[논문]상수도관로 전기방식 시스템의 진단 및 개선 사례

한창동; 이승용; 장정호; 이상군; 최준; 김태호; 정성원; 이선엽

상수도관로 전기방식 시스템의 진단 및 개선 사례
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한창동 (한국수자원공사) , 이승용 (한국수자원공사) , 장정호 (한국수자원공사) , 이상군 (한국수자원공사) , 최준 (코렐테크놀로지(주)) , 김태호 (코렐테크놀로지(주)) , 정성원 (코렐테크놀로지(주)) , 이선엽 (코렐테크놀로지(주))

전기방식이 실시되고 있는 상수도 관로는 관의 노후화, 코팅의 열화, 부적절한 방식시스템의 적용 및 타 시설물과의 간섭 등으로 부분적으로 방식전위 미달구간이 존재한다. 이러한 방식전위 미달구간에 대하여 토양환경 측정 및 방식소요전류량 산정, 간섭 시험 등을 통하여 토양환경은 부식이 '발생하는 구간' 및 '미약하게 발생'하는 구간으로 나타났다. 임시 가통전 시험을 통하여 방식소요전류량을 구할 수 있었다. 간섭영향 시험으로 간섭 여부 및 전식 발생지점을 추정할 수 있다. 현장 측정 결과와 설계기준을 바탕으로 적절한 전기방식 보강 계획을 수립하여 현장에 부분적으로 설치하였으며 방식상태를 분석하였다. 단순히 설계된 소요전류량만을 증가시키는 방안보다 부분적인 방식보강 및 주변 배관 상태를 고려하여 적절한 통합 방식방안을 적용하는 것이 더 효율적인 것으로 나타났다.

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문제 정의

그러나 적절하지 못한 전기방식법 혹은 전기방식법의 미적용으로 인하여 부분적으로 상수도관은 부식 및 누수되는 구간이 존재하게 된다. 이에 각 방식전위 미달 구간에 대한 정밀한 진단을 통하여 적절한 방식 방안을 제시하고, 이를 바탕으로 시공된 후의 개선 사례를 제시하여 향후 방식불량구간의 개선에 도움이 되고자 한다.

제안 방법

매설된 배관에서 간섭영향은 C 단계 관로와의 간섭, 가스관, 도시가스관, 송유관 등의 배관과 타 시설물(철탑, 케이싱 등) 교차 및 병행, 접촉으로 인하여 방식불량현상이 나타남을 말한다. 간섭영향은 대상배관에 가통전 시험장치를 설치하고, 정류기를 On/Off 하면서 인근배관 및 시설물과 대상구간의 방식전위경향을 연속적으로 측정하는 방식으로 진행하였다.
상수도 관로와 다른 상수도 관로와의 간섭 혹은 방식불량으로 인해 방식전위가 방식기준 이하인 지점을 선정하였다. 대상구간을 선정하고 토양의 부식특성 및 가통전시험을 통한 방식소요전류량 산정, 타시설물과의 간섭영향평가 등을 토대로 최적의 방식방안을 제시하였다.
방식방법은 소요전류량이 크게 필요하기 때문에 희생양극식으로는 불가능하여, 외부전원식으로 선정하였다. 외부전원식 방법중에 천매식 분산배치 양극배치법의 경우 전체 관로구간을 연속적으로 굴토하여야 하기 때문에 시간과 비용이 크게 발생하며, 천매식 집중배치법의 경우 양극 매설부지를 확보하기가 어려우며, 도심지의 경우 지장물로 인하여 간섭영향이 발생할 수 있다.
전기방식 시스템이 운영중이었으나, 방식전위가 미달되는 구간을 선정하여 토양상태 및 방식 소요전류량 산정, 간섭실험 등을 통하여 정밀진단을 실시하고, 이를 바탕으로 전기방식 시스템을 개선 및 보강한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
임시양극은 주변 매설 구조물 혹은 함석판을 이용하였고, 배관에서 리드선을 인출하고, 임시정류기를 설치하여 외부전원 방식회로를 구성하였다. 전체 대상구간에서 적절한 혹은 방식기준에 만족하는 방식전위가 나타났을 시에 인가된 전류량을 방식소요전류량으로 책정하였다. 방식전위는 포화황산동 기준전극(Cu/CuSO4)을 이용하였으며, 배관의 직상부에서 측정하였다.
토양비저항은 Wenner 4pin법을 적용하여 측정하였으며, 측정된 비저항을 깊이별 비저항을 환산하여 관로중에 배관의 매설 깊이의 비저항을 구하였다. 토양의 습도와 pH는 직독직 측정기(Accumet 950, Fisher sci. 미국)를 사용하여 측정하였다.
토양특성은 토양비저항, 토양pH, 토양습도를 측정하여 토양의 부식특성을 평가하였다.

대상 데이터

전체 대상구간에서 적절한 혹은 방식기준에 만족하는 방식전위가 나타났을 시에 인가된 전류량을 방식소요전류량으로 책정하였다. 방식전위는 포화황산동 기준전극(Cu/CuSO4)을 이용하였으며, 배관의 직상부에서 측정하였다.
상수도 관로와 다른 상수도 관로와의 간섭 혹은 방식불량으로 인해 방식전위가 방식기준 이하인 지점을 선정하였다. 대상구간을 선정하고 토양의 부식특성 및 가통전시험을 통한 방식소요전류량 산정, 타시설물과의 간섭영향평가 등을 토대로 최적의 방식방안을 제시하였다.
진단대상은 2개 구간을 선정하였다.

이론/모형

외부전원식 방법중에 천매식 분산배치 양극배치법의 경우 전체 관로구간을 연속적으로 굴토하여야 하기 때문에 시간과 비용이 크게 발생하며, 천매식 집중배치법의 경우 양극 매설부지를 확보하기가 어려우며, 도심지의 경우 지장물로 인하여 간섭영향이 발생할 수 있다. 이에 적정 양극배치법은 공공부지내에 설치할 수 있으며 설치가 비교적 용이한 심매식 집중배치법을 적용하였다.
토양비저항은 Wenner 4pin법을 적용하여 측정하였으며, 측정된 비저항을 깊이별 비저항을 환산하여 관로중에 배관의 매설 깊이의 비저항을 구하였다. 토양의 습도와 pH는 직독직 측정기(Accumet 950, Fisher sci.

성능/효과

- 단순히 소요전류량만을 증가시키는 방안보다 주변 배관 상태를 고려하여 적절한 통합 방식방안을 적용하는 것이 더 효율적이었다.
- 타배관과의 간섭영향 시험으로 간섭영향을 평가할 수 있었으며, 전류의 유출 및 유입지점을 발견하여 적절한 대책을 제시할 수 있었다.
A구간 인근에 가스 배관이 매설되어 있었으며, 간섭영향 평가시 On 전위: -1,180mV, Off 전위 : -1,000mV로 나타났다. 간섭영향은 존재하지만, 방식전위가 기존에 만족하므로 별도의 조치는 필요없는 것으로 나타났다.

후속연구

하지만, 관로전체의 평균 비저항을 나타낸 것이므로 부분적으로 비저항이 낮은 지역의 경우는 부식이 발생할 수 있으므로 이에 대한 방식설비가 필요하다고 볼 수 있다. pH와 습도는 모두 중성토양 혹은 국내 일반적인 토양의 값을 나타내었으므로 전기방식 공사시 별도의 대책을 마련하지 않아도 될 것으로 보인다.

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