[비즈월드] 지난 6월 14일 일본 가고시마현 아마미섬 인근에서 규모 6.3 지진이 발생한데 이어 같은날 대만 화롄 동북동쪽 해역에서 규모 6.0 지진이 일어났다. 지난 3일에는 칠레 북부 산페드로데아타카마 인근에서 규모 6.8 지진이 발생하는 등 세계 곳곳에서 규모 6.0 이상 지진이 이어 관측되면서 불안감이 커지고 있다. 규모 6,0의 지진은 일반 건축물에 부분적인 붕괴와 함께 구조물에도 상당한 피해를 일으킨다.

우리 기상청에 따르면 전 세계적으로 2000년부터 2020년 6월 말까지 최근 20년 동안 규모 6.0 이상 지진은 1년에 44번 정도인 892번 발생했다.

2000년대 들어서도 강력한 지진은 전 세계에서 발생하고 있다. 

이 가운데 2004년 인도네시아 수마트라 인근 해저에서 일어난 규모 9.3 지진은 1000㎞ 길이의 단층대가 인도 지각판과 버마 지각판 사이에서 20m나 이동함에 따라 강력한 쓰나미를 동반한 대지진으로 기록됐다.

당시 지진의 해일은 7시간 만에 아프리카 10여 개국에 도달할 정도로 강력해 사망자만 최대 35만명에 달했다. 또 2011년 3월 11일에 일본 산리쿠 연안 앞바다에 발생한 규모 9.0 지진은 40.5m 높이의 쓰나미를 일으켰다. 해일은 당시 육지 10㎞까지 밀려들어왔고 그 영향응로 후쿠시마 제1 원자력발전소에서 방사능이 누출돼 지금까지 복구 작업을 하고 있으며 일본 올림픽을 앞두고 가장 큰 쟁점이 되는 등 아직도 진행형이다.

우리나라도 2011년 동일본 대지진이후 지진 빈도수가 증가했다. 기상청에 따르면 2016년에 252번의 지진이 일어난데 이어 2017년에도 223번의 지진이 발생했습니다. 2018년에는 115번의 지진이 관측됐고 2019년에도 88번의 지진이 일어났다. 최근 20년 동안(1999~2019년) 한반도 지진이 평균 74번을 발생한 것을 감안한다면 늘어난 추세다.

여기에 40여 년 동안 지진이 없었던 해남 지역에서도 지난 4월 24일 규모 1.8지진이 발생한 데 이어 한 달 사이 75차례 지진이 관측되기도 했다.

우리나라도 더 이상 지진안전지대가 아니라는 분석이 나서면서 내진보강대책에 나섰다. 지난 2011년 1단계 내진보강 기본계획이 수립된 이후, 지난 2019년까지 공공건축물, 도로 등 기존 공공시설물 18만7950개소 중 11만7165개소가 내진성능을 갖췄다.

예산투자도 2011년~2016년 평균 1738억원에 이르렀지만, 포항지진 이후인 2017년에는 5826억원, 2018년에는 8244억원으로 늘었다. 이로 인해 45% 아래에 맴돌던 내진율이 62.3%로 확대됐다. 이 가운데 다목적댐, 리프트, 송유관 총 3종의 시설은 내진율 100%에 달한다.

우리 주변의 시설물 가운데 지진에 취약한 것이 있다. 바로 송전철탑과 가공송전선이다. 대부분이 일반 주택과 떨어져 설친 된다고 해도 송전철탑이 무너지면 수많은 가구는 물론 병원시설 등의 전기 공급이 불가능해져 사실상 도시가 마시상태에 놓이게 되기 때문에 해당 시설에 대한 내진 설계는 중요한 부분이지만 관심밖에 있었다고 해도 과언이 아니다.

이런 가운데 ㈜삼성엔지니어링이 최근 ‘송전철탑과 가공송전선로의 내진장치’라는 특허를 등록받아 주목을 받고 있다.

비즈월드가 확인한 결과 삼성엔지니어링이 2020년 5월 7일 출원(출원번호 제1020200054162호)한 ‘송전철탑과 가공송전선로의 내진장치’라는 명칭의 특허를 8월 7일 등록(등록번호 제102144429호)을 받았다.

삼성엔지니어링 연구진은 해당 발명에 대해 “본 발명은 송전철탑과 가공송전선로의 내진장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 154kV 이상의 초고압 송전선로의 철탑이나 옥외 변전소에 설치된 다수의 철구조물, 즉 철구가 강풍과 지반 침하, 지반 거동 등에 의해 전도 현상이 발생되는 것을 미연에 방지하는 한편, 지진 등의 외부로부터 발생되는 진동에 의한 파손 등을 방지하기 위한 송전철탑과 가공송전선로의 내진장치에 관한 것이다”라고 설명했다.

일반적으로 각종 발전소에서 발전된 전기는 1차 변전소에서 송전에 적합한 전압으로 승압하여 송전계통을 통해 송전하고, 다시 2차 변전소에서 적정한 전압으로 강압해 수용가의 주변까지 송전한 후 전주에 설치된 주상변압기에 의하여 수용가에서 사용할 수 있는 상용전압으로 다시 강압해 전주에 가설된 가공배전계통을 통해 배전하게 된다.

고압 또는 초고압 송전계통은 인적이 드문 산야에 설치되는 송전탑에 지지되는 가공송전선을 통해 송전하고, 특고압 송전계통은 전주에 지지되는 가공송전선 또는 지중에 설치되는 지중송전선을 통해 송전하며, 배전계통은 전주에 지지되는 가공배전선 또는 지중에 설치되는 지중배전선을 통해 배전된다.

송전탑은 송전선로 등을 가설하기 위해 수십 미터의 지상높이로 시공되는 트러스(truss) 형태의 철구조물로 자체 중량이 수십톤에서 수백톤에 이르는 고중량물로 이뤄진다.

이런 송전 철탑을 설치하기 위해서는 먼저 지반을 터파기해 수평으로 바탕콘크리트면을 평활하게 형성한 다음, 그 위에 정방형으로 배치되는 4개의 기초콘크리트 구조물을 구축하고, 각 기초콘크리트 구조물에 적당한 각도로 경사지게 매설되어 상단이 노출된 메인 기둥들에 일정길이를 갖는 앵글(angle)을 소요높이까지 트러스 형태로 순차적으로 조립, 완성시켜 나가게 된다.

그러나 이런 송전 철탑은 강풍과 지반 침하, 지반 거동 등에 의해 전도 현상이 발생되고, 이로 인해 인근 주택가의 단전과 같은 사고와 전복에 의한 피해 같은 대형 사고가 발생하는 문제점이 있다.

이와 같은 철구조물에서 일어나는 현상은 송전 철탑뿐만 아니라, 옥외 변전소의 철구조물, 다시 말해 옥외 변전소의 철구에서도 동일하게 발생한다.

이런 문제를 일부 개선한 종래기술로 대한민국 특허 등록번호 제10-0662883호(2006년 12월 28일)에는 '송전용 철탑의 보강 구조'가 개시됐지만 이와 같은 종래의 송전용 철탑의 보강 구조는 지진 등에 따른 진동을 완충하기 어려운 문제점이 있다.

이에 삼성엔지니어링 연구진은 4개의 다리(를 가지며, 각 다리의 하단이 지중에 매설되어 있는 기초 콘크리트 구조물에 연결되면서 지상에 지지되는 송전 철탑과 직선 바 형태로 형성되되 하단이 외측으로 경사를 가지며, 일정 간격으로 상기 다리에 결합되는 클립이 형성되고, 하단 저면에 플랜지가 형성되며, 일측면에 가로 연결대에 의해 직선 바 형태로 형성된 강도 보강바가 부착되는 보강지지대를 두도록 했다. 

이는 철(凸)자 형태로 이뤄져 상기 기초 콘크리트 구조물의 측면에 설치되어 상기 보강지지대가 결합되는 보강 기초 콘크리트 구조물을 포함하는 송전철탑과 가공송전선로의 내진장치에 있어서, 외부로부터 전달되는 진동에 의한 상기 보강지지대의 흔들림을 방지하는 완충부를 더 포함하도록 했다. 

이 완충부는, 하부가 상기 보강 기초 콘크리트 구조물에 매립되고, 상부가 상방향으로 연장 형성되는 고정바, 이 고정바의 외측으로 승·하강 가능하게 결합되는 승강부재, 이 승강부재와 교차되도록 연결되는 부싱에 보강지지대의 흔들림에 따른 충격을 완충하도록 구성했다.

또 보강지지대가 지진 등 이상 상태에서 굴곡된 후 원상태로 복귀되도록 하는 완충수단 및 상기 부싱의 하부에 위치되도록 상기 고정바로 나사결합되면서 이 고정바와 부싱을 지지하는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 송전철탑과 가공송전선로의 내진장치를 제공한다는 것이다.

연구진은 “본 발명처럼 구성된 송전 철탑이나 옥외 변전소에 설치된 다수의 철구조물, 즉 철구가 강풍과 지반 침하, 지반거동 등에 의해 전도 현상이 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있는 것은 물론, 내진설계가 보강될 수 있음으로써 지진 등에 따른 충격을 완충할 수 있는 효과가 있다”라고 강조했다.