방식설비*

F 방재설비

목차(전기방식설비)

전기방식설비

전기 방식⁕

1️⃣부식

1)부식의 정의

에너지 준위가 높은 물질에서 에너지 준위가 낮은 화합물로 돌아가는 과정에서 물질 자체가 변질되거나 혹은 물질의 특성이 변질되는 것

2)부식의 종류

• 습식
  • 전식 : 누설전류, 간섭등의 인위적인 직류전류 발생에 의해 양극부,음극부가 형성되어 부식이 발생
  • 자연부식 : 토양, 박테리아, 이종금속 등 자연적인 전위차에 의하여 양극부와 음극부가 형성 되어 부식이 발생
• 건식
  • 고온가스에 의한 부식
  • 비전해질에 의한 부식

2️⃣부식의 메커니즘

1)부식의 조건

• 양극 또는 양극부 존재
• 음극 또는 음극부 존재
• 전해질 : 전류를 운발할 수 있는 매체 필요
• 전위차 발생 : 전로를 형성하는 힘

2)메커니즘

• 양극부(Anodic Area) : 금속이온과 전자로 분리

Fe -> FE㊉㊉ + 2e㊀

• 음극부(Cathodic Area) : 수소가스 발생

H₂O + 1/2 O₂ + 2e㊀ ->2OH㊀

• 전해질(Electrolyte)

Fe + H₂O + 1/2 O₂ -> FE㊉㊉ + 2OH㊀
-> Fe(OH)₂ (산화제1철)

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O -> 4Fe(OH)₂ (산화제2철)

3️⃣부식의 원인과 종류

1)부식의 원인

• 내적인 요인
  • 금속의 조직 : 금속은 조직하는 결정상태에 따라 부식이 촉진
  • 가공의 영향 : 냉간가공은 금속의 결정구조를 변화시켜 부식이 촉진
  • 열처리의 영향 : 열처리 시 잔뉼응력에 의하여 부식이 발생이 쉬움
• 외적인 요인
  • 용존산소량 : 물 속에 산소가 존재 시 금속의 부식 가능성이 커짐
  • 용해성분 : 물 속에 가수분해된 염기류에 의하여 부식이 촉진
  • 유속 : 유속이 빠를수록 부식이 촉진
  • 온도 : 약 80[℃]까지는 온도가 올라갈수록 부식이 증가
  • pH : pH4 이하에서는 피막이 용해되어 부식이 증가

2)부식의 종류

• 전식
  외부 전원에서 누설된 전류에 의해서 부식
• 선택부식
  황동의 탈아연 현상에 의하여 금속의 부식이 발생
• 간극부식
  금속체 간 또는 금속과 비 금속 간의 틈새에서 부식 발생
• 입계부식
  금속의 경계 입자 간 경계에서 선택적 부식
• 찰과부식(마찰부식)
  경계면에서 상호 미끄러워지면서 마찰에 의해서 생기는 부식
• 갈바닉부식(전위차부식)
  금속 간, 극 간의 전위차에 의해 부식이 발생

4️⃣전기 방식법

1)희생 양극법

• 원리
  • 이종 금속간의 전위차를 이용하여 방식전류를 얻는 방법
  • 피방식 구조물보다 이온화 경향이 큰 금속을 전해질 내에서 전기적으로 연결하면, 이온화 경향이 큰 금속이 양극, 피방식 구조물은 음극이 되어 방식전류가 양극에 정해질로 전해질에서 음극으로 흐름
• 장점
  • 간단한 방식이다
  • 다른 매설 금속체에 대한 간섭이 없다
  • 과방식의 염려가 없다
• 단점
  • 효과범위가 좁다
  • 장거리 피방식 구조물에는 비용이 고가이다
  • 소모되므로 일정기간후 보충 필요
  • 전류조절이 곤란하다

2)외부전원법

• 원리
  • 직류전원장치를 전해질 내에 설치한 전극에 +, 피방식 구조물에는 -극을 접속한후 전압을 가하여 방식전류를 얻는 방법
  • 전원을 외부에서 얻기 때문에 큰 전류를 흘릴 수 있어 대형의 피방식 구조물에 적합
• 장점
  • 효과 범위가 넓다
  • 장거리의 피방식 구조물에 양극의 수가 적게 된다
  • 전극의 소모가 매우 적고 전류전압 조정이 용이
• 단점
  • 초기투자비가 크다
  • 다른 매설물에 간선을 준다
  • 전원이 필요

3)직접배류법

• 원리
  • 전철의 누설전류가 상당히 경미한 곳에 적용
  • 피방식 구조물에 누설전류 유출 부분과 전철레일을 직접 접속하여 누설전류가 전해질을 통하지 않고 바로 전기적 경로로 통하게 하여 부식방지
• 특징
  • 가장 낮은 비용으로 전식 효과방지
  • 레일 전압이 높거나 없을 때 피방식 구조물이 무방식 상태가 되므로 실제적으로 거의 적용하지 않는 방법

4)선택배류법

• 원리
  직접배류법과 같은 방식이지만, 중간에 전차 부하의 변동, 변전소 부하의 분담변화등으로 인하여 레일에 대해 저전위가 되어 역전류가 흐르는 것을 방지하기 위해 다이오드를 설치하여 부식을 방지하는 방법
• 장점
  • 전철의 전류 이용으로 유지비가 저렴
  • 전철 운행 시에도 자연부식이 방지
• 단점
  • 다른 매설 금속체에 대한 간섭을 고려
  • 전철의 위치에 따라 효과범위가 제한
  • 전철의 휴지기간에는 전기방식의 효용이 없다

5)강제배류법

• 원리
  직류전원장치에 의해 레일에 강제적으로 배류한 것으로 선택배류법+외부전원법을 합한 것
• 장점
  • 효과범위가 넓다
  • 전압- 전류 조정이 쉽다
  • 외부 전원법에 비해 값이 저렴
  • 전철 휴지기간에도 방식
• 단점
  • 타매설물에 강한 간섭을 준다
  • 과방식을 검토
  • 전철 신호장해 검토
  • 전원이 필요

5️⃣이종금속의 접촉에 의한 부식

• 금속류와 전차선 및 조가선등을 지지하기 위해서 부득이하게 두 종류의 금속이 접촉할 수가 있다 이러한 두 가지 이종금속이 접촉하고 있는 개소가 염분 등 전해물질의 용액에 접촉하면 그곳에 국부전지가 형성되어, 그 용액중에서 용해하여 부식

• 접촉 부식량에 의한 부식량은 그 경우의 부식 전류량과 비례관계이고, 그 원인은 전극의 전위차

• 전극 전위차가 큰 금속, 즉 전위열에서 금속상호간에 서로 떨어져 있는 정도가 크면 접촉 부식이 심해짐

• 예를 들면, 알루미늄과 동이 조합된 알루미늄의 부식량을 철과 동이 조합된경우 철의 부식량은 보다 커짐

• 실제로 각종금속체 표면에 산화피막이 형성되거나, 표면이 부식으로 생성된 생성물로 피막되는 복잡한 현상을 나타내고 있는경우가 많아,
  반드시 전위차에 비례하지는 않지만 원칙적으로는 이와 같은 경향을 나타냄

6️⃣이종금속의 접촉부식 원인

1)수분의 부착, 온도의 영향

• 이종금속의 접촉부식은 국부전지작용(일종의 전기분해작용)이기 때문에 수분이 없으면 부식은 절대발생하지 않지만, 대기중에 노출되어 있으므로 수분의 부착이나 온도에 영향을 받게 된다.

2)부식 환경의 영향

• 부착수분의 성질, 예를들면 염수(해안지방), 아황산 수(공해지대)등에 따라 물의 도전성은 높아지고, 그 농도에 따라 부식은 상당히 빨라진다

3)온도조건

• 온도가 높으면 부식이 빨라지고, 온도가 20도 높아지면 부식속도는 약 2배가 됨
• 연간 기온이 높은 개소 또는 전류 등에 의하여 온도가 상승하는 개소는 주의가 필요

4)분진의 부착

• 분진이 부착되면 습기를 먹고, 분진의 성분이 습기에 용해된다

7️⃣부식의 방지방법

• 이종금속, 접촉부위는 수분이 모이지 않는 구조로 한다

• 이종금속 간 절연한다
  • 국부전지의 전류 차단시킴으로써 부식을 방지한다

• 중간금속을 삽입한다
  • 중간금속을 삽입함으로써 이종금속 상호의 전위차를 감소시켜 부식을 감소시킨다

• 전극 전위가 상호 접근된 것을 선정한다

• 접촉면을 작게 한다

상대 전위차	부식 측 금속의 부식정도	부식정도
0~0.2	거의 부식되지 않는다	A
0.2~0.8	약간의 부식이 진행된다	B
0.8~1.2	심하게 부식된다	C
1.2이상	조합이 불가능하다	D

8️⃣결론

• 부식은 전위차가 형성되지 않게 유지 관리하는 대책이 필요
• 건축물의 특성, 설비의 특성, 주변 환경등을 종합적으로 검토하여 가장 합당한 방법을 선택하여 부식을 방지하여야 한다

목차(이종금속의 접촉에 의한 부식)

이종금속의 접촉에 의한 부식

💯기출문제

●01.전기방식의 시설기준을 설명하시오

전기방식은 금속 구조물의 부식을 방지하기 위해 전류를 이용하는 방법입니다. 쉽게 말해, 부식되는 금속에 작은 전류를 흘려 부식을 억제하는 원리를 이용합니다.

전기방식의 종류

• 음극방식: 부식되는 금속에 외부에서 음극을 연결하고, 외부 전원을 통해 전류를 흘려 부식되는 금속을 음극으로 만들어 부식을 방지하는 방법입니다.
• 양극방식: 부식되는 금속에 외부에서 양극을 연결하고, 외부 전원을 통해 전류를 흘려 부식을 촉진시켜 부식되는 금속을 보호하는 방법입니다. 주로 해양구조물의 방오(防汚)에 사용됩니다.

전기방식 시설기준

전기방식 시설기준은 전기설비기술기준의 일부로, 전기방식 시설의 안전성과 효율성을 확보하기 위해 다음과 같은 내용을 포함합니다.

• 설계 기준:
  • 시설의 종류, 규모, 환경 조건 등을 고려하여 적절한 전류량, 전압, 접지 저항 등을 산정합니다.
  • 안전성을 확보하기 위한 절연, 접지, 과전류 보호 등의 기준을 설정합니다.
• 시공 기준:
  • 설계도면에 따라 정확하게 시공해야 합니다.
  • 부식되는 금속과 전극 사이의 접촉 저항을 최소화해야 합니다.
  • 전원 공급 장치, 제어 장치 등을 안전하게 설치해야 합니다.
• 검사 기준:
  • 시공 완료 후에는 절연 저항, 접지 저항, 전류량 등을 측정하여 설계 기준을 만족하는지 확인합니다.
  • 정기적으로 검사를 실시하여 시설의 상태를 점검하고, 필요한 경우 보수를 실시합니다.

전기방식 시설기준의 중요성

• 안전성 확보: 전기방식 시설은 전기를 사용하므로 안전에 대한 고려가 매우 중요합니다.
• 효율성 증대: 적절한 설계와 시공을 통해 부식 방지 효과를 극대화할 수 있습니다.
• 수명 연장: 부식으로 인한 손상을 최소화하여 시설물의 수명을 연장할 수 있습니다.

적용 분야

• 선박: 선체, 프로펠러 등 해수에 노출되는 부분
• 해양 구조물: 해상 플랫폼, 방파제 등
• 토양 매설물: 매설관, 저수조 등
• 콘크리트 구조물: 해안 콘크리트 구조물 등

○02.건출물의 전기방식에 대하여 설명하시오

건축물의 전기방식이란 건물의 철근콘크리트 구조물, 매설된 배관 등 금속으로 이루어진 부분이 습기에 노출되어 부식되는 것을 방지하기 위해 전기적인 방법을 사용하는 것을 말합니다.

왜 전기방식이 필요한가요?

• 부식 방지: 건물의 수명을 연장하고 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
• 안전성 확보: 부식으로 인한 구조물의 손상을 방지하여 건물의 안전성을 확보합니다.
• 기능 유지: 배관 등의 기능 저하를 방지하여 건물의 기능을 유지합니다.

건축물에서 전기방식이 주로 적용되는 부분

• 철근콘크리트 구조물: 해안가나 지하층 등 습기가 많은 환경에 노출된 철근이 부식되는 것을 방지합니다.
• 매설 배관: 토양 속의 습기와 전해질 성분으로 인해 부식될 수 있는 배관을 보호합니다.
• 지하 구조물: 지하 주차장, 지하실 등 습기가 많은 환경에서 철근이나 금속 구조물의 부식을 방지합니다.

전기방식의 원리

전기방식은 크게 음극방식과 양극방식으로 나눌 수 있습니다.

• 음극방식: 부식되는 금속에 외부에서 음극을 연결하고, 외부 전원을 통해 전류를 흘려 부식되는 금속을 음극으로 만들어 부식을 방지합니다.
• 양극방식: 부식되는 금속에 외부에서 양극을 연결하고, 외부 전원을 통해 전류를 흘려 부식을 촉진시켜 부식되는 금속을 보호하는 방법입니다. 주로 해양구조물의 방오(防汚)에 사용됩니다.

건축물에 적용되는 전기방식의 종류

• 희생양극법: 다른 금속보다 더 쉽게 부식되는 금속(희생양극)을 연결하여 부식을 대신하게 하는 방법입니다.
• 외부전원법: 외부 전원 장치를 이용하여 전류를 공급하고, 부식되는 금속을 보호하는 방법입니다.

전기방식 시스템 구성

• 전원 공급 장치: 전류를 공급하는 장치
• 양극 또는 희생양극: 부식을 촉진하거나 대신하는 전극
• 접지 시스템: 전류의 흐름을 안정화시키는 시스템
• 감시 장치: 시스템의 상태를 감시하고 이상 발생 시 알람을 보내는 장치

건축물 전기방식 시스템 설계 시 고려 사항

• 건축물의 구조: 철근 배근 상태, 콘크리트 덮개 두께 등
• 환경 조건: 습도, 토양 성분, 온도 등
• 부식의 정도: 부식 속도, 부식 형태 등
• 유지보수: 시스템의 점검 및 유지보수 계획

전기방식의 장점

• 부식 방지 효과가 뛰어남: 다른 부식 방지 방법에 비해 효과가 탁월합니다.
• 다양한 구조물에 적용 가능: 철근콘크리트 구조물, 매설 배관 등 다양한 구조물에 적용 가능합니다.
• 장기적인 보호 효과: 한번 설치하면 장기간 보호 효과를 기대할 수 있습니다.

전기방식의 단점

• 초기 설치 비용이 높음: 시스템 설치에 비교적 많은 비용이 소요됩니다.
• 전문적인 관리가 필요: 시스템의 상태를 주기적으로 점검하고 관리해야 합니다.

●03.항만시설, 지하구조물 등 부식방식에 대한 대책이 매우중요하다. 시설물의 전기방식의 개요현상, 방지대책 등에 대하여 설명하시오

서론

해수나 토양에 노출된 항만시설, 지하구조물 등은 염분, 습도, 미생물 등의 영향으로 부식이 발생하기 쉽습니다. 이러한 부식은 시설물의 안전성을 저해하고 수명을 단축시키는 주요 원인이 됩니다. 이에 따라 부식을 효과적으로 방지하기 위한 다양한 방법들이 연구되고 있으며, 그 중 하나가 바로 전기방식입니다.

전기방식이란?

전기방식은 금속 구조물의 부식을 방지하기 위해 전류를 이용하는 방법입니다. 쉽게 말해, 부식되는 금속에 작은 전류를 흘려 부식을 억제하는 원리를 이용합니다. 마치 건전지의 -극과 +극처럼, 부식되는 금속에 -극을 연결하여 전자를 공급함으로써 부식을 막는 것입니다.

전기방식의 원리

• 음극방식: 부식되는 금속에 외부에서 음극을 연결하고, 외부 전원을 통해 전류를 흘려 부식되는 금속을 음극으로 만들어 부식을 방지하는 방법입니다.
• 양극방식: 부식되는 금속에 외부에서 양극을 연결하고, 외부 전원을 통해 전류를 흘려 부식을 촉진시켜 부식되는 금속을 보호하는 방법입니다. 주로 해양구조물의 방오(防汚)에 사용됩니다.

항만시설 및 지하구조물의 부식 원인

• 해수: 해수에 함유된 염분은 전해질 역할을 하여 부식을 촉진시킵니다.
• 토양: 토양 속의 습기와 전해질 성분은 부식을 유발하는 환경을 조성합니다.
• 미생물: 미생물은 금속 표면에 부착하여 부식을 가속화시킵니다.
• 응력 부식: 구조물에 가해지는 응력이 부식을 촉진시킵니다.

전기방식의 장점

• 효과적인 부식 방지: 다른 부식 방지 방법에 비해 효과가 탁월합니다.
• 다양한 구조물에 적용 가능: 철근콘크리트 구조물, 매설 배관 등 다양한 구조물에 적용 가능합니다.
• 장기적인 보호 효과: 한번 설치하면 장기간 보호 효과를 기대할 수 있습니다.

전기방식의 단점

• 초기 설치 비용이 높음: 시스템 설치에 비교적 많은 비용이 소요됩니다.
• 전문적인 관리가 필요: 시스템의 상태를 주기적으로 점검하고 관리해야 합니다.

전기방식 시스템 구성

• 전원 공급 장치: 전류를 공급하는 장치
• 양극 또는 희생양극: 부식을 촉진하거나 대신하는 전극
• 접지 시스템: 전류의 흐름을 안정화시키는 시스템
• 감시 장치: 시스템의 상태를 감시하고 이상 발생 시 알람을 보내는 장치

항만시설 및 지하구조물에 적용되는 전기방식 사례

• 항만 시설: 방파제, 계류시설, 선박 등
• 지하 구조물: 지하철, 터널, 지하 주차장 등

●04.전기방식의 원리와 유전양극방식의 설계 시 고려사항

전기방식은 금속 구조물의 부식을 방지하기 위해 전류를 이용하는 방법입니다. 쉽게 말해, 부식되는 금속에 작은 전류를 흘려 부식을 억제하는 원리를 이용합니다. 마치 건전지의 -극과 +극처럼, 부식되는 금속에 -극을 연결하여 전자를 공급함으로써 부식을 막는 것입니다.

전기방식의 종류

• 음극방식: 부식되는 금속에 외부에서 음극을 연결하고, 외부 전원을 통해 전류를 흘려 부식되는 금속을 음극으로 만들어 부식을 방지하는 방법입니다.
• 양극방식: 부식되는 금속에 외부에서 양극을 연결하고, 외부 전원을 통해 전류를 흘려 부식을 촉진시켜 부식되는 금속을 보호하는 방법입니다. 주로 해양구조물의 방오(防汚)에 사용됩니다.

유전양극방식은 음극방식의 한 종류로, 외부 전원 대신 희생양극이라는 다른 금속을 사용하여 전류를 공급하는 방식입니다. 희생양극은 부식이 잘 되는 금속(예: 아연, 마그네슘)으로, 자신이 먼저 부식되면서 방식 대상 금속에 전자를 공급하여 부식을 막습니다.

유전양극방식 설계 시 고려사항

유전양극방식을 설계할 때 다음과 같은 사항들을 고려해야 합니다.

• 희생양극의 종류 및 크기: 방식 대상 금속의 종류, 환경 조건(온도, 습도, 염분 농도 등), 방식 전류량 등을 고려하여 적절한 희생양극의 종류와 크기를 선정해야 합니다.
• 희생양극의 배치: 희생양극은 방식 대상 금속과의 거리, 희생양극 간의 거리 등을 고려하여 효율적으로 배치해야 합니다.
• 접지: 희생양극과 방식 대상 금속 사이의 전기적 연결을 위해 안정적인 접지를 확보해야 합니다.
• 검사 및 유지보수: 희생양극의 소모 속도를 주기적으로 점검하고, 필요에 따라 교체해야 합니다.
• 환경 영향: 희생양극에서 발생하는 수소 가스 등 환경에 미치는 영향을 고려해야 합니다.

유전양극방식의 장점

• 설치가 간단: 외부 전원 장치가 필요 없어 설치가 간단합니다.
• 유지보수가 용이: 희생양극을 교체하는 것으로 유지보수가 가능합니다.
• 안정적인 방식 효과: 외부 환경 변화에 비교적 안정적인 방식 효과를 나타냅니다.

유전양극방식의 단점

• 희생양극의 수명이 유한: 희생양극이 소모되므로 주기적인 교체가 필요합니다.
• 방식 전류량 조절이 어려움: 희생양극의 종류와 크기에 따라 방식 전류량이 결정되므로 조절이 어렵습니다.
• 대규모 구조물에는 적용이 어려울 수 있음: 대규모 구조물의 경우 충분한 방식 전류를 공급하기 위해 많은 양의 희생양극이 필요할 수 있습니다.

●05.건축전기설비매설구조물(부식현상 및 대책, 전기방식의 종류 및 특징)

1. 건축전기설비 매설구조물의 부식 현상

건축물 내부의 전기설비 중 지중에 매설되는 구조물(배관, 케이블 등)은 습기, 토양 성분, 미생물 등의 영향으로 부식이 발생하기 쉽습니다. 이러한 부식은 전기설비의 기능 저하, 누전, 화재 등 심각한 문제를 야기할 수 있습니다.

부식의 원인

• 습기: 습기는 전해질 역할을 하여 금속의 부식을 촉진합니다.
• 토양 성분: 토양 속에 포함된 염분, 산성 물질 등은 부식을 가속화시킵니다.
• 미생물: 토양 속 미생물은 금속 표면에 부착하여 부식을 일으킵니다.
• 방랑전류: 외부에서 유입되는 방랑전류는 부식을 가속화시킵니다.

부식의 문제점

• 전기설비 기능 저하: 부식으로 인해 도전율이 감소하고 절연 파괴가 발생하여 전기설비의 기능이 저하됩니다.
• 누전: 부식으로 인해 절연 파괴가 발생하면 누전이 발생하여 감전이나 화재의 위험이 증가합니다.
• 시설물 안전성 저하: 부식으로 인해 구조물의 강도가 약해져 시설물의 안전성이 저하됩니다.
• 유지보수 비용 증가: 부식된 부분을 교체하거나 보수해야 하므로 유지보수 비용이 증가합니다.

2. 부식 방지 대책 – 전기방식

전기방식은 금속 구조물의 부식을 방지하기 위해 전류를 이용하는 방법입니다. 외부에서 전류를 공급하여 부식되는 금속을 음극으로 만들어 부식을 억제합니다.

전기방식의 종류

• 희생양극법: 부식되기 쉬운 금속(아연, 마그네슘 등)을 양극으로 사용하여 방식 대상 금속에 전자를 공급합니다. 설치가 간단하고 유지보수가 용이하지만, 희생양극의 수명이 유한하다는 단점이 있습니다.
• 외부전원법: 외부 전원 장치를 이용하여 방식 전류를 공급합니다. 희생양극법에 비해 방식 전류량을 조절할 수 있고, 대규모 시설에 적용하기 적합하지만, 초기 설치 비용이 높고 유지보수가 복잡합니다.
• 임프레스드 커런트(Impressed Current) 방식: 외부 전원을 이용하여 방식 전류를 공급하는 방법으로, 희생양극법과 비슷하지만 양극으로 불용성 전극(흑연, 백금 등)을 사용합니다. 희생양극법에 비해 수명이 길고 방식 전류량을 조절할 수 있습니다.

전기방식 설계 시 고려 사항

• 방식 대상 금속의 종류 및 크기: 방식 대상 금속의 종류, 크기, 매설 환경 등을 고려하여 적절한 방식 전류량을 산정합니다.
• 양극의 종류 및 배치: 희생양극 또는 불용성 전극의 종류와 배치를 결정합니다.
• 접지: 안정적인 접지를 확보하여 방식 전류가 효과적으로 흐르도록 합니다.
• 감시 및 제어: 방식 시스템의 상태를 주기적으로 감시하고 제어합니다.

3. 기타 부식 방지 대책

• 도장: 부식을 방지하기 위해 도료를 칠하는 방법입니다.
• 방청제: 부식을 억제하는 화학 물질을 사용하는 방법입니다.
• 내식성 재료 사용: 스테인리스 스틸, 동 등 내식성이 우수한 재료를 사용합니다.

4. 결론

건축전기설비 매설구조물의 부식은 시설물의 안전성과 기능에 심각한 영향을 미치므로, 효과적인 부식 방지 대책이 필요합니다. 전기방식은 다양한 종류가 있으며, 각각의 장단점을 고려하여 적절한 방법을 선택해야 합니다. 또한, 정기적인 점검과 유지보수를 통해 부식을 예방하고 시설물의 수명을 연장해야 합니다.

●06.접지전극 부식형태 구분하고 이종 금속결합에 의한 부식원인 및 대책

1. 접지전극 부식 형태

접지전극은 토양 환경에 노출되어 다양한 부식 형태를 보입니다. 일반적인 부식 형태는 다음과 같습니다.

• 균일 부식: 전극 표면 전체에 걸쳐 균일하게 부식이 진행되는 형태입니다.
• 국부 부식: 전극의 특정 부위에 집중적으로 부식이 진행되는 형태로, pitting corrosion이라고도 합니다.
• 응력 부식: 인장 응력이 작용하는 부위에서 부식이 가속화되는 현상입니다.
• 갈바니 부식: 이종 금속이 접촉하여 발생하는 부식으로, 다음 절에서 자세히 다루겠습니다.
• 미생물 부식: 토양 속 미생물에 의해 발생하는 부식으로, 주로 철근 콘크리트 구조물에서 발생합니다.

2. 이종 금속 결합에 의한 부식 원인 및 대책

원인

• 전위차: 서로 다른 금속은 전기화학적 전위가 다르기 때문에 접촉 시 전위차가 발생합니다. 이 전위차는 미소 전류를 발생시켜 부식을 촉진합니다.
• 습기: 습기는 전해질 역할을 하여 전류 흐름을 용이하게 만들어 부식을 가속화합니다.
• 토양 성분: 토양 속 염분, 산성 물질 등은 전해질 역할을 하여 부식을 촉진합니다.

대책

• 절연: 이종 금속 사이에 절연체를 삽입하여 전기적 연결을 차단합니다.
• 도금: 부식이 잘 되는 금속에 내식성이 우수한 금속을 도금하여 부식을 방지합니다.
• 방청제 도포: 부식 방지 코팅제를 도포하여 부식을 억제합니다.
• 희생양극법: 부식이 잘 되는 금속을 희생시켜 다른 금속을 보호하는 방법입니다.
• 외부 전원 방식: 외부에서 전류를 공급하여 부식을 방지하는 방법입니다.

3. 접지전극 부식 방지 대책

• 내식성 재료 사용: 스테인리스 스틸, 동 등 내식성이 우수한 재료를 사용합니다.
• 도장: 부식을 방지하기 위해 도료를 칠합니다.
• 방청제 도포: 부식을 억제하는 화학 물질을 사용합니다.
• 전기방식: 희생양극법, 외부 전원 방식 등을 적용합니다.
• 정기적인 점검: 접지 저항을 주기적으로 측정하고, 부식이 의심될 경우 즉시 조치합니다.

●08.이종 금속의 접촉에 의한 부식의 발생 원인과 방식대책에 대하여 설명하시오

이종 금속 접촉 부식이란?

서로 다른 종류의 금속이 전해질(물, 토양 등) 속에서 접촉할 때 발생하는 부식 현상을 이종 금속 접촉 부식이라고 합니다.

발생 원인

• 전위차: 서로 다른 금속은 각각 고유의 전위를 가지고 있습니다. 이종 금속이 접촉하면 전위차가 발생하고, 이에 따라 전자가 더 높은 전위를 가진 금속에서 낮은 전위를 가진 금속으로 이동하게 됩니다.
• 전해질: 물, 토양 등 전해질은 이온을 포함하고 있어 전자의 이동을 용이하게 하여 부식 반응을 촉진합니다.
• 산화 환원 반응: 전자를 잃은 금속은 산화되어 부식되고, 전자를 얻은 금속은 환원됩니다.

부식 과정

1. 전위차 발생: 이종 금속이 접촉하면 전위차가 발생합니다.
2. 전자 이동: 전자가 전위가 높은 금속에서 낮은 금속으로 이동합니다.
3. 이온화: 전자를 잃은 금속은 양이온이 되어 전해질 속으로 용출됩니다.
4. 부식: 용출된 금속 이온이 다른 물질과 반응하여 부식 생성물을 형성합니다.

부식의 영향

• 구조물의 강도 저하: 부식으로 인해 구조물의 두께가 감소하고 강도가 약해져 안전성을 위협합니다.
• 기능 저하: 부식으로 인해 기계 부품의 마모, 전기 회로의 단락 등이 발생하여 기능이 저하될 수 있습니다.
• 유지보수 비용 증가: 부식된 부분을 교체하거나 보수해야 하므로 유지보수 비용이 증가합니다.

방식 대책

• 절연: 이종 금속 사이에 절연체(고무, 플라스틱 등)를 삽입하여 전기적 연결을 차단합니다.
• 도금: 부식되기 쉬운 금속에 내식성이 우수한 금속을 도금하여 보호합니다.
• 방청제 도포: 부식을 억제하는 화학 물질을 도포합니다.
• 희생양극법: 부식되기 쉬운 금속(아연, 마그네슘 등)을 희생시켜 다른 금속을 보호합니다.
• 외부 전원 방식: 외부 전원을 이용하여 부식을 방지합니다.
• 내식성 재료 사용: 스테인리스 스틸, 티타늄 등 내식성이 우수한 재료를 사용합니다.

예시

• 선박: 선체에 사용되는 다양한 금속(철, 동, 알루미늄 등)이 해수라는 전해질 속에서 접촉하여 부식이 발생합니다.
• 배관: 철관과 동관이 연결된 부분에서 부식이 발생할 수 있습니다.
• 건축물: 철근 콘크리트 구조물에서 철근과 콘크리트 첨가물 사이의 접촉 부위에서 부식이 발생할 수 있습니다.

결론

이종 금속 접촉 부식은 다양한 산업 분야에서 발생하는 심각한 문제입니다. 부식을 방지하기 위해서는 부식 원인을 정확히 이해하고 적절한 방식 대책을 적용해야 합니다.

○07.전기방식 중에 희생양극법에 대하여 설명하시오

희생양극법이란?

희생양극법은 금속 구조물의 부식을 방지하기 위한 전기방식의 한 종류입니다. 희생양극이라는 다른 금속을 부식 대상 금속과 전기적으로 연결하여, 희생양극이 먼저 부식되면서 방식 대상 금속을 보호하는 원리를 이용합니다. 마치 희생양극이 대신 부식되면서 다른 금속을 보호하는 셈이죠.

희생양극법의 원리

• 전기 화학적 반응: 서로 다른 금속을 접촉시키면 전위차가 발생하고, 이에 따라 전자가 이동하게 됩니다.
• 희생양극의 역할: 희생양극은 전위가 낮아 전자를 쉽게 내놓는 성질을 가지고 있습니다. 따라서 방식 대상 금속과 연결되면 전자를 잃고 산화되어 부식됩니다.
• 방식 대상 금속의 보호: 희생양극에서 나온 전자를 얻은 방식 대상 금속은 환원되어 부식이 억제됩니다.

희생양극법의 장점

• 설치가 간단: 외부 전원이 필요 없어 설치가 간편합니다.
• 유지보수가 용이: 희생양극을 주기적으로 교체하는 것으로 유지보수가 가능합니다.
• 안정적인 방식 효과: 외부 환경 변화에 비교적 안정적인 방식 효과를 나타냅니다.

희생양극법의 단점

• 희생양극의 수명이 유한: 희생양극이 소모되므로 주기적인 교체가 필요합니다.
• 방식 전류량 조절이 어려움: 희생양극의 종류와 크기에 따라 방식 전류량이 결정되므로 조절이 어렵습니다.
• 대규모 구조물에는 적용이 어려울 수 있음: 대규모 구조물의 경우 충분한 방식 전류를 공급하기 위해 많은 양의 희생양극이 필요할 수 있습니다.

희생양극으로 사용되는 금속

• 아연: 가장 일반적으로 사용되는 희생양극 재료입니다. 가격이 저렴하고 방식 효과가 우수
• 마그네슘: 아연보다 방식 전류밀도가 높아 고저항 환경에서 효과적
• 알루미늄: 해수 환경에서 우수한 성능

희생양극법의 적용 분야

• 매설 배관: 지하에 매설된 강관, 주철관 등의 부식 방지
• 저수조: 콘크리트 저수조 내 철근의 부식 방지
• 선박: 선체, 프로펠러 등 해수에 노출되는 부분의 부식 방지
• 해양 구조물: 해상 플랫폼, 방파제 등의 부식 방지

희생양극법 설계 시 고려 사항

• 방식 대상 금속의 종류 및 크기: 방식 대상 금속의 종류, 크기, 매설 환경 등을 고려하여 적절한 희생양극의 종류와 크기를 선정해야 합니다.
• 희생양극의 배치: 희생양극은 방식 대상 금속과의 거리, 희생양극 간의 거리 등을 고려하여 효율적으로 배치해야 합니다.
• 접지: 희생양극과 방식 대상 금속 사이의 전기적 연결을 위해 안정적인 접지를 확보해야 합니다.
• 검사 및 유지보수: 희생양극의 소모 속도를 주기적으로 점검하고, 필요에 따라 교체해야 합니다.

목차(이종금속의 접촉에 의한 부식)

이종금속의 접촉에 의한 부식

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