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송수관로 카토딕 방식 시스템 설계: 실전 예시

음극방식 시스템을 실제 송수관로에 적용하는 과정을 상세히 살펴보겠습니다. 이 예시를 통해 설계 시 고려해야 할 요소들과 계산 과정을 이해할 수 있습니다.

1. 프로젝트 개요

총 길이: 14,048m (7,646m의 92cm 직경 파이프 + 6,402m의 128cm 직경 파이프)
파이프 벽 두께: 1.27cm
코팅: 콜타르 에폭시 및 펠트 랩
연결: 기계식 커플링
환경: 평균 토양 저항률 5,000 ohm-cm, 온도 -18°C ~ 32°C
요구 수명: 최소 40년

2. 사전 설계 고려사항

2.1 코팅 품질과 접지 컨덕턴스

코팅 품질에 따른 예상 접지 컨덕턴스를 계산합니다:

좋은 품질의 코팅:
g' = 1.0 x 10^-4 Siemens/m^2
총 컨덕턴스 = 1.0 x 10^-4 S/m^2 x 48,048 m^2 = 4.8 Siemens
접지 저항 = 1 / 4.8 S = 0.21 ohms

나쁜 품질의 코팅:
g' = 1.0 x 10^-3 Siemens/m^2
총 컨덕턴스 = 1.0 x 10^-3 S/m^2 x 48,048 m^2 = 48 Siemens
접지 저항 = 1 / 48 S = 0.021 ohms

2.2 파이프 종방향 저항

파이프의 단위 길이당 종방향 저항을 계산합니다:

92cm 직경 파이프:
Rp = (ρ * L) / (π/4 * (OD^2 - ID^2))
   = (2.06 x 10^-5 ohm-cm * 1220 cm) / (π/4 * (92^2 - 89.46^2))
   = 0.00007 ohms/unit

128cm 직경 파이프:
Rp = (2.06 x 10^-5 ohm-cm * 1220 cm) / (π/4 * (128^2 - 125.46^2))
   = 0.00005 ohms/unit

2.3 본딩 스트랩 저항

기계식 커플링에 사용될 본딩 스트랩의 저항을 계산합니다:

RB = (Rw * Lw) / Nw
   = (7.9 x 10^-6 ohms/cm * 46 cm) / 2
   = 0.00018 ohms/bond

3. 설계 권장사항

송수관 끝단과 모든 연결부에 절연 조인트 설치
모든 기계식 커플링에 전기적 본딩 스트랩 설치 (최소 2개의 No. 2 AWG 구리선)
1,800 ~ 2,000m 간격으로 전류 측정 테스트 스테이션 설치
다른 지하 구조물과 최소 30cm 이상 이격 및 유전체 패드 사용

4. 시공 후 테스트

4.1 전기적 연속성 및 절연 확인

가스 메인과의 저항 측정을 통해 송수관의 전기적 특성을 확인합니다:

총 측정 저항: 0.180 ohm
송수관 대 원거리 접지 저항: 0.168 ohm
가스관 대 원거리 접지 저항: 0.012 ohm

이 측정은 두 구조물 사이에 알려진 전류를 인가하고 즉각적인 전위 변화를 관찰하여 수행합니다.

5. 결론

이 설계 예시는 실제 송수관로에 음극방식 시스템을 적용하는 과정을 보여줍니다. 코팅 품질, 파이프의 전기적 특성, 환경 조건 등 다양한 요소를 고려하여 시스템을 설계해야 함을 알 수 있습니다. 또한 시공 후 테스트를 통해 시스템의 효과를 확인하고 필요한 조정을 할 수 있습니다.

이러한 상세한 설계 과정을 통해 송수관로의 수명을 크게 연장하고 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다. 실제 프로젝트에서는 현장 조건과 요구사항에 따라 더 복잡한 계산과 고려사항이 필요할 수 있습니다.