The cast iron pipe protection of submarine cables has a bump in the connection, so the guide device for checking the position and location of the submarine cable must pass through the curved surface. Since the connection is present at a regular intervals, impact loads are periodically applied, affecting the durability of the guide device. In this study, the design was changed to improve the durability of guide device links. And for the analysis of the durability for link of guide device, the flexible dynamic analysis of the guide device was performed using MSC.Adams, and the dynamic stress acting on the link was calculated using MSR(Modal Stress Recovery) method. As a result, the dynamic stress is reduced by 17.9%~31.1%. In addition, durability was calculated for the initial model and the improved model. As a result, the durability of the new model was improved more than 200 % better than to the initial model.

An underwater cable guide device which is using the caterpillar movement to move smoothly along the slippery and curved surface of the cast iron pipe was developed. We performed structural analysis with maximum stress and structural safety for the designed guide device. As a result of the structural analysis, the maximum stress occurred between the connecting link and the pin, and it was confirmed that it was structurally safe by satisfying the safety factor of 2.5 or more. In addition, we performed modal analysis to find out the possibility of resonance between the guide device and motor for driving the Caterpillar. The natural frequency of guide device was calculated to be higher than the frequency of motor ,so no resonance was found. We tested performance of the developed guide device, the target performance was satisfied in the watertight test, salt spray test, vibration test, and durability test.

최근 제주도를 비롯한 도서지역의 전력 사용량 증가 및 해상풍력 발전단지 개발 등으로 인해 해저 동력케이블의 신규 설치가 검토되고 있다. 해저에 설치되는 동력케이블의 보호를 위해서는 선박의 투묘, 주묘, 어로 작업 등에 대한 특성을 기반으로 매설 깊이를 산출해야 한다. 그러나 우리나라는 아직까지 해저 동력케이블 보호를 위한 대상 선박의 규모와 관련된 설계기준이 전무한 실정이다. 본 연구에서는 해저 동력케이블과 유사한 국내 해저배관의 보호를 위한 설계기준을 분석하고, 동력케이블의 설치 환경을 고려한 긴급 투묘의 형태별 분류를 토대로 위험도 매트릭스 모델을 개발하여 보호 대상 선박의 규모를 해당 해역을 통항하는 선박의 크기별 누적함수 규모에 따라 설계하였다. 해저 동력케이블 보호 기준에는 설치 해역의 수심과 조류 등의 환경 조건, 투묘와 주묘 등과 같은 해양사고 조건 등을 연계하였고, 선박의 운항 환경을 항계, 연안해역과 근해해역으로 구분하여 동력케이블의 구체적인 보호 대상 선박의 규모를 검토하였다. 대상 선박의 규모 결정에 대한 적정성 및 유용성 차원에서 완도에서 제주구간에 신설 예정인 제3호 해저 동력케이블에 적용하여 검증하였다. 이러한 해저 동력케이블과 해저배관 등의 보호를 위한 대상 선박의 선정 기준은 향후 매설깊이 설정에 따른 앵커 중량 선정은 물론 해저케이블 물리적 보호시스템 개발에도 활용될 것으로 기대된다.

해저케이블은 두 가지 형태로 주로 사용이 되는데, 데이터통신을 전달하는데 사용되는 해저통신케이블과 전력을 송출하는데 사용되는 해저전력케이블이 있다. 둘 다 해저에 사용하도록 디자인 된 것이며, 해저통신케이블이 이 논문의 분석의 대상이다. 이 논문에서 해저케이블에 관련된 국제법 및 해저케이블의 설치에 관한 국가실행을 검토하고 국가실행이 국제법과 부합되는 범위를 검토한다. 이러한 방향에서 우선적으로 해저케이블의 설치에 관한 법적 체제를 분석한다. 법적 체제의 분석을 위하여 해저케이블을 규율하는 국제협약에 대하여 전반적으로 검토하며, 연안국의 관할권에 속하는 해역과 속하지 않는 해역에서 해저케이블의 설치에 관련하여 국가들이 규제하는 방식을 분석한다. 해저케이블운용에 대하여 연안국의 관할권수역과 관할권 바깥의 수역에서 연안국의 규제가 증가하고 있으며, 연안국이 해양활동, 심지어 케이블운용 같은 전통적으로 해양의 자유로서 인식되어온 활동에 대하여 연안국의 관할권을 확대하는 추세를 나타내고 있다. 또한 해저케이블 보호의 법적 체제를 검토하는데, 해저케이블의 보호는 두 가지 측면에서 검토한다. 우선, 케이블운용에 종사하는 선박을 다른 선박으로 부터 보호하는 방식을 살펴보며, 이후에 해양의 경합적 사용이나 의도적 가해 행위로 인한 피해나 파괴로부터 해저케이블을 보호하는 방식의 법적 문제점을 분석한다. 본 논문의 분석에 의하면 해저케이블의 보호에 관하여 연안국들의 규제가 충분하지 않은 것 같다. 국가들은 해양에서 경합적인 활동으로 인한 방해로부터 케이블선박을 보호하고 해양의 경합적인 사용에 의한 피해와 의도적인 가해 행위로 인한 피해에서 해저케이블을 보호하는데 필요한 조치를 자국의 법규로 제정하지 않은 경우가 많다. 해저케이블 및 케이블선박의 보호에 관한 국가들의 충분한 조치가 없다는 것은 해저케이블의 중요성에 대하여 국가들이 올바르게 인식하지 못하고 있는 이유도 있다. 이 논문에서 분석한 바와 같이 해저케이블의 보호를 위한 국제체제는 미흡한 점이 많다. 그래서 EEZ에서 해저케이블에 대한 의도적인 침해나 공격에 대응하기 위하여 개입하는 연안국의 관할권을 명확히 하기 위하여 특별한 고려가 필요하다. 해저케이블을 특정국가에게 등록하게 하고, 등록된 해저케이블의 등록국에게 해저케이블의 운용을 방해한 선박을 체포할 권리를 부여하는 방안이 있을 수 있다. 그러한 관할권이 해저케이블에 대한 피해를 해결하는데 유용할 수 있지만, 국가들은 현재까지 그러한 제도를 수락하는데 망설일 것 같다.

우리나라 서남해역에서 추진될 해상풍력 발전 단지에서 생산된 전기와 기존의 전력망과의 계통연계를 위해서는 해저케이블 설치가 필수적인 요소이다. 특히 해저케이블 설치에 대한 경제성, 시공성 및 안정성 확보를 위해서는 해저케이블 경과지와 해저케이블 보호공법 설계가 이루어져야한다. 본 논문에서는 1979년부터 2002년까지 한국해양과학기술원에서 구축한 장기 파랑산출자료와 제3세대 파랑모델인 SWAN(Simulating WAves Nearshore)을 이용하여 해상풍력단지가 조성될 해역에 대해 만조와 간조시 파랑시뮬레이션을 수행하여 해저케이블 경과지와 보호공법 설계를 위한 기초자료를 제공하고자 하였다. 연구결과, 서남해 해상풍력단지가 조성될 해역의 연평균 Hs는 1.03 m, Tz는 4.47s이고, 주파향은 북서(NW)와 남남서(SSW) 방향이다. NW에서 입사되는 조건(Hs: 7.0 m, Tp: 11.76s)에서 만조시 천해설계파랑 Hs의 분포는 약 4.0~5.0 m, 간조시에 약 2.0~3.0 m로 계산되었다. SSW에서 입사되는 조건(Hs: 5.84 m, Tp: 11.15s)에서 만조시 천해설계파랑 Hs의 분포는 약 3.5~4.5 m이고, 간조시에는 약 1.5~2.5 m로 계산되었다. 해저케이블 경과지 중 경도 UTM 249749~251349 구간 약 1.6 km에서는 NW로 입사되는 파랑의 영향이 크며, UTM 251549~267749 구간 약 16.2 km에서는 SSW로 입사되는 파랑의 영향이 지배적이다. 파랑집중 현상이 두드러지게 나타나는 해역은 위도와 하왕등도 사이 해역으로, 이 해역에서는 주변해역 보다 상대적으로 높은 파고를 나타내고 있다.

본 논문에서는 해저케이블 부두 하역용 장비인 코일링 암(coiling arm)에 대한 국산화 자체개발 내용 중 구조설계 및 해석 결과 내용을 제시하였다. 상세 구조설계를 위해 3차원 CAD 프로그램을 이용하여 고 정밀도의 모델링을 수행하였고, 유한요소 기법을 이용하여 전산구조해석을 수행하였다. 코일링 암의 활용 목적에 맞추어 하역대상 케이블을 선박에서 케이블 탱크로 하역시 효과적으로 가이드 할 수 있도록 베어링 및 롤러 부품을 설계하여 메인 암이 회전하고 케이블 가이드가 이동할 수 있도록 하였고, 기존의 외국 모델에서 사용하던 와이어 및 모터 시스템을 이용한 케이블 가이드 작동방식을 유압 시스템을 이용한 작동방식으로 변경하여 원가절감을 달성하면서 사용자가 직관적으로 작동할 수 있도록 설계하였다. 장비 자체의 자중 및 하역 케이블 하중조건에 대한 응력 해석을 수행하였고, 유압시스템의 과작동에 따른 파손 가능성을 고려하였다. 케이블 가이드의 운동 및 설치 지면의 경사도에 따른 전복 안전성 해석을 수행하였으며, 설치장소의 풍하중 효과도 추가로 고려하였다. 본 연구를 통해 기존 수입품 코일링 암의 작동방식 개선과 독자적인 구조설계 및 해석 방법을 확립하였으며, 실제 국내 최초로 자체 개발된 제품의 현장설치 완료 및 하역작업의 효율적이고 정상적인 운영을 완료 및 검증하였다.

일반적으로 해저케이블 보호공법에는 매설공법이 많이 사용되고 있으나 한국 연안역에서는 양식어장이라고 하는 특수한 여건과 조업 선박의 어구어법으로 인하여 다양한 형태의 보호공법이 사용되고 있다. 현재 한국의 해저케이블에 적용되어 있는 보호공법에는 해양의 저질 상태에 따라서 깊이를 달리하는 매설공법, 연속적인 Concrete mattress 공법, 주철관과 U-duct를 이용한 공법, Concrete bag을 쌓는 공법, 돌을 쌓는 Rock berm 공법, Mortar bag을 쌓는 공법 및 FCM (Flexible Concrete Mattress) 공법 등이 있다. 이와 같은 보호공법은 설치 해역의 해양환경특성과 친환경적인 공법보다는 해저케이블의 위해요소에 대한 안정성만을 고려하여 해저케이블 보호공법을 선정하여 시공하고 있다. 따라서 본 논문은 해저케이블 위해요소와 수심, 해저질 등의 해양환경특성과 보다 친환경적인 측면을 고려하여 해양환경특성별 적정 보호공법을 제시한다.

국제간 정보통신전달 수단으로 인공위성과 해저케이블이 상호보안적으로 사용되어 왔다. 특히 최근에 와서는 해저 광케이블의 등장으로 국가간 정보통신전달 수단으로 케이블의 역할이 급격히 증대되고 있다. 해저케이블은 열악한 해양환경에 노출되어 있으므로 건설시나 운용중에 손상 받을 가능성이 아주 크며 그로 인한 파급효과가 엄청나다. 또한 해저케이블 사고시 복구에 많은 시간과 어려움이 뒤따르며 비용도 막대하다. 따라서 해저케이블의 안전성을 확보하는 것은 매우 중요하며 이에 대한 보호대책이 절실하다. 본 논문에서는 해저케이블의 건설 및 운용상에 발생할 수 있는 여러 불안전 요인들을 찾아 그에 대한 대책방안을 고찰해 보고자 한다.