소형선박 접지 시스템 및 부식 방지

소개글

선박에 접지 장치를 어떻게 설치해야 할까? 이것은 가장 흔히 묻는 질문 중 하나이며 현장에서 가장 논쟁에 많은 사항 중에 하나다. 접지를 해야 하는 이유로는
- 선상에 있는 사람들과 선상에 있지 않은 사람들을 위한 안전 문제,
(선상에 있지 않은 사람들을 위한 안전 문제는 종종 간과하거나 완전히 무시한다)
- 갈바니 부식의 문제,
- 선상에 있는 장비의 신뢰성 확보다.
본딩을 권고하는 것은 선체에 접지를 본딩하는 것이 훨씬 안전하기 때문이다. 본딩을 반대하는 가장 큰 이유는 외부 누설전류로 인한 부식 때문이다. 누설 전류에 의한 부식에는 3종류가 있다. 2가지는 본딩에 의해 예방되었지만 하나는 실제로 본딩에 기인한다. 일반적으로 수중 금속 구성 요소를 결합하면 선체 내부에서 발생하는 누설 전류로 인한 부식을 방지할 수 있지만 선체 외부에서 발생하는 누설 전류로 인해 부식이 발생한다. 이 딜레마에 대한 두 가지 반대의 해결책은 모든 것을 결합하여 보호하기도 하고, 수중 금속 물체는 분리하여 보호하기도 한다.
본 자료는 FRP 및 알루미늄 소형 선박의 접지, 본딩 유무 및 해양 방식에 대하여 기술한다.

목차

1 접지(grounding)
1.1 접지의 역사
1.2 접지의 이해
1.3 Bonding & Grounding
1.3.1 결합(Bonding)
1.3.2 접지(Grounding or Earthing)
1.3.3 접지의 종류
1.3.4 접지 목적
1.3.5 모터를 접지해야 하는 이유

2 소형선박 배선 및 본딩(Bonding)
2.1 직류 배선 시스템
2.1.1 단선식과 2선식
2.1.2 2선식 시스템(two-wire system)
2.1.3 금속 보트
2.1.4 자동차 2선식 시스템(two-wire system)
2.2 본딩
2.2.1 접지된(Grounded), 접지(Grounding), 본딩(Bonding)
2.2.2 DC 시스템 본딩(Bonding of DC System)
2.2.3 금속 선체(Metal boat) 접지
2.2.4 비금속 보트의 수중 금속 물체를 본딩해야 할까?

3 본딩 여부(To Bond or Not to Bond) 
3.1 결합과 보호(Bond and Protect)
3.2 비결합 및 절연(Unbond and Isolate)
3.3 결합의 장단점 
3.4 해양 설비 본딩과 접지
3.4.1 전기 장비 절연
3.4.2 교류(AC) 및 육전 시설을 갖춘 선박
3.4.3 AC 시스템은 있으나 육전 공급 설비는 없는 보트
3.4.4 선상에 AC가 없이 DC시스템만 있는 보트
3.4.5 AC 시스템과 DC 시스템 모두 설치되는 경우
3.5 ABYC와 ISO DC시스템 일반 요구사항 비교
3.5.1 ABYC E-11 AC AND DC ELECTRICAL SYSTEMS ON BOATS
3.5.2 ISO 10133: 2000(E) 소형 선박-전기 시스템 - 초저전압 DC 설치

4 해양 접지
4.1 개요
4.2 DC 접지
4.2.1 DC 접지(Grounding) 및 본딩(Bonding)
4.2.2 DC 접지 버스
4.2.3 통합된된 DC 접지 및 본딩 시스템
4.2.4 액체 레벨 송신기 접지
4.2.5 배선 단자(WIRING TERMINAL) 기준
4.3 AC 접지
4.3.1 AC 접지
4.3.2 AC 누설 전류
4.3.3 접지 오류 보호 - AC 시스템
4.4 낙뢰 접지
4.4.1 보호 구역(Zones of Protection)
4.4.2 접지로 가는 안전 경로
4.4.3 번개 보호 마스트
4.4.4 낙뢰 접지 연결
4.4.5 전자 제품 보호
4.5 전자파(RF) 접지
4.6 접지 규칙의 불일치
4.6.1 RF 접지
4.6.2 낙뢰 접지
4.7 요약

5 해양 방식
5.1 금속의 부식
5.2 부식의 종류
5.2.1 갈바니 부식(Galvanic corrosion)
5.2.2 외부 누설 전류 부식(Stray Current Corrosion)
5.2.3 선체 내부 DC 누설 전류 부식
5.2.4 비음극성 부식(Non cathodic Corrosion)
5.3 방식(Corrosion Prevention)
5.3.1 희생 양극법(음극 보호)
5.3.2 외부 전원 음극 보호
5.3.3 이종 금속 절연 및 피복
5.4 방오(Antifouling)
5.4.1 해양생물 부착 방지 시스템
5.4.2 초음파 방오장비

본문내용

누설 전류에 의한 부식에는 3종류가 있다. 2가지는 본딩에 의해 예방되었지만 하나는 실제로 본딩에 기인한다. 일반적으로 수중 금속 구성 요소를 결합하면 선체 내부에서 발생하는 누설 전류로 인한 부식을 방지할 수 있지만 선체 외부에서 발생하는 누설 전류로 인해 부식이 발생한다. 이 딜레마에 대한 두 가지 반대의 해결책은 모든 것을 결합하여 보호하기도 하고, 수중 금속 물체는 분리하여 보호하기도 한다.

3.1 결합과 보호(Bond and Protect) – 선내 누설 전류로부터 부식 방지에 적합, 선외 누설전류에 취약
그림 3-1은 결합과 보호 원칙을 보여준다. 모든 수중 금속 물체는 보트의 본딩 시스템에 연결된다. 선체 밖의 누설 전류로부터 보호하기 위해 희생 양극(sacrifice anodes)이 본딩 시스템에 연결되고 모든 수중 금속 물체를 보호할 수 있는 곳에 배치한다. 배터리의 음극(-)이 대지에 연결되어 접지 전위를 유지한다. 음극 접지된 2선 DC시스템(two-wire DC system with negative ground(earth)이다. 마리나에서 AC 육전을 보트에 연결할 경우 육전의 공통 접지로 다른 보트들과 전기적인 연결되고, 다른 보트 혹은 인근 산업체의 배선 결함으로 계류장 해수/담수에 누설 전류가 흐를 경우 수중 금속 물체에 전해 부식이 발생한다.
이 경우 아연(희생 양극)만으로는 전해 부식을 감당할 수 없다. 해결 방법은 육전 공급 회로에 분리(절연)변압기(isolation transformer) 혹은 갈바니 아이솔레이터(Galvanic Isolator)을 추가하여 구성하는 것이다. 부식에 관련된 문제이므로 상세한 내용은 5장 “해양 방식(Marine Corrosion Prevent)”에서 논하기로 한다.

참고 자료

Charles F. Kelly, Marine Electrical Systems , Westlawn Institute of Marine Technology, 1990.
Charlie Wing, Boatowner’s Illustrated Electrical Handbook, International Marine / McGraw-Hill, 2006
ABYC, A-28, Galvanic Isolators, 2009
ABYC, E-2, Cathodic Protection, 2008
ABYC, E-11, AC & DC Electrical Systems On Boats, 2009
ABYC, T-1 Aluminum Applications for Boats and Yachts, 2001
Code of Federal Regulations, Title 46 – Shipping, PART 111 - ELECTRIC SYSTEMS-GENERAL REQUIREMENTS, 2012
ISO 13297 : 2000(E), Small craft, Electrical systems - AC installations, 2000
ISO 10133 : 2000(E), Small craft, Electrical systems - Extra low voltage DC installations, 2000
ALCAN, Aluminum and the Sea , ALCAN Aerospace Transportation and Industry, 2004