KR101774285B1 - 구면와셔와 압축스프링과 면진블록을 이용한 수배전반용 면진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기를 인입하기 위한 장비와 전기를 분배하기 위한 장비가 내장되어진 수배전반 및 전기기기 외함용 면진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이중으로 구면와셔가 결합된 볼트축 및 상기 볼트축에 면진블록과 압축스프링 등이 삽입 형성된 구조로 된 복수 개의 면진장치를 이용하여 바닥 기초부에 고정 설치되는 프레임체와 수배전반 또는 전기기기 외함을 서로 견고하게 체결하는 것은 물론 수배전반 또는 전기기기 외함에 작용하는 하중 및 진동을 상기 면진장치가 지탱 및 감쇄할 수 있도록 구성함에 따라,
지진이 발생하는 경우 수배전반 또는 전기기기 외함의 하중을 지지하고 있는 면진블록에 의해 효과적인 완충 및 감쇄가 이루어지는 것은 물론 지진의 진동주기에 비하여 수배전반 또는 전기기기 외함에 작용하는 진동주기를 길게 만들어 지진의 강주기 대역을 회피할 수 있도록 하는 것이고, 볼트축에 결합되는 구면와셔 및 스프링에 의해 상,하로 이격된 고정패널이 수직 및 수평방향으로 유동할 수 있어 수배전반 또는 전기기기 외함에 작용하는 상,하 및 전후, 좌우 방향의 진동을 효과적으로 완화 및 흡수하여 수배전반 및 전기기기의 외함을 포함한 각종 내부 장치에 대한 피해를 최소화시킬 수 있는 것이다.

Description

구면와셔와 압축스프링과 면진블록을 이용한 수배전반용 면진장치 {Seismic isolating device}

본 발명은 전기를 인입하기 위한 장비와 전기를 분배하기 위한 장비가 내장되어진 수배전반용 면진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바닥 기초부의 프레임체와 수배전반 또는 전기기기 외함을 서로 연결 고정시켜 충격이나 지진으로 인한 진동 등이 수배전반 또는 전기기기 외함에 직접 전달되는 것을 감소시켜 내부 각종 장비를 안전하게 보호할 수 있도록 한 수배전반용 면진장치에 대한 것이다.

일반적으로 건축물 내에서 전기를 사용하기 위해서는 전기 선로로부터 전기를 인입시키기 위한 수전장비가 필요한 것이고, 인입된 전기를 다시 건축물의 각 내부 공간으로 분배하기 위해서는 이에 합당한 배전장비가 필요할 것이다.

이에 따라, 건축물 및 구조물에는 수배전반이 필수적으로 적용되어야 할 것이고, 상기의 수배전반은 별도의 외함을 통해 안전하게 보호 및 설치되어야 하는 것이다.

이와 같은 수배전반용 외함은 통상적으로 지상에 견고하게 고정 설치되는 베이스 플레이트의 상부에 프레임 형태로 된 골조가 세워 설치되는 것이고, 상기의 골조에는 도어와 측판 및 지붕판이 각기 결합됨에 따라 상기의 수배전장비를 안전하게 보호 및 관리할 수 있는 것이다.

그러나, 근자에 들어 우리나라에도 지진이 자주 발생하므로 상기와 같은 수배전반용 외함 역시 이와 같은 지진에 의한 진동으로부터 안전하다 볼 수 없을 것이므로, 수배전 장비를 안전하고 보호할 수 있도록 외함에 대한 내진 설계가 이루어지고 있는 추세이다.

특히, 대한전기협회(한국전기기술 기준위원회)가 발행한 "건축전기설비 내진설계 시공지침서"의 내용과 전기통신연구소가 공고한 "전기통신설비의 기술기준에 관한 규정"에 따른 "전기통신설비의 내진 시험방법(전파연구소공고 제2009-3호)"에 따르면, 고압 및 특고압의 전기기계기구 및 모선 등을 시설하는 수전 및 배전실 등 전기설비의 정착 및 고정을 위한 설계와 시공물은 반드시 내진설계가 이루어져야 할 것으로 규정하고 있는 것이다.

여기서, 수배전반용 외함에 대한 내진 설계시 고려되어야 할 사항으로는, 구조물이 지진에 의해 진동하는 경우 구조물에 작용하는 관성력에 대한 지진하중과, 구조물에 작용하는 진동주기와 진동형태를 고려하는 구조물의 동적특성과, 지반의 특성 및 구조물의 연성 그리고 구조물의 중요성을 모두 감안하여 설계가 이루어져야 할 것이다.

이에 따라, 기존 수배전반용 외함의 내부에는 상기 베이스 플레이트 및 골조를 이용하여 수전장비와 배전장비가 설치되어 있는 것인데, 상기의 수전장비는 이를 받쳐주기 위한 고감쇠고무(HDR;High Damping Rubber) 상에 설치되어 있고, 배전장비 역시 이를 받쳐주기 위한 고감쇠고무(HDR;High Damping Rubber) 상에 설치되어 있는 것이다. 즉, 상기의 베이스 플레이트 및 골조를 이용하여 상기의 고감쇠고무를 고정 설치한 상태에서 이들 고감쇠고무 상에 수전장비 또는 배전장비를 장착하여 이루어지게 된다.

이에 따라 상기의 고감쇠고무는 지진에 의한 진동이 발생하는 경우 그 진동을 효과적으로 완충 및 흡수하여 수전장비 및 배전장비에 대한 파손이나 고장 등을 예방하고자 하고 있는 것이다.

또한, 상기와 같은 외함의 골조는 수직 및 수평의 프레임 연결부에 대하여 대각 또는 경사 형태로 된 코너 버팀대(brace)를 덧대어 조립함에 따라 골조 자체로서의 내진 설계가 이루어지도록 하고 있다.

즉, 특허등록 제10-1027917호와 같은 내진 골조구조로 된 수배전반용 외함 및 특허출원 제10-2011-0120380호와 같은 골조 내 면진장치가 장착된 수배전반용 외함과 같이 수배전반용 외함의 골조에 대한 내진구조 및 면진구조가 활발하게 적용되고 있는 것이다.

그러나, 상기와 같은 내진 설계 구조를 갖는 기존의 수배전반용 외함은, 면진장치의 일종인 고감쇠고무를 적용하여 내진 설계가 이루어지는 것이고, 상기의 면진장치는 지진의 발생시 외함의 골조에 작용하는 진동을 감쇄하기 위한 것이므로 실질적으로 외함 자체에 대한 직접적인 면진 설계는 이루어지지 못한 것이다.

즉, 외함이 지진에 의한 진동에 노출되는 경우 상기의 외함은 지진파의 특성에 따라 전,후 방향이나 좌,우 및 상,하 방향으로 흔들리거나 복합적으로 흔들리게 되는 것인데, 상기의 고감쇠고무는 이와 같이 외함에 작용하는 진동이 수배전 장치로 직접 전달되는 것을 감소시키는 역할만 할 것이므로 결국 상기와 같은 진동으로 인해 외함 골조 자체의 피로파괴나 전단 또는 휨이나 비틀림 등이 발생하게 되는 것이다.

이와 같이 외함 골조 자체의 변형이 발생하는 경우에는 내부의 수배전반을 안전하게 보호하거나 정착하는데 소홀함이 발생할 것이므로 상기와 같은 수배전반용 외함에 대한 직접적인 면진 설계가 절실하게 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선한 것으로서, 이중으로 구면와셔가 결합된 볼트축 및 상기 볼트축에 면진블록과 압축스프링 등이 삽입 형성된 구조로 된 복수 개의 면진장치를 이용하여 바닥 기초부에 고정 설치되는 프레임체와 수배전반 또는 전기기기 외함을 서로 견고하게 체결하는 것은 물론 수배전반 또는 전기기기 외함에 작용하는 하중 및 진동을 상기 면진장치가 지탱 및 감쇄할 수 있도록 구성함에 따라,

수배전반 또는 전기기기 외함에 대한 간편한 설치 및 고정은 물론 지진에 의한 진동이 발생하는 경우 볼트축이 수직 및 수평방향으로 유동하면서 다방향으로 작용하는 지진에 대하여 더욱 효과적인 완충 및 면진 효과가 연출되도록 한 구면와셔와 압축스프링과 면진블록을 이용한 수배전반용 면진장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하단에 머리부가 형성된 수직의 볼트축을 구비하고, 상기 볼트축에는 하측으로부터 제1구면와셔와 제1원추형시트, 하부 고정패널, 면진블록, 상부 고정패널, 제2구면와셔와 제2원추형시트, 압축스프링, 와셔를 상향 순차적으로 삽입 형성하고, 상기 볼트축의 선단에는 이중의 체결너트가 나사 결합되도록 구성하여,

하부 고정패널은 바닥 기초부에 고정되는 프레임체에 결합되게 하고, 상부 고정패널은 수배전반 또는 전기기기 외함에 결합되도록 구성하여 이루어지는 것이다.

본 발명은, 지진이 발생하는 경우 수배전반 또는 전기기기 외함의 하중을 지지하고 있는 면진블록에 의해 효과적인 완충 및 감쇄가 이루어지는 것은 물론 지진의 진동주기에 비하여 수배전반 또는 전기기기 외함에 작용하는 진동주기를 길게 만들어 지진의 강주기 대역을 회피할 수 있도록 하는 것이고, 볼트축에 결합되는 구면와셔 및 스프링에 의해 상,하로 이격된 고정패널이 수직 및 수평방향으로 유동할 수 있어 수배전반 또는 전기기기 외함에 작용하는 상,하 및 전후, 좌우 방향의 진동을 효과적으로 완화 및 흡수하여 수배전반 및 전기기기의 외함을 포함한 각종 내부 장치에 대한 피해를 최소화시킬 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 면진장치의 전체 사시도
도 2는 본 발명에 따른 면진장치의 분리 사시도
도 3은 본 발명에 따른 면진장치의 측면 전체도
도 4는 본 발명에 따른 면진장치의 전체 단면도
도 5는 본 발명에 따른 면진장치의 단면 분리도
도 6은 본 발명에 따른 면진장치의 구면와셔 작용도
도 7은 본 발명에 따른 면진장치를 이용한 수배전반의 고정 설치도
도 8은 본 발명에 따른 면진장치에 의해 고정 설치된 수배전반의 전체도
도 9는 본 발명에 따른 면진장치를 이용한 수배전반 고정 설치부 단면도

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 면진장치의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 면진장치의 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 면진장치의 측면 전체도, 도 4는 본 발명에 따른 면진장치의 전체 단면도, 도 5는 본 발명에 따른 면진장치의 단면 분리도이다.

도시와 같이 본 발명에 따른 수배전반용 면진장치는 하단에 머리부(11)가 형성된 수직의 볼트축(10)을 구비하고, 상기 볼트축(10)에는 하측으로부터 제1구면와셔(20)와 제1원추형시트(21), 하부 고정패널(30), 면진블록(40), 상부 고정패널(50), 제2원추형시트(61)와 제2구면와셔(60), 압축스프링(70), 와셔(80)를 상향 순차적으로 삽입 형성하고, 상기 볼트축(10)의 선단에는 이중의 체결너트(90)(90')가 나사 결합하여 이루어지는 것이다.

이때, 상기의 볼트축(10)은 수배전반에 작용하는 강력한 진동으로부터 휘거나 부러지지 않을 정도의 강성을 갖고 있어야 하는 것으로 바람직하게는 고장력볼트를 사용하는 것이 이상적일 것이다.

또한, 상기의 볼트축(10)에 삽입되는 제1구면와셔(20)는 중앙에 상기 볼트축(10)의 외경과 일치하는 내경의 볼트끼움공(22)이 형성되어 있어 상기 볼트축(10)의 유동과 함께 유동이 이루어지는 것이고, 제1구면와셔(20)의 상면은 볼록한 곡면으로 이루어져 있는 것이다.

특히, 상기 제1구면와셔(20)와 밀착되는 제1원추형시트(21)는 저면에 오목한 곡면홈이 형성되어 있는 것으로 상기 제1구면와셔(20)의 볼록 곡면과 일치하는 곡면홈을 갖고 있어 상기 제1구면와셔(20)의 곡면을 따라 회전 또는 유동할 수 있는 구조를 갖고 있는 것이고, 제1원추형시트(21)의 중앙에는 상기 볼트축(10)의 외경보다 큰 내경으로 된 볼트삽입공(23)이 형성되어 있어, 상기 볼트축(10)과 볼트삽입공(23)의 간격 차이 내에서 제1원추형시트(21)의 유동이 이루어질 수 있는 것이고, 상기 제1원추형시트(21)가 고정된 상태라고 가정한다면 상기 볼트축(10)과 제1구면와셔(20)가 함께 유동할 수 있는 구조를 갖고 있는 것이다.

또한, 상기 제1원추형시트(21)의 상측에 위치하는 하부 고정패널(30)은 직사각 혹은 정사각 등으로 된 금속 판재인 것으로, 사방으로 체결공(31)이 형성되어 있고 볼트축(10)이 중앙에 삽입되어 있는 것으로, 바닥 기초부에 고정 설치된 프레임체(100)와 체결되는 것이다.

이어, 상기 하부 고정패널(30)의 상부에 위치하는 면진패널(40)은 다수의 고무판 등을 연속하여 적층시킴에 따라 완성할 수 있을 것이나 더욱 바람직하게는 고무판(41)(41')과 금속판(42)(42')을 순차적으로 적층 형성함에 따라, 고무판(41)(41')에 의해서는 충격 및 진동에 대한 흡수가 이루어지도록 하고 상기 금속판(42)(42')에 의해서는 더욱 넓은 면적으로 하중 및 진동을 전달하여 상기 고무판(41)(41') 전체면으로 하중 및 진동을 완화할 수 있도록 한 것이다.

또한, 상부 고정패널(50) 역시 직사각 혹은 정사각 등으로 된 금속 판재인 것으로, 사방으로 체결공(51)이 형성되어 있고 볼트축(10)이 중앙에 삽입되어 있는 것으로, 상기 체결공(51)을 이용하여 수배전반(110) 또는 전기기기 외함의 하부에 결합 고정되는 것이고, 상기 고정패널(50)이 결합되는 수배전반(110)의 하부에는 상기 볼트축(10) 및 압축스프링(70) 등이 내측으로 돌출될 수 있도록 한 통공(도면에서의 부호는 생략함)을 관통 형성하여 상기 상부 고정패널(50)이 수배전반(110)의 저면에 밀착 고정될 수 있도록 하여야 할 것이다.

이어, 상기 상부 고정패널(50)의 상부에 위치하는 제2원추형시트(61)는 상면에 오목한 곡면홈이 형성되어 있는 것이고, 상기 제2원추형시트(61)의 상부에 밀착 계지되는 제2구면와셔(60)는 상기 제2원추형시트(61)의 곡면홈과 일치하는 볼록 곡면이 저면에 형성되어 있는 것이다.

또한, 상기 제2구면와셔(60)는 중앙에 상기 볼트축(10)의 외경과 일치하는 내경의 볼트끼움공(62)이 형성되어 있어 상기 볼트축(10)의 유동과 함께 동일한 유동이 이루어지는 것이고, 제2원추형시트(61)의 중앙에는 상기 볼트축(10)의 외경보다 큰 내경으로 된 볼트삽입공(63)이 형성되어 있어, 상기 볼트축(10)과 볼트삽입공(63)의 간격 차이 내에서 제2원추형시트(61)의 유동이 이루어질 수 있는 것이고, 상기 제2원추형시트(61)가 고정된 상태라고 가정한다면 상기 볼트축(10)과 제2구면와셔(60)가 함께 유동할 수 있는 구조를 갖고 있는 것이다.

이에, 상기 제1구면와셔(20)와 제2구면와셔(60)는 서로 동일 형태를 갖고 있는 것이고, 상기 제1원추형시트(21)와 제2원추형시트(61) 역시 서로 동일 형태를 갖고 있어 상호 대응될 수 있는 것으로, 상기의 구면와셔와 원추형시트는 다양한 분야에서 통상적으로 사용되고 있다.

또한, 상기 제2구면와셔(60)의 상부에는 고강도의 압축스프링(70)이 볼트축(10)에 삽입된 상태로 끼워지는 것으로, 상기의 압축스프링(70)은 수배전반(110)에 작용하는 진동에 의해 상부 고정패널(50)이 유동하게 되면 압축스프링(70)이 압축 및 복원되면서 진동을 억제 및 감쇄시키는 역할을 하는 것이다.

이어, 상기 볼트축(10)의 선단에는 일반적인 형태의 와셔(80) 및 이중의 체결너트(90)(90')를 나사 결합함에 따라 상기 순차 적층된 각 구성품을 결속 고정시키는 것이고, 상기 이중의 체결너트(90)(90')에 대한 체결 높이에 따라 상기 압축스프링(70)의 압축 강도를 조절하여 수배전반(110)에 작용하는 진동에 대한 유동 억제력을 조정할 수 있는 것이다.

특히, 상기와 같이 이중의 체결너트(90)(90')에 대한 볼트축(10)과의 체결 높이 혹은 체결량에 따라 상기 압축스프링(70)에 대한 압축 강도의 조절이 가능한 것으로, 상기 압축스프링(70)은 면진블록(40)에 대한 변위를 감쇠시키고 진동을 완화하는 역할을 하므로 수배전반 또는 전기기기 외함을 포함한 전체 중량에 따라 압축 강도를 적절하게 조절하여 가장 최선의 면진 작용을 수행할 수 있도록 조정할 수 있을 것이다.

따라서, 상기의 볼트축(10)은 도 6의 도시와 같이 하부 고정패널(30)의 저면에 위치하고 있는 제1구면와셔(20)와 제1원추형시트(21)에 의한 유동구조 및 상부 고정패널(50)의 상면에 위치하고 있는 제2원추형시트(61)와 제2구면와셔(60)에 의한 유동구조를 갖고 있어, 이들 사이에 위치하고 있는 하부 고정패널(30)과 면진블록(40) 및 상부 고정패널(50)이 소정의 각도로 회전 및 유동할 수 있는 구조를 갖게 되는 것이다.

이에, 도 7 및 도 8, 도 9의 도시와 같이 바닥 기초부에 고정 설치된 프레임체(100) 상에 본 발명 면진장치에서의 하부 고정패널(30)이 견고하게 고정되게 한 상태에서 상부 고정패널(50)을 수배전반(110)의 저면에 견고하게 고정시킴에 따라 상기 수배전반(110)은 본 발명의 면진장치를 이용하여 프레임체(100) 상에 결합 설치될 수 있는 것이다.

이와 같은 상태에서 지진에 의한 진동이 발생하는 경우 프레임체(100)의 진동은 수배전반(110) 또는 전기기기 외함으로 직접 전달되는 것이 아니라, 상기 수배전반(110) 또는 전기기기 외함이 결합되어 있는 하부 고정패널(30)을 통해 면진블록(40)으로 전달되는 것이고, 지진파에 따른 진동 방향에 따라 상기 면진블록(40)이 압축 및 복원되거나 고무판(41)(41')과 금속판(42)(42') 간의 슬립 현상 및 제1구면와셔(20)와 제1원추형시트(21)에 의한 유동구조, 제2구면와셔(60)와 제2원추형시트(61)에 의한 유동구조, 상측 압축스프링(70)에 의한 압축과 복원 과정이 서로 유기적으로 이루어지면서 진동을 수배전반(110) 또는 전기기기 외함에 전달하므로 진동이 충분히 약화 및 감쇄된 상태로 전달되어 수배전반 및 전기기기 외함에 대한 보호 및 수배전반 및 전기기기 외함의 내부 장치에 대한 안전한 보호가 이루어질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 면진장치는 수배전반 또는 전기기기 외함의 중량이나 크기에 따라 개체수를 적절하게 가감하여 적용시킬 수 있으므로 더욱 합리적이고 경제적인 운용이 가능한 특징을 연출하게 된다.

이상과 같은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10 : 볼트축 11 : 머리부
20 : 제1구면와셔 21 : 제1원추형시트
22 : 볼트끼움공 23 : 볼트삽입공
30 : 하부 고정패널 31 : 체결공
40 : 면진블록 41,41' : 고무판
42,42' : 금속판
50 : 상부 고정패널 51 : 체결공
60 : 제2구면와셔 61 : 제2원추형시트
62 : 볼트끼움공 63 : 볼트삽입공
70 : 압축스프링
80 : 와셔
90,90' : 체결너트
100 : 프레임체
110 : 수배전반

Claims (6)

1. 볼트축(10)과 하부 고정패널(30) 및 고무판(41)(41')과 금속판(42)(42')이 순차 적층되어진 면진블록(40)과 상부 고정패널(50) 및 압축스프링(70)과 와셔(80) 및 체결너트(90)(90')로 이루어진 수배전반용 면진장치에 있어서,
   하단에 머리부(11)가 형성된 수직의 볼트축(10)을 구비하고, 상기 볼트축(10)에는 하측으로부터 제1구면와셔(20)와 제1원추형시트(21), 프레임체(100)에 결합되는 하부 고정패널(30)과 면진블록(40), 수배전반(110)에 결합되는 상부 고정패널(50), 제2원추형시트(61)와 제2구면와셔(60), 압축스프링(70), 와셔(80)를 상향 순차적으로 삽입 형성하고, 상기 볼트축(10)의 선단에는 이중의 체결너트(90)(90')가 나사 결합되도록 구성하되,
   제1구면와셔(20)에는 볼트축(10)의 외경과 동일한 볼트끼움공(22)을 형성하고, 상기 제1구면와셔(20)와 밀착되는 제1원추형시트(21)에는 볼트축(10)의 외경보다 큰 내경의 볼트삽입공(23)을 형성하며, 제2구면와셔(60)에는 볼트축(10)의 외경과 동일한 볼트끼움공(62)을 형성하고, 상기 제2구면와셔(60)와 밀착되는 제2원추형시트(61)에는 볼트축(10)의 외경보다 큰 내경의 볼트삽입공(63)을 형성하여 구성함을 특징으로 하는 구면와셔와 압축스프링과 면진블록을 이용한 수배전반용 면진장치.
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