전기방식 이론 : 5-6 배관의 전류 측정 (2) 영구 4선식 시험 방법

영구 4선식 시험점 (Permanent Four-Wire Test Points)

1. 개요

4선식 시험점은 파이프라인 전류 측정에 있어서 가장 정확한 방법을 제공합니다. 각 전류 측정 스팬을 정밀하게 보정할 수 있어 2선식 시험점의 한계를 극복할 수 있습니다.

2. 시스템 구성

A. 기본 구성요소

• 4개의 절연된 리드선
• 색상 코딩된 단자
• 전류 측정 스팬
• 단자함
• 연결부 보호장치

B. 설치 구성

• 파이프라인 길이 방향으로 최소 5배의 파이프 직경 확보
• 리드선은 각 끝단에 2개씩 연결
• 모든 연결부는 방수 처리
• 지상 접근이 용이한 위치에 단자함 설치
  
  

4-wire 측정방법

 

전압계 Null포인트에 의한 측정방법, 밧데리 전압을를 조정하여 mV전압계의 눈금을 "0"으로 맞추고 그때의 밧데리 전압과 전류로 스판저항을 계산하고 밧데리를 분리하고 전위차를 측정하고 스판저항으로 나누면 전류가 된다.

 

 

3. 측정 절차

A. 회로 저항 측정

1. 전류 측정 스팬 사이의 회로 저항 측정 (단자 2와 3 사이)
2. 2선식 시험점 절차와 동일한 방법으로 측정
3. 저항값이 예상보다 높으면 연결부 불량 의심

B. 스팬 보정

1. 외부 리드선(단자 1과 4) 사이에 알려진 배터리 전류 통과
2. 전류 측정 스팬(단자 2와 3)에서의 전위차 측정
3. 보정 계수 계산:
   • 보정 계수 = 전류(A) ÷ 전위차(mV)
4. 파이프라인 온도가 안정적일 때 보정 계수는 일정하게 유지

C. 실제 전류 측정

1. 전류 측정 스팬에서의 전위차 측정
2. 보정 계수를 적용하여 실제 전류 계산
3. 전류 흐름 방향 기록

4. 4-wire 계산 예시

예시 데이터:
- 회로 저항 = 0.09Ω
- 배터리 전류 = 10A
- 전류 ON 시 전위차 = 5.08mV
- 전류 OFF 시 전위차 = 0.17mV
- 전위차 변화 = 4.91mV
- 보정 계수 = 10A ÷ 4.91mV = 2.04A/mV

따라서 배관에 흐르는 전류는 전류 off시 전위차 * 보정계수 
0.17mV x 2.04A/mV = 0.346 A (346mA) 가 됩니다. 

5. 장점과 단점

A. 장점

• 높은 측정 정확도
• 스팬 저항 계산 불필요
• 파이프 크기/재질 정보 불필요
• 온도 영향 보정 가능
• 장기적 신뢰성

B. 단점

• 초기 설치비용 높음
• 더 많은 리드선 필요
• 복잡한 설치 과정
• 더 많은 유지보수 필요
• 더 큰 단자함 필요

6. 유지보수

A. 정기 점검 항목

• 단자 연결부 상태
• 절연 상태
• 방수 상태
• 보정 계수 확인
• 단자함 상태

B. 문제해결

• 높은 접촉 저항
• 불안정한 측정값
• 리드선 손상
• 수분 침투
• 단자 부식

7. 안전 고려사항

A. 작업 안전

• 전기 안전
• 접지 확인
• 개인보호구 착용
• 밀폐공간 작업 주의
• 교통 통제

B. 시스템 보호

• 과전압 보호
• 낙뢰 보호
• 기계적 보호
• 침수 방지
• 동결 방지

8. 품질 관리

A. 문서화 요구사항

• 설치 기록
• 보정 데이터
• 측정 이력
• 유지보수 기록
• 문제해결 기록

B. 성능 검증

• 정기적 보정
• 측정 정확도 확인
• 데이터 신뢰성 평가
• 시스템 효율성 평가
• 개선사항 도출

참고문헌

1. NACE SP0169-2013, "Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems"
2. NACE TM0497-2012, "Measurement Techniques Related to Criteria for Cathodic Protection"
3. Peabody's Control of Pipeline Corrosion, 2nd Edition
4. Pipeline Corrosion and Cathodic Protection, 3rd Edition
5. ISO 15589-1:2015, "Petroleum, petrochemical and natural gas industries"