KR101984229B1 - 내진 기능을 갖는 송전탑 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지진 등에 의해 송전탑에 발생될 수 있는 진동과 전력선에 의한 영향을 최소화할 수 있는 내진 기능을 구비하고 지진에 의한 영향을 모니터링할 수 있는 송전탑 시스템에 관한 것으로, 송전탑 자체에 지진에 의한 진동을 흡수할 수 있는 복수의 진동흡수 수단과, 주변 송전탑에 가설된 전력선의 비정상적인 장력에 의한 영향을 완화할 수 있는 장력조절 장치와, 각 진동흡수 수단과 장력조절 장치에 구비되어 송전탑 자체의 구조적인 영향을 검출할 수 있는 검출수단과, 이 검출수단의 검출 데이터를 네트워크를 이용하여 그룹 단위로 송전탑의 지진 관련 데이터를 유지, 관리하기 위한 관리서버를 포함하여 지진에 의해 송전탑의 파손을 최소화하면서도 지진에 의한 송전탑의 데이지 유형을 구분하여 평가가 가능하여 파손된 송전탑에 대한 신속한 사후 조치가 이루어질 수 있다.
Description
본 발명은 내진 기능을 갖는 송전탑 시스템에 관한 것으로서, 송전탑 자체에 지진에 의한 진동을 흡수할 수 있는 수단과, 주변 송전탑에 가설된 전력선의 비정상적인 장력에 의한 영향을 완화할 수 있는 수단을 구비하고 송전탑의 지진에 의한 영향을 실시간으로 모니터링할 수 있는 송전탑 시스템에 관한 것이다.
발전소에서 만든 전력을 멀리 있는 공장이나 일반 가정 등의 수요처로 수송하는 과정을 송전이라 하며, 이때 사용하는 송전선로를 지지하기 위한 탑이 송전탑이다. 송전시설은 산업의 토대가 되는 주요 기간산업에 해당하여 사고 발생 시에는 장시간의 전력공급 중단으로 연결되어 상당한 문제가 될 수 있다.
따라서 송전탑을 포함한 송전시설은 문제가 발생 시에 신속한 조치가 요구되며, 또한 사고가 발생되지 않도록 사전 점검 등을 통한 유지 관리가 필요하다.
송전탑들은 고전력을 전달하기 위한 송전선이 설치되기 때문에 일반적으로 주택가 등의 인구 밀집 지역을 피하여 산악지대에 주로 설치된다. 따라서 송전탑의 유지 관리에 많은 불편함과 어려움이 있다.
특히 최근에 빈번하게 발생되는 지진으로 인하여 송전탑의 내진 기능과 지진에 의한 송전탑의 영향을 체계적이고 효율적으로 관리할 수 있는 시스템의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 내진 기능을 갖는 송전탑 시스템에 관한 것으로서, 송전탑 자체에 지진에 의한 진동을 흡수할 수 있는 복수의 수단과, 주변 송전탑에 가설된 전력선의 비정상적인 장력에 의한 영향을 완화할 수 있는 수단을 구비하고 송전탑의 지진에 의한 영향을 실시간으로 모니터링하여 송전탑에 발생된 데미지 유형을 구분하여 평가가 가능하여 효율적으로 송전탑을 관리할 수 있는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 송전탑 시스템은, 수직 하방으로 돌출 형성된 수직 고정부가 구비되어 지반에 고정 설치되는 고정 베이스와, 상기 고정 베이스 상부에 구비되어 평면상에서 2자유도의 평면 운동이 가능하게 마련되는 가동 베이스와, 상기 고정 베이스와 상기 가동 베이스 사이에 구비되어 2자유도 운동 방향으로 진동을 흡수하게 되는 댐퍼와, 설정 충격 이하에서 상기 고정 베이스와 상기 가동 베이스 사이의 수평 변위를 제한하게 되는 수평 변위 제한부재를 포함하여 각 송전탑을 구성하는 복수의 주각재의 각 하단에 구비되어 수평 방향의 진동을 흡수하게 되는 면진 장치와; 지반에 수직으로 매설되는 수직 지지부와, 상기 수직 지지부의 상단에 상기 수직 지지부 보다는 넓은 면적을 갖도록 구비되어 상기 수직 고정부가 입설되는 헤드부와, 상기 헤드부에서 방사 방향으로 경사를 갖고 연장되어 지반에 고정되는 복수의 하중 지지판을 포함하는 기초 보강재와; 각 송전탑의 주각재에 고정되어 마찰력에 의해 외부에서 발생되는 진동을 흡수하게 되는 진동흡수 장치와; 각 송전탑에 설치되어 서로 이웃하는 송전탑 사이에 포설된 전력선에 의한 장력을 조절하게 되는 장력조절 장치와; 상기 면진 장치 및 상기 진동흡수 장치에 구비되어 송전탑에서 발생된 유효 변위를 검출하여 검출 신호를 발생시키는 변위검출부와; 상기 장력조절 장치에 구비되어 전력선에 의해 인가된 유효 장력을 검출하여 검출 신호를 발생시키는 장력검출부와; 각 송전탑에 구비되며, 각 송전탑에 마련된 상기 변위검출부와 상기 장력검출부의 신호를 무선으로 전달하고 하기의 관리서버로부터 제어 신호를 무선으로 수신하되, 인접한 송전탑과 핸드 오버 방식으로 신호의 전달이 이루어지는 무선 통신부와; 인접한 송전탑의 상기 무선 통신부와 하기의 관리서버의 통신을 중계하게 되는 중계노드와; 상기 중계노드를 통해 전달된 상기 무선 통신부의 검출 신호를 수신하고 각 송전탑의 상태를 관리하되, 일정 지역의 송전탑을 하나의 그룹아이디로 그룹핑하여 각 송전탑의 검출 데이터를 통합하여 관리하며, 상기 변위검출부의 검출 데이터를 이용하여 해당 송전탑 자체의 구조적인 진단이 이루어지고 상기 장력검출부의 검출 신호를 이용하여 주변 송전탑에 가설된 전력선에 의한 손상을 모니터링하여 지진에 의해 발생된 송전탑의 데미지 유형을 구분하여 평가를 수행하게 되는 관리서버를 포함한다.
본 발명에 따른 내진 기능을 갖는 송전탑 시스템은, 송전탑 자체에 지진에 의한 진동을 흡수할 수 있는 복수의 진동흡수 수단과, 주변 송전탑에 가설된 전력선의 비정상적인 장력에 의한 영향을 완화할 수 있는 장력조절 장치와, 각 진동흡수 수단과 장력조절 장치에 구비되어 송전탑 자체의 구조적인 영향을 검출할 수 있는 검출수단과, 이 검출수단의 검출 데이터를 네트워크를 이용하여 그룹 단위로 송전탑의 지진 관련 데이터를 유지, 관리하기 위한 관리서버를 포함하여 지진에 의해 송전탑의 파손을 최소화하면서도 지진에 의한 송전탑의 데이지 유형을 구분하여 평가가 가능하여 파손된 송전탑에 대한 신속한 사후 조치가 이루어질 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 송전탑 시스템의 전체 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송전탑 시스템의 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치가 설치된 송전탑 하부를 보여주는 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 단면 구성도,
도 5의 (a)는 도 4의 A-A 선의 종단면 구성도,
도 5의 (b)는 도 5의 (a))의 B-B 선의 단면 구성도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 횡단면 구성도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 고정 베이스와 가동 베이스의 사시 구성도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 고정 베이스와 가동 베이스의 종단면 구성도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 진동흡수 장치의 사시 구성도,
도 10의 (a)(b)는 본 발명에 실시예에 따른 진동흡수 장치의 작동예를 설명하기 위한 종단면 구성도,
도 11의 (a)(b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 장력조절 장치의 평면 구성도 및 측면 구성도,
도 12의 (a)(b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 장력조절 장치의 작동예를 설명하기 위한 평면 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송전탑 시스템의 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치가 설치된 송전탑 하부를 보여주는 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 단면 구성도,
도 5의 (a)는 도 4의 A-A 선의 종단면 구성도,
도 5의 (b)는 도 5의 (a))의 B-B 선의 단면 구성도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 횡단면 구성도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 고정 베이스와 가동 베이스의 사시 구성도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 고정 베이스와 가동 베이스의 종단면 구성도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 진동흡수 장치의 사시 구성도,
도 10의 (a)(b)는 본 발명에 실시예에 따른 진동흡수 장치의 작동예를 설명하기 위한 종단면 구성도,
도 11의 (a)(b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 장력조절 장치의 평면 구성도 및 측면 구성도,
도 12의 (a)(b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 장력조절 장치의 작동예를 설명하기 위한 평면 구성도.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 송전탑 시스템의 전체 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 송전탑 시스템의 블록 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예의 태양광 발전시스템은, 각 송전탑(10)을 구성하는 복수의 주각재(11)의 각 하단에 구비되어 수평 방향의 진동을 흡수하게 되는 면진 장치(100)와, 면진 장치(100)를 지반에 고정하게 되는 기초 보강재와, 각 송전탑(10)에 고정되어 마찰력에 의해 외부에서 발생되는 진동을 흡수하게 되는 진동흡수 장치(200)와, 각 송전탑(10)에 설치되어 서로 이웃하는 송전탑(10) 사이에 포설된 전력선에 의한 장력을 조절하게 되는 장력조절 장치(300)와, 면진 장치(100) 및 진동흡수 장치(200)에 구비되어 송전탑(10)에서 발생된 유효 변위를 검출하여 검출 신호를 발생시키는 변위검출부(411)(412)와, 장력조절 장치(300)에 구비되어 전력선에 인가된 유효 장력을 검출하여 검출 신호를 발생시키는 장력검출부(420)와, 각 송전탑(10)에 구비되어 각 송전탑(10)에 마련된 변위검출부(411)(412)와 장력검출부(420)의 신호를 무선으로 전달하고 관리서버(600)로부터 신호를 무선으로 수신하게 되는 무선 통신부(430)와, 각 송전탑(10)의 무선 통신부(430)를 통해 전달된 검출 신호를 수신하고 각 송전탑(10)의 상태를 관리하게 되는 관리서버(600)를 포함한다.
각 송전탑(10)는 공통적으로 기초 보강재가 마련되어 수평 방향의 진동을 흡수하게 되는 면진 장치(100), 진동흡수 장치(200), 장력조절 장치(300), 변위검출부(411)(412), 장력검출부(420) 및 무선 통신부(430)가 마련되며, 따라서 이러한 동일 구성에 대해서는 송전탑의 구분 없이 하나의 도면부호를 사용하여 설명하도록 한다.
면진 장치(100), 진동흡수 장치(200)와 장력조절 장치(300)는 각 송전탑(10)에 구비되어 지진 등에 의한 영향을 최소화하기 위한 수단으로써, 면진 장치(100)는 일반적으로 트러스 구조를 갖는 송전탑(10)의 주각재(main post) 각 하부에 마련되어 전체 구조물에 작용하게 되는 수평 방향의 진동을 흡수하며, 진동흡수 장치(200)는 주각재 상부에 직접 설치되어 지진 등에 의한 외부적인 진동을 흡수하여 송전탑 자체의 구조적인 안전성을 확보하기 위한 것이다. 장력조절 장치(300)는 지진 등에 의해 어느 하나의 송전탑의 움직임에 의해 전력선(21)(22)을 통해 과다한 장력이 이웃한 송전탑(10)에 작용하는 것을 방지하기 위한 것이다. 이러한 면진 장치(100), 진동흡수 장치(200) 및 장력조절 장치(300)의 구체적인 실시예는 관련 도면을 참고하여 다시 구체적으로 설명한다.
변위검출부(411)(412)는 면진 장치(100)에 설치되어 주각재에 발생되는 수평 방향의 유효 범위를 검출하게 되는 제1변위검출부(411)와, 진동흡수 장치(200)에 설치되어 주각재에서 발생되는 유효 범위를 검출하게 되는 제2변위검출부(412)로 구성되며, 이러한 검출수단으로는 주지의 변위센서, 초음파센서, 또는 광센서 등에 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히 제1변위검출부(411)와 제2변위검출부(412) 각각은 면진 장치(100)와 진동흡수 장치(200)에 직접 설치되어 면진 장치(100)와 진동흡수 장치(200)에 의해 완충이 이루어진 후에 발생된 변위량을 검출하여 지진 등에 의해 발생된 송전탑의 실질적인 피해에 대한 평가가 이루어질 수 있다.
장력검출부(420)는 장력조절 장치(300)에 설치되어 전력선(21)(22)에 인가되는 장력을 검출하게 되며, 이러한 검출수단으로는 전력선에 인가되는 하중을 측정하기 위한 로드셀 등이 이용될 수 있으나, 특별히 이에 국한되는 것은 아니다.
특히 장력검출부(420)는 장력조절 장치(300)에 직접 설치되어 장력조절 장치(300)에 의해 완충이 이루어진 전력선에 의한 유효 장력을 검출함으로써 지진 등에 의해 송전탑에 인가되는 실질적인 장력에 의한 데미지의 평가가 이루어질 수 있다.
무선 통신부(430)는 각 송전탑(10)에 마련된 변위검출부(411)(412)와 장력검출부(420)의 신호를 무선으로 관리서버(600) 측에 송신하며, 또한 관리서버(600)로부터 제어 신호를 접수하여 변위검출부(411)(412)와 장력검출부(420)의 상태 관리가 같이 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 무선 통신부(430)는 각 검출부(411)(412)(420)로부터 검출된 신호를 무선 송출을 위한 데이터신호로 변환하기 위한 데이터 변환부를 더 포함할 수 있다.
도시되지 않았으나, 각 송전탑에 마련된 검출부(411)(412)(420) 및 무선 통신부(430)는 외부의 전원장치에 의해 전원 공급이 이루어질 수 있으며, 또는 각 송전탑 자체에 마련된 배터리 또는 태양광이나 풍력발전을 이용한 자가 전원공급이 이루어질 수도 있다.
바람직하게는, 일정 지역의 설치된 복수의 송전탑(10)들은 하나의 그룹 아이디((Group ID; GID)로 관리되어 서로 무선(rf) 통신네트워크로 구성하여 통신이 이루어진다. 본 실시예에서는 3개의 송전탑이 하나의 그룹을 구성하는 것으로 예시하고 있다.
바람직하게는, 하나의 송전탑 그룹은 중계노드(510)(520)를 통해 관리서버(600)와 통신이 이루어질 수 있으며, 이때 중계노드(510)(520)는 인터넷 또는 주파수 공용 통신 시스템(TRS)과 같은 기간망을 통해 통신이 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 중계노드(510)(520)는 제1중계노드(510)와 제2중계노드(520)로 구성될 수 있으며, 제1중계노드(510)는 관리서버(600)로부터 이웃한 송전탑에 무선으로 제어 신호를 전송하게 되며, 제2중계노드(520)는 인접한 송전탑으로부터 무선으로 검출 신호를 관리서버(600)에 전달하는 역할을 한다.
제1중계노드(510)로부터 제어 신호를 수신한 송전탑은 다음의 인접한 송전탑으로 신호를 생성하여 전송하게 되며, 이때 각 송전탑은 수신 신호 중에서 해당 송전탑에 대한 내용이 포함된 경우에 그 제어 명령을 실행한 후에 그 결과 신호를 생성하여 인접한 송전탑으로 전송하게 된다. 이와 같이 각 송전탑은 제어 신호를 수신하고 이를 다시 전송하는 핸드 오버 방식으로 제2중계노드(520)까지 신호의 전달이 이루어질 수 있다. 구체적으로, 관리서버(600)에서 제1중계노드(510)로 전달되는 제어 신호는 각 송전탑(10)에 마련된 변위검출부(411)(412)와 장력검출부(420)의 정상 동작을 확인하기 위한 테스트 제어신호일 수 있다.
관리서버(600)는 각 송전탑(10)의 무선 통신부(430)로부터 전달된 검출 신호를 수신하여 관리가 이루어지며, 구체적으로는, 무선 통신부(430)로부터 전달되는 변위검출부(411)(412)의 검출 데이터를 이용하여 해당 송전탑 자체의 구조적인 진단이 이루어지며, 또한 장력검출부(420)의 검출신호를 이용하여 주변 송전탑에 의한 영향을 모니터링하여 지진 등의 발생에 의해 송전탑 자체의 구조적인 문제점과 다른 송전탑에 가설된 전력선에 의한 손상을 구분하여 데미지의 평가가 이루어질 수 있다. 이와 같이 관리서버(600)를 통해 송전탑의 데미지 유형을 구분하여 평가가 가능함으로써, 지진 발생 후에 문제가 발생된 송전탑에 대한 사후 조치를 신속히 수행할 수가 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치가 설치된 송전탑 하부를 보여주는 구성도이다.
도 3을 참고하면, 송전탑을 구성하는 복수의 주각재(11)의 각 하단에는 수평 방향의 진동을 흡수하게 되는 면진 장치(100)가 구비되며, 면진 장치(100)는 지반에 고정 설치되는 고정 베이스(110)와, 고정 베이스(110) 상부에 구비되어 평면상에서 2자유도의 평면 운동이 가능하게 마련되는 가동 베이스(120)를 포함하며, 고정 베이스(110)와 가동 베이스(120) 사이에는 가동 베이스(120)의 2자유도 운동 방향으로 진동을 흡수할 수 있는 댐퍼와 설정 충격 이하에서 고정 베이스(110)와 가동 베이스(120) 사이의 수평 변위를 제한하게 되는 수평 변위 제한부재를 포함한다.
복수의 주각재(11)는 하단에 서로 연결부재(101)에 의해 연결되어 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 단면 구성도이다.
구체적으로 도 4를 참고하면, 면진 장치(100)는 수직으로 돌출 형성된 수직 고정부(111)가 구비되어 지반에 고정 설치되는 고정 베이스(110)와, 고정 베이스(110) 상부에 배치되어 2자유도의 평면 운동이 가능한 가동 베이스(120)와, 고정 베이스(110)와 가동 베이스(120) 사이에 구비되어 가동 베이스(120)의 2자유도 평면 운동을 위한 슬라이딩부재(130)와, 가동 베이스(120)의 2자유도 운동 방향으로 진동을 흡수하게 되는 댐퍼(140)와, 설정 충격 이하에서 고정 베이스(110)와 가동 베이스(120) 사이의 수평 변위를 제한하게 되는 수평 변위 제한부재(150)를 포함한다.
고정 베이스(110)는 하부에서 수직으로 돌출 형성된 수직 고정부(111)가 구비되며, 수직 고정부(111)의 하단 선단에는 인입돌기(111a)가 구비된다.
이러한 고정 베이스(110)는 기초 보강재에 의해 지반에 고정되면서 내진 성능을 높일 수 있다.
본 발명에서 기초 보강재는 지반에 수직으로 매설되는 수직 지지부(112)와, 수직 지지부(112)의 상단에 구비되어 수직 고정부(111)의 인입돌기(111a)가 입설되는 헤드부(113)와, 헤드부(113)에서 방사 방향으로 경사를 갖고 연장되어 지반에 고정되는 복수의 하중 지지판(114)을 포함한다.
수직 지지부(112)는 스크류 오거(screw auger)로 지반을 굴착하면서 경화재인 시멘트 밀크를 분출하여 스크류 오거에 의해 시멘트 밀크와 굴착토를 교반 혼합하게 되는 소일 시멘트 공법에 의해 제공될 수 있다.
도 5의 (a)는 도 4의 A-A 선의 종단면 구성도이며, 도 5의 (b)는 도 5의 (a))의 B-B 선의 단면 구성도이다.
도 5에 예시된 것과 같이, 사각의 횡단면을 갖는 헤드부(113)의 중앙으로 수직 고정부의 인입돌기(111a)가 입설되며, 헤드부(113)의 4개면은 지반에 경사를 갖고 4개의 하중 지지판(114)에 의해 지지된다.
하중 지지판(114) 역시도 지반을 굴착하면서 시멘트 밀크를 분출하여 시멘트 밀크와 굴착토를 교반 혼합하여 형성될 수 있으며, 바람직하게는, H형강의 심재(114a)를 교반 혼합된 시멘트 밀크와 굴착토가 경화하기 전에 삽입한다.
헤드부(113)는 수직 지지부(112)와는 별체로 구성하며, 예를 들어, 수직 지지부(112) 보다는 넓은 면적을 갖는 소정 두께의 푸팅으로 구성하여 지진 발생 시에 하중 지지판(114)에 의한 수평력이 수직 지지부(112)에 직접 전달되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 고정 베이스(110)의 하부 기초 보강재에 의해 송전탑의 수직 하중은 수직 지지부(112)에 의해 지지되며, 지진 발생 시에 수평력은 하중 지지판(114)에 의해 지지되어 수직 지지부(112)에 수평력이 작용하지 않는다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 횡단면 구성도로서, 가동 베이스는 도시되지 않았다.
도 6에 예시된 것과 같이, 고정 베이스(110)의 대략 중앙에는 가동 베이스(120)의 2자유도 평면 운동(x-y 평면)을 위한 슬라이딩부재(130)가 구비되며, 그 주변으로 가동 베이스의 2자유도 운동 방향(x,y)으로 진동을 흡수하게 되는 복수 개의 댐퍼(140)와, 설정 충격 이하에서 고정 베이스(110)와 가동 베이스 사이의 수평 변위를 제한하게 되는 수평 변위 제한부재(150)가 마련된다.
본 실시예에서 댐퍼(140)는 가동 베이스의 변위 발생 시에 복원력을 제공하게 되는 스프링부재(141)와, 진동 에너지를 흡수하게 되는 유압실린더(142)에 제공되며, 가동 베이스에서 돌출 형성된 제1브라켓(120a)과 고정 베이스(110)에서 돌출 형성된 제2브라켓(110a) 사이에 개재되어 지진에 의해 가동 베이스의 수평 변위가 발생되는 경우에 수평 방향의 진동을 흡수한다. 본 실시예에서 댐퍼(140)는 2자유도 운동 방향(x,y)을 수평 진동을 흡수하기 위해 슬라이딩부재(130)의 주변으로 4개가 배치되는 것을 보여준다.
본 실시예에서 수평 변위 제한부재(150)는 고정 베이스(110)에 고정되는 하부 고정브라켓(151)과, 가동 베이스(120)에 고정되어 하부 고정브라켓(151)과 면접촉하도록 배치되는 상부 고정브라켓(152)과, 하부 고정브라켓(151)과 상부 고정브라켓(152)에 관통 조립되는 전단핀(153)으로 구성되며, 본 실시예에서 수평 변위 제한부재(150)는 서로 직각 방향으로 배치되는 2개의 수평 변위 제한부재(150)를 보여주고 있다.
이러한 수평 변위 제한부재(150)는 일정 하중 이하의 외부 충격에서는 전단핀(153)에 의해 가동 베이스(120)는 고정 베이스(110)에 고정되는 반면에, 일정 하중 이상의 충격에서는 전단핀(153)이 파단되고 댐퍼(140)에 의해 진동의 흡수가 이루어지면서 수평 방향의 슬라이딩이 이루어진다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 고정 베이스와 가동 베이스의 사시 구성도이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 면진 장치의 고정 베이스와 가동 베이스의 종단면 구성도이다.
고정 베이스(110) 상부에는 x축 방향으로 나란하게 복수의 제1가이드레일(131)이 구비되며, 가동 베이스(120)의 하부에는 y축 방향으로 나란하게 복수의 가이드 요홈이 형성된 슬라이딩 플레이트(132)가 구비되며, 제1가이드레일(131)과 슬라이딩 플레이트(132) 사이에는 가동 베이스(120)가 x축 방향과 y축 방향으로 2자유도 평면 운동이 가능하도록 마련되는 제2가이드레일(133)가 구비된다.
제2가이드레일(133)의 상부는 슬라이딩 플레이트(132)과 y축 방향으로 전후 슬라이딩 가능하게 조립되며, 하부는 제1가이드레일(131)가 x축 방향으로 전후 슬라이딩 가능하게 조립된다.
도면부호 411a, 411b는 고정 베이스(110)에 대해 가동 베이스(120)의 수평 변위를 검출하기 위한 변위센서로서, 면진 장치(100)의 유효 변위를 검출하기 제1변위검출부(411)(도 2 참고)이다. 이러한 제1변위검출부는 면진 장치(100)에서 발생된 수평 변위에 대한 검출 신호를 시간의 함수로 저장하여 송전탑에서 발생되는 진동의 모니터링이 이루어질 수 있다.
도 8에 예시된 것과 같이, 제1가이드레일(131)의 상부 가이드돌기(131a)와 제2가이드레일(133)의 가이드 요홈(133a) 사이에는 마찰을 저감할 수 있는 베어링부재(133)가 부가될 수 있다.
이와 같이 구성된 면진 장치(100)는 송전탑(10)을 구성하는 복수의 주각재(11)의 각 하부에 구비되어 지진 발생 시에 수평 방향의 진동을 흡수하여 송전탑 구조물을 지진으로부터 보호한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 진동흡수 장치의 사시 구성도이다.
도 9를 참고하면, 본 실시예의 진동흡수 장치(200)는, 송전탑의 주각재(11)의 외주면을 감싸서 고정되는 제1고정부재(210)와, 제1고정부재(210)와 인접하여 주각재(11)의 외주면을 감싸서 고정되는 제2고정부재(220)와, 제2고정부재(220)에 고정되는 마찰부재(230)와, 일단이 마찰부재(230) 내에 압입 고정되고 타단이 제1고정부재(210)에 지지되도록 마련된 후크플레이트(240)를 포함한다.
제1고정부재(210)와 제2고정부재(220)는 각각 송전탑의 주각재(11)의 외주면을 감싸도록 상단과 하단에 서로 인접하여 고정되며, 예를 들어, 제1고정부재(210)는 사각 단면을 갖는 주각재(11)의 4면 중에서 2면을 감싸도록 'L'자 형상으로 절곡된 두 개의 플레이트(210a)(210b)로 구성될 수 있으며, 이때 두 개의 플레이트(210a)(210b)는 철재 밴드(211)를 감아서 주각재(11)에 고정된다. 동일하게 제2고정부재(220) 역시도 주각재(11)를 감싸도록 마련된 플레이트로 구성될 수 있으며, 철제 밴드(221)에 의해 주각재(11)에 견고히 고정된다. 한편, 본 실시예에서 제1고정부재(210)와 제2고정부재(220)는 각각 철제 밴드(211)(221)에 의해 주각재(11)에 고정되는 것을 보여주고 있으나, 각 고정부재(210)(220)는 주각재(11)에 견고히 고정 가능한 범위 내에서 직접 용접에 의해 고정되거나 다수의 볼트 또는 리벳 등의 체결부재에 의해 고정될 수도 있다. 또한 본 실시예에서 제1고정부재(210) 하단에 바로 인접하여 제2고정부재(220)가 배치되는 것을 예시하고 있으나, 제1고정부재(210)와 제2고정부재(220)는 상하 방향으로 일정 간격 이격되어 배치될 수도 있다.
제1고정부재(210)는 횡방향으로 고정돌기부(212)가 돌출 형성되어 후크플레이트(240)의 상단을 지지하는 역할을 한다.
제2고정부재(220)는 상단으로 개방 형성된 슬롯이 형성되며, 이때 슬롯은 적어도 두 개 이상 마련되어 각 슬롯 내에는 마찰부재(230)가 고정된다. 본 실시예에서는 사각 단면의 주각재(11)의 4면 모두에 슬롯이 형성되고 각 슬롯 모두에 마찰부재(230)가 구비된 것을 예시하고 있다.
제2고정부재(220)와 마찰부재(230)는 다수의 볼트(223)에 의해 고정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
후크플레이트(240)는 하단이 마찰부재(230) 내에 압입 고정되고 상단이 제1고정부재(210)의 고정돌기부(212)에 걸려서 지지된다. 본 실시예에서 마찰부재(230)는 후크플레이트(240)의 두께 보다 작은 요홈(231)이 형성되어 후크플레이트(240)의 하단이 마찰력을 갖고 압입 고정된다.
도 10의 (a)(b)는 본 발명에 실시예에 따른 진동흡수 장치의 작동예를 설명하기 위한 종단면 구성도로서, 이해를 돕기 위하여 사각의 주각재 중의 한 면만을 예시하여 보여주고 있으며, 각 고정부재(210)(220)를 주각재(11)에 고정하게 되는 철제 밴드는 생략되어 있다.
도 4의 (a)에 예시된 것과 같이, 고정돌기부(212)는 서로 나란하게 돌출 형성된 제1고정돌기부(212a)와 제2고정돌기부(212b)로 구성되며, 후크플레이트(240) 상단은 절곡 형성된 걸림턱(241)이 형성된다. 따라서 걸림턱(241)은 제1고정돌기부(212a)와 제2고정돌기부(212b) 사이에 끼워져서 후크플레이트(240)의 상단은 제1고정돌기부(212a)와 제2고정돌기부(212b)에 의해 상하 움직임이 제한된다.
후크플레이트(240)의 하단은 마찰부재(230)의 요홈에 압입 고정되며, 마찰부재(230)는 제2고정부재(220)와 다수의 볼트(223)에 의해 견고히 고정된다.
제1고정부재(210)와 제2고정부재(220)는 서로 인접하여 배치되어 변위를 검출하기 위한 변위센서(412a)(412b)가 마련되어 제1고정부재(210)와 제2고정부재(220) 사이의 변위 검출이 이루어질 수 있다. 이와 같은 변위센서(412a)(412b)를 포함하게 되는 제2변위검출부는 변위센서의 검출 신호를 시간의 함수로 저장하여 송전탑에서 발생되는 진동의 모니터링이 이루어질 수 있다.
다음으로 도 10의 (b)에 예시된 것과 같이, 지진 등에 의해 송전탑에 외력(횡력)이 작용하게 되는 경우에 주각재(11)에 변형이 발생되며, 이때 후크플레이트(240) 상단은 고정돌기부(212)에 의해 함께 상단으로 인장력이 작용하게 되고, 후크플레이트(240) 하단은 마찰부재(230)와 마찰력이 작용하면서 상단으로 인출된다. 이와 같이 송전탑에 외력이 작용하는 경우에 후크플레이트(240)와 마찰부재(230) 사이의 마찰력이 작용하여 외력(진동 등)이 흡수될 수 있다. 또한 이러한 과정에서 변위센서(412a)(312b)는 제1고정부재(110)와 제2고정부재(120) 사이의 상대적인 변위(d)의 검출이 이루어져 앞서 설명한 것과 같이 관리서버에 검출 신호가 전달된다.
한편, 본 실시예에서는 이해를 돕기 위하여 제1고정부재(210)와 제2고정부재(220)에 각각 변위센서가 구비되어 진동 검출이 이루어지는 것을 예시하여 설명하였으나, 센서의 종류 또는 위치는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 외력이 작용하는 경우에 후크플레이트에 인가되는 인장력을 측정하기 위한 로드셀이 사용될 수 있는 것과 같이, 외력의 작용 시에 진동흡수 장치에서 발생될 수 있는 부재들 사이의 변위 또는 하중을 직접 또는 간접적으로 측정할 수 있는 범위 내에서 다양한 변형예가 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다. 또한 하나의 진동흡수 장치 내에 복수 개의 진동검출을 위한 동종 또는 이종의 센서가 배치되어 진동 검출이 이루어짐으로써 검출 신호의 신뢰도를 높일 수 있다.
이러한 진동흡수 장치는 송전탑의 주각재에 하나가 아닌 복수 개가 설치될 수 있으며, 송전탑에서 구조적으로 하중이 많이 작용하는 위치에 적절히 배치되어 지진 발생 시에 송전탑 자체의 구조적인 안정성을 확보할 수 있다.
도 11의 (a)(b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 장력조절 장치의 평면 구성도 및 측면 구성도이다.
도 11을 참고하면, 본 실시예의 장력조절 장치(300)는, 송전탑에 고정되는 고정 플레이트(310)와, 회전축이 고정된 고정축(330)에 의해 고정 플레이트(310)와 회동 가능하게 조립되는 회동 플레이트(320)와, 회동 플레이트(320)에 취부되는 전력선(21)(22)에 의한 인장 방향에 대하여 반력을 제공하도록 고정 플레이트(310)와 회동 플레이트(320)를 탄성 지지하게 되는 인장스프링(341)(342)을 포함한다.
고정 플레이트(310)는 전체적으로 장방형의 판상 부재로서, 일단(도 11의 (a)에서 하단)이 송전탑에 고정된다. 고정 플레이트(310)는 절곡 형성되어 두 개의 인장스프링(341)(342)의 일측 선단을 각각 고정하게 되는 제1고정 브라켓(311)과 제2고정 브라켓(312)이 마련된다.
고정 플레이트(310) 상부면에는 회동 플레이트(320)의 회전량을 검출할 수 있는 검출센서(421)가 마련될 수 있으며, 검출센서(421)로부터 검출된 회동 플레이트(320)의 회전량과 인장스프링의 설정된 스프링상수로부터 전력선에 의해 인가된 장력을 산출할 수 있으며, 이러한 연산은 검출센서(421)의 검출 신호를 수신하게 되는 장력검출부(420)(도 2 참고)에서 이루어질 수 있다. 한편, 본 실시예에서 장력검출부(420)는 회동 플레이트(320)의 회전량을 검출하여 간접적으로 전력선의 장력을 산출하는 것으로 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전력선에 직접 취부되거나 회동 플레이트에 작용하는 토오크를 측정하여 직접적으로 전력선에 대한 장력 검출이 이루어질 수 있는 것과 같이 다양한 주지의 수단이 사용될 수 있을 것이다.
회동 플레이트(320)는 고정축(330)에 의해 회동 가능하게 조립되며, 고정축(330)은 고정 플레이트(310)와 회동 플레이트(320)를 관통하여 체결되는 힌지 볼트와 너트에 의해 제공될 수 있다.
회동 플레이트(320)는 이웃한 제1송전탑에 가설되는 제1전력선(21)이 연결되며, 본 실시예에서 제1전력선(21)은 제1내장 애자(21a)와 제1연결 고리(21b)를 매개로 하여 연결됨을 보여주고 있다. 마찬가지로, 회동 플레이트(320)는 제2내장 애자(22a) 및 제2연결 고리(22b)를 매개로 하여 이웃한 제2송전탑에 가설되는 제2전력선(22)이 연결된다.
바람직하게는, 회동 플레이트(320)는 단부에서 절곡 형성되어 두 개의 인장스프링(341)(342)의 일측 선단을 각각 고정하게 되는 제3고정 브라켓(321)과 제4고정 브라켓(322)이 마련된다.
제1인장스프링(341)은 고정축(330)에 대해 편심 위치하여 제1전력선(21)의 인장 방향으로 반력을 제공하도록 배치되며, 구체적으로는, 양단이 각각 제1고정 브라켓(311)과 제3고정 브라켓(321)에 고정되어 회동 플레이트(320)가 회전 시에 신장되면서 반력을 제공한다.
제2인장스프링(342)은 고정축(330)에 대해 편심 위치하여 제2전력선(22)의 인장 방향으로 반력을 제공하도록 배치되며, 양단이 각각 제2고정 브라켓(312)과 제4고정 브라켓(322)에 고정되어 회동 플레이트(330)가 회전 시에 신장되면서 반력을 제공하게 된다.
바람직하게는, 제1인장스프링(341)과 제2인장스프링(342)은 동일한 스프링상수를 가질 수 있으며, 전력선의 자중에 의한 장력 범위 내에서는 신장이 이루어지지 않고 두 전력선에 의한 장력의 합이 일정 값을 초과하는 경우에 신장이 이루어지도록 스프링상수를 적절히 설계가 이루어질 수 있다.
도 12의 (a)(b)는 각각 본 발명의 실시예에 따른 장력조절 장치의 작동예를 설명하기 위한 평면 구성도로서, (a)는 통상적인 상태를 보여주고 있으며, (b)는 제1송전탑에 연결된 전력선에 인장력이 작용한 경우를 보여주고 있다.
도 12의 (a)은 통상적인 상태를 보여주고 있으며, 제1고정 플레이트(310)의 하단의 도면부호 310A는 송전탑(10)에 고정되는 것을 나타낸 것이다. 이러한 제1고정 플레이트(310)는 송전탑에 취부되는 별도의 플레이트일 수 있으며, 또는 송전탑의 일부를 구성하는 구조물에 의해 제공될 수도 있을 것이다.
통상적인 경우에 제1송전탑에 가설된 제1전력선(21)과 제2송전탑에 가설된 제2전력선(22)은 균형을 잡고 회동 플레이트(320)에 연결되어 제1인장스프링(341)과 제2인장스프링(342)은 신장되지 않은 상태를 유지한다.
다음으로, 도 12의 (b)에 예시된 것과 같이, 제1송전탑에 지진 등에 의해 제1전력선(21)에 비정상적인 인장력(F1)이 작용하는 경우에는 회동 플레이트(320) 양단에는 제1전력선(21)과 제2전력선(22)에 의한 장력 차이에 의해 토오크가 작용하여 회동 플레이트(320)의 회전이 이루어진다. 회동 플레이트(320)의 회전과 함께 제1인장스프링(341)과 2인장스프링(342)은 신장되면서 제1전력선(21)의 비정상적인 인장력(F1)이 송전탑(10)에 직접 전달되는 것을 완충할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10 : 송전탑 100 : 면진 장치
200 : 진동흡수 장치 300 : 장력조절 장치
411 : 제1변위검출부 412 : 제2변위검출부
420 : 장력검출부 430 : 무선 통신부
510, 520 : 중계노드 600 : 관리서버
200 : 진동흡수 장치 300 : 장력조절 장치
411 : 제1변위검출부 412 : 제2변위검출부
420 : 장력검출부 430 : 무선 통신부
510, 520 : 중계노드 600 : 관리서버
Claims (4)
- 수직 하방으로 돌출 형성된 수직 고정부(111) 및 이 수직 고정부(111)의 하측 선단에 마련된 인입돌기(111a)가 구비되어 지반에 고정 설치되는 고정 베이스(110)와, 상기 고정 베이스(110) 상부에 구비되어 평면상에서 2자유도의 평면 운동이 가능하게 마련되는 가동 베이스(120)와, 상기 고정 베이스(110)와 상기 가동 베이스(120) 사이에 구비되어 2자유도 운동 방향으로 진동을 흡수하게 되는 댐퍼(140)와, 설정 충격 이하에서 상기 고정 베이스(110)와 상기 가동 베이스(120) 사이의 수평 변위를 제한하게 되는 수평 변위 제한부재(150)를 포함하여 각 송전탑을 구성하는 복수의 주각재의 각 하단에 구비되어 수평 방향의 진동을 흡수하게 되는 면진 장치(100)와;
지반에 수직으로 매설되는 수직 지지부(112)와, 상기 수직 지지부(112)의 상단에 상기 수직 지지부(112) 보다는 넓은 면적을 갖도록 구비되어 상기 인입돌기(111a)가 입설되는 사각의 횡단면을 갖는 헤드부(113)와, 상기 헤드부(113)의 4개면에서 방사 방향으로 경사를 갖고 연장되어 지반에 고정되는 복수의 하중 지지판(114)을 포함하되, 상기 하중 지지판(114)은 H형강의 심재를 삽입하고 지반을 굴착하면서 시멘트 밀크를 분출하여 시멘트 밀크와 굴착토를 교반 혼합하여 형성된 복수 개의 H형강의 심재가 삽입된 장방형의 구조를 갖는 기초 보강재와;
각 송전탑의 주각재(11)에 고정되어 마찰력에 의해 외부에서 발생되는 진동을 흡수하게 되는 진동흡수 장치(200)와;
각 송전탑에 설치되어 서로 이웃하는 송전탑 사이에 포설된 전력선에 의한 장력을 조절하게 되는 장력조절 장치(300)와;
상기 면진 장치(100) 및 상기 진동흡수 장치(200)에 구비되어 송전탑에서 발생된 유효 변위를 검출하여 검출 신호를 발생시키는 변위검출부(411)(412)와;
상기 장력조절 장치(300)에 구비되어 전력선에 의해 인가된 유효 장력을 검출하여 검출 신호를 발생시키는 장력검출부(420)와;
각 송전탑에 구비되며, 각 송전탑에 마련된 상기 변위검출부(411)(412)와 상기 장력검출부(420)의 신호를 무선으로 전달하고 하기의 관리서버(600)로부터 제어 신호를 무선으로 수신하되, 인접한 송전탑과 핸드 오버 방식으로 신호의 전달이 이루어지는 무선 통신부(430)와;
인접한 송전탑의 상기 무선 통신부와 하기의 관리서버(600)의 통신을 중계하게 되는 중계노드(510)(520)와;
상기 중계노드(510)(520)를 통해 전달된 상기 무선 통신부(430)의 검출 신호를 수신하고 각 송전탑의 상태를 관리하되, 일정 지역의 송전탑을 하나의 그룹아이디로 그룹핑하여 각 송전탑의 검출 데이터를 통합하여 관리하며, 상기 변위검출부(411)(412)의 검출 데이터를 이용하여 해당 송전탑 자체의 구조적인 진단이 이루어지고 상기 장력검출부(420)의 검출 신호를 이용하여 주변 송전탑에 가설된 전력선에 의한 손상을 모니터링하여 지진에 의해 발생된 송전탑의 데미지 유형을 구분하여 평가를 수행하게 되는 관리서버(600)를 포함하며,
상기 진동흡수 장치(200)는,
상기 주각재(11)의 외주면을 감싸서 고정되며, 고정돌기부(212)가 형성된 제1고정부재(210)와;
상기 제1고정부재(210)와 인접하여 상기 주각재(11)의 외주면을 감싸서 고정되며, 일단에 개방 형성된 슬롯이 적어도 두 개 이상이 마련되는 제2고정부재(220)와;
상기 제2고정부재(220)의 각 슬롯 내에 고정되는 마찰부재(230)와;
일단이 상기 마찰부재(230) 내에 압입 고정되고 타단이 상기 제1고정부재(210)의 고정돌기부(212)에 지지되도록 마련된 후크플레이트(240)를 포함하는 송전탑 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 변위검출부(411)(412)는 상기 제1고정부재(210)와 상기 제2고정부재(220) 사이의 상대적 변위를 검출하기 위한 변위센서인 것을 특징으로 하는 송전탑 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 장력조절 장치(300)는,
송전탑에 고정되는 고정 플레이트(310)와;
고정축(330)에 의해 상기 고정 플레이트(310)와 회동 가능하게 조립되며, 이웃한 제1송전탑에 가설된 제1전력선의 일측 선단이 제1내장 애자에 의해 고정되고 이웃한 제2송전탑에 가설된 제2전력선의 일측 선단이 제2내장 애자(22a)에 의해 고정되는 회동 플레이트(320)와;
상기 제1전력선에 의한 인장 방향으로 반력을 제공하도록 상기 고정 플레이트(310)와 상기 회동 플레이트(320)를 탄성 지지하게 되는 제1인장스프링(341)과;
상기 제2전력선에 의한 인장 방향으로 반력을 제공하도록 상기 고정 플레이트(310)와 상기 회동 플레이트(320)를 탄성 지지하게 되는 제2인장스프링(342)을 포함하는 송전탑 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180174136A KR101984229B1 (ko) | 2018-12-31 | 2018-12-31 | 내진 기능을 갖는 송전탑 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180174136A KR101984229B1 (ko) | 2018-12-31 | 2018-12-31 | 내진 기능을 갖는 송전탑 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101984229B1 true KR101984229B1 (ko) | 2019-09-03 |
Family
ID=67951836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180174136A KR101984229B1 (ko) | 2018-12-31 | 2018-12-31 | 내진 기능을 갖는 송전탑 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101984229B1 (ko) |
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