본 연구는 빌딩과 공공시설에 설치되는 중요 전기 시설물인 수배전반이, 규모 8.3급 지진에도 국내최초로 정상적으로 작동될 수 있도록, 전기를 사용하는 각종 시설물 및 기계장치의 전원공급 및 제어하는 수배전반 하부에 상하굴절형 내진패드를 설치하여, 수배전반 하부구조 보호와 상부에 케이블 단락방지 등이 가능하도록 하여, 상하좌우 모든 지진파에 잘 적응되는 내진형 수배전반 제조기술로 한국전력이 기준으로 제시한 GR-63-CORE(규모 8.3 급) 내진성능을 만족하는, 내진형 수배전반 방재기술이다. 연구 성과로서, 전기 및 통신 기반시설을 보호할 수 있게 되어 지진발생시 전기시설을 정상상태로 복구하는 시간을 단축하는데 기여할 수 있고, 지진발생시 전기공급 시설의 파괴로 인한 화재발생을 방지할 수 있어 일본의 경우처럼 대규모 지진 발생시 발생하는 화재의 확산을 최소화하여 인명피해와 재산피해를 최소화할 수 있으며, 시민들이 대규모 지진을 겪은 후에도 일상생활로 신속히 복구할 수 있는 전기기반시설을 확보 등에 기여할 수 있다. 또한, 통신 및 전산실의 장비의 내진을 확보하기 위하여, 본 기술이 적용될 수 있고, 나아가 지진시 기반이 흔들려 시설기능이 정지될 수 있는 분야에도 다양하게 적용될 수 있을 것이다.
본 연구는 빌딩과 공공시설에 설치되는 중요 전기 시설물인 수배전반이, 규모 8.3급 지진에도 국내최초로 정상적으로 작동될 수 있도록, 전기를 사용하는 각종 시설물 및 기계장치의 전원공급 및 제어하는 수배전반 하부에 상하굴절형 내진패드를 설치하여, 수배전반 하부구조 보호와 상부에 케이블 단락방지 등이 가능하도록 하여, 상하좌우 모든 지진파에 잘 적응되는 내진형 수배전반 제조기술로 한국전력이 기준으로 제시한 GR-63-CORE(규모 8.3 급) 내진성능을 만족하는, 내진형 수배전반 방재기술이다. 연구 성과로서, 전기 및 통신 기반시설을 보호할 수 있게 되어 지진발생시 전기시설을 정상상태로 복구하는 시간을 단축하는데 기여할 수 있고, 지진발생시 전기공급 시설의 파괴로 인한 화재발생을 방지할 수 있어 일본의 경우처럼 대규모 지진 발생시 발생하는 화재의 확산을 최소화하여 인명피해와 재산피해를 최소화할 수 있으며, 시민들이 대규모 지진을 겪은 후에도 일상생활로 신속히 복구할 수 있는 전기기반시설을 확보 등에 기여할 수 있다. 또한, 통신 및 전산실의 장비의 내진을 확보하기 위하여, 본 기술이 적용될 수 있고, 나아가 지진시 기반이 흔들려 시설기능이 정지될 수 있는 분야에도 다양하게 적용될 수 있을 것이다.
The purpose of this study is to investigate the effect of vertical and horizontal refraction on the lower part of the power supply and control system of various facilities and machinery that use electricity, so that the power distribution system, which is an important electric facility installed in ...
The purpose of this study is to investigate the effect of vertical and horizontal refraction on the lower part of the power supply and control system of various facilities and machinery that use electricity, so that the power distribution system, which is an important electric facility installed in buildings and public facilities, Type earthquake resistant pads to protect the substructure and prevent short-circuiting on the upper part of the system. The GR-63-CORE (Scale 8.3 class) It is earthquake disaster prevention and disaster prevention technology that satisfies seismic performance. As a research result, it is possible to protect the electricity and communication infrastructure, which can contribute to shortening the time for recovering the electric facilities to the normal state in case of an earthquake, and preventing the fire caused by the destruction of the electricity supply facility in case of an earthquake. As a result, it is possible to minimize the spread of fire that occurs when a large-scale earthquake occurs and to minimize the damage of people and damage to property, and it can contribute to the securing of electric infrastructure that enables citizens to quickly recover to daily life even after suffering a major earthquake. In addition, the technology can be applied to ensure the seismic resistance of the equipment in the communication and computer room, and it can be applied to various fields where the facility function can be stopped due to the shaking of the earthquake base.
The purpose of this study is to investigate the effect of vertical and horizontal refraction on the lower part of the power supply and control system of various facilities and machinery that use electricity, so that the power distribution system, which is an important electric facility installed in buildings and public facilities, Type earthquake resistant pads to protect the substructure and prevent short-circuiting on the upper part of the system. The GR-63-CORE (Scale 8.3 class) It is earthquake disaster prevention and disaster prevention technology that satisfies seismic performance. As a research result, it is possible to protect the electricity and communication infrastructure, which can contribute to shortening the time for recovering the electric facilities to the normal state in case of an earthquake, and preventing the fire caused by the destruction of the electricity supply facility in case of an earthquake. As a result, it is possible to minimize the spread of fire that occurs when a large-scale earthquake occurs and to minimize the damage of people and damage to property, and it can contribute to the securing of electric infrastructure that enables citizens to quickly recover to daily life even after suffering a major earthquake. In addition, the technology can be applied to ensure the seismic resistance of the equipment in the communication and computer room, and it can be applied to various fields where the facility function can be stopped due to the shaking of the earthquake base.
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문제 정의
본 연구는 빌딩과 공공시설에 설치되는 중요 전기 시설물인 수배전반이, 규모 8.3급 지진에도 국내최초로 정상적으로 작동될 수 있도록, 전기를 사용하는 각종 시설물 및 기계장치의 전원공급 및 제어하는 수배전반 하부에 상하 굴절형 내진패드를 설치하여, 수배전반 하부구조 보호와 상부에 케이블 단락방지 등이 가능하도록 하여, 상하좌우 모든 지진파에 잘 적응되는 내진형 수배전반 제조기술로 한국전력이 기준으로 제시한 GR-63-CORE(규모 8.3 급) 내진성능을 만족하는, 내진형 수배전반 방재기술에 관한 것이다.
이에 본 연구에서는, 수배전반용 진동패드 및 그 진동패드가 구성된 수배전반의 하부구조에 대한 연구를 진행하고, 플레이트의 내진 기능을 개선한 제품을 제시하고자 한다.
제안 방법
고압배전반에 대한 항목별 세부 시험은 SPS-KEMC 2101-0609: 2007-08-22 시험방법을 실시하여, 상용주파수 내전압 시험, 임펄스 내전압시험, 온도상승 시험, 주회로 저항측정 시험, 단기간 내 전류 및 파고 내 전류 시험, 기계적 동작시험, 보호등급의 검증시험 등을 실시하였다.
또한 수배전반의 상부에 위치한 케이블의 단락을 방지하기 위한 연구를 통하여, 지진 강도 8.3 규모에도 케이블 단락이 발생하지 않는 구조로 개선하였다.
새로운 접근방식으로, 지진발생시 수직방향 및 수평방향으로 작용하는 진동과 충격을 효과적으로 흡수 및 완충할 수 있도록 상하 굴절되는 방진패드를 설계하고, 수차례의 적용시험을 거쳐, 수배전반을 보호하고 지진발생시 전력 및 통신 등의 차단으로 인한 2차 재난 피해를 최소화 할 수 있는 방안을 찾게 되었다.
4.3 케이블 단락방지장치 성능시험
시험방법으로 케이블 단락방지 장치의 케이블 고정부를 유동간격을 75 mm 변위까지 유동시험을 하였으며, 대상 항목으로서, 시험대상설비의 전복 또는 전도, 시험대상설비의 바닥 고정부 이탈, 설치된 구성품의 이탈, 시험대상설비의 프레임 변형 또는 파손, 앵커링, 볼트 등의 고정장치 자체의 균열, 변형 및 절단, 기타 육안으로 확인이 가능한 변형이나 파손 등이다.
저압배전반에 대한 항목별 세부 시험은 SPS-KBMC 2102- 0610:2002-02-07 시험방법을 실시하여, 구조검사, 온도상승시험, 절연특성시험, 단락강도의 검증, 보호회로 효과의 검증, 공간거리, 연면거리, 기계적 동작의 검증, 보호등급의 검증, 내진시험 등을 실시하였다.
대상 데이터
케이블은 15 mm, 30 mm, 45 mm, 60 mm, 75 mm, 90 mm 등 다양한 두께에 대한 시험을 실시하였으며, 변형이 없음을 확인하였다.
이론/모형
내진시험은 방송통신장비의 내진 시험방법인 KS X 30732015 기준에 의하여 시험되었으며, 이는 시험전, 후와 시험 중시험대상설비의 통신신호 전송상태, 시험대상설비 상단의 단방향 최대 변위폭(< 75 mm), 시험대상설비의 전복 또는 전도, 시험대상설비의 바닥 고정부 이탈, 설치된 구성품의이탈, 시험대상설비의 프레임 변형 또는 파손, 앵커링, 볼트 등의 고정 장치 자체의 균열, 변형 및 절단, 기타 육안으로 확인이 가능한 변형이나 파손 등에 대하여 내진 기능이 있음을 알 수 있었다.
분전반에 대한 항목별 세부 시험은 SPS-KEMC 2104-612: 2002-02-07에 의한 시험방법으로 실시되었고, 구조검사, 결선 및 전기적인 동작시험, 절연시험, 보호수단의 점검 등이 이상이 없음을 알 수 있었다.
성능/효과
공간거리 세부시험에서 주회로 상간, 주회로와의 대지 간 간격이 5.5 mm 이상을 유지하였고, 연면거리에서도 주회로 상간, 주회로와 대지간이 10 mm 이상을 유지하였으며, 기계적 동작의 검증에 개폐장치, 연동시험 등에 이상이 없고, 보호등급의 검증도 되었다.
구조검사에 이상이 없고, 온도상승 시험시 시험항목을 보면, 인입접속부 1 m 전에 이상이 없으며, A.C.B 전원측 접속부 R,S,T와 A.C.B 부하측 접속부 R,S,T와 주모선 등에 대하여 75 K, 모선지지 절연물 90 K, 정상 운전시 접촉이 가능한 부분 30 K, 주위온도 10-40°C 등에 대하여 내진력을 갖추고 있음을 알 수 있다.
국내 최초로 전기의 연속적 공급을 위하여 지진규모 8.3을 통과한 실증 설치된 방재제품으로, 첫째로, 전기 및 통신 기반시설을 보호할 수 있게 되어 지진발생시 전기시설을 정상상태로 복구하는 시간을 단축하는데 기여할 수 있고, 둘째로 지진발생시 전기공급 시설의 파괴로 인한 화재발생을 방지할 수 있어 일본의 경우처럼 대규모 지진 발생 시 발생하는 화재의 확산을 최소화하여 인명피해와 재산피해를 최소화할 수 있으며, 시민들이 대규모 지진을 겪은 후에도 일상생활로 신속히 복구할 수 있는 전기기반시설을 확보 하는 등의 중요한 연구의 발전을 보았다.
기반시험을 위하여, 시험 전, 후와 시험 중 시험대상설비의 통신신호전송상태, 시험대상 설비확인을 위하여 구조적, 기능 이상유무, X 축 공진탐색(sine sweeping, 0.1 g peak, 1~50 Hz), X 축 Zone 4 지진파 가진, 다른 방향인 Y 축, Z 축을 순서대로 가진 시험대상 설비확인을 위하여, 지진규모 8.3에 대한 30%, 50%, 100% 내진 시험을 실시하였으며, 기반적 안전을 갖추고 있음을 확인하였다.
내전압 시험은 절연저항측정과 내전압시험에 잘 견디고, 단기간 내 전류시험, 차단성능시험, 배선의 확인 및 전기적 동작 시험 등에 이상이 없었으며, 내진시험의 세부항목은 방송통신 설비의 내진 시험방법(KS C 3073:2015)에 의하여, 시험전, 후와 시험 중 시험대상설비의 통신신호 전송상태, 시험대상설비 상단의 단방향 최대 변위폭(<75 mm), 시험대상설비의 전복 또는 전도, 시험대상설비의 바닥 고정부 이탈, 설치된 구성품의 이탈, 시험대상설비의 프레임 변형 또는 파손, 앵커링, 볼트 등의 고정장치 자체의 균열, 변형 및 절단, 기타 육안으로 확인이 가능한 변형이나 파손 등이 일어나지 않음을 확인하였다.
내진시험은 시험전, 후와 시험 중 시험대상설비의 통신 신호 전송상태, 시험대상설비 상단의 단방향 최대 변위폭(<75 mm), 시험대상설비의 전복 또는 전도, 시험대상설비의바닥 고정부 이탈, 설치된 구성품의 이탈, 시험대상설비의 프레임 변형 또는 파손, 앵커링, 볼트 등의 고정장치 자체의 균열, 변형 및 절단, 기타 육안으로 확인이 가능한 변형이나 파손 등이 가능함을 알 수 있었다.
시험방법으로 텔코디아(Telcodia GR-63-CORE issue3 Seismic Zone3/Zone4) 기준에 의한 시험방법에 의하여, R4-68: Physical Performance, Zone4, R4-69: Frame Top Displacement < 75 mm, Zone4, R4-70: Natural Frequency > 2.0 Hz, O4-71: Natural Frequency > 6.0 Hz, R4-72: Functionality, Before and After Zone4, O4-73: Functionality, During Zone4, O4-74: Construction, Welded, R-75: Construction, Base Mounting, TRS > RRS, Zone4 등의 기준에 만족하는 결과를 얻었다.
온도상승 시험은 주회로와 단위회로에 대하여 실시하였고, 주회로는 인입접속부 1 m 전에서 이상이 없었고, 수평 모선 R,S,T와 수평모선과 수직모선의 접속부 R,S,T와 수직 모선 R,S,T 등에서 65 K를 유지하였고, 모선 지지절연물은 90 K 외함 금속부분은 30 K, 반내 온도도 안정적이었고, 주회로용 조작 손잡이 절연물은 25 K, 제어회로는 30 K, 주위 온도 40°C 등으로 안정적임을 증명하였다.
온도상승 시험의 시험항목을 살펴보면, 인입접속부 1 m 전에 대하여 상승치의 ±5, V.C.B 전원측 접속부 R,S,T 부분과 V.C.B 부하측 접속부 R,S,T 부분과 주모선 부분 등에서 75 K에 견딜 수 있으며, 지지애자는 90 K, 정상운전 시 접촉이 가능한 부분에는 30 K, 그리고 주위온도 조건으로 10-40°C 이내에서 온도상승에 대한 시험이 이루어져 내진력을 갖고 있음을 확인하였다.
전동기 제어반에 대한 항목별 세부 시험은 SPS-KEMC 1108-567:2007-08-22 시험방법을 실시하여, 구조검사, 기구동작시험, 개폐동작시험 등에 이상이 없음을 확인 하였다.
후속연구
또한, 전기의 연속적 공급을 위한 상하굴절형 방진패드 기반의 수배전반 설치기술로서, 상하좌우 모든 분야에 규모 8.3 급의 내진시험을 통과한 기술이고, 하단부에 내진베이스를 설치하는 구조로 제품의 호환성이 뛰어난 기술이고, 자동제어 시스템으로 통합관리가 가능하도록 하여 소화설비와 비상관제 설비 옵션 구성도 가능하도록 기술 등이 적용되었고, 순수 국내기술로 국내 전체 전기 변환기 및 제어 장치 시장에서 점차 확대되고 있는 내진 기능 설치에 대한 향후 연구가 필요하고, 이와 유사한 외국기술의 비교 연구와 다양한 시설에 대한 내진 성능향상에 대한 연구가 진행될 예정이다.
또한, 통신 및 전산실의 장비의 내진을 확보하기 위하여, 본 기술이 적용될 수 있고, 나아가 지진시 기반이 흔들려 시설기능이 정지될 수 있는 분야에도 다양하게 적용될 수 있을 것이다.
연구 성과로서, 전기 및 통신 기반시설을 보호할 수 있게 되어 지진발생시 전기시설을 정상상태로 복구하는 시간을 단축하는데 기여할 수 있고, 지진발생시 전기공급 시설의 파괴로 인한 화재발생을 방지할 수 있어 일본의 경우처럼 대규모 지진 발생 시 발생하는 화재의 확산을 최소화하여 인명피해와 재산피해를 최소화할 수 있으며, 시민들이 대규모 지진을 겪은 후에도 일상생활로 신속히 복구할 수 있는 전기기반시설을 확보 등에 기여할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지진이 많은 미국에서 사용되는 것은?
지진이 많은 미국에서는 기반고립장치 및 설치기반고립 설치방법 등이 개발되어 산업현장과 수배전반 설치 현장에 사용되고 있으며, 수배전반의 기능이 없어질 경우, 부분정전이 이루어 질 수 있으므로, 내진 기능이 설치된 기반 고정형 장치와 방법론에 대한 개발이 진행되고 있다[1].
일본의 경우 지진에 대비해 어떠한 대책을 세웠는가?
일본의 경우, 지진이 많은 관계로 인프라에 대한 내진 지술이 가장 앞서서 발전한 바 있으며, 면진 장치로 지진의 강도가 점점 더 강하여 지고, 연간 4,000회 이상의 많은 지진이 발생하므로, 면진기능, 케이블 인입구조의 개선 등에 대한 연구를 진행하여 상품화 한 바 있다[2,3].
우리나라 지진에 대비해 대형빌딩이나 아파트에서 실시하는 것은?
이와 관련하여, 대형빌딩이나 아파트 등에서는 지진 발생 시 그 피해를 최소화할 수 있는 각종 재난피해 최소화 시설을 확충하고 있는데, 기본 인프라인 전력 또는 통신제어 시설 등이 피해를 입어 정지되면, 막대한 2차 피해가 발생하고 있어서, 대형빌딩 또는 아파트 등의 수배전반을 비롯한 전동기제어반, 분전반, 통신제어반 등과 같은 전력/통신설비에 대한 내진설계의 중요성이 증가하고 있다.
참고문헌 (8)
Mitsuji Kawashima, Base isolation device and method of installing base isolation device, 미국공개특허 2004-0262487, 2004.
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