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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.18 No.3 pp.195-202
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2019.18.3.195

A study of Extremely Low Frequency Magnetic-Fields emission levels from underground cables in Korea

Joon-sig Jung1,2*, Hyun-sung Jung1, Kyu-mok Lee1, Jae-won Lee1, Myung-hee Kwon1, Jin-hoi Gu1
1Indoor air and noise Research division, National Institute of Environmental Research
2Nakdong River Basin Environmental Office, Monitoring and Analysis Division

현재 소속기관은 ‘낙동강유역환경청 측정분석과’ 임


Corresponding author Tel : +82-55-211-1686 E-mail : jsjung080@korea.kr
18/06/2019 26/08/2019 26/08/2019

Abstract


The purpose of this study is to investigate the ELF-MF emissions from UCLs and to compare the ELF-MF emission levels of HVTLs and UCLs. In addition, this study proposes a method and management plan to investigate the effects of exposure to ELF-MF emissions from UCLs. The ELF-MF emissions from the 154 kV UCL were 15.4±24.4 (GM: 7.8)mG, while from the 345 kV line they were 6.0±2.4 (GM: 5.7)mG. Through the comparison between ELF-MF emissions of 154 kV UCL and HVTL, at about 20 m distance from an overhead line the emissions level is 4 mG, while from an underground line at about 10 m distance the emission level was recorded as less than 4 mG. Through comparing the ELF-MF emission amount of the UCL according to the burial method, it was found that the direct ELF-MF emission levels are 15.3±7.4 (GM: 13.9)mG at the direct point, in the conduit type 21.0±30.4 (GM: 10.8)mG, and in the buried form 8.5±12.3 (GM:5.1)mG. In this study, ELF-MF emissions were about 37.0% and 47.5% lower, respectively, compared with the direct power and conduit type. The correlation between ELF-MF emission (mG) and power load (A) was analyzed. The higher the power load, the higher the ELF-MF emission. The correlation between ELF-MF emission at the direct point and depth of the UCL was also analyzed, and it was found that as the depth of line burial increased, ELF-MF emissions decreased.



우리나라 일부 지중송전선의 극저주파 자기장(ELF-MF) 방출특성 연구

정 준식1,2*, 정 현성1, 이 규목1, 이 재원1, 권 명희1, 구 진회1
1국립환경과학원 환경기반연구부 생활환경연구과
2낙동강유역환경청 측정분석과

초록


    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    현대사회에서 전기·전자제품 사용 증가는 필수적으 로, 극저주파(ELF: Extremely Low Frequency) 자기장 (MF: Magnetic Field) 노출과 건강과 관련된 인체 영향 (Adverse health effects)이라는 국민들의 관심(issue)이 점진적으로 증가하고 있다. 국가 전력의 안정적인 공급 (8차 전력수급기본 계획)을 위해서는 고압 가공·지중송 전선 건설/확충(94회선, 1,560 km 증설 예상)이 필연적 이라는 주장(Park et al., 2018)과 고압 가공·지중송전선 에서 발생하는 60 Hz ELF-MF 장기 노출에 따른 건강 영향과 재산권 피해라는 주장이 서로 상반되어 현재 논쟁거리의 핵심으로 부각되고 있다. 지역주민들의 송 전선 건설 주요 반대 사유는 신체적 위해성(전체의 33.7%)을 가장 높게 주장하고 있다(Hong and Choi, 2008).

    고압송전선과 관련하여 한국전력은 국제비전리방사 선보호협회(ICNIRP: International Commission on Non-ionizing Radiation Protection)의 기준인 833 mG (현재 2,000 mG)을 준용하고 있다(ICNIRP, 2004;Lin et al., 2010). 산업통상자원부의 “전기설비기술기준 고시”에 따라 “특고압 가공송전선은 지표상 1 m에서 전자파가 83.3 μT (=833 mG) 이하가 되도록 시설하는 등 사람에 게 위험을 줄 우려가 없도록 하여야 한다.” 라고 명시 하고 있다.

    그러나 고압 가공·지중송전선 주변에 거주하고 있는 주민 및 NGO 단체는 ELF-MF로 인한 건강상의 위해 성(adverse health effect)을 고려하여 3~4 mG의 자기장 노출기준을 주장하기도 하였다(Korea Legislation Research Institute, 2012). 2010년 국민권익위원회 조사 자료에 의하면, 고압 송전선과 관련하여 2005년~2010 년까지 제기된 민원(1,154 건) 중 약 16.1%가 극저주 파 자기장(전자파)과 관련한 피해를 원인으로 지목하 고 있었다(Anti-Corruption & Civil Rights Commission, 2010 ).

    미국에서는 1994년부터 1998년까지 국가적 차원의 EMF RAPID (Electric and Magnetic Field Research and Public Information Dissemination) 프로그램을 수 행하여, 대중들에게 EMF-MF의 노출수준 정보를 제공 하였다(NIEHS, 2002). 우리나라도 환경부에서 2007년 부터 2009년까지 EMF RAPID 프로그램을 참조하여 생활환경에서 노출되는 ELF-MF 수준을 조사하였다 (MOE, 2007;2009).

    극저주파 자기장(ELF-MF) 노출과 인체 건강영향 및 노출평가 등의 수많은 연구 결과가 존재하나, 현재까지 국내/외에 일관성 있고 뚜렷한 결론을 보여주고 있지 않다(Savits et al., 1998;Cho et al., 2004;Kim et al., 2005;2006;Choi et al., 2015;Jung et al., 2012;2015;2017;2018;Park et al., 2018). 그러나, 세계보건기구 (WHO: World Health Organization)의 Environmental Health Criteria에서는 “사전주의 원칙(Precautionary Principle)”에 의거하여 ELF-EMF 노출 감소를 위하여 각 나라에 실행 및 적용 가능한 자발적인 노력을 권고 하고 있다(WHO, 2007).

    우리나라의 경우 기존 가공송전선(high voltage transmission lines)과 관련된 노출 및 방출 연구는 다수 존재하나, 지중송전선(underground cable)과 관련된 노 출량 및 방출량 연구는 상대적으로 매우 부족한 실정 이다. 또한 앞서 전술 하였듯이 지중송전의 극저주파 자기장 방출량과 관련한 지속적인 분쟁의 증가로 인하 여 사회적 손실(행정소송, 집회 등)이 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 지중송전선에서 발생하는 극저 주파 자기장(ELF-MF)의 방출량을 조사하는 것에 1차 적인 목적이 있으며, 추가적으로 가공송전선과 지중송 전선의 ELF-MF 방출 특성을 비교하고자 한다.

    2. 연구방법

    2.1 연구대상

    154 kV, 345 kV 고압 지중송전선 방출량 조사 및 분 석은 2008년 1~12월간 한국전력의 협조를 얻어 서울 권, 대구권, 부산권 지역에서 실시하였다. 조사 전 해당 T/L (Transmission Line)의 리스트를 확인 후, 본 연구 목적에 부합하는 T/L을 선정하고, 현장 확인 결과를 토대로 최종 80 T/L (165 site)을 조사하였다. 총 165 site중 외부 전기적 자원(배전 등)에 영향을 받는 site, 매설방식의 혼재한 site, 정확한 깊이 및 전력부하량 등 의 제반 정보를 파악할 수 없는 site를 제외한 134 site 를 최종 분석하였다.

    지중송전선과 가공송전선의 ELF-MF 방출량 비교는 가공 및 지중송전선이 혼재하는 동일 T/L에 대하여 ELF-MF 방출량을 조사하였다(Fig. 1).

    2.2 측정기기 및 방법

    본 조사에서 사용된 기기는 EMDEX II와 EMDEX Lite, EMDEX II-Linear Data Acquisition System (ENERTECH Inc.)이다. EMDEX 기기는 미국 EPRI (Electric Power Research Institute)에서 개발한 삼 축 방향(x, y, z)의 Electric and Magnetic Field Digital Exposure System이다. 기기의 분석 감도는 자기장 (magnetic field)의 경우는 0.1 mG이고, 최대 분석 가능 치는 3,000 mG, 측정값의 정확도는 ±3%이다. 분석은 EMDEX 전용 프로그램인 EMCALC 2007을 이용하여 방출량을 분석하였다.

    본 연구에서는 IEC 62110 (2009)의 3점 측정 방법 (Magnetic field levels generated by AC power sys-tems - Measurement procedures with regard to public exposure)을 준용(0.5 m, 1.0 m, 1.5 m을 동시 측정하여 평균값 사용)하여 지중송전선의 ELF-MF 방출량을 조 사하였다(Fig. 2).

    2.3 통계분석 및 정도관리

    자료의 통계 분석은 SPSS version 12.0 (SPSS Institute, USA) 프로그램을 이용하였다. 지중송전선의 ELF-MF 방출량의 비교 분석은 t-test (평균비교)와 ANOVA (분산분석)을 실시하였다. 또한 각 방출값의 분포 특성를 파악하기 위하여 산술평균(arithmetic mean, 이하 AM), 기하평균(geometrical mean, 이하 GM)등으로 나타내었다.

    본 연구에서는 측정기기 간의 측정값 비교 및 정도 관리를 위하여 EMDEX II 및 EMDEX LITE를 전기 적 자원의 영향이 없는 공간에 각 2대를 위치하게 한 후, 반복적으로 10회 측정을 하였으며, 각 기기간의 측 정값 일치를 확인하였다.

    3. 연구결과 및 고찰

    3.1 고압 지중송전선 ELF-MF 방출량

    고압 지중송전선의 ELF-MF 방출량을 비교한 결과, 직상지점에서 154 kV 지중송전선의 ELF-MF 방출량 은 15.4±24.4 (GM:7.8)mG으로 나타났으며, 345 kV는 6.0±2.4 (GM:5.7)mG으로 나타났다(Table 1). 154 kV 지 중선로의 이격거리별 ELF-MF 방출량은 약 9~10 m 이 상 이격된 거리에서는 4 mG 미만으로 나타났으며, 직 상지점과 비교하여 약 27.0% 수준으로 낮아지는 것으 로 확인되었다(Table 2).

    서울시 어린이집 경계지점에서의 지중송전선(154 kV) ELF-MF 방출량을 측정한 결과, 직상지점(directly point)에서는 11.14±17.99 (GM:6.05)mG으로 나타났으 며, 지중선로에서 약 5m 이격된 거리에서 4 mG로 나 타났다. Jung et al. (2016)의 연구에서는 154 kV는 11.34±18.17 (GM:6.15)mG, 345 kV는 3.20±1.30 (GM: 2.98)mG으로 154 kV 지중송전선이 345 kV와 비교하 여 산술평균은 약 3.54배, 기하평균은 약 2.06배 높은 것으로 나타났다. 이러한 사유는 1차적으로 매설방식 매설깊이에 주요한 영향을 받는 것으로 사료된다. 선행 적으로 실시한 연구에서는 154 kV 지중송전선이 345 kV보다 높게 나왔으나, 본 연구에서는 345 kV 지 중송전선 T/L이 3개로 조사수가 적어 결과값을 일반화 하기에는 다소 무리가 존재한다. 차후 345 kV 지중송 전선 T/L을 추가하여 조사할 필요할 것으로 사료된다.

    3.2 매설방식에 따른 ELF-MF 방출량

    Fig. 3은 매설 방식에 따른 지중송전선의 ELF-MF 방출량을 나타낸 것이다. 직상지점에서 ELF-MF 방출 량은 직매 형태의 경우 15.3±7.4 (GM:13.9)mG, 관로 형태는 21.0±30.4 (GM:10.8)mG, 전력구 형태는 8.5± 12.3 (GM:5.1)mG로 나타났다. 본 연구에서는 전력구 형태가 직매, 관로와 비교(직상지점)하여 ELF-MF 방 출량은 각각 약 37.0%, 약 47.5% 낮은 수준으로 나타 났다. 이러한 사유는 매설깊이가 1차적으로 기인하는 것으로 판단되며, 또한 전력부하량도 일부 영향을 받는 것으로 사료된다. 한국전력에서 확인한 결과, 지역, 전 력수요, 주변 환경 등에 따라 차이가 있으나 일반적인 매설깊이의 경우 직매식은 1~1.5 m, 관로식은 1~4 m, 전력구식은 4~10 m이다.

    Fig. 4는 매설형태 별 이격거리에 따른 ELF-MF 방 출량을 비교(기하평균; GM)한 결과이다. 본 연구에서 는 직매형태의 경우 약 7 m 이격된 거리에서 4 mG 이 하로 나타났으며, 관로는 약 6 m 이격된 거리, 전력구 는 약 2 m 이격된 거리에서 4 mG 이하로 나타났다.

    Jung et al. (2016)의 연구에서는 관로형태의 경우 직 상지점에서 ELF-MF 방출량은 15.55±21.62 (GM:9.95) mG, 전력구 형태의 ELF-MF 방출량은 3.92±2.80 (GM: 2.67)mG으로 나타났다. 본 연구 결과와 마찬가지로 전 력구 형태가 여타 매립방식보다 ELF-MF 방출량이 낮 은 것으로 나타났다. 이러한 사유는 전술하였듯이 전력 부하량에 1차적으로 기인하는 것으로 판단되며, 또한 매설 깊이에 영향을 받는 것으로 나타났다.

    본 연구에서 4 mG 기준으로 정한 사유는 건강영향 에 대한 종말점(end point)이 아니라, 평균적인 일상생 활 수준 노출을 적용하여 나타낸 것이다. 환경부 비자 발적 전자파 노출인구 건강영향평가연구에서는 전국 350명의 24시간 노출 평균은 1.5 mG이며, 95% 집단이 4mG을 초과하지 않는 수준으로 나타났다(MOE, 2007). 미국 EMF RAPID Program에서는 전체 미국인 의 ELF-MF 노출량별 인구수를 추정한 연구에서 50% (중간값)은 0.87 mG이며, 95% 노출량은 3.4 mG로 나 타났다(NIESH, 2002).

    3.3 전력부하량 및 매설깊이에 따른 ELF-MF 방출량

    Fig. 5는 ELF-MF 방출량과 전력부하량, 깊이와의 상관성 분석을 실시한 결과이다. 측정 당시에 해당 지 중송전선에 흐르는 전력 부하량(A)과 직상지점에서 ELF-MF 방출량(mG)의 Pearson 상관성을 분석한 결과, 전력 부하량이 높을수록 ELF-MF 방출량이 높은 것으 로 나타났다(r = 0.468, p-value < 0.01). 측정 대상 지중 송전선의 깊이와 직상지점에서 ELF-MF 방출량의 Pearson 상관성을 분석한 결과, 매설 깊이가 깊을수록 ELF-MF 방출량은 감소하는 특징을 나타내었다(r = -0.188, p-value <0.05).

    본 연구의 결과는 선행적으로 조사한 지중송전선 ELF-MF 방출량 결과와 일치하는 것으로 나타났다 (Hong et al., 2008;Jung et al., 2014;2016). 이처럼 선 행연구와 본 연구 결과에서 고압송전선의 ELF-MF 방 출량에 영향을 미치는 요인은 이격거리, 전력부하량, 매설 깊이인 것으로 나타났다. 차후 ELF-MF 저감방안 으로 적용할 수 있는 현실방법은 적정 이격거리를 산 정하여 반영하는 것이 중요하나, 건설 단계에서 적정 매설 깊이를 감안하여 계획하는 것도 중요한 요인으로 판단된다.

    3.4 지중송전선과 가공송전선의 ELF-MF 방출량

    동일 T/L에 가공송전선과 지중송전선이 병행하여 경 과하는 4개 Site(#2, #3, #4, #5)를 조사한 결과, 직상지 점에서 ELF-MF 방출량은 지중송전선(Range: 4.26~ 75.95 mG)이 가공송전선(2.35~43.45 mG)보다 최대 약 2~3배 이상 높은 것으로 나타났다(Fig. 6). 그러나 직상 (하)지점에서 약 5~10 m 이격된 거리부터는 가공송전 선이 지중송전선 보다 높게 나타났다.

    Jung et al. (2014)의 연구에서는 지중송전선의 시뮬 레이션을 실시한 결과에서는 동일 전력 부하량에서 154 kV 가공송전선로는 10 m 이격된 거리에서는 최대 약 9배, 345 kV는 약 13배 정도 차이가 나며, 지중송전 선로의 감소 수준이 더 높은 것으로 나타났다. 직접적 인 비교는 될 수 없으나, 미국 California주 교육청의 송전선로 가이드라인에서는 50~133 kV 전압의 경우 가공송전선로의 경우는 100 feet (30.48 m), 지중송전선 로는 25 feet (약 7.6 m) 이격거리를 설정하게 되어있다. 220~230 kV 송전전압에서는 가송송전선로의 경우 150 feet, 지중송전선로의 경우 37.5 feet로 설정하였다 (Seo., 2012).

    일반적인 가공송전선의 ELF-MF 저감방안으로는 대 안노선(우회) 계획 및 대체부지 확보, 송전탑 높이 변 경과 같은 거리를 조절하는 완화법이 있으며, 지중화공 법 적용이 대표적이다. 국부적으로 저감할 수 있는 방 법으로는 도체 간격축소, 위상 상쇄(phase cancellation) 저감기법 등이 존재한다(Jeon et al., 2006). 지중송전선 이 가공송전선과 비교하여 ELF-MF 감소율(%)이 높은 사유는 매립시 절연케이블을 사용하기 때문에 전선간 의 간격 P(상간거리)를 작게 할 수 있어 ELF-MF 저감 율을 높일 수 있다고 하였다(Jung et al., 2014).

    가공송전선과 비교하여 지중송전선의 ELF-MF 방출 량이 낮을 뿐만 아니라, 저감율도 상대적으로 높은 것 으로 나타나므로, 지역주민간 분쟁의 소지가 없다면 현 실적인 ELF-MF 저감 방안으로 효용성이 있다고 사료 된다.

    4. 결론 및 제언

    본 연구는 우리나라 일부 지역의 지중송전선에서 발 생하는 극저주파 자기장(ELF-MF) 방출량을 조사하는 것이며, 추가적으로 가공송전선과 지중송전선의 ELFMF 방출 특성을 비교 하였다.

    154 kV 지중송전선과 가공송전선의 이격거리별 ELF-MF 방출량을 비교한 결과, 가공송전선은 직하지 점에서부터 약 20 m 이격된 거리에서 4 mG 이하로 나 타났으며, 지중송전선은 직상지점에서부터 약 10 m 이 격된 거리에서 4 mG 이하로 나타났다.

    매설 방식에 따른 지중송전선의 ELF-MF 방출량을 비교한 결과, 직매 형태의 ELF-MF 방출량은 직상지점 에서 15.3±7.4 (GM:13.9)mG, 관로 형태는 21.0±30.4 (GM:10.8)mG, 전력구 형태는 8.5±12.3 (GM:5.1)mG로 나타났다. 본 연구에서는 전력구 형태가 직매, 관로와 비교(직상지점)하여 ELF-MF 방출량은 각각 약 37.0%, 약 47.5% 낮은 수준으로 나타났다. 전력 부하량(A)과 깊이에 따른 직상지점에서 ELF-MF 방출량(mG)의 상 관성을 분석한 결과, 전력 부하량이 높을수록 ELF-MF 방출량이 높았으며, 매설깊이가 깊을수록 ELF-MF 방 출량은 감소하는 경향을 나타내었다.

    동일 T/L에 가공송전선과 지중송전선이 병행하여 경 과하는 지점의 T/L을 조사한 결과, 직상지점에서 ELFMF 방출량은 지중송전선이 가공송전선보다 최대 약 3 배 이상 높은 것으로 나타났으나, 약 10 m 이격된 거리 부터는 가공송전선이 지중송전선 보다 높게 나타났다.

    현재 ELF-MF의 인체위해성과 관련하여 국외 및 국 내의 명확한 인과관계가 확인되지 않았다. 다만, 사전 주의 원칙(Precautionary Principle)에 따라 노출 관리가 필요할 것으로 판단된다. 따라서, 지중송전선 주변 지 역의 노출 민감군 또는 시설을 조사하여 방출량 분포 도(2D 적용)를 작성하는 것이 필요하며, 필요시 3D로 방출 분포도를 작성하는 것도 고려해야 할 것으로 사 료된다.

    본 연구 결과는 국내 지중송전선의 ELF-MF 노출량 에 대한 올바른 정보를 제공할 수 있으며, 사회적 노출 기준 설정의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단 된다.

    감사의 글

    본 논문은 환경부의 재원으로 국립환경과학원의 지 원을 받아 수행하였습니다(NIER-2018-01-01-086).

    Figure

    JOIE-18-3-195_F1.gif

    Survey of main electric instrument.

    JOIE-18-3-195_F2.gif

    Sampling of ELF-MF emission levels.

    JOIE-18-3-195_F3.gif

    ELF-MF emission levels by construction type.

    JOIE-18-3-195_F4.gif

    ELF-MF emission levels by distance(each construction type).

    JOIE-18-3-195_F5.gif

    Correlation coefficients between ELF-MF level and operating condition.

    JOIE-18-3-195_F6.gif

    Comparison of ELF-MF emission levels of HVTL and UCL in the same conditions.

    Table

    ELF-MF level in accordance with operating voltage

    ELF-MF level by the separated distance of Underground cable (154 kV)

    Reference

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