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72.5kV GIS 전력 장비의 KEPCO 기준 내진 및 응력 해석
Seismic and Stress Analysis of 72.5kV GIS for Technical Specification of KEPCO 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.30 no.3, 2017년, pp.207 - 214  

이재환 (충남대학교 선박해양공학과) ,  김영중 (한국기계연구원) ,  김소울 (충남대학교 대학원) ,  방명석 (제룡전기(주))

초록
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국내의 72.5kV 이상, 주파수 60Hz의 송배전설비인 옥내 및 옥외용 가스절연개폐장치(GIS)는 내진 안전성에 대해 국가에서 정한 한전표준규격(ES-6110-0002)을 만족해야 한다. 이 규격에서 명시되지 않은 사항은 IEC 62271-203, 62271-207 등의 관련 기기 규격에 준한다. 한전표준규격에서 기기는 정상사용상태와 특수사용상태에서 건전성이 유지되어야 한다. 안전성 판단을 위해 ASME BPVC SEC.VIII 내압용기 설계 기준에 의해 A6061-T6 재질의 GIS에 대한 정상사용상태 기준과 국내 한전표준규격과 국외 IEC 62271-207에 의한 특수사용상태 기준(지진)에 대한 총체적 응력상태를 판단하였다. 한전표준규격 기준(0.22g) 적용시, 최종응력이 알루미늄인 Part A는 78.2MPa, Part D2의 경우 102.3MPa로, ASME 허용응력 값 181.5MPa를 만족하고 있다. IEC 62271-207 High 0.5g의 경우에도 최종응력은 Part A는 90.5MPa, Part D2는 103.8MPa이다. 본 연구 결과, 72.5kV GIS는 한전표준규격의 구조안전성과 내진성능을 충분히 만족함을 보이고 있다. 내진해석으로 내진시험을 수행할 수 없는 대형 전력기기의 내진성능 실증에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

High voltage electric power transmitter GIS(Gas Insulated Switchgear) above 72.5kV needs to satisfy domestic Korean peninsular standard(ES-6110-0002) in KEPCO with respect to normal and special operation conditions which include internal gas pressure, dead weight, wind and seismic load. Some other r...

주제어

#가스절연개폐장치   #한전표준규격   #진동해석   #요구응답스펙트럼   #내진해석  

AI 본문요약
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제안 방법

  • 해석은 내부 정격가스압력(0.4~0.5MPa)과 자중에 의한 정적응력해석으로 구조적 건전성을 검증한다. 유한요소결과와 비교하기 위하여 압력용기의 탱크부에 대한 이론 응력 식(1)과, 덮개부(Cap)의 이론 응력 식 (2)를 이용하여 계산한 탱크와 덮개의 응력은 Table 3과 같다.

대상 데이터

  • 1이고, 이중 Part A와 Part D2를 각각 1 Bay씩만이 해석되었다. ANSYS 16.1 APDL로, GIB, ES/DS, DS, CT 등 탱크 부는 Shell188(쉘) 요소, 부싱부와 탱크지지부는 Beam181(빔) 요소를 사용하였다. Part A의 중량은 약 2.
  • 4MPa이다. 고압전선이 있어 절연가스가 채워지는 탱크부는 알루미늄 A6061-T6, 지지부는 일반 강 SS400이고 물성치는 Table 1과 같다. 탱크 재료인 A6061-T6의 허용응력 기준은 아래의 ASME BPVC(ASME Boiler and Pressure Vessel Code, 2010) 표준에 있는 동등한 SB-209에 의해 S는 121.

이론/모형

  • 5kV GIS에 평균재현주기 1000년인 붕괴방지수준으로 내진 I등급에 대한 기준을 적용한다. 본 연구의 내진 해석에 사용된 요구응답스펙트럼(required response spectrum, RRS)은 한전표준규격(0.22g)과 IEC 62271-207(moderate 0.25g, high 0.5g)이 적용되었다. 응답스펙트럼 해석은 구조 동역학의 이론에 근거하여 구조물의 동적 거동을 근사적으로 알아내는 방법으로 내진설계에서 흔히 사용된다.
  • 5kV 가스절연개폐장치는 한전표준규격(ES-6110-0002, 2012)에 준한다. 이 규격에 명시되지 않은 사항은 IEC 6227-207의 관련기기 규격에 준한다(IEC 62271-207, 2012). 정격 SF6 내부가스압력은 차단부는 0.
  • 주파수 60Hz의 3상 교류회로에서 사용하는 옥내 및 옥외용 72.5kV 가스절연개폐장치는 한전표준규격(ES-6110-0002, 2012)에 준한다. 이 규격에 명시되지 않은 사항은 IEC 6227-207의 관련기기 규격에 준한다(IEC 62271-207, 2012).
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
72.5kV GIS 전력장비의 구조 안전성에 대한 결과는 어떠한가? 구조 안전성은 내부가스 SF6에 의한 응력, 자체중량에 의한 응력, 내진해석에 의한 응력 값에 참여계수를 적용한 후, 모두 합한 최대응력으로 판단되었다. 한전표준규격 적용시, Part A 알루미늄 탱크부에 산출된 최대사용응력 78.2MPa에 대한 안전계수는(ASME 기준에 의해) 2.3이, Part D2 탱크부 응력 102.3MPa에 대한 안전계수는 1.7이 산출되었다. 탱크부를 지지하는 강철 지지부의 경우 응력은 117.2MPa로 안전계수 2.1이 산출되었다. 외국 IEC 62271-207 High 0.5g 기준적용시, 한전표준규격 최대가속도의 2.27배가 되는데, 최종 응력은 Part A는 90.5MPa, Part D2는 103.8MPa로 안전계수는 각각 2.0, 1.7이 산출되었다.
가스절연개폐장치란 무엇인가? 가스절연개폐장치(gas insulated switchgear, GIS)는 안정적인 전력공급을 위한 전력계통 설비로, 송전 시 변압기선후에 위치하여 이상전류를 차단하고 전력을 분배한다. 변압기를 제외한 대부분의 전력 기기를 금속탱크로 밀폐시킨 변전 시스템으로, 가동 중 지진을 포함한 다양한 설계 하중에 대해 충분한 구조 건전성을 확보하여야 한다.
가스절연개폐장치의 역할은 무엇인가? 가스절연개폐장치(gas insulated switchgear, GIS)는 안정적인 전력공급을 위한 전력계통 설비로, 송전 시 변압기선후에 위치하여 이상전류를 차단하고 전력을 분배한다. 변압기를 제외한 대부분의 전력 기기를 금속탱크로 밀폐시킨 변전 시스템으로, 가동 중 지진을 포함한 다양한 설계 하중에 대해 충분한 구조 건전성을 확보하여야 한다.
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참고문헌 (12)

  1. ASME BPVC(Boiler and Pressure Vessel Code). (2010) Section VIII, Division 1; Rules For Construction of Pressure Vessels. 

  2. Chopra, A.K. (2001) Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering, Prentice Hall, Second Edition. 

  3. ES-6110-0002(Gas-insulated switchgears) (2012) General Technical Specifications of KEPCO. 

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  5. Kim, D.G. (2005) Dynamics of Structures, Kumi Press. 

  6. Kim, W.S., Jeong, Y., Kim, K., Kim, K.J., Lee, J.H. (2016) Seismic Analysis for Multi-pile Concrete Foundation in 5MW Class Offshore Wind Turbine, J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 29(3), pp.209-218. 

    원문보기 상세보기 crossref

  7. Kim, Y.G., Kwon, T.H., Jeong, Y.J., Kim, H.T., Kim, Y.J. (2013) Study on Seismic Analysis and Test for Seismic Qualification of 245kV GIS. The Korean Society of Mechanical Engineers, 37(5), pp.715-722. 

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  8. Lee, H-M., Lee, J-K., Yoo, J-M., Shin, H-M. (2011) Seismic Analysis Process of Steel Box girder Bridge based on BIM, J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 24(4), pp.421-428. 

  9. Lee, S.H., Cho, S.S., Kang, S.M., Ahn, K.Y., Bang, J.D., Min, K.S., Choi, J.W., Yonn, S.S. (2001) The Seismic Analysis of 72.5kV Gas Insulated Switchgear (GIS), J. Electr. Eng. & Inf. Sci., 18-20, pp.762-764. 

  10. Song, G.D., Park, G.Y., Shin, Y.J. (1999) Analysis Techniques for Design Verification of GIS, Korean Inst. Electr. Eng., 48(9), pp.4-11 

  11. Song, W.P. (2000) Development of 800kV 50kA 8000A GIS, J. Electr. World Monthly Mag., 282, pp.27-35. 

  12. Xia, Y., Xu, J., Li, D., Shen, F. (2013) Analysis of Seismic Performance for High-voltage Switchgear Equipment of GIS, 2nd International Conference on IEEE, pp.1-4. 

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