KR200353153Y1 - 매설금속구조물의 방식전위 측정에 사용되는 기준전극 - Google Patents

Abstract

본 고안은 매설금속구조물의 방식전위의 측정에 사용되는 기준전극에 관한 것으로, 전극벽으로 둘러싸여 내부에 수용공간이 형성되어 있는 케이싱과; 상기 케이싱의 수용공간에 채워지는 황산동 용액과; 상기 황산동 용액에 수용되어 있는 구리전극과; 상기 케이싱의 상부에 위치하여 황산동 용액의 누설을 막고 가운데 천공이 있어 구리전극을 고정시켜 주는 실링과; 상기 실링 가운데의 천공을 통하여 일단이 구리전극과 접지되고 타단이 지상으로 인출되도록 되어 있으며 피복으로 보호되고 있는 전극리드선과; 상기 케이싱 하부에 위치하여 황산동 용액을 소량 유출케 하여 전류의 흐름을 가능케 하는 기공성 세라믹팁과; 상기 기공성 세라믹팁과 황산동 용액과의 접촉면 사이에 위치하여 전기전도도는 가지면서 땅속의 수분침투를 막고 황산동 용액의 누출을 방지할 수 있는 완충층으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

매설금속구조물의 방식전위 측정에 사용되는 기준전극{The standard electrode using the anticorrosion voltage measurement of underground metal structure}

본 고안은 매설금속구조물의 방식전위의 측정에 사용되는 기준전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 황산동 용액의 수용공간과 그 하부의 세라믹팁 사이에 전기전도성을 가지고 방투수성이 우수한 벤토나이트로된 완충층을 삽입하여 접지성은 그대로 유지되면서 황산동 용액의 누출을 방지함과 동시에 토양내의 물이나 기타 불순물이 전극내부로 침투해 들어오는 것을 방지할 수 있는 매설금속구조물의 방식전위 측정에 사용되는 기준전극에 관한 것이다.

지중에 매설되어 있는 금속구조물은 부식 등에 의한 열화를 방지할 수 있도록 표면을 폴리에틸렌(polyethylene) 등의 합성수지로 코팅을 하거나, 전기화학적 반응의 결과인 부식(corrosion)이 전기적으로 억제될 수 있도록 하는 전기방식이 이용되고 있다. 부식은 금속이 전자를 방출하면서 산화되는 현상으로 금속이온이 금속으로부터 이탈되어 부식환경인 전해질 속으로 이동하게 됨으로써 무게가 감량되거나 또는 두께가 감소되는 등의 부식현상을 유발하게 된다.

전기방식은 주로 방식(防蝕)이 필요한 설비나 구조물의 전위(電位)를 인위적으로 조절함으로써 설비나 구조물의 부식을 억제시키는 방법으로, 이에는 방식 대상물을 양극화시키는 양극방식(anodic protection)과 방식 대상물을 음극화시키는 음극방식(cathodic protection)이 있다. 양극방식은 전위조절이 정밀하게 이루어 지지 않을 경우 부식이 가속화될 우려가 있어 제한적으로 사용되고 있으며 대부분의 경우는 주로 음극방식이 이용되고 있다.

음극방식은 방식 대상물의 전위를 인위적으로 낮춤으로써 부식을 방지하는 기법으로, 방식전류를 인가하는 방법에 따라 희생양극법과 외부전원법으로 대별된다. 희생양극법은 이온화 경향이 큰 금속(대개 마그네슘이 사용됨)을 전해질 내에서 전기적으로 연결하여 양극으로 작용하게 함으로써 방식대상물을 음극화시키는 방법이고, 외부전원법은 직류전원장치 또는 정류기의 음극(-)을 방식대상물에 접속하고 양극(+)을 매설금속구조물의 하측에 배치된 양극부재에 접속하여 방식전류(防蝕電流)를 획득하는 방법이다.

한편, 전기방식에서는 지중에 매설된 매설금속구조물으로부터 지표상으로 배관리드선을 인출하고, 지표면에는 기준전극을 마련하여 기준전극과 배관리드선 사이에 전위측정장치를 개재시켜 기준전극에 대한 매설금속구조물의 전위를 측정한 다음, 측정된 매설금속구조물의 전위를 통해 매설금속구조물의 방식상태를 판별하게 된다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 지중에 매설되는 배관의 경우 강철의 자연고유전위인 -400㎷ ∼ -500㎷를 갖게 되는데, 이러한 상태에서는 금속이온이 전기를 운반하여 부식이 진행되기 때문에 통상적으로 배관의 방식(防蝕)을 위하여 300㎷ 정도를 더 낮추어 배관의 대지에 대한 전위값을 -850㎷ 이하로 유지시켜 주고 있다.

따라서, 토양에 매설된 배관에서 전기방식이 정확히 이루어지고 있는지에 대한 진단은 매우 중요한 일이며, 정확한 진단을 통해서만이 배관의 부식을 방지할 수 있고, 방식 문제가 발생하였을 때 정확한 원인을 찾아서 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 매설금속구조물의 방식전위를 측정하는 방법에 관한 개략도로서, 내부에 유로를 형성하는 매설금속구조물(105)은 지표면(101)으로부터 소정 거리 이격되어 지중(103)에 매설되며, 매설금속구조물(105)의 하측에는 금속부재로 된 양극부재(107)가 매설되어 있다. 지표면(101)에는 매설금속구조물(105)을 음극화 시킬 수 있도록 직류전원장치(109)가 설치되어 있으며, 직류전원장치(109)의 양극(+)은 케이블(111a)에 의해 양극부재(107)에 연결되어 있고 직류전원장치(109)의 음극(-)은 케이블(111b)에 의해서 매설금속구조물(105)에 각각 전기적으로 연결되어 있다.

한편, 지표면(101)에는 매설금속구조물(105)의 방식상태를 알 수 있도록 전위를 측정하기 위한 테스트박스(113)가 마련되어 있으며, 이 테스트박스(113)내에는 일단이 매설금속구조물(105)에 전기적으로 연결된 배관리드선(115)이 접지되며 다른 단에는 기준전극(117)이 연결되어 있다. 배관리드선(115)과 기준전극(117)에는 기준전극(117)에 대한 매설금속구조물(105)의 전위를 측정할 수 있도록 전위측정장치(119)가 각각 연결되어 있다.

이러한 구성에 의하여, 직류전원장치(109)에 의해 매설금속구조물(105) 및 양극부재(107)에 전원이 인가되면, 양극부재(107)로 부터 매설금속구조물으로 방식전류가 흐르게 된다. 이에 의해, 매설금속구조물(105)은 자연전위(또는 부식전위) 이하로 되어 방식이 이루어지게 된다.

한편, 상기 방법에 의한 방식(防蝕)이 잘 이루어지고 있는지 점검하기 위하여 이용되는 것이 매설금속구조물의 방식전위를 측정하는 방법이다. 매설금속구조물의 방식전위를 측정하고자 할 경우에는, 도 2에서 보는 바와 같이 기준전극(217)을 지면(201)에 설치한 후 기준전극(217)에 연결된 전위측정장치(219)의 플러스전극에 연결된 테스트봉(218)을 배관(205)에 접촉시키는 방법으로 시침함으로써 " 전위측정장치(219)의 플러스전극 → 매설금속구조물(205) → 지면(201) → 세라믹팁(228) → 황산동 용액(222) → 구리전극(223) → 배관리드선(224) → 전위측정장치의 공통전극"의 순으로 전류를 흐르게 함으로써 얻어지는 전위측정장치(219)에 표시된 전위값을 읽어, 지면(201)에 대한매설금속구조물(205)의 전위값을 측정하게 된다.

이렇게 얻어진 전위값이 앞에서 설명한 기준값인 -850㎷ 이하이면 방식전위값이 양호한 상태이고, -850㎷ 보다 높으면 방식전위값이 불량한 상태여서 매설금속구조물(205)의 방식전위값을 유지하기 위한 수리교정이 필요한 상태임을 알 수 있다. 한편, 상기한 바와 같은 측정방법에 있어서, 기준전극의 위치(217)가 구조물에서 이격된 위치에 놓일수록 토양 저항에 의한 전압강하의 발생이 심화되어 정확한 매설금속구조물의 전위 측정이 불가함에 따라, 최근에는 기준전극(217)을 토양 중의 매설금속구조물 가까이에 매설하여 사용하기도 한다.

도 3은 종래의 방식전위 측정에 사용되는 기준전극의 단면도를 나타낸다. 도 3에서 보는 바와 같이 방식전위 측정용 전극은 전극벽(301)으로 둘러싸여 내부에 수용공간(302)이 형성되어 있는 케이싱과; 상기 케이싱의 수용공간에 채워지는 황산동 용액과; 상기 황산동 용액에 수용되어 있는 구리전극(303)과; 상기 케이싱의 상부에 위치하여 황산동 용액의 누설을 막고 가운데 천공이 있어 구리전극을 고정시켜주는 실링(304)과; 상기 실링 가운데의 천공을 통하여 일단이 구리전극과 접지되고 타단이 지상으로 인출되도록 되어 있으며 피복으로 보호되고 있는 전극리드선(305)과; 상기 케이싱 하부에 위치하여 황산동 용액을 소량 유출하게 하여 전류흐름을 가능토록 하는 기공성 세라믹팁(306)으로 이루어져 있다.

이때 상기의 세라믹팁(306)은 기공성을 가지게 되는데, 이는 황산동 용액 유출을 가능하게 하여 전극과 지면사이의 전기적 접촉을 가능하게 하면서 황산동용액이 급격히 흘러나오는 것을 방지하기 위함이다. 그러나 상기의 기공성세라믹팁(306)을 사용함에 따라 황산동 용액의 급격한 유출은 막을 수 있다 하더라도, 소량이나마 황산동 용액이 세라믹팁(306)을 통하여 외부로 유출되어져, 결국 황산동 용액의 재충전(refill)이 불가피하며, 또한 상기한 세라믹팁(306)을 통하여 토양내의 수분이나 기타 이물질이 전극내부로 흘러 들어오게 되면 전극내의 황산동 용액이 오염될 수도 있다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 세라믹팁(306) 하부에 회수조를 설치하여 불필요한 황산동 용액이 유출될 경우 회수조 속으로 황산동 용액을 회수하고 이렇게 회수된 황산동 용액을 다시 수용공간 내부로 리필시켜주는 구조를 취하는 고안(등록번호20-0266544)이 있으나, 이러한 기술 역시 방식전위 측정시 이외의 황산동 용액 유출로 인한 낭비를 방지할 수 있는 효과만 유효할 뿐, 여전히 방식전위 측정시의 황산동 용액 유출은 방지할 수 없음과 동시에 전극 내부의 황산동 용액 오염 또한 방지하지 못하는 문제점이 있다.

본 고안은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 황산동 용액의 수용공간과 그 하부 세라믹팁 사이에 벤토나이트로된 완충층을 둠으로써 완전한 실링을 이루게 되어 황산동 용액의 누출을 방지함과 동시에 전기적 접촉 또한 가능하게 하여 궁극적으로 황산동 용액의 소비를 막고, 더불어 토양내의 물이나 다른 불순물이 전극내부로 스며 들어와 황산동 용액이 오염되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 매설금속구조물의 방식전위를 측정하는 방법에 관한 개략도

도 2는 매설금속구조물의 방식전위를 측정하는 방법에 대한 상세도

도 3은 종래의 방식전위 측정에 사용되는 기준전극의 단면도

도 4는 본 발명에 의한 방식전위 측정에 사용되는 기준전극의 단면도

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따르면, 전극벽으로 둘러싸여 내부에 수용공간이 형성되어 있는 케이싱과; 상기 케이싱의 수용공간에 채워지는 황산동 용액과; 상기 황산동 용액에 수용되어 있는 구리전극과; 상기 케이싱의 상부에 위치하며 중앙부위가 천공된 형태로 황산동 용액의 누설을 방지하며 구리전극을 고정시켜주는 실링과; 상기 실링 중앙의 천공부 내로 게재되는 구리전극과 그 일단이 접지되고 타단은 지상으로 인출되며 피복으로 보호되고 있는 전극리드선과; 상기 케이싱 하부에 위치하여 황산동 용액을 소량 유출하게 하여 전류흐름을 가능하게 하는 기공성 세라믹팁과; 상기 기공성 세라믹팁과 황산동 용액과의 접촉면 사이에 위치하여 전기전도도는 가지면서 땅속의 수분침투를 막고 황산동 용액의 누출을 방지할 수 있는 완충층을 둠으로써 상기의 문제점을 해결할 수 있게 된다.

상기의 완충층으로는 벤토나이트가 이용될 수 있는데, 일반적으로 Na이온이 우세한 벤토나이트는 점도 및 팽윤도(물을 흡착시킬 때 층간에 물분자를 흡착시켜 부피가 증가하는 정도)가 높아 시추용 니수점토, 주물사용 점결제 및 토목공사용 점토 등으로 사용되어 짐에 따라, 상기의 완충층으로는 Na성분이 우세한 벤토나이트를 사용하는 것이 바람직할 것이다. 이와 같이 수용공간과 하부 세라믹팁 사이에 벤토나이트층을 완충층으로 삽입하게 될 경우 상기 벤토나이트층은 마치 도장을 찍을 때 쓰는 인주와 같이 액체를 함유하고 점도를 가지는 상태가 되어 전기전도성은 그대로 유지되면서 우수한 실링제로도 사용할 수 있어 상기한 바와 같은 종래기술에 있어서의 문제점을 해결 할 수 있게 된다.

도 4는 본 고안에 의한 바람직한 실시예를 나타내는 단면도로서 수용공간(402)과 하부 세라믹팁(406)사이에 완충층(407)으로써 벤토나이트가 게재되어 있는 것을 볼 수 있다. 이때 완충충(407)의 두께나 밀도 기타 물리적인 수치는 본 고안의 기술적 사상에 큰 영향을 미치지 아니하며, 본 고안의 기술적 사상의 핵심은 완충층을 삽입하여 황산동 용액의 누출을 방지함과 동시에 토양내의 수분이나 불순물이 전극내부로 흘러 들어오는 것을 막아 황산동 용액의 오염을 방지하자는 데에 있다.

이때 완충층으로는 벤토나이트가 가장 적합하나 완충층으로서 벤토나이트 뿐만 아니라 용액흡착력이 강하면서 전기전도도가 우수하고 투수성이 낮은 어떠한 다른 물질이 존재한다면 상기의 벤토나이트를 대용하여 사용하여도 무방할 것이다.

또한, 상기의 완충층은 그 자체가 실링재로서의 역할 뿐만 아니라 동시에 전기전도성을 가져 우수한 접지성을 가지므로 상기의 세라믹팁 없이 완충층만을 가진 기준전극도 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 극히 용이하게 고안해 낼 수 있는 것에 속한다 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면, 기준전극내부로 부터 세라믹팁을 통해 황산동 용액이 그대로 누출되는 것을 효과적으로 차단함으로써 기준전극은 토양에 매설하여 영구적으로 사용할 수 있게 될 뿐만 아니라, 토양내의 수분등의 불순물이 기준전극 내부로 흘러들어오는 것을 방지할 수 있음에 따라, 본원고안에 의한 기준전극은 토양에 매설되어 영구적으로 사용될 수 있다.

Claims (4)

1. 전극벽으로 둘러싸여 내부에 수용공간이 형성되어 있는 케이싱과; 상기 케이싱의 수용공간에 채워지는 황산동 용액과; 상기 황산동 용액에 수용되어 있는 구리전극과; 상기 케이싱의 상부에 위치하며 중앙부위가 천공된 형태로 황산동 용액의 누설을 방지하며 구리전극을 고정시켜주는 실링과; 상기 실링 중앙의 천공부 내로 게재되는 구리전극과 그 일단이 접지되고 타단은 지상으로 인출되며 피복으로 보호되고 있는 전극리드선과; 상기 케이싱 하부에 위치하여 황산동 용액을 소량 유출하게 하여 전류흐름을 가능하게 하는 기공성 세라믹팁으로 구성된 매설금속구조물의 방식전위 측정용 기준전극에 있어서,

   상기 기공성 세라믹팁과 황산동 용액과의 접촉면 사이에 전기전도도는 가지면서 토양내의 수분침투를 막고 황산동 용액의 누출을 방지할 수 있는 완충층이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 매설금속구조물의 방식전위 측정에 사용되는 기준전극.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기의 완충층은 벤토나이트 성분으로 구성되는 것을 특징으로 하는 매설금속구조물의 방식전위 측정에 사용되는 기준전극.
3. 전극벽으로 둘러싸여 내부에 수용공간이 형성되어 있는 케이싱과; 상기 케이싱의 수용공간에 채워지는 황산동 용액과; 상기 황산동 용액에 수용되어 있는 구리전극과; 상기 케이싱의 상부에 위치하며 중앙부위가 천공된 형태로 황산동 용액의 누설을 방지하며 구리전극을 고정시켜주는 실링과; 상기 실링 중앙의 천공부 내로 게재되는 구리전극과 그 일단이 접지되고 타단은 지상으로 인출되며 피복으로 보호되고 있는 전극리드선과; 상기 케이싱 하부에 위치하여 황산동 용액을 소량 유출하게 하여 전류흐름을 가능하게 하는 기공성 세라믹팁으로 구성된 매설금속구조물의 방식전위 측정용 기준전극에 있어서,

   상기의 세라믹팁이 전기전도도는 가지면서 토양내의 수분침투를 막고 황산동 용액의 누출을 방지할 수 있는 완충층으로 치환되는 것을 특징으로 하는 매설금속구조물의 방식전위 측정에 사용되는 기준전극.
4. 제 3 항에 있어서,

   완충층은 벤토나이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 매설금속구조물의 방식전위 측정에 사용되는 기준전극.