, et al. "Modified HAZUS Method for Seismic Fragility Assessment of Domestic PSC-I Girder Bridges." Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection14.2 (2010): 161-170.
Kruger, A. C. Pillay, D. L. & Van Staden, M. (2016). Indicative hazard profile for strong winds in South Africa. South African Journal of Science, 112(1-2), 01-11. DOI: http://dx.doi.org/10.17159/sajs.2016/20150094

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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