KR101812157B1 - 내진장치를 구비한 수배전반 - Google Patents

Abstract

내진장치를 구비한 수배전반이 개시된다. 수배전반은 내부에 배전설비가 설치되는 프레임, 및 상기 프레임의 하부의 적어도 일 부위에 배치되는 내진장치를 구비한다. 내진장치는, 상면에 바닥면의 깊이가 위치에 따라 상이한 함몰부를 구비한 기판, 함몰부 내에 놓여지는 볼베어링, 볼베어링의 상부에 위치되는 수용부재, 및 프레임에 고정되며 수용부재와 결합되는 결합부재로 구성된다. 수배전반에 내진장치를 구비함으로써 지진 등의 강한 외부 진동 충격으로부터 수배전반을 보호하여 종국적으로는 수배전반 후단의 설비까지 보호할 수 있다.

Description

내진장치를 구비한 수배전반 {Power Distributing Board with Apparatus for enduring Earthquake}

본 발명은 전력 계통의 감시, 제어 및 보호를 위해 사용되는 수배전반에 관한 것으로서, 특히 지진 등의 외부 진동 충격으로부터 내부 설비의 보호가 가능한 내진장치를 구비한 수배전반에 관한 것이다.

일반적으로 수배전반은 발전소, 변전소 또는 전기 시설이 되어 있는 건물 등에 설치되어 전력 계통의 감시, 제어 및 보호를 위해 사용되는 장비로서, 수배전반에는 내부에 낙뢰 방지기, 차단기, 계기, 표시등, 계전기 등을 배치하여 전로(電路)의 개폐나 기기의 제어를 수행하게 된다.

수배전반은 장기간에 걸쳐 건물이나 공장의 설비에 대한 전력 제어를 위해 사용되는데, 장기간 사용 중에 지진이나 기타 외부 충격으로 인해 수배전반에 커다란 진동이 가해질 수 있다. 이러한 진동은 수배전반 내부의 전력계통의 연결 및 접속 상태나 각 부품의 상대적인 위치의 변동을 초래하며, 이 경우 수배전반의 성능에 치명적인 결함을 야기할 수 있다. 수배전반의 성능 저하는 그 후단의 설비에 회복할 수 없는 전기적 충격을 가할 수 있으므로, 수배전반이 지진 등의 강한 외부 진동에도 불구하고 내부 설비를 보호할 수 있는 내진장치를 구비하는 것이 필요하게 된다.

수배전반의 내진 설계를 위한 기존의 방식은, 함 내에 보강재를 추가 설치하는 것으 주를 이루고 있다. 이 방식은 보강재를 통해 뒤틀림을 방지하는 강성을 보완하는 것이다. 또 다른 방식으로, 함 내의 각종 설비의 고정구로서 내진용 너트를 사용함으로써 진동시에도 풀리지 않도록 구성하는 방식이 있다. 그러나 이는 지진의 진동을 감쇄시키거나 완충시키는 방식이 아니라 진동을 견디도록 설계하는 것으로서, 진동 자체에 대해서는 모든 진동을 그대로 받게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수배전반에 내진장치를 구비함으로써 지진 등의 강한 외부 진동 충격으로부터 수배전반을 보호하여 종국적으로는 수배전반 후단의 설비까지 보호할 수 있는 방안을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수배전반은, 내부에 배전설비가 설치되는 프레임, 및 상기 프레임의 하부의 적어도 일 부위에 배치되는 하나 이상의 내진장치를 구비한다. 상기 내진장치는: 상면에 바닥면의 깊이가 위치에 따라 상이한 함몰부를 구비한 기판; 상기 함몰부 내에 놓여지는 볼베어링; 상기 볼베어링의 상부를 부분적으로 수용하며 상기 볼베어링의 상부에 위치되는 수용부재; 및 상기 프레임에 고정되며, 상기 수용부재와 결합되는 결합부재;를 포함하여 구성된다.

상기 함몰부는 그 중앙 부위에서의 상기 바닥면의 깊이가 가장 깊도록 형성된다.

상기 결합부재와 상기 수용부재는 상하방향으로 상대적으로 슬라이딩 가능하게 결합되며, 상기 결합부재와 상기 수용부재 사이에는 상기 수용부재가 상기 결합부재를 상방 탄성 지지하는 지지수단이 추가로 구비된다. 상기 지지수단은 스프링, 또는 유압실린더를 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 결합부재와 상기 수용부재간에 일정 간격을 유지하도록 탄성력을 가하여 유지시키는 유지수단이 추가로 구비된다. 상기 유지수단은, 상기 수용부재로부터 상기 결합부재를 관통하여 상기 결합부재 외측까지 상방 연장된 스프링지지부; 및 상기 결합부재의 외면과 상기 스프링지지부 사이에 개재된 스프링을 포함하여 구성된다.

상기 결합부재와 상기 수용부재 사이에는 상하 방향상의 진동을 감쇄시키기 위한 감쇄수단이 추가로 구비된다. 상기 감쇄수단은, 상기 수용부재와 상기 결합부재간에 압입 결합되어 상호 접촉되는 면들에 의해 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 수용부재에 대해, 상기 볼베어링이 상기 함몰부 내의 최저 깊이 부위에 위치되는 방향으로 탄성력을 가하는 가압수단이 마련될 수 있다. 상기 가압수단은, 일단이 상기 기판 상의 상기 함몰부 내측벽에 지지되고 타단이 상기 수용부재의 외측벽에 지지된 스프링을 포함할 수 있다. 상기 스프링은 상기 수용부재를 둘러싸도록 배치된 코일스프링을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 수배전반에 내진장치를 구비함으로써 지진 등의 강한 외부 진동 충격으로부터 수배전반을 보호하여 종국적으로는 수배전반 후단의 설비까지 보호할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 수배전반의 개략적 도면.
도 2 는 도 1 의 내진장치의 측단면도.
도 3 은 도 2 의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 4 는 도 2 의 또 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 5 는 도 2 의 실시예에 대해 감쇄장치를 부가한 예를 도시하는 도면.
도 6 은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1 은 본 발명에 따른 수배전반의 개략적 도면이다. 수배전반은 내부에 배전설비가 설치되는 프레임(10), 및 프레임(10)의 하부의 적어도 일 부위에 배치되는 하나 이상의 내진장치(20)를 구비한다. 내진장치(20)는 프레임(10)의 바닥면에 설치되며, 바람직하게는 바닥면의 네 모서리에 각각 하나씩 총 4개가 설치된다.

도 2 는 도 1 의 내진장치의 측단면도이다.

본 발명에 따른 내진장치(20)는 기판(21), 볼베어링(23), 수용부재(24) 및 결합부재(25)를 포함하여 구성된다. 기판(21)은 지면에 놓여지는 부재로서 그 밑면이 지면에 접촉된다. 따라서 예컨대 지진이 발생하면 지진의 진동은 먼저 기판(21)에 모두 전달된다. 기판(21)과 지면 사이에는 고무판 등과 같은 별도의 충격 흡수용 부재를 추가로 설치할 수 있다.

기판(21)의 상면에는 함몰부(22)가 형성된다. 함몰부(22)는 바닥면의 깊이가 위치에 따라 상이하도록 구성되며, 바람직하게는 함몰부(22)는 그 중앙 부위에서의 바닥면의 깊이가 가장 깊도록 형성된다.

볼베어링(23)은 함몰부(22) 내에 놓여진다. 이때, 볼베어링(23)은 함몰부(22)의 깊이가 가장 깊은 중앙 부위에 놓여진다. 수용부재(24)는 볼베어링(22)의 상부를 부분적으로 수용하며 볼베어링(22)의 상부에 위치된다.

결합부재(25)는 수배전반의 프레임(10)에 고정된다. 즉, 결합부재(25)는 프레임(10)의 하면에 별도의 고정구를 이용하여 견고하게 고정된다. 또한, 결합부재(25)는 수용부재(24)와 결합된다. 구체적으로는 결합부재(25)는 플레이트 형상으로 형성되되 그 중앙 부위에 하방이 개방되고 상방으로 연장된 수용 공간을 구비하고, 이 수용 공간에 수용부재(24)가 수용된다. 이에 따라 결합부재(25)와 수용부재(24)는 상하방향으로 상대적으로 슬라이딩 이동 가능하게 결합된다.

한편, 결합부재(25)와 수용부재(24) 사이에는 수용부재(24)가 결합부재(25)를 상방으로 탄성 지지하는 지지수단이 추가로 구비된다. 도 2 의 실시예에서, 지지수단은 스프링(26), 특히 코일 스프링으로 구성되어 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 수배전반의 내진 동작에 대해 기술한다.

기판(21)은 지면에 놓여지고 기판(21)의 위에 도 2 와 같은 상태로 볼베어링(23), 수용부재(24), 스프링(26), 및 결합부재(25)가 놓여진다. 이러한 상태에서 볼베어링(23)은 기판(21)의 함몰부(22)의 중앙 부위에 놓여진 상태에 있다. 또한 스프링(26)의 탄성력에 의해 결합부재(25)가 수용부재(24)의 상부에서 지지되며, 결합부재(25)가 프레임(10)의 하면에 고정되어 있으므로 결과적으로 스프링(26)에 의해 기판(21) 상에서 프레임(10)이 상방 지지되는 상태를 유지한다.

지진이 발생할 경우 진동은 수평 방향과 수직 방향으로 그 성분을 나눌 수 있다. 수평 방향 성분의 진동은 기판(21)과 볼베어링(23) 사이의 구조에 의해 완충된다. 즉, 지진에 의해 지면이 수평 방향으로 흔들리면 기판(21)이 수평 방향으로 흔들리게 되고, 볼베어링(23)은 기판(21)의 이동 방향과 반대 방향으로 상대 이동하게 된다. 이와 같이 이동된 볼베어링(23)은 수배전반 전체의 하중에 의해 다시 함몰부(22)의 가장 깊은 부분으로 회귀하는 힘을 받게 되고, 또한 위치 이동된 기판(21)은 지진의 진동에 의해 원위치로 복귀되는 힘을 받게 된다. 따라서 지진의 충격에 의해서 기판(21)만이 수평방향으로 흔들리고 볼베어링(23), 수용부재(24), 결합부재(25)의 수평 방향에서의 진동은 기판(21)과 볼베어링(23) 사이의 구조에 의해 완충된다.

수직 방향 성분의 진동은 수용부재(24)와 결합부재(25) 및 스프링(26)의 구조에 의해 완충된다. 즉, 지진에 의해 기판(21)이 수직 방향으로 흔들리거나, 또는 상기와 같은 수평 방향의 흔들림에 의해 결과적으로 수용부재(24)에 수직 방향으로의 흔들림이 발생하게 되면, 수용부재(24)가 상하방향으로 진동하게 된다. 이때 상방으로의 진동이 발생하면 수용부재(24)가 상방 이동되어 스프링(26)이 압축되면서 결합부재(25)는 원위치를 유지하게 되고, 다시 원위치로 회귀하는 하방으로의 진동이 발생하면 결합부재(25)는 원 위치를 유지한 상태로 스프링(26)의 압축이 복원되면서 수용부재(24)만이 하방으로 이동하게 된다. 따라서, 결합부재(25)는 수직 방향에서의 진동 발생시에도 자신의 위치를 유지하게 되고, 결과적으로 프레임(10)이 원위치를 유지하게 된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 지진 등에 의해 지면이 흔들릴 경우 수평방향과 수직방향 모두에서 진동이 완충되어 프레임(10)이 원위치를 유지하게 된다. 따라서 수배전반 내부 설비에 대한 충격이 완화되어 내부 설비가 보호된다.

도 3 은 도 2 의 다른 실시예를 도시하는 도면으로서, 도 2 의 실시예에서의 스프링(26) 대신 유압실린더(36)가 채용된 예를 도시한 것이다. 유압실린더(36)의 기능은 스프링(26)의 기능과 기본적으로 동일하여, 결합부재(25)를 수용부재(24)의 상방으로 탄성 지지하는 기능을 한다. 나아가, 유압실린더(26)를 채용할 경우에는 잔여 진동에 의한 프레임(10)의 추가 진동이 스프링(26)의 경우보다 적게 발생한다는 장점이 있다.

예컨대 지진에 의한 진동이 소멸된 후라도 도 2 의 구조에서의 내진장치의 기능에서 스프링(26)이 과도하게 압축된 경우에는 복원력 또한 강하여 과도한 복원과 재압축이 반복될 수 있다. 이 경우 지진은 멈추었더라도 기판(21)에 진동이 가해지지 않는 상태일지라도 강한 진동 후의 스프링(26)의 강한 탄성력 때문에 오히려 결합부재(25)는 상하방향으로 진동하는 잔여 진동을 받을 수 있다. 그러나, 유압실린더(36)를 탄성 지지수단으로 사용할 경우에는, 유압실린더(36)의 경우 그 자체로 작은 진동을 감쇄시키는 댐핑 기능을 구비하고 있으므로, 이러한 잔여 진동을 빠르게 감쇄시켜 잔여 진동이 프레임(10)에 가해지는 단점을 줄일 수 있다.

도 4 는 도 2 의 또 다른 실시예를 도시하는 도면으로서, 탄성 지지수단으로서 도 2 의 스프링(26)과 도 3 의 유압실린더를 모두 채용한 실시예의 도면이다. 수배전반의 하중이 커서 상방 지지력을 보완할 필요가 있거나, 또는 진동 발생 시 스프링(26)에 의한 강한 탄성적 대응 효과와 함께 유압실린더(36)에 의한 잔여 진동 감쇄 효과를 동시에 얻고자 할 경우, 스프링(26)과 유압실린더(36)를 모두 설치할 수 있다.

도 5 는 도 2 의 실시예에 대해 감쇄장치를 부가한 예를 도시하는 도면이다. 도 3 의 실시예에 도시한 유압실린더(36)를 채용할 경우 전술한 바와 같이 지진에 의한 진동이 멈춘 직후에 발생할 수 있는 잔여 진동을 스프링(26)을 채용하는 경우에 비해 감쇄시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나, 매우 강한 지진의 진동이 발생한 경우 진동이 멈춘 후의 잔여 진동이 유압실린더(36)의 자체 기능만으로는 만족스러울 정도로 감쇄되지 않을 수 있다. 따라서, 이러한 경우를 대비하여 결합부재(25)와 수용부재(24) 사이의 상하 방향상의 진동을 감쇄시키기 위한 별도의 감쇄수단을 마련할 수 있다.

도 5 에는 감쇄수단으로서 결합부재(25)에 마찰력을 가하는 댐퍼(40)를 설치한 예를 도시하고 있다. 댐퍼(40)는 별도의 외벽면에 고정될 수도 있고 기판(21) 상에 고정될 수도 있다. 또한, 댐퍼(40)는 상시 결합부재(25)에 접촉된 상태로 유지되도록 구성될 수도 있고, 지진 발생이 감지되는 경우에만 별도이 제어기에 의해 작동 개시되도록 구성될 수도 있다.

한편, 도 5 의 실시예에서는 감쇄수단이 마찰력을 가하기 위한 추가의 부재로 구성되었으나, 이와는 달리 수용부재(24)와 결합부재(25) 간의 결합 구조를 통해 구현될 수도 있다. 즉, 수용부재(24)와 결합부재(25)간의 결합을 압입에 의한 결합구조로 구성함으로써 감쇄수단을 별도의 추가 부재 없이 구현할 수 있다. 수용부재(24)의 외면의 직경과 결합부재(25)의 내면의 직경이 거의 같도록 제작하는 경우 이 둘은 압입에 의해 상호 결합해야 하며, 이에 따라 수용부재(24)의 외면과 결합부재(25)의 내면은 강한 마찰력을 갖는 상태로 상호 접촉된다. 따라서 수용부재(24)와 결합부재(25)가 상대적으로 상하방향으로 이동할 때, 이 마찰력에 의해 진동 감쇄 작용이 일어나게 되어, 잔여 진동이 효과적으로 흡수된다.

도 6 은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 도면이다. 본 실시예에서는 도 2 의 실시예에 대해 두 개의 스프링을 더 추가한 것으로서, 이들 중 어느 하나의 스프링만 추가하는 것도 가능하고 또한 이러한 스프링들을 상기한 다른 실시예들에 대해 추가하는 것도 가능하다.

도 6 의 실시예에서는, 결합부재(25)와 수용부재(24)간에 일정 간격을 유지하도록 탄성력을 가하여 유지시키는 유지수단이 추가로 구비된다. 이러한 유지수단은 스프링지지부(51, 52) 및 스프링(56)을 포함하여 구성된다. 스프링지지부(51, 52)는 수용부재(24)로부터 결합부재(25)를 관통하여 결합부재(25) 외측까지 상방 연장되어 형성되며, 실제 제작의 용이함을 위해서 스프링지지부(51, 52)는 하단이 수용부재(24)의 상면에 나사결합 등에 의해 견고하게 결합되고 상단이 결합부재(25)의 외측으로 관통 연장되어 있는 샤프트(51)와 샤프트(51)의 상단에 나사결합된 지지부재(52)로 구성된다. 스프링(56)은 코일스프링 형태로서 결합부재(25)의 상면과 스프링지지부(51, 52)의 지지부재(52) 사이에 개재된다.

이러한 구성에 의하면, 결합부재(25)가 수용부재(24)에 대해 상방 이동되면 스프링(56)이 압축되어 신장력에 의해 하방 이동되도록 힘을 가하게 되고, 반대로 결합부재(25)가 수용부재(24)에 대해 하방이동되면 스프링(56)이 신장되어 복원력에 의해 상방 이동되도록 힘을 가하게 된다. 따라서, 상하방향의 진동 발생시 보다 강한 힘으로 수용부재(24)와 결합부재(25) 사이의 간격이 원상으로 회복되어 지진 등에 의한 진동 발생시 복원 대응력이 강화된다.

또한, 도 6 의 실시예에서는, 수용부재(24)에 대해 탄성력을 가하는 가압수단이 추가로 구비된다. 가압수단은 볼베어링(23)이 함몰부(22) 내의 최저 깊이 부위에 위치되는 방향으로 탄성력을 가하는 기능을 하며, 구체적으로는, 외측 단부가 기판(21) 상의 함몰부(22) 내측벽에 지지되고 내측 단부가 수용부재(24)의 외측벽에 지지된 코일스프링(62)으로 구성된다. 코일스프링(62)은 수용부재(24)를 둘러싸도록 배치됨으로써, 함몰부(22)의 최저 깊이 부위인 중앙 부위를 향해 구심적으로 탄성력을 가하는 기능을 한다. 따라서, 함몰부(22)의 깊이 차이에 의하여 볼베어링(23)이 함몰부(22)의 최저 깊이 부분을 향해 복원되는 힘 외에도 코일스프링(62)에 의해서도 복원되는 힘을 받으므로, 보다 신속하게 진동에 대한 복원 대응이 이루어지게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (12)

1. 내부에 배전설비가 설치되는 프레임, 및 상기 프레임의 하부의 적어도 일 부위에 배치되는 하나 이상의 내진장치를 구비하며,
   상기 내진장치는:
   상면에 바닥면의 깊이가 위치에 따라 상이한 함몰부를 구비한 기판;
   상기 함몰부 내에 놓여지는 볼베어링;
   상기 볼베어링의 상부를 부분적으로 수용하며 상기 볼베어링의 상부에 위치되는 수용부재;
   상기 프레임에 고정되며, 상기 수용부재와 결합되고, 상기 수용부재에 대해 상하방향으로 상대적으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 결합부재; 및
   상기 결합부재와 상기 수용부재 사이에서 상기 수용부재가 상기 결합부재를 상방 탄성 지지하는 지지수단;
   을 포함하며,
   상기 지지수단은 스프링 및 유압실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 수배전반.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 함몰부는 그 중앙 부위에서의 상기 바닥면의 깊이가 가장 깊도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수배전반.
   
3. 내부에 배전설비가 설치되는 프레임, 및 상기 프레임의 하부의 적어도 일 부위에 배치되는 하나 이상의 내진장치를 구비하며,
   상기 내진장치는:
   상면에 바닥면의 깊이가 위치에 따라 상이한 함몰부를 구비한 기판;
   상기 함몰부 내에 놓여지는 볼베어링;
   상기 볼베어링의 상부를 부분적으로 수용하며 상기 볼베어링의 상부에 위치되는 수용부재;
   상기 프레임에 고정되며, 상기 수용부재와 결합되고, 상기 수용부재에 대해 상하방향으로 상대적으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 결합부재;
   상기 결합부재와 상기 수용부재 사이에서 상기 수용부재가 상기 결합부재를 상방 탄성 지지하는 지지수단;
   상기 결합부재와 상기 수용부재간에 일정 간격을 유지하도록 탄성력을 가하여 유지시키는 유지수단;
   을 포함하며,
   상기 유지수단은 :
   상기 수용부재로부터 상기 결합부재를 관통하여 상기 결합부재 외측까지 상방 연장된 스프링지지부; 및
   상기 결합부재의 외면과 상기 스프링지지부 사이에 개재된 스프링;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 수배전반.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 결합부재와 상기 수용부재 사이의 상하 방향상의 진동을 감쇄시키기 위한 감쇄수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수배전반.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 감쇄수단은, 상기 수용부재와 상기 결합부재간에 압입 결합되어 상호 접촉되는 면들에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 수배전반.
   
10. 제 1, 2, 3, 8, 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용부재에 대해, 상기 볼베어링이 상기 함몰부 내의 최저 깊이 부위에 위치되는 방향으로 탄성력을 가하는 가압수단;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수배전반.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가압수단은, 일단이 상기 기판 상의 상기 함몰부 내측벽에 지지되고 타단이 상기 수용부재의 외측벽에 지지되며, 상기 수용부재를 둘러싸도록 배치된 코일스프링;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 수배전반.
12. 삭제

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