외부전원(I.C.C.P) 시스템 설계

코팅된 강관/정류기/기존 접지베드를 이용한 음극방식 시스템 설계

 

이 글에서는 7,646m의 92cm 직경 파이프와 6,402m의 128cm 직경 파이프로 구성된 수도 송수관에 대한 음극방식 시스템 설계 과정을 상세히 살펴보겠습니다.

 

1. 시스템 개요

 

• 총길이: 14,048m
• 파이프 직경: 92cm (7,646m), 128cm (6,402m)
• 코팅: 콜타르 에폭시
• 평균 토양 저항률: 5,000 ohm-cm

 

2. 전기적 특성 분석

 

2.1 코팅 저항과 접지 컨덕턴스

좋은 품질 저항의 경우:
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

2.2 파이프 선형 저항 계산

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

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

2.3 감쇠 상수 및 특성 저항 계산

감쇠 상수: α = (r * g)^0.5 = (0.0207 * 0.032)^0.5 = 0.0257
특성 저항: RG = (r / g)^0.5 = (0.0207 / 0.032)^0.5 = 0.804 ohm

 

3. 전원 위치 선정

 

세 개의 정류기를 파이프라인의 1/6, 3/6, 5/6 지점에 설치하는 것이 가장 균일한 전류 분포를 제공할 것으로 예상됩니다.

 

4. 전류 요구량 계산

 

지점 "E"에서 필요한 전위 변화:

• 누전 전류 효과 상쇄: -0.5V
• 분극화 보장: -0.3V
  총 필요 전위 변화: -0.8V

중앙 정류기(위치 "C")에서의 계산:

E = Er * cosh(αx) + RG * Ir * sinh(αx)
0.959V = 0.8V * cosh(0.124 * 5) + 0 (Ir = 0, 절연 조인트)

"E" 방향으로의 저항:
Rso = RG * coth(αx) = 0.157Ω * coth(0.124 * 5) = 0.285Ω

"E" 방향으로의 전류:
I = 0.959V / 0.285Ω = 3.365A

처리장 방향으로의 저항:
R = 0.157Ω * coth(0.124 * 9.1) = 0.194Ω

처리장 방향으로의 전류:
I = 0.959V / 0.194Ω = 4.94A

총 필요 전류: 3.365A + 4.94A = 8.305A

 

5. 접지베드 설계

 

Dwight의 수평 로드 공식을 사용하여 접지베드 저항 계산:

R = (ρ / 2πL) * [ln(4L/d) + ln(4L/h) - 2 + (h/L)]

여기서:
ρ: 토양 저항률 (12,000 ohm-cm)
L: 접지베드 길이 (30.5m)
d: 접지베드 직경 (30.5cm)
h: 접지베드 매립 깊이 (약 1.5m)

R ≈ 3.14Ω

 

6. 결론 및 권장사항

1. 세 개의 정류기를 파이프라인의 1/6, 3/6, 5/6 지점에 설치
2. 각 정류기의 출력 용량: 최소 8.305A
3. 접지베드: 30.5m 길이, 5개의 1.52m x 7.6cm 흑연 애노드로 구성
4. 추가 보호 조치:
   • 절연 조인트 및 정류기에 번개 보호 장치 설치
   • 모든 도로 교차 지점에 전류 측정 테스트 스테이션 설치
   • 정기적인 효과성 모니터링 프로그램 수립

이러한 설계를 통해 파이프라인의 장기적인 부식 방지와 안전한 운영을 보장할 수 있습니다. 실제 설치 시에는 현장 조건에 따라 세부 사항을 조정할 필요가 있을 수 있습니다.