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문제 정의
- 그러나 복잡한 기능이 연계되어 있거나 해석적인 기법으로 구조적 연계를 정확하게 표현하기 어려운 경우에는 부품 개별 내진성능 평가결과가 실제 설치상태에서의 내진성능 평가결과를 대신하기는 어렵다. 그러므로 실제 제공되는 500 kV EBA에 대한 내진성능 평가를 통해 대형 전력설비의 내진성능 평가를 위한 핵심기술 및 역량을 확보할 수 있었던 것으로 판단한다.
제안 방법
- Fig. 2와 같이 시험체의 상부를 SML의 3/8인 1.5 ton의 하중으로 당긴 후 하중을 제거하여 자유진동을 하는 시험체의 응답을 계측하였으며, 전후, 좌우 방향에 대하여 실험을 수행하였다.
- 따라서 이 논문에서는 IEEE Std. 693(1)에서 제시하고 있는 절차에 따라 (주)대한전선에서 개발한 500 kV EBA(end box-air, 기중종단접속함)의 내진성능평가를 진행하였다. 300 kV이하의 변압기 부싱(bushing)이나 EBA에 대해서는 내진성능평가가 진행된 바가 있으며(2), 500 kV이상의 부싱의 경우 MCEER과 PEER에서 진동대실험을 통해 내진성능을 평가한 예가 있다(3,4).
- 이 논문에서는 동일한 장소의 제한된 공간에서 정적 실험과 진동대 실험을 순서대로 진행하여 내진 성능평가를 수행하였다. (주)대한전선은 이 결과를 활용하여 국내 최초로 미국에서 500 kV 초고압 케이블 프로젝트를 수주하였으며 따라서 대형 전력설비의 내진성능을 평가하기 위한 핵심 기술 및 역량을 확보한 것으로 판단된다.
대상 데이터
- 시험체는 내진성능 평가를 위하여 반력바닥, 진동대, 반력바닥의 순서대로 설치되었다. 진동대에는 M30 볼트로 고정되었으며 반력바닥에는 M40볼트를 이용하여 고정되었다.
- 시험체는 부싱과 지지애자 그리고 지지구조물의 조합으로 이루어진 500 kV EBA로서 (주)대한전선에서 제작되었다. 지지구조물과 지지애자의 소재는 각각 강재(steel)와 포르셀린(porcelain)이며 부싱은 상부금구와 하부금구, FRP(fiber reinforced plastic) 튜브로 이루어져 있는데 상부금구의 재료는 구리이며 하부금구는 알루미늄으로 제작되었다.
- 지지구조물과 지지애자의 소재는 각각 강재(steel)와 포르셀린(porcelain)이며 부싱은 상부금구와 하부금구, FRP(fiber reinforced plastic) 튜브로 이루어져 있는데 상부금구의 재료는 구리이며 하부금구는 알루미늄으로 제작되었다. 시험체의 높이는 약 9 m이며 형상은 Fig. 1과 같다.
- 시험체인 500 kV EBA가 실제 설치되는 상황을 묘사하기 위해 EBA의 터미널 연결부에 컨덕터, 케이블 등의 역할을 하는 추가질량을 설치하였다. IEEE Std.
- 시험체는 부싱과 지지애자 그리고 지지구조물의 조합으로 이루어진 500 kV EBA로서 (주)대한전선에서 제작되었다. 지지구조물과 지지애자의 소재는 각각 강재(steel)와 포르셀린(porcelain)이며 부싱은 상부금구와 하부금구, FRP(fiber reinforced plastic) 튜브로 이루어져 있는데 상부금구의 재료는 구리이며 하부금구는 알루미늄으로 제작되었다. 시험체의 높이는 약 9 m이며 형상은 Fig.
- 진동대 실험은 지진방재연구센터의 6자유도 진동대를 이용하여 수행되었으며, static pull test와 snapback test는 지진방재연구센터의 반력바닥에서 Fig. 2와 같이 준비하여 실험을 수행하였다.
데이터처리
- 4와 같이 6개의 3축 가속도계와 4개의 와이어 타입 변위계 그리고 34개의 변형률계를 이용하여 시험체의 응답을 계측하였다(6). 가속도 응답은 3축 가속도계를 이용하여 snapback test와 진동대 실험의 응답을 계측하였으며, 변형률 응답은 모든 실험에서 계측하였다. 시험체의 규모와 시험공간의 제약으로 인하여 와이어 타입 변위계에 낚시줄을 연결하여 변위를 계측하였다.
- Table 3의 오차는 식 (5)의 difference error를 이용해 계산되었다. 이때, 각 방향의 대표값은 2회 실시한 static pull test의 최대변위를 평균하여 사용하였다. 식 (5)에서 R1과 R2는 각각 시간이력시험 전과 후의 응답을 나타낸다.
이론/모형
- 이 논문에서는 Fig. 1과 같이 시험체를 진동대에 설치한 후 sine sweep test를 수행하여 공진탐색을 실시하였다. 해당시험은 연직방향과 수평2방향에 대하여 실시하였으며 사용되어진 가속도신호의 크기는 0.
- 이 논문에서는 IEEE Std. 693의 절차에 따라 국내 최초로 500 kV EBA의 내진성능평가를 수행하였다. 높이가 9 m 이상의 대형 구조물인 시험체는 진동대 실험을 수행함에 있어서 효과인 가진이 어려우며 운송비용과 시간, 거리 등의 경제적인 문제와 이동 중 발생 가능한 손상 등으로 인하여 IEEE Std.
- 693에서는 감쇠비를 구하는 방법으로 대수감소율법과 반동력대역법을 모두 권고하고 있다. 따라서 신호의 감쇠가 계측 가능한 snapback test의 경우 시험체의 최상단부에서 계측된 가속도응답을 이용하여 대수감소율법으로 감쇠비를 결정하였으며, 공진탐색시험의 감쇠비는 반동력대역법을 이용하여 계산하였다. 대수감소율법은 Fig.
- 일반적인 비구조 요소의 내진성능 평가를 위한 시험방법은 ICC-ES AC156(5)이 대표적이며, 변전소 시설 및 전력설비에 대한 내진성능 평가는 IEEE Std 693(1)에서 요구하고 있는 시험절차에 따라 수행하고 있다. 이 논문에서 내진성능을 평가하고자 하는 시험체는 초고압 전력 설비인 500 kV EBA이므로 변전설비의 내진설계 검토를 위한 시험 기준인 IEEE Std. 693을 참고하여 Table 1과 같은 순서로 내진성능 평가를 수행하였다.
- 일반적인 비구조 요소의 내진성능 평가를 위한 시험방법은 ICC-ES AC156(5)이 대표적이며, 변전소 시설 및 전력설비에 대한 내진성능 평가는 IEEE Std 693(1)에서 요구하고 있는 시험절차에 따라 수행하고 있다. 이 논문에서 내진성능을 평가하고자 하는 시험체는 초고압 전력 설비인 500 kV EBA이므로 변전설비의 내진설계 검토를 위한 시험 기준인 IEEE Std.
성능/효과
- 이 논문에서는 동일한 장소의 제한된 공간에서 정적 실험과 진동대 실험을 순서대로 진행하여 내진 성능평가를 수행하였다. (주)대한전선은 이 결과를 활용하여 국내 최초로 미국에서 500 kV 초고압 케이블 프로젝트를 수주하였으며 따라서 대형 전력설비의 내진성능을 평가하기 위한 핵심 기술 및 역량을 확보한 것으로 판단된다.
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