KR102101673B1 - 전자기 펄스용접을 이용한 내진 대비 제1, 2 가새를 포함하는 수배전반 - Google Patents

전자기 펄스용접을 이용한 내진 대비 제1, 2 가새를 포함하는 수배전반 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전가지 펄스 용접을 이용한 내진대비 제1, 2 가새를 포함하는 수배전반에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스용접을 이용한 내진 대비 가새를 포함하는 수배전반은, 수배전반에서 상기 수배전반을 지지하는 제1, 2 가새를 포함하는 수배전반에 있어서, 상기 수배전반 본체의 측면 상부에 설치되는 제1, 2 브래킷과, 상기 수배전반 본체의 측면 하부에 설치되는 제3, 4 브래킷; 및 상기 제1, 4 브래킷을 연결하는 제1 가새와 상기 제2, 3 브래킷을 연결하는 제2 가새; 및 상기 제1, 4 브래킷과 제1 가새를 연결할 때에는 전자기력으로 마그네틱 펄스 웰딩(Magnetic Pulse Welding) 공정을 통해서 강도가 증가된 것이되, 상기 마그네틱 펄스 웰딩 공정은, AC 전류원과 상기 AC전류원에서 공급되는 AC전류를 정류하는 변압기와 다이오드를 포함하는 정류부에서 정류되어 출력되는 전하를 축적하고, 상기 축적된 전류를 방출할 수 있는 방전 스위치의 작동에 따라 대전류를 전달하는 다수의 전력선을 통해서 공급되는 대전류를 회전시키는 회전부;와, 상기 회전부에서 공급되는 전류에 의하여 자속집중기에 의하여 유도전류가 형성되고, 상기 제1가새와 제1 브래킷 및 제4 브래킷의 접속부를 전자기력을 작용시켜 상기 제1 가새와 제1 브래킷 및 제4 브래킷의 접속부의 강도를 증가시키고, 상기 제2 가새와 제2 브래킷 및 제3 브래킷의 접속부를 전자기력을 작용시켜 상기 제2 가새와 제2 브래킷 및 제 3브래킷의 접속부의 강도를 증가시킨 것일 수 있다.

Description

전자기 펄스용접을 이용한 내진 대비 제1, 2 가새를 포함하는 수배전반{INCOMING PANEL CONMTAING FIRST AND SECOND BRACE RESISTING EARTHQUAKE USING ELECTROMAGNETIC PULSE WELDING}
본 발명은 전자기 펄스용접을 이용한 내진 대비 제1, 2 가새를 포함하는 수배전반에 관한 것이다.
각종의 장치 및 시설을 마련함에 있어 관형 태의 파이프는 필수적인 구성요소이다.
이와 같이 장치 및 시설을 마련함에 있어 필수적인 구성요소가 되는 파이프를 사용함에 있어서는 조립 등의 과정에서 확관 또는 축관의 성형이 요구되는 데, 기존에는 파이프의 확관 또는 축관을 위하여 기계적으로 외력을 가하는 확관 장치 또는 축관장치를 이용하였으나 최근에는 전자기력으로 확관 또는 축관하고 있다.
전자기력을 이용한 파이프의 확관 또는 축관은 성형대상물, 즉 파이프가 거치된 코일에 전기에너지를 공급함으로써 코일과 성형대상물 사이에서의 전기적인 연동에 의해 발생되는 전자기력을 통해 파이프를 확관 또는 축관하는 것으로, 단시간 내에 파이프가 갖는 항복원력 이상의 고출력을 가하는 것이어서, 성형품질이 뛰어날 뿐만 아니라, 생산성이 뛰어난 장점이 있어 그 이용의 범위가 점차로 확대되고 있다.
그러나 기존의 전자기력을 이용한 파이프 성형장치는 일정 길이로 된 스프링의 형태의 코일을 이용하는 것이어서 코일의 인덕턴스 값이 한정되는 것이었다.
여기서 코일의 인덕턴스 값은 일종의 저항 값으로 인덕턴스 값이 클 경우 코일에서 발생하는 전자기력의 값이 줄어들면서 전자기력의 유지시간은 길어지는 반면, 인덕턴스 값이 작을 경우 코일에서 발생하는 전자기력의 최대 값은 커지면서 전자기력의 유지시간은 짧아지게 된다.
성형 대상물 즉 파이프를 확관 또는 축관하기 위해서는 코일로부터 발생하는 전자기력이 파이프 자체가 갖는 항복원력보다 커야 할 뿐만 아니라, 일정시간 이상 유지되어야 하는 데, 기존의 전자기력을 이용한 파이프 성형 장치는 코일의 인덕턴스값이 한정되는 것이어서, 이로부터 방출되는 전자기력 또한 한정되는 것이었던 바, 한정된 전자기력으로 성형가능한 단일 성형 대상물 즉, 단일 규격 단일 재질의 파이프만을 성형할 수 밖에 없는 것이어서 별도 규격 별도 재질의 파이프를 확관 또는 축관하기 위해서는 성형 대상이 되는 파이프에 적합한 전자기력을 방출할 수 있는 코일을 별도 제작해야 하였으므로 성형 대상물 별 코일 제작에 따른 비용상의 부담이 발생하게 될 뿐만 아니라, 작업시간 자체에 따른 생산성 저하의 문제가 있었다.
등록특허 제10-1081571호(내진 스프링을 이용한 수배전반용 내진장치)(2011.11.02.) 등록특허 제10-1277282호(진동감지 차단기능이 구비된 수배전설비)(2014.06.14.)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 전자기 펄스 용접을 이용하는 과정에서 펄스성 고전압 대전류를 방전하고 상기 방전된 전류를 이용하여 자속 집중기에 유도전류를 생산하고 상기 생산된 유도 전류와 방전된 전류가 만드는 전류 사이의 자기 반발력을 이용하여 내진용으로 사용될 수 있는 견고한 결합력을 가질 수 있는 내진용 가새를 포함하는 수배전반을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 환경 오염의 발생원인인 용접 재료, 가스, 용가제, 플럭스, 윤활유 및 세척유 등을 사용하지 않고도, 고품질의 제품을 생산할 수 있는 친환경적인 제품인 가새에 대한 제조방법으로 전자기 유도 원리를 자속 집중기에 적용하여 일정 수준이상의 결합력을 가질 수 있는 전자기 펄스 용접을 이용한 내진 대비 제1, 2 가새(brace)로 강화된 내진대비 수배전반을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스용접을 이용한 내진 대비 가새를 포함하는 수배전반은, 수배전반에서 상기 수배전반을 지지하는 제1, 2 가새를 포함하는 수배전반에 있어서, 상기 수배전반 본체의 측면 상부에 설치되는 제1, 2 브래킷과, 상기 수배전반 본체의 측면 하부에 설치되는 제3, 4 브래킷; 및 상기 제1, 4 브래킷을 연결하는 제1 가새와 상기 제2, 3 브래킷을 연결하는 제2 가새; 및 상기 제1, 4 브래킷과 제1 가새를 연결할 때에는 전자기력으로 마그네틱 펄스 웰딩(Magnetic Pulse Welding) 공정을 통해서 강도가 증가된 것이되, 상기 마그네틱 펄스 웰딩 공정은, AC 전류원과 상기 AC전류원에서 공급되는 AC전류를 정류하는 변압기와 다이오드를 포함하는 정류부에서 정류되어 출력되는 전하를 축적하고, 상기 축적된 전류를 방출할 수 있는 방전 스위치의 작동에 따라 대전류를 전달하는 다수의 전력선을 통해서 공급되는 대전류를 회전시키는 회전부;와, 상기 회전부에서 공급되는 전류에 의하여 자속집중기에 의하여 유도전류가 형성되고, 상기 제1가새와 제1 브래킷 및 제4 브래킷의 접속부를 전자기력을 작용시켜 상기 제1 가새와 제1 브래킷 및 제4 브래킷의 접속부의 강도를 증가시키고, 상기 제2 가새와 제2 브래킷 및 제3 브래킷의 접속부를 전자기력을 작용시켜 상기 제2 가새와 제2 브래킷 및 제 3브래킷의 접속부의 강도를 증가시킨 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 회전부와 상기 자속 집중기 사이에는 척력이 작용하여 상기 자속집중기 내부에 배치되는 브래킷과 가새를 가압하여 접착시킬 수 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 용접을 이용한 내진 대비 가새의 제조방법에 있어서, AC전류원에서 전류 출력을 하는 단계(s10);와, 상기 출력된 AC전류를 변압기와 다이오드를 이용하여 직류로 정류하는 단계(s20);와, 상기 정류된 직류 전류를 병렬 커패시터에 저장하는 단계(s30);와 상기 병렬 커패시터에 저장된 전하를 방전스위치를 통해서 펄스 형태로 방출하는 단계(s40);와, 상기 방출된 펄스 형태의 대전류를 다수의 전력선을 통해서 공급하는 단계(s50);와 상기 전력선을 통해서 공급된 대전류를 일측에 절연체가 형성된 원형의 회전부를 통해서 공급하는 단계(s60);와, 상기 원형의 회전부를 통해서 공급된 전류로부터 상기 원형의 회전부에 장착된 자속집중기에 유도전류가 발생하는 단계(s70) 및 상기 자속집중기에 발생한 자기장과 상기 원형의 회전부 사이에 발생한 자기장과의 척력을 이용하여 상기 자속집중기의 중앙부를 관통하는 가새와 제1, 4 브래킷의 접속부를 눌러서 부착시키되(s80);, 상기 가새의 접속부는 상기 수배전반을 지지하는 X자형태의 가새와 제1 브래킷 또는 제1 가새와 제4브래킷의 접속부인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원형의 회전부와 상기 원형의 회전부에 의해 유도된 자기장에 의한 척력은 하기 [수학식 1]에 의하여
[수학식 1]
Er=Bz2/2μμ0= μμ0Hz 2/2
에 의하여 지배되는 것일 수 있다.
상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 수배전반에 설치되는 가새의 경우 외부에 대한 지탱력이 우수할 것이 요청되는 데, 제1, 2 가새와 제1 내지 4브래킷의 접속부위에 대하여 전자기력에 의한 가압력으로 접합력을 증가시킬 수 있고 외부의 지진에 대한 충격흡수 능력을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전가지 펄스 용접을 이용한 내진대비 가새를 포함하는 수배전반에 의하면, 지진 대비 용으로 제작되어 견고함을 유지하여야 하는데 금속 간을 결합시켜야 하는 공정으로 고온 가열의 과정이 필요없는 전자기 용접이라고 하는 고온 가열 공정이 없는 특성을 활용하여 X자형태의 가새와 브래킷의 접속부 지점에 대한 결합력을 증가시킬 수 있어서 내진 대비 수배전반으로서의 면모를 겸비할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수배전반에 내진 대비용 가새가 크로스 형태로 설치된 것을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수배전반에 설치되는 가새에 대한 결합력을 증가시킬 수 있도록 구성된 MPW장치의 구조를 보여주는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가새 접합을 위한 전자기 펄스 공정을 이용한 용접 공정의 원리를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 용접을 이용한 내진 대비 가새의 제조방법에 따른 순서를 표시하는 절차도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고, "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자기 펄스용접을 이용한 내진대비부품에 대한 특성에 대하여 논의한다.
최근 금속가공산업은 자동차, 조선, 기계, 전자 등의 부품 소재 제조에 있어 핵심적인 산업으로 자리하고 있다. 특히 가장 많은 비중을 차지하고 있는 용접산업은 저임금을 바탕으로 한 중국기술의 추격과 선진국의 고품질화에 직면하고 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위하여 친환경 공정기술의 개발과 신기술을 통한 제품의 부가가치제고가 요구된다.
MPW(Magnetic Pulse Welding)는 자기장에 의한 전자기력을 사용하므로 물리적인 접촉없이 금속 또는 소재를 가공하는 방법으로서 용접(brazing과 soldering포함), 금형 및 소성가공공정에서 환경 오염 발생원인 용접재료, 가스, 용가새, 플럭스, 윤활유 및 세척유 등이 필요 없이도 고품질의 제품을 생산할 수 있는 친환경적인 공정 기술이다. 즉 전자기력(electromagnetic force)을 이용하여 두 가지의 재료를 결합시킬 수 있는 초청정의 결합기술이다.
그 외에도 도금된 상태에서도 작업이 가능하여 기존의 공정에서 결함이 발생하였을 때, 재도금을 실시하는 후공정이 생략되어 도금공정으로서 배출되는 오염물질도 줄일 수 있고, 작업이 수㎲ 정도에서 이루어지기 때문에 전력소모가 매우 적으며 작업 시간을 절약할 수 있는 장점을 갖고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 수배전반에 대한 내진 대비용 제1, 제2 가새(brace)가 크로스 형태로 설치된 것을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 수배전반(100) 설비에서 해당 건축물의 외함 본체(10)에 제1, 2 가새(110)가 크로스(X자) 형태로 설치된 것을 확인할 수 있다.
최근 세계 여러 지역에서 지진 발생 빈도가 증가함에 따라 그로 인해 수많은 인명 및 재산 피해가 발생하고 있으며, 비교적 안전지대로 분류되었던 우리나라에서도 이러한 조짐이 나타나고 있어 우리도 더 이상 안전지대라는 생각만 가질 것이 아니라, 그에 대한 대비를 철저히 하여 만일의 지진 등의 사태가 발생하였을 때, 발생할 수 있는 피해를 최소화하기 위한 국가 재난 시스템 점검 및 건축물의 내진 설계 강화와 같은 움직임이 일어나고 있는 추세이다.
일반적으로 고압 배전반, 저압배전반, 전동기 제어반, 변압기반(이하, 이를 통칭하여 '수배전반(INCOMING PANEL'이라 한다) 수배전반은 한국 전력공사(Korea Electric Power Coperation)에서 공급하는 특고압 또는 고압의 전력을 수전받아 이를 수용가에서 사용되는 전압으로 변환하여 수용가의 부하설비로 공급하는 기능을 하는 전기설비이다.
이와 같은 수배전반은 수용가 건축물의 바닥에 설치되어지기 때문에 지진 등에 의한 건축물의 진동, 충격, 공진이 발생하면, 그 영향으로 인해 수배전반 외함이 전도되거나 내부에 설치된 전력기기 및 이러한 전력기기를 서로 연결하는 배선 등에 진동이나 충격이 확대, 전달됨으로써 수배전반 자체의 구조 또는 접속 지점이 손상되어 제 기능을 수행할 수 없게 된다. 이와 같은 현상의 발생은 지진과 같은 비상 시의 발생 시에 전기시설물에 필요한 전력 공급이 중단되거나 이로 인한 사람의 감전 등에 따른 인명피해, 화재 사고 등과 같은 2차 피해로 이어져 나타날 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.
또한 한국전기안전공사(Korea Electrical Safety Coperation)에서 발표하는 전기 설비 사고 통계에 따르면, 진동, 충격 등에 의한 사고 원인 비중이 꾸준히 증가하고 있어 지진 또는 외부 충격으로부터 수배전반을 보호하고, 초기에 대응하여 인명 및 재산 피해를 최소화할 수 있는 수배전반 내진 대책 및 감시, 진단기술이 더욱 요구되고 있는 실정이라고 할 수 있다.
이러한 수배전반 내진 대책과 감시, 진단 방안으로는 대한민국 등록특허 제10-1081571호(내진 스프링을 이용한 수배전반용 내진장치)와 제10-1277282호(진동감지차단기능이 구비된 수배전설비) 등이 제안되어 있다.
상기 대한민국 등록특허 제10-1081571호(내진 스프링을 이용한 수배전반용 내진장치)에 의하면, 수배전반의 하부 프레임에 설치되는 내진 장치에 있어서, 건축물의 바닥면에 고정되는 고정플레이트의 원통 바닥 중심에 삽입/결합되어 상하로 이동하는 탄성 조절나사가 설치되고, 탄성 조절나사가 원통의 내측으로 돌출되는 상측면에 원형판재의 가압부재가 설치되며, 가압부재의 상측면에는 내진 스프링이 설치된 탄성 조절부재로 구성되어, 탄성 조절 부재의 외주 상측면 중심부에 걸합된 지지부재가 수배전반과 체결, 고정되는 구조이다.
하지만 상기 특허 기술에서는 단순히 기계적 구조물인 스프링을 통해 진동을 완화시키기 때문에 지진 발생 시 수배전반에 전달되는 진동 에너지를 단시간 내에 효과적으로 흡수, 감소, 소멸 및 분산시킬 수 없고, 수배전반 내부에 설치된 각종 전력기기들은 파손, 오동작 및 성능 저하가 발생되는 문제점을 가지고 있으며, 수배전반에 지진 또는 충격이 가해진 경우 신속하게 감지, 경보, 제어하여 초기에 대응하지 못하는 문제점을 가지고 있다.
또한 대한민국 등록특허 제10-1277282호(진동감지 차단기능이 구비된 수배전설비)에 의하면, 배선용 차단기를 구비하는 수배전설비 본체와 수배전 설비 본체에 설치되어 진동을 감지하는 진동센서, 상기 진동센서에 의해 감지된 진폭이 설정값을 초과할 경우, 경고메시지 발신 및 배선용 차단기를 선택적으로 차단시키는 안전컨트롤러, 수배전 설비 본체 외부에 설치되고, 진동센서 또는 안전컨트롤러에 각각 유선 또는 무선으로 연결되어 진동센서와 진동그래프가 실시간으로 표시되는 표시 패널이 설치되는 구조이다.
하지만 단일 축에 대한 진동만을 감지하기 때문에 3축으로 동시에 발생되는 지진을 감지할 수 없으며, 단순히 시간에 따른 진폭만을 측정하기 때문에 지진 발생시 수배전 설비에 영향을 미치는 주요 요소인 3축 가속도 및 변위를 측정하여 활용할 수 없고, 자체적으로 내진구조가 설계되어 있지 않아 지진 발생시 수배전설비가 먼저 파손되면, 진동감지 차단기능을 수행할 수 없는 약점을 가지고 있다.
이에 지진 발생시에도 파손되지 않고 수배전반의 주요기능인 전력공급을 위급상황 시에 전기시설물에 안정적으로 공급할 수 있도록 내진성능을 구비하며, 지진데이터를 초기에 감지하여 진도에 따른 지진 경보 및 제어를 실시함으로 인해 피해를 최소화할 수 있는 방안이 요구되고 있는 실정이라고 할 수 있다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 수배전반의 외형은 외함 본체(10)와 베이스(20)와, 도어(30)로 구분되어진다. 일반적으로 재질은 1-3mm 두께의 압연강판으로 되어 있고, 또한 수배전반은 조립식 구조로 제작되어지기 때문에 외함 본체(10), 베이스(20), 도어(30)는 볼트, 너트, 힌지, 경첩 등과 같은 부속장치를 사용하여 고정되고 조립 되어진다.
이때 외함 본체(10)의 내벽에는 제1 브래킷(112)과 제4 브래킷(118)을 통해서 연결된 제1가새(110)와 제2 브래킷(114)과 제3 브래킷(116)을 통해 연결된 제2 가새(111)을 설치하여 조립하게 된다. 이와 같이 2개의 가새(110, 111)가 교차하는 방식으로 설치되어 있는 가새를 크로스 가새라고도 한다.
상기 크로스가새(110, 111)는 수배전반 본체 내벽에 강철프레임이 대각선 방향으로 크로스 되어 배치되는 구성이다. 제1, 2 가새(110)는 폴리머 재질로 형성될 수도 있다.
즉 도 1에 도시된 바와 같이, 크로스 형태로 배치되는 제1 가새(110)는 제1 브래킷(112) 또는 제4브래킷(118)과 접속할 때, 전자기력을 이용한 펄스 웰딩(magnetic pulse welding) 공정으로 인장력을 강화시킨 상태로서 지진에 대비한 인장강도를 증가시킨 상태라고 할 수 있다.
또한 제2 가새(111)는 제2 브래킷(114) 또는 제3브래킷(116)과 접속할 때, 전자기력을 이용한 펄스 웰딩(magnetic pulse welding) 공정으로 인장력을 강화시킨 상태로서 지진에 대비한 인장강도를 증가시킨 상태라고 할 수 있다.
즉 지진과 같은 외부의 응력에 대한 지탱력을 증강시키기 위해서는 제1 가새(110)와 제1 브래킷(112) 또는 제4 브래킷(118)과 접속할 때 접합력을 증가시키는 것이 필요한 데 마그네틱 펄스 웰딩 공정은 그 명칭에서 지칭하는 바와 같이, 금속의 접합부에 실질적으로 용접 공정(금속을 녹여서 결합시키는 공정)을 사용하지 않고도 전자기력의 발휘로 접합강도를 증가시킬 수 있는 장점을 가질 수 있다.
물론 이때 제1,2 가새(110, 111)가 교차하는 부분(도면번호 미부여)에 러그 등을 설치하여 이 부분에 대하여 MPW 공정을 적용하여 인장강도를 증가시켜서 내진 대비 가새(110, 111)를 포함하는 수배전반을 제작할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수배전반에 설치되는 가새에 대한 결합력을 증가시킬 수 있도록 구성된 MPW(Magnetic Pulse Welding)장치의 구조를 보여주는 모식도이다.
도 2를 참조하면, MPW장치(200)는, 전원을 공급하는 AC 전류원(120)와, 상기 AC전류원(120)으로부터 공급되는 AC전류를 정류하는 변압기와 다이오드를 포함하는 정류부(130)와, 상기 정류부(130)에서 정류되어 출력되는 전하를 축전하는 캐패시터 뱅크(140);와, 상기 캐패시터 뱅크(140)에 저장된 전하를 방전시키는 방전 스위치(미도시);와, 상기 방전스위치의 작동에 따라 대전류를 전달하는 다수의 전력선(145)와, 상기 다수의 전력선(145)을 통해서 공급되는 전류를 원통형의 고리 모양으로 회전시키는, 절연체(180)를 포함하는 회전부(160); 및 상기 회전부(160)의 내부에 배치되는 자속집중기(Field shaper)(170)를 포함할 수 있다.
자속집중기(field shaper)(170)는 MPW(Magnetic Pulse Welding) 장치에서, 커패시터 뱅크(140)로부터 축전된 펄스 전기를 회전부(160)에 전달하고, 상기 회전부로부터 발생한 자기에 대응하여 가공되는 모재( 본원 발명에서는 수배전반 설비(100)에 설치되는 제1 가새(110)과 제1 브래킷(112)의 접속부 또는 제1 가새(110)와 제4브래킷(118)의 접속부가 이에 해당할 수있다.) 쪽으로 강한 전자기력을 낼 수 있도록 설계되고 설치되는 유도전류가 흐르는 장치를 말한다.
또한 상기 자속집중기(170)의 내부에는 제1 가새(110)와 제1 브래킷(112) 또는 제4브래킷(118)를 배치할 수 있는 공간을 포함할 수 있다. 이러한 자속집중기(170)의 내부에 위치하는 물질로는 본원 발명처럼 섬유상 물질이 위치할 수 있고 금속상 매개체가 배치될 수 도 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가새 접합을 위한 전자기 펄스 공정을 이용한 용접 공정의 원리를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 외부에 형성된 코일에 전류(i1)를 흘리면, 매우 강한 자기장(Hz)가 발생하며, 전기전도체인 자속집중기에 유도전류( i2)가 발생하며, 상기 두 전류(i1, i2)에 의한 상호작용에 의한 척력(상호 반발력)으로 수학식 1에 의한 내부에 위치하는 모재(본원 발명의 일 실시예에 따른 모재는 제1, 2 가재가 접속되는 접속부일 수 있다.)에 대한 전자기력(Er)이 작용하게 된다.
[수학식 1]
Er=Bz2/2μμ0= μμ0Hz 2/2
(Hz: 자기장 강도(Magnetic field intensity)(A/m), Bz: 자속 밀도(Magnetic flux density)(Wb/㎡), μμ0: 진공 투자율(permeability)(H/m))
상기 자속집중기(180)와 외부의 펄스 전류가 유입되는 회전부(160)는 본 발명에서 전자기력이 발생하여 상술한 제1,가새(110)와 제1 브래킷(112) 또는 제4 브래킷(118)를 접합할 수 있는 전자기력 발생부(150)에 포함된다고 할 수 있다.
상기 AC전류원(120)은, 상기 제1, 2 가새(110)를 결합시킬 수 있는 대용량의 펄스 전류를 발생시킬 수 있는 장치로서, 일반적인 전원공급장치로 대체될 수 있다.
이와 같이 AC전류원(120)에 전기적으로 접속되어 있는 변압기와 다이오드를 통해서 증폭된 후 직류 전하의 형태로 변환되어 커패시터 뱅크(130)에 저장될 수 있다.
이와 같이 정류부(130)는 AC전류원(120)으로부터 직류전원으로 변환되어 정류하는 역할을 수행할 수 있다.
커패시터 뱅크(140)는 대용량의 커패시터들을 4개 또는 8개 단위로 병렬 연결하여 AC전류원(120)과 정류부(130)로부터 공급된 직류를 충전할 수 있다.
예를 들면 125㎌/10kV의 커패시터 4개를 병렬로 연결하여 구성할 수 있다. 상기 커패시터 뱅크(130)는 펄스폭을 최소화하기 위해 저임피던스로 설계될 수 있다. 상기 커패시터 하나는 약 100kA의 전류를 방전할 수 있다.
도시하지 않았지만 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 용접을 이용한 내진 대비 제1, 2 가새 제조장치(200)는 펄스 스위치 또는 대전류 스위치를 더 포함할 수 있다. 펄스스위치 또는 대전류 스위치는 이그나이트론, 아크 간극 스위치 또는 스파크 간극 스위치 등으로 구성되어 평상시에는 오프 상태를 유지하고, 동작시에는 게이트에 인가되는 제어전압에 응답하여 통전되어 순간적으로 수십kA~수백kA의 대전류를 전자기력 발생부(150)에 공급할 수 있다.
상기 대전류 스위치는 수십kV의 고전압에 견디면서 제어성이 보장되어야 하고, 주변동작 조건 변화에 관계없이 일정한 동작 특성을 가져야 하며, 상기 대전류 스위치를 통과하는 번개와 같은 섭씨 수만도의 고온의 아크 형태이기 때문에 이로 인한 전극의 손상을 최소화할 수 있는 구조로 설계될 수 있다.
상기 회전부(160)는 일측에 절연체(180)가 결합된 원호 형상일 수 있다.
상기 회전부(160)는 도전체로 구성되어 상기 수학식 1과 같은 전자기력을 낼 수 있는 근본적인 구성이라고 할 수 있다.
즉, 제1, 2 가새(110)에 가해지는 전자기력을 증가시키기 위해서는 상기 수학식 1에서 Bz(자속밀도)의 값을 크게 하는 것이 필요하며 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 용접을 이용한 내진 대비 제1, 2 가새 제조장치에서는 필요에 따라 커패시터 뱅크(140)에 저장되는 전하의 양을 조절하는 방법을 사용하여 순간적으로 대용량의 펄스를 생산하고 전자기력 발생부(150)로 전달될 수 있도록 설계될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 용접을 이용한 내진 대비 가새의 제조방법에 대하여 논의한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 용접을 이용한 내진 대비 가새의 제조방법에 따른 순서를 표시하는 절차도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 용접을 이용한 내진 대비 가새의 제조방법은, 먼저 전류원인 AC전류원에서 전류가 출력될 수 있다(s10). 상기 전류원은 220V의 상용전원일 수 있다.
상기 AC전류는 변압기(두 개의 코일이 감긴 회수에 따라 전압을 변화시킬 수 있는 구성이면 된다.)를 통해서 전압이 증폭된 후 다이오드를 통해서 정류 단계(s20)를 거칠 수 있다. 이렇게 정류된 전류는 커패시터 뱅크(140)에 저장될 수 있다(s30).
상기 커패시터 뱅크(140)는 2열로 배열된 4개 또는 8개의 커패시터 모듈을 포함할 수 있다. 상기 커패시터 모듈을 통해서 대용량의 전하가 저장되고, 방전 스위치를 통해서 전력선(145) 쪽으로 공급될 수 있다(s50, 60).
상기 전력선(145)은 다수개가 병렬로 연결된 상태로 회전부(160) 쪽으로 전기적으로 접속한 상태일 수 있다. 이와 같이 다수개의 전력선(145)이 전하를 한꺼번에 전자기력발생부(150) 쪽으로 공급되면 대전하의 양에 따라 상기 전자기력 발생부(150)에 존재하는 회전부(160)과 자속집중기(170) 사이에 발생하는 전자기적 척력을 조정할 수 있다(s70).
즉 전하량을 증가시키는 방법으로 크로스 형태의 제1가새(110)와 제1브래킷(112)또는 제4브래킷(118)의 접속부에 수us 초의 시간 동안에 압출력을 발휘할 수 있고, 이러한 압축력은 상기 제1 가새(110)와 제1 브래킷(112) 또는 제4브래킷(118)에 대한 결합력을 크게 증가시킬 수 있다(s80). 동일한 원리로 제2 가새(111)과 제2 브래킷(114) 또는 제3브래킷(116)과의 결합력을 증가시켜서 지진대비 가새(110, 111)를 포함하는 수배전반을 제작할 수 있다.
이와 같은 구성을 통해서 상기 지진대비용 가새(110)에 강한 결합력을 제공하는 과정을 통해 내진 대비 가새에 대한 결합력은 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 외함 본체 100: 수배전반
110: 제1 가새 111: 제2 가새
112: 제1 브래킷 114: 제2 브래킷
116: 제3 브래킷 118: 제4 브래킷
120: AC전류원
130: 정류부 140: 커패시터 뱅크
145: 전력선 150: 전자기력 발생부 160: 회전부
170: 자속집중기 180: 절연체

Claims (4)

  1. 수배전반에서 상기 수배전반을 지지하는 제1, 2 가새를 포함하는 수배전반에 있어서,
    상기 수배전반 본체의 측면 상부에 설치되는 제1, 2 브래킷;
    상기 수배전반 본체의 측면 하부에 설치되는 제3, 4 브래킷; 및
    상기 제1, 4 브래킷을 연결하는 제1 가새와 상기 제2, 3 브래킷을 연결하는 제2 가새; 및
    상기 제1, 4 브래킷과 제1 가새를 연결할 때에는 전자기력으로
    마그네틱 펄스 웰딩(Magnetic Pulse Welding) 공정을 통해서 강도가 증가된 것이되,
    제1,2 가새(110, 111)가 교차하는 방식으로 설치되어 크로스가새로 형성되고, 상기 크로스가새(110, 111)는 수배전반 본체 내벽에 강철프레임 또는 폴리머 재질로 이루어져 대각선 방향으로 크로스 되어 배치되며,
    상기 마그네틱 펄스 웰딩 공정은,
    AC 전류원과 상기 AC전류원에서 공급되는 AC전류를 정류하는 변압기와 다이오드를 포함하는 정류부에서 정류되어 출력되는 전하를 축적하고,
    상기 축적된 전류를 방출할 수 있는 방전 스위치의 작동에 따라 대전류를 전달하는 다수의 전력선을 통해서 공급되는 대전류를 회전시키는 회전부;
    상기 회전부에서 공급되는 전류에 의하여 자속집중기에 의하여 유도전류가 형성되고,
    상기 제1가새와 제1 브래킷 및 제4 브래킷의 접속부를 전자기력을 작용시켜 상기 제1 가새와 제1 브래킷 및 제4 브래킷의 접속부의 강도를 증가시키고,
    상기 제2 가새와 제2 브래킷 및 제3 브래킷의 접속부를 전자기력을 작용시켜 상기 제2 가새와 제2 브래킷 및 제 3브래킷의 접속부의 강도를 증가시킨 것을 특징으로 하며,
    상기 회전부와 상기 자속 집중기 사이에는 척력이 작용하여 상기 자속집중기 내부에 배치되는 제1, 제2 가새의 접속부를 가압하여 접착시킬 수 있으며,
    상기 전자기력은
    하기 [수학식 1]에 의하여
    [수학식 1]
    Er=Bz2/2μμ0= μμ0Hz 2/2
    (Hz: 자기장 강도(Magnetic field intensity), Bz: 자속 밀도(Magnetic flux density), μμ0: 진공 투자율(permeability))에 의하여 지배되고,
    상기 자속밀도(Bz)는,
    커패시터 뱅크에 저장되는 전하의 양을 조절하는 방법으로 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스용접을 이용한 내진 대비 제1, 2 가새를 포함하는 수배전반.
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