전기방식설비공사(희생양극법·외부전원법)

왜 배우는가: 전기방식은 매설 배관·저장탱크·철근콘크리트 구조물의 부식을 막는 대표적 수단이어서 실무 설계와 준공 시험에서 자주 다뤄진다. 시험에서도 부식 조건, 희생양극법·외부전원법의 원리와 비교가 여러 교시에 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제139회 4교시 3번, 제134회 4교시 4번, 제132회 4교시 2번, 제127회 3교시 5번, 제116회 1교시 8번, 제109회 3교시 2번, 제102회 4교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

전기방식은 금속 구조물에 외부 또는 양극 금속으로 방식전류를 공급해 구조물 전위를 낮추고 음극 상태로 유지하여 부식을 억제하는 방법이다.

• 전기방식(Cathodic Protection)
• 부식전지(Corrosion Cell)
• 음극방식
• 희생양극법
• 외부전원법
• 방식전류
• 방식전위
• 전해질

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 땅속이나 물속에 묻힌 쇠 배관이 녹지 않도록 배관 전체를 '녹이 덜 생기는 쪽'으로 만드는 방법이다. 배관의 여러 부분이 서로 다른 전위를 가지면 그 차이로 전류가 흐르고, 전류가 빠져나가는 곳이 녹는다. 전기방식은 이 전위차를 없애 배관 전체를 같은 전위로 맞추는 것이다.

정식 정의는 다음과 같다. 전기방식은 방식 대상 금속에 방식전류를 공급하여 금속 표면의 전위를 음 방향으로 이동시키고, 부식전지의 양극 반응을 억제하는 전기화학적 방식이다. 이때 대상 금속의 전위가 음극 영역에 머물도록 조정한다.

부식전지는 양극부와 음극부, 전해질, 두 부분을 잇는 도선이 모두 있을 때 형성된다. 양극부에서는 금속이 이온으로 용출되어 부식이 일어난다. 음극부에서는 용존 산소의 환원이나 수소 발생 반응이 일어난다. 부식의 3요소는 전해질의 존재, 전위차의 존재, 양극과 음극을 잇는 도선의 존재다. 이 중 하나를 제거하면 부식을 막을 수 있다.

음극방식(Cathodic Protection)은 방식 대상을 음극으로 만드는 방식이다. 방식전류가 유입되면 음극부 전위가 점차 낮아져 양극부 전위와 같아지고, 부식전류가 소멸하여 부식이 정지한다. 이 원리를 응용한 것이 전기방식이다.

희생양극법은 대상 금속보다 전위가 낮은 금속을 양극으로 연결해 그 금속이 먼저 녹아 전류를 공급하도록 하는 방식이다. 외부전원법은 직류 전원을 외부에서 공급해 방식전류를 얻는 방식이다.

3. 등장 배경과 필요성

금속은 자연계에서 안정한 화합물 상태로 존재하는 경향이 있어, 공업용으로 쓰는 금속도 환경과 반응하여 부식된다. 특히 매설 배관은 토양 수분과 염분, 산소 농도, 토양 비저항의 차이로 표면 곳곳에 전위차가 생긴다. 도장만으로는 도막 결함과 손상부에서 부식을 막기 어려워 전기적으로 부식을 억제하는 방법이 필요해졌다.

직류 전기철도의 귀선 전류, 직류기기 접지, 전기용접기 등에서 누설된 전류가 지중으로 흘러들면 매설 금속체가 전식(電蝕)을 입는다. 이처럼 외부 전류에 의한 부식까지 다루기 위해 전기방식이 적용 범위를 넓혔다.