지중 케이블 부식 방지 법 (희생 양극 법, 외부 전원법, 배류법) 전기방식

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지중 케이블 부식 방지 법 필요성으로는 지중에 매설된 케이블과 같은 금속 구조물은 전기적 부식, 즉 전식(Electrolytic Corrosion)으로 인해 손상될 위험이 있습니다. 전식은 금속체가 지하에서 전류의 흐름에 의해 부식되는 현상으로, 이를 방지하기 위한 다양한 기술이 존재합니다. 이 글에서는 전식의 정의와 원리, 그리고 지중 케이블의 부식 방지를 위한 대표적인 방법인 희생 양극법, 외부 전원법, 배류법에 대해 자세히 설명하겠습니다.

Table of Contents

전식(Electrolytic Corrosion)

1. 전식의 정의

전식이란 매설된 금속체가 전기적 부식에 의해 손상되는 현상입니다. 이 과정에서 금속체는 양극(+) 역할을 하며, 여기에서 지중으로 전류가 유출되어 패러데이 법칙에 따라 금속의 감소와 변질을 일으킵니다. 이는 금속의 물리적 구조와 성질을 저하시켜, 케이블이나 파이프와 같은 매설물의 수명을 단축시키고 안전성을 위협합니다.

2. 전식 발생 원리와 구역

전식은 특히 전동차 레일의 접속 부분에서 발생할 가능성이 큽니다. 레일의 접속 부분에서 저항이 높아지면, 레일을 통과하는 전류 일부가 누설되어 지중으로 흐르게 됩니다. 이 전류는 수도관, 가스관, 전력 케이블 등 지중에 매설된 금속 구조물을 통해 변전소 부근의 지중 금속체로 흘러들어가며, 이 과정에서 금속체에서 대지로 전류가 유출됩니다. 이 유출된 전류는 전기분해를 일으키며 금속의 부식을 촉진합니다.

지중 케이블의 전식 방지 대책

전식으로 인한 지중 케이블의 부식을 방지하기 위해 여러 가지 방법이 사용됩니다. 각 방법은 케이블의 설치 환경, 부식 위험도, 비용 등을 고려하여 선택됩니다.

1. 일반적인 부식 방지 대책

전식 방지를 위한 기본적인 대책으로는 다음과 같은 방법들이 있습니다:

깊이 매설: 지표 부근은 부식성 물질이 많기 때문에, 매설관을 1.2[m] 이상 깊이 매설하여 부식을 방지합니다.
습기 회피: 습기가 많은 지역, 특히 지하철 레일 부근과 같이 누설 전류가 많은 곳을 피합니다.
표면 처리: 파이프 표면을 코팅 처리하거나 테이프로 감싸 외부 환경으로부터 보호합니다.

2. 희생 양극법(유전 양극법)

희생 양극법은 전식 방지 방법 중 하나로, 이종 금속 간의 전위차를 이용하여 방식 전류를 발생시키는 방식입니다. 이 방법의 주요 특징은 다음과 같습니다:

전위차 활용: 부식되기 쉬운 금속(예: 아연)을 매설된 금속체에 연결하여, 이 희생 양극이 먼저 부식되도록 합니다. 이를 통해 주 금속체의 부식을 방지합니다.
전원 불필요: 외부 전원이 필요하지 않아 분산 배치가 용이합니다.
경제적: 공사비가 적게 들며, 간단하게 설치할 수 있습니다.
유효 범위 제한: 방식 유효 범위가 좁아, 넓은 지역에 적용하기에는 한계가 있습니다.

3. 외부 전원법

외부 전원법은 희생 양극법과 유사하지만, 방식 전류를 외부 전원에서 공급하는 방법입니다. 주요 특징은 다음과 같습니다:

외부 전원 사용: 희생 양극 대신 외부에서 직류 전원을 공급하여 방식 전류를 생성합니다.
강력한 방식 효과: 방식 효과가 크고, 유효 범위가 넓어 넓은 지역에서도 효과적으로 사용할 수 있습니다.
간섭 위험: 주위에 매설된 다른 금속체에 전식이 발생할 수 있는 우려가 있습니다. 이는 주위 환경과의 상호작용을 고려해야 하는 중요한 문제입니다.

4. 배류법

배류법은 전기 철도로부터의 누설 전류를 직접 레일로 돌려주는 방식으로, 지중 매설물로 전류가 흐르지 않도록 합니다. 배류법의 주요 유형과 특징은 다음과 같습니다:

직접 배류법: 전기 철도로부터 누설된 전류를 레일로 직접 되돌리는 방법입니다.
선택 배류법: 전동차가 회생 제동 시 전류가 반대로 흐를 경우를 대비하여, 변전소와 철관 사이에 다이오드(선택 배류기)를 설치하여 전류를 제어하는 방식입니다.
강제 배류법: 전류를 강제로 레일로 되돌리는 방법으로, 전류의 흐름을 완전히 제어할 수 있습니다.

배류법은 전식 발생 가능성을 줄이기 위한 효과적인 방법이며, 특히 전동차 시스템이 있는 지역에서 많이 사용됩니다.

결론

전식은 지중 케이블과 같은 금속 매설물에 심각한 손상을 초래할 수 있는 문제입니다. 이를 방지하기 위해 다양한 방법이 사용되며, 각 방법은 그 효과와 적용 범위가 다릅니다. 희생 양극법은 간단하고 경제적이지만, 유효 범위가 좁습니다. 외부 전원법은 강력한 방식 효과를 제공하지만, 주위 환경에 간섭을 일으킬 수 있습니다. 배류법은 누설 전류를 효과적으로 제어하여 전식을 방지하는 데 유용하며, 특히 전동차 레일 부근에서 사용됩니다. 이러한 방법들을 적절히 활용하여 지중 케이블의 부식을 방지하고, 전력 공급 시스템의 안정성을 보장할 수 있습니다.