KR102197932B1 - 수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법 - Google Patents

수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법 Download PDF

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KR102197932B1
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문성춘
손수현
김성룡
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배경진
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Abstract

수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법이 제공된다. 본 발명의 방법은, 보호 대상 설비의 진동을 모델링하는 진동계 모델을 구성하는 단계; 상기 진동계 모델의 운동 방정식을 유도하고, 상기 운동 방정식을 정규화하는 단계; 및 상기 진동계 모델에서, 상기 보호 대상 설비의 최대 굽힘 응력 및 진동 전달률을 극소화시키는 상기 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 설계 변수 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 최대 굽힘 응력은,
Figure 112020046796963-pat00280
로 얻어지고, 여기에서,
Figure 112020046796963-pat00281
는 상기 보호 대상 설비에 작용하는 최대 굽힘 모멘트(Maximum bending moment)이고,
Figure 112020046796963-pat00282
는 상기 보호 대상 설비의 중립축에서 단면의 외곽까지의 거리이며, L 및 I는 각각 상기 보호 대상 설비의 의 길이와 단면 계수(Area moment of inertia)인 것을 특징으로 한다. 더 나아가, 상기 설계 변수 결정 단계는, 상기 내진 장치의 스프링 상수 및 감쇠 계수를,
Figure 112020046796963-pat00283
및
Figure 112020046796963-pat00284
로서 얻는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하여, 보호 대상 설비의 물리적 특성을 고려하여 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 상수를 결정할 수 있으므로, 보호 대상 설비에 맞춤화된 내진 장치를 설계할 수 있고, 보호 대상 설비를 지진으로부터 효과적으로 보호할 수 있다.

Description

수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법{Method of designing seismic isolation mount for protecting electrical equipment comprising switchboard and control panel}
본 발명은 내진 장비에 관한 것으로서, 특히 수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법에 관한 것이다.
최근에 경주와 포항에서 발생한 지진으로 인해 우리나라도 지진으로부터 안전 지대가 아니라는 위기감이 대두되고 있다. 특히 쓰촨성 지진과 같이 판내 지진의 발생 빈도가 증가하고 있어 우리나라도 대형 지진의 발생할 가능성이 높아지고 있다.
우리나라는 내진 관련법이 제정된 1988년 이후 내진 설계를 적용하여 오고 있으나 현재까지 국내 건축물의 내진율이 6.8%에 불과해 지진에 매우 취약한 구조로 분석되고 있다. 지난 반세기 동안 비약적인 도시화와 산업화에 따른 주거 환경변화로 도시 내 지진 위험이 크게 증가한 상태로 국민 안전처에서 발표한 지진 피해 예측 모델에 따르면 서울에 규모 지진 발생시 건축물 피해 추정액은 427조, 간접손실 피해 추정액은 536조로 막대한 피해가 예상되고 있다.
따라서, 정부에서는 지진 방재 대책의 일환으로 내진 설계 규정을 지속적으로 강화해 가고 있으며 기존 공공 시설물의 내진 보강 대책 등을 추진하고 있어 내진 관련 건설시장은 지속적인 성장이 예상되고 있다. 특히, 전 세계 인구 증가 및 도시화에 따라 지진 발생에 따른 피해가 대규모화 되면서 내진 기술은 해외 건설 시장에서 고부가 가치를 창출할 수 있는 미래 기술로 부각되고 있다.
일반적으로, 내진 설계란 지진 발생시 구조물의 안전성을 유지하고 그 기능을 발휘할 수 있도록 구조물의 모든 응력이 허용 응력 이내가 되도록 단면의 물리적 특성을 결정하는 구조 설계를 의미한다. 내진 설계의 핵심은 건축물이 지진파의 수평력에 대응하게 만드는 것으로 최근에는 진동 전달을 최소화하는 면진 기술과 구조물에 제진장치를 설치하여 지진의 충격을 상쇄시키는 제진 기술이 내진설계에 적용되고 있다.
현재 계전기 판넬 등과 같은 전력 공급 설비, 또는 감시반, 분전반, 통신반, 보호반, 통제실, 통신 제어 선로, 전산 기기, 제어실 등에 설치되는 설비는 건물 바닥에 또 하나의 바닥판을 설치하여 이중 바닥 시스템에 설치하도록 되어 있는데, 이중 바닥 시스템의 구성을 살펴 보면, 먼저 콘크리트 슬래브 바닥 위에 일정 간격으로 수직 지지봉들을 에폭시 접착제로 도포하여 부착하고, 이 바닥 슬래브 위에는 수직 지지봉들을 매개로 설치 바닥판이 이중으로 설치된다. 그리고 이 설치 바닥판 위에 계전기 판넬이나 수배전반 및 앞에서 언급한 각종 설비를 설치하게 되는데, 이 계전기 판넬 등이 중량일 때에는 설치 바닥판에 있는 4개의 구멍 중 2개의 구멍에 앵커 못으로 고정시키고, 그 다음 두부(Head) 상단에 충격패드(Cushion pad)를 위치시키고 상부 위치 고정용 지지대를 각각 수직 지중봉에 사방으로 연결하여 볼트로 고정하여 틀을 짜 맞춘다. 그 위에 쿠숀 패드 홈에 맞추어 상판을 사방으로 조립하여 완성시킨다.
대한민국 특허 등록 번호 제 10-1765683 호(발명의 명칭 "이골형 앵커 조립체 및 그를 이용하여 지진의 진동흡수도 가능한 이골형 앵커 시공공법")을 참조하면, 이골형 앵커 조립체 및 그를 이용하여 지진의 진동 흡수도 가능한 앵커 시공 공법이 개시된다. 해당 공법은 PC 강연선의 선, 후단에 PC 강연선의 설치 각도를 조절할 수 있는 각도 조절 헤드가 각각 설치된 이골형의 앵커 조립체가 지진이나 대규모 지반 변형시 진동을 흡수하고, 인장시나 대규모 지반 변형, 지진시 PC 강연선의 꺽임 현상을 방지하여 어느 조건에서든 힘의 축선 일치로 PC 강연선이 최대의 인장력을 발휘할 수 있다.
그러나, 이러한 이골형 앵커는 시공 시에 설치하지 않으면 추가 설치할 수가 없고, 이미 설치된 설비들에는 적용될 수 없는 한계가 있다. 즉, 이러한 기술은 신설되는 장비 또는 설비에 적용이 가능하였으나, 기존 운영되고 있는 수배전반 또는 계전기 판넬과 같은 장비에서 내진 보강 구조를 설치하기 위해 정전이나 이설해야 하기 때문에 장비 운전상 적용할 수가 없는 문제점을 가지고 있다.
그러므로, 신설되는 장비는 물론이고, 이미 설치된 설비의 내진 성능을 향상시키기 위해 해당 설비의 물리적 특성을 고려하여 내진 장치를 설계하는 기술이 절실히 요구된다.
대한민국 특허 등록 번호 제 10-1765683 호(발명의 명칭 "이골형 앵커 조립체 및 그를 이용하여 지진의 진동흡수도 가능한 이골형 앵커 시공공법")
본 발명의 목적은 보호 대상 설비의 내진 성능을 향상시키기 위해 보호 대상 설비의 물리적 특성을 고려하여 내진 장치를 설계하는 내진 장치 설계 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일면은, 수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 내진 장치 설계 방법은, 상기 보호 대상 설비의 소정의 방향에 있어서의 진동을 모델링하는 진동계 모델을 구성하는 단계; 상기 진동계 모델의 운동 방정식을 유도하고, 상기 운동 방정식을 정규화하는 단계; 및 상기 진동계 모델에서, 상기 보호 대상 설비의 최대 굽힘 응력 및 진동 전달률을 극소화시키는 상기 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 설계 변수 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 진동계 모델을 구성하는 단계는, 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치를 상기 방향으로 진동하는 칼럼으로 간주하고, 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치 각각의 집중 질량, 스프링 상수, 및 감쇠 상수를 사용하여 상기 진동계 모델을 구성하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 진동계 모델을 구성하는 단계는,
Figure 112020046796963-pat00001
를 최소화하는 k s 및 c s 를 찾기 위하여,
Figure 112020046796963-pat00002
를 설계 제약으로서 고려하며, 여기에서,
Figure 112020046796963-pat00003
는 최대 굽힘 응력,
Figure 112020046796963-pat00004
는 허용가능 응력,
Figure 112020046796963-pat00005
는 최대 가속도 이득,
Figure 112020046796963-pat00006
는 가속도 이득 한계,
Figure 112020046796963-pat00007
는 최대 스프링 변위,
Figure 112020046796963-pat00008
는 스프링 변위 한계,
Figure 112020046796963-pat00009
는 최대 상대 변위,
Figure 112020046796963-pat00010
는 현가 장치의 변위이고,
Figure 112020046796963-pat00011
는 1보다 작은 가중치 인자인 것을 특징으로 한다. 더 나아가, 상기 운동 방정식을 정규화하는 단계는, 상기 운동 방정식을
Figure 112020046796963-pat00012
로서 모델링하고, 상기 진동계 모델에 인가된 최대 작용력을
Figure 112020046796963-pat00013
로서 모델링하며, 여기에서,
Figure 112020046796963-pat00014
은 고유 진동수(Natural frequency),
Figure 112020046796963-pat00015
이고,
Figure 112020046796963-pat00016
는 감쇠비(Damping ratio)이며,
Figure 112020046796963-pat00017
는 지반가속도 스펙트럼,
Figure 112020046796963-pat00018
이고, k 및 k s 는 각각 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치의 스프링 상수, c 및 c s 는 각각 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치의 감쇠 상수를 나타내고, x는 상기 방향에 있어서의 변위를 나타내는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 설계 변수 결정 단계는, 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치의 최대 변위 제한치, 가속도 이득의 제한치, 및 최대 굽힘 응력을 고려하여 상기 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 것을 특징으로 하고, 상기 최대 굽힘 응력은,
Figure 112020046796963-pat00019
로 얻어지고, 여기에서,
Figure 112020046796963-pat00020
는 상기 보호 대상 설비에 작용하는 최대 굽힘 모멘트(Maximum bending moment)이고,
Figure 112020046796963-pat00021
는 상기 보호 대상 설비의 중립축에서 단면의 외곽까지의 거리이며, L 및 I는 각각 상기 보호 대상 설비의 의 길이와 단면 계수(Area moment of inertia)인 것을 특징으로 한다. 더 나아가, 상기 설계 변수 결정 단계는, 상기 내진 장치의 스프링 상수 및 감쇠 계수를,
Figure 112020046796963-pat00022
및
Figure 112020046796963-pat00023
로서 얻는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 설계 변수 결정 단계는, 설계 변수를 최적화 알고리즘, 후발견적 알고리즘(meta-heuristic algorithm), 및 공학적 시행착오법(Engineer's trial and error method) 중 적어도 하나를 사용하여 결정하는 것을 특징으로 하고, 상기 보호 대상 설비는 고압 수배전반, 저압 수배전반, 분전반, 계측 제어반, 및 전동기 제어반 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하여, 보호 대상 설비의 물리적 특성을 고려하여 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 상수를 결정할 수 있으므로, 보호 대상 설비에 맞춤화된 내진 장치를 설계할 수 있고, 보호 대상 설비를 지진으로부터 효과적으로 보호할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 내진 장치 설계 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 방법이 구현될 수 있는 내진 장치 설계 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 내진 장치 설계 방법에서 고려하는 방진 진동계 모델을 예시한다.
도 5는 등가 칼럼의 치수를 나타낸다.
도 6은 본 발명을 이용하여 설계 변수를 구하는 예를 도시한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
본 명세서 전반에 걸쳐 보호 대상 설비라는 용어는 수배전반 및 제어반 등을 포함하는 전기설비를 포괄하여 함축하는 명칭으로 혼용하여 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 내진 장치 설계 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 2는 도 1의 방법이 구현될 수 있는 시스템을 예시한다.
본 발명에 의한 내진 장치 설계 방법은, 보호 대상 설비의 물리적 치수 및 성질과 같은 설계 상수를 수신하는 단계(S110), 보호 대상 설비의 소정의 방향에 있어서의 진동을 모델링하는 진동계 모델을 구성하는 단계(S130), 진동계 모델의 운동 방정식을 유도하고, 운동 방정식을 정규화하는 단계(S150), 및 상기 진동계 모델에서, 상기 보호 대상 설비의 최대 굽힘 응력 및 진동 전달률을 극소화시키는 상기 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 단계(S170)를 포함한다. 또한, 결정된 설계 변수가 설계을 만족하는지 여부를 판단하여, 만족시키지 못할 경우 설계 변수를 다시 결정하여 정제하는 단계(S190)를 포함한다. 각각의 단계들에 대해서는 본 명세서의 해당 부분에서 상세히 후술된다.
도 2는 도 1의 방법이 구현될 수 있는 내진 장치 설계 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 내진 장치 설계 시스템은, 사용자 단말기(210, 212, 214), 내진 장치 설계 서버(250), 및 데이터베이스(260)를 포함한다.
사용자 단말기(210, 212, 214)는 보호 대상 설비의 물리적 성질과 치수 등의 설계 상수를 입력하기 위해 사용되고, 내진 장치 설계 서버(250)에 의해 결정된 설계 변수를 수신한다. 사용자 단말기(210, 212, 214)를 통해 입력된 설계 상수는 네트워크(290)를 통해 내진 장치 설계 서버(250)로 전달되고, 데이터베이스(260)에 저장된다.
내진 장치 설계 서버(250)는 도 1에서 설명된 것과 같은 설계 방법을 구현할 수 있는 프로세서를 포함한다. 내진 장치 설계 서버(250)에 의해 결정된 설계 변수는 다시 네트워크(290)를 통하여 사용자 단말기(210, 212, 214)로 전달된다.
이하, 본 발명에 의한 내진 장치 설계 방법을 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4에 방진 장치에 지지된 수배전반이 소정의 방향 지진운동을 받는 경우의 내진 해석을 위한 1-자유도 진동계 모델을 나타내었다. 도 3의 모델링에서 m은 집중질량으로 간주한 수배전반의 질량이고, k, c는 각각 수배전반 구조물을 외팔보 칼럼으로 간주하였을 때의 칼럼의 스프링 상수와 감쇠 상수이다. 그리고
Figure 112020046796963-pat00024
는 내진 장치(Seismic mount)를 탄성과 감쇠를 가진 칼럼(Column) 으로 간주하였을 때, 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 상수이다.
또한, U g (t)는 지반의 변위이고, y(t)는 수배전반의 진동 변위이고, y s (t) 는 내진 장치 상단의 변위이다. 도 3의 모델링에서 스프링 상수 k는 칼럼으로 근사시킨 수배전반의 굽힘 강성이므로 수배전반이 도 4의 수배전반과 동일하다면 칼럼의 스프링 상수는
Figure 112020046796963-pat00025
이 된다.
- 운동 방정식
뉴톤의 운동법칙을 이용하여 도 3의 (d)의 수학적 모델에 대한 운동 방정식을 유도한 다음 상대 변위
Figure 112020046796963-pat00026
에 대하여 나타내면 다음과 같다.
Figure 112020046796963-pat00027
여기서, 등가 스프링 상수(Equivalent spring constant) k eq 와 등가 감쇠 계수(Equivalent spring constant) c eq 는 도3의 수학적 모델로부터 각각 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112020046796963-pat00028
그런데 내진 장치 수배전반의 경우 대부분
Figure 112020046796963-pat00029
이므로 도3 (c)의 모델은 다음 도 4의 (a)와 같이 Zener 모델이 된다.
도 4의 (a)는 두 개의 스프링과 하나의 감쇠기로 조합된 비선형 점탄성 서스펜션 모델로서 소위 Zener 모델이다. 도 4에서 작용력 F와 변형
Figure 112020046796963-pat00030
(또는 응력과 변형률)의 관계는 비선형이지만 테일러 급수 전개를 이용하여 선형 함수로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112020046796963-pat00031
여기서
Figure 112020046796963-pat00032
는 각각 다음 수학식 4로 주어지는 Relaxation times이며,
Figure 112020046796963-pat00033
은 수학식 5로 주어지는 Relaxed modulus이다.
Figure 112020046796963-pat00034
Figure 112020046796963-pat00035
수학식 4에서 내진 장치에 지지된 수배전반의 경우
Figure 112020046796963-pat00036
이므로
Figure 112020046796963-pat00037
이다.
그러므로 수학식 4와 수학식 5를 수학식 3에 대입하여 정리하면, 다음 식을 얻는다.
Figure 112020046796963-pat00038
한편 도 4의 (b)의 등가 스프링-감쇠기 현가 장치에서 작용력과 변형의 관계는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112020046796963-pat00039
위 수학식 7과 수학식 6을 비교하면, Zener 모델의 현가 장치의 등가 스프링 상수와 등가 감쇠 계수는 다음과 같이 된다.
Figure 112020046796963-pat00040
그러므로 위 수학식 1의 운동 방정식에 수학식 8의 등가 스프링 상수와 등가 감쇠 계수를 적용하면 도 4의 (b)의 모델에 대한 운동 방정식이 되며, 정규화(Normalized) 형식으로 다시 쓰면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020046796963-pat00041
수학식 9에서,
Figure 112020046796963-pat00042
은 고유 진동수(Natural frequency),
Figure 112020046796963-pat00043
이고,
Figure 112020046796963-pat00044
는 감쇠비(Damping ratio)이며,
Figure 112020046796963-pat00045
이다.
- 주파수 응답(Frequency responses)
지반 변위
Figure 112020046796963-pat00046
와 수배전반의 진동 변위
Figure 112020046796963-pat00047
, 기초가진 진동계의 상대진동 변위 응답
Figure 112020046796963-pat00048
, 그리고 내진 장치의 변위
Figure 112020046796963-pat00049
와 내진 장치의 상대 변위
Figure 112020046796963-pat00050
를 각각 다음과 같이 조화진동으로 가정하면,
Figure 112020046796963-pat00051
Figure 112020046796963-pat00052
Figure 112020046796963-pat00053
Figure 112020046796963-pat00054
Figure 112020046796963-pat00055
가 얻어진다. 지반가속도
Figure 112020046796963-pat00056
와 수배전반의 진동 변위 응답
Figure 112020046796963-pat00057
, 수배전반의 상대가속도 응답
Figure 112020046796963-pat00058
, 내진 장치의 가속도 응답
Figure 112020046796963-pat00059
, 내진 장치의 상대가속도 응답
Figure 112020046796963-pat00060
은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020046796963-pat00061
Figure 112020046796963-pat00062
Figure 112020046796963-pat00063
Figure 112020046796963-pat00064
Figure 112020046796963-pat00065
만약 지반가속도 스펙트럼
Figure 112020046796963-pat00066
가 주어진다면 전달 함수법(Transfer function method)을 이용하여 진동계 운동 방정식인 수학식 9의 해를 구하면 상대 진동 변위 주파수 응답(Frequency response)
Figure 112020046796963-pat00067
을 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112020046796963-pat00068
수학식 20에서
Figure 112020046796963-pat00069
은 진동수비(Frequency ratio),
Figure 112020046796963-pat00070
은 고유 진동수,
Figure 112020046796963-pat00071
이고,
Figure 112020046796963-pat00072
는 감쇠비(Damping ratio)이며,
Figure 112020046796963-pat00073
이다. 또한 위 식으로부터 수배전반의 최대 상대 변위
Figure 112020046796963-pat00074
는 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112020046796963-pat00075
한편 도 4의 (a)의 수배전반 진동계 모델에서 내진 장치의 상대 변위
Figure 112020046796963-pat00076
를 다음과 같이 정의하면,
Figure 112020046796963-pat00077
가 된다. 수학식 10과 수학식 13 및 수학식 14를 수학식 22에 적용하면 내진 장치의 최대 상대 변위
Figure 112020046796963-pat00078
는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020046796963-pat00079
- 변위, 속도, 가속도 스펙트럼 응답
수학식 9의 운동 방정식에서 지반운동
Figure 112020046796963-pat00080
가 주어진다면 수배전반 진동계의 상대 변위
Figure 112020046796963-pat00081
를 대합적분(Superposition integration)을 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112020046796963-pat00082
위에서
Figure 112020046796963-pat00083
은 감쇠고유 진동수(Damped natural frequency)이다.
해석한 시간구간에 걸쳐서 탐색하여 구한 변위 응답
Figure 112020046796963-pat00084
의 최대 진폭(The maximum absolute value of the displacement), 즉
Figure 112020046796963-pat00085
를 진동계 내진 해석에서의 "변위 스펙트럼 응답(Spectral displacement of the system)"
Figure 112020046796963-pat00086
으로 정의한다. 즉,
Figure 112020046796963-pat00087
이다. 또한 진동계의 내진 해석의 속도 스펙트럼 응답(Spectral velocity)
Figure 112020046796963-pat00088
과 가속도 스펙트럼 응답(Spectral acceleration)
Figure 112020046796963-pat00089
은 각각 다음과 같이 된다.
Figure 112020046796963-pat00090
Figure 112020046796963-pat00091
만약 응답 스펙트럼법 내진 해석으로 구한
Figure 112020046796963-pat00092
가 수학식 20에 나타낸 조화 해석법으로 구한 기초가진계의 주파수 응답
Figure 112020046796963-pat00093
의 최대 값과 근사적으로 동일하다고 가정하면, 도 4의 (b) 진동계에 대한 내진 해석의 근사적인 변위-, 속도-, 가속도- 스펙트럼 응답은 각각 다음과 같이 구해진다.
Figure 112020046796963-pat00094
Figure 112020046796963-pat00095
Figure 112020046796963-pat00096
- 수배전반 구조물의 최대 굽힘 변형 및 굽힘 응력과 구조 안전율
도 4의 (b)의 수배전반 진동계 모델에서 수배전반 질량 m에 걸리는 최대 작용력(Maximum force)은 다음과 같이 된다.
Figure 112020046796963-pat00097
근사 스펙트럼 응답을 사용하면 위 식은 다음과 같이 된다.
Figure 112020046796963-pat00098
수학식 21에서 구한 최대 상대 변위
Figure 112020046796963-pat00099
를 위 식에 대입하면 내진 장치-수배전반 진동계의 질량 m에 작용하는 최대 작용력
Figure 112020046796963-pat00100
는 다음과 같이 구해진다.
Figure 112020046796963-pat00101
여기서
Figure 112020046796963-pat00102
은 고유 진동수,
Figure 112020046796963-pat00103
이고,
Figure 112020046796963-pat00104
는 감쇠비(Damping ratio)이며,
Figure 112020046796963-pat00105
이다.
한편, 진동계의 직렬 스프링에 작용하는 힘과 변위의 관계로부터 다음 관계식이 성립된다.
Figure 112020046796963-pat00106
Figure 112020046796963-pat00107
Figure 112020046796963-pat00108
위 식에서
Figure 112020046796963-pat00109
는 내진 장치-수배전반 진동계의 질량 m에 작용하는 최대 작용력이고,
Figure 112020046796963-pat00110
는 내진 장치의 스프링 상수, k는 수배전반(구조물)의 스프링 상수, 그리고
Figure 112020046796963-pat00111
는 진동계의 등가 스프링 상수로서
Figure 112020046796963-pat00112
와 k가 직렬연결된 스프링 상수이다.
위 수학식 34 내지 수학식 36의 관계를 수학식 23에 적용하면 내진 장치의 최대 상대 변위
Figure 112020046796963-pat00113
는 다음과 같이 된다.
Figure 112020046796963-pat00114
수학식 33에서 구한 내진 장치-수배전반 진동계의 질량
Figure 112020046796963-pat00115
에 작용하는 최대 작용력
Figure 112020046796963-pat00116
를 수학식 37에 대입하면 내진 장치의 최대 상대 변위
Figure 112020046796963-pat00117
는 결국 다음과 같이 구한다.
Figure 112020046796963-pat00118
여기서
Figure 112020046796963-pat00119
은 고유 진동수,
Figure 112020046796963-pat00120
이고,
Figure 112020046796963-pat00121
는 감쇠비(Damping ratio)이며,
Figure 112020046796963-pat00122
이다.
수배전반의 작용력에 의한 수배전반 구조물(칼럼)의 굽힘 변형은
Figure 112020046796963-pat00123
이므로, 굽힘 변형의 최대 값
Figure 112020046796963-pat00124
는 다음과 같이 구해진다.
Figure 112020046796963-pat00125
수학식 21과 수학식 38을 수학식 39에 대입하면 수배전반 구조물(칼럼)의 최대 굽힘 변형
Figure 112020046796963-pat00126
는 결국 다음과 같이 구해진다.
Figure 112020046796963-pat00127
여기서
Figure 112020046796963-pat00128
은 고유 진동수,
Figure 112020046796963-pat00129
이고,
Figure 112020046796963-pat00130
는 감쇠비(Damping ratio)이며,
Figure 112020046796963-pat00131
이다.
수배전반 구조물(칼럼)에 걸리는 최대 전단력은 다음과 같다.
Figure 112020046796963-pat00132
여기서
Figure 112020046796963-pat00133
은 고유 진동수(Natural frequency),
Figure 112020046796963-pat00134
이고,
Figure 112020046796963-pat00135
는 감쇠비(Damping ratio)이다.
그러므로 수배전반 구조물(칼럼)에 발생되는 최대 굽힘 모멘트(Maximum bending moment)는 다음과 같이 구해진다.
Figure 112020046796963-pat00136
여기서
Figure 112020046796963-pat00137
은 고유 진동수,
Figure 112020046796963-pat00138
이고,
Figure 112020046796963-pat00139
는 감쇠비(Damping ratio)이며,
Figure 112020046796963-pat00140
이다.
보(칼럼)의 굽힘 변형 이론으로부터 수배전반 구조물(칼럼)에 발생되는 최대 굽힘 응력(Maximum bending stress)은 다음과 같이 정의된다.
Figure 112020046796963-pat00141
수학식 43에서
Figure 112020046796963-pat00142
는 구조물(칼럼)에 작용하는 최대 굽힘 모멘트(Maximum bending moment)이고, d는 도5에 보인 바와 같이 칼럼의 중립축에서 단면의 외곽까지의 거리이다. L , I는 각각 은 칼럼의 길이와 단면 계수(Area moment of inertia)이다. 그리고
Figure 112020046796963-pat00143
은 고유 진동수,
Figure 112020046796963-pat00144
이고,
Figure 112020046796963-pat00145
는 감쇠비(Damping ratio)이며,
Figure 112020046796963-pat00146
이다.
수학식 43에서 구한 최대 굽힘 응력과 칼럼 재료의 허용 응력을 비교하면 구조 안전율(Structural safety factor) S는 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112020046796963-pat00147
여기서
Figure 112020046796963-pat00148
는 칼럼, 즉 수배전반 구조 재료의 허용 응력(Allowable stress)이다.
- 변위 이득, 가속도 이득(Displacement gain and Acceleration gain)
도 4의 (b)의 기초가진 진동계의 방진 이론에서 변위 이득(Displacement gain) 또는 변위 전달율(Displacement transmissibility)
Figure 112020046796963-pat00149
는 지반 변위 진폭
Figure 112020046796963-pat00150
에 대한 수배전반 변위 진폭
Figure 112020046796963-pat00151
의 비율로 정의된다. 마찬가지로 가속도 이득(Acceleration gain) 또는 가속도 전달율(Acceleration transmissibility)
Figure 112020046796963-pat00152
는 지반가속도 진폭
Figure 112020046796963-pat00153
에 대한 수배전반 가속도 응답 진폭
Figure 112020046796963-pat00154
의 비율로 정의된다. 수학식 20으로 구해진 수배전반 상대 변위 응답
Figure 112020046796963-pat00155
에
Figure 112020046796963-pat00156
의 관계를 대입하면 변위 이득
Figure 112020046796963-pat00157
와 가속도 이득
Figure 112020046796963-pat00158
를 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112020046796963-pat00159
여기에서,
Figure 112020046796963-pat00160
은 진동수비(Frequency ratio)이고,
Figure 112020046796963-pat00161
은 고유 진동수,
Figure 112020046796963-pat00162
이고,
Figure 112020046796963-pat00163
는 감쇠비(Damping ratio)이며,
Figure 112020046796963-pat00164
이다. 미소 감쇠인 경우에, 수학식 45로부터 최대 변위 이득
Figure 112020046796963-pat00165
와 최대 가속도 이득
Figure 112020046796963-pat00166
는 각각 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112020046796963-pat00167
여기서
Figure 112020046796963-pat00168
는 감쇠비(Damping ratio)이고,
Figure 112020046796963-pat00169
이다.
- 내진 장치의 동적설계
내진 장치의 동적설계란 내진 해석과 기초가진 진동계의 방진 이론을 이용하여 수배전반의 내진 안전성을 만족하면서 동시에 방진 효과를 달성하도록 내진 장치의 설계 파라미터인 내진 장치 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 것을 말한다.
- 설계문제 정의
Figure 112020046796963-pat00170
를 최소화하는 k s 및 c s 를 찾는 것이 설계 문제이다.
여기에서, 설계를 위한 선택사항으로서,
Figure 112020046796963-pat00171
이 만족되어야 하고,
Figure 112020046796963-pat00172
는 최대 굽힘 응력,
Figure 112020046796963-pat00173
는 허용가능 응력,
Figure 112020046796963-pat00174
는 최대 가속도 이득,
Figure 112020046796963-pat00175
는 가속도 이득 한계,
Figure 112020046796963-pat00176
는 최대 스프링 변위,
Figure 112020046796963-pat00177
는 스프링 변위 한계,
Figure 112020046796963-pat00178
는 최대 상대 변위,
Figure 112020046796963-pat00179
는 현가 장치의 변위이고,
Figure 112020046796963-pat00180
는 1보다 작은 가중치 인자이다..
- 최적 설계 변수의 결정 방법
- 최적설계 알고리즘과 컴퓨터 프로그램을 이용하는 방법
일반적으로 최적설계문제의 최적해를 구하는 방법으로는 목적 함수와 설계 변수가 연속적이고 해석적(Continuous or analytical)인 경우에는 민감도 해석(Sensitivity analysis)에 기반한 최적화 알고리즘을 적용할 수 있고, 이에 반하여 목적 함수와 설계 변수가 불연속적이거나 이산적(Discontinuous of discrete)일 경우에는 후발견적 알고리즘(Meta-heuristic algorithms) 등을 이용하여 최적해를 탐색하는 방법이 널리 활용되고 있다. 이러한 최적설계 알고리즘과 최적설계 컴퓨터 프로그램을 이용하면 강건한 최적설계가 가능하다. 그러나 현실적으로 컴퓨터와 최적설계 S/W의 도움을 받지 않고는 최적설계 해를 구하기 불가능하다.
- 공학적 시행착오법
공학적 시행착오법(Engineer's trial and error method)은 컴퓨터와 최적설계 S/W의 도움을 얻기 어려운 상황에서, 전래의 방식대로 기계역학(Mechanics) 이론과 공학적 센스(Engineering sense), 그리고 공학적 경험을 바탕으로 설계 변수를 시행착오적으로 변경시키면서 목적 함수와 제한 조건을 만족하는 설계 변수 값을 찾아낸 다음 성능과 비용을 판단기준으로 우수한 설계를 선택하여 결정하는 방법이다,
여기서는 위 수학식 47과 수학식 48로 정의된 내진 장치에 지지된 수배전반의 최적설계 문제에서 공학적 시행착오법을 이용하여 내진 장치의 스프링 상수
Figure 112020046796963-pat00181
와 감쇠 계수
Figure 112020046796963-pat00182
의 설계 값을 결정하는 과정(Design optimization process)을 다음과 같이 제안한다.
단계 0 : 불변 설계 파라미터 계산
설계과정에서 목적 함수 계산에 필요하지만 설계과정 동안 일정한 상수로 변하지 않는 설계 파라미터를 계산한다. 예를 들어 수배전반의 제원이 도 6과 같이 주어진다면, 다음과 같이 수배전반 구조물(칼럼)의 설계 파라미터를 계산해 두어야 한다. 즉,
- 수배전반 구조(칼럼)의 단면 계수 I y ,
Figure 112020046796963-pat00183
- 수배전반 구조물의 스프링 상수 k,
Figure 112020046796963-pat00184
- 수배전반 구조물의 감쇠 상수 c,
Figure 112020046796963-pat00185
단계 1 : 시행변수(Trial variables) 선택: trial
Figure 112020046796963-pat00186
과 trial
Figure 112020046796963-pat00187
여기서는 이후의 단계들에서 적용할 trial
Figure 112020046796963-pat00188
과 trial
Figure 112020046796963-pat00189
의 값을 정한다. 즉, 설계과정을 시작하기 위하여 시도해 보는 설계 변수를 시행변수(Trial variable)라고 정의한다. 수학식 26)에 정의된 내진 장치-수배전반 진동계의 최적설계문제에서 설계 변수는 고유 진동수
Figure 112020046796963-pat00190
과 감쇠비
Figure 112020046796963-pat00191
이므로, 이번 설계과정의 시행변수는 당연히 trial
Figure 112020046796963-pat00192
과 trial
Figure 112020046796963-pat00193
가 된다.
참고로 일반적인 기초가진 진동계에서 방진 효과가 달성되기 위한 조건은
Figure 112020046796963-pat00194
이고, 따라서 방진계의 고유 진동수는
Figure 112020046796963-pat00195
의 조건을 만족해야 한다. 그런데 보다 실효적인 방진 효과를 보장하려면
Figure 112020046796963-pat00196
의 조건을 만족하도록 권장한다. 내진 해석에서 지반가속도의 주파수 영역은 보통
Figure 112020046796963-pat00197
(Hz), 즉
Figure 112020046796963-pat00198
(rad/s)의 범위에 있다. 그러므로 방진 장치 수배전반의 고유 진동수는
Figure 112020046796963-pat00199
(rad/s), 또는
Figure 112020046796963-pat00200
(Hz)의 범위에 있어야 한다. 이러한 기계역학 이론을 참고하고, 또한 감쇠진동계의 감쇠비는 보통
Figure 112020046796963-pat00201
= 0.1 ~ 0.7 정도라는 경험적 지식을 고려하여 내진 장치로 지지된 수배전반 진동계(도3 (d))의 직관으로 trial
Figure 112020046796963-pat00202
과 trial
Figure 112020046796963-pat00203
를 정한다.
이때 유의할 점은 내진 장치의 감쇠 계수는 수배전반(구조물)의 감쇠 계수보다 매우 높으므로 내진 장치-수배전반 진동계(도3 (d))의 감쇠비도 더 크다는 점이다.
단계 2 : 설계 변수인 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수
Figure 112020046796963-pat00204
계산
수배전반의 제원으로부터 수배전반의 질량 m, 수배전반(구조물)의 스프링 상수 k, 감쇠 계수 c 등은 확정된 파라미터 값으로 주어지므로,
Figure 112020046796963-pat00205
,
Figure 112020046796963-pat00206
의 관계식에 trial
Figure 112020046796963-pat00207
과 trial
Figure 112020046796963-pat00208
를 대입하여 등가 스프링 상수
Figure 112020046796963-pat00209
와 등가 감쇠 계수
Figure 112020046796963-pat00210
를 결정한다. 이때 유의할 점은 두 번째 이후의 되풀이되는 설계과정에서는
Figure 112020046796963-pat00211
와
Figure 112020046796963-pat00212
가 확정적(Deterministic)인 값으로 계산되지 않으므로 공학적인 센스로 선택하여야 한다. 즉, 만약 되풀이되는 설계과정에서는 수정된 trial
Figure 112020046796963-pat00213
과 trial
Figure 112020046796963-pat00214
가 주어진 경우에는 감쇠비의 정의
Figure 112020046796963-pat00215
에서 진동계의 질량 m은 불변이므로 감쇠비가 변경되면
Figure 112020046796963-pat00216
와
Figure 112020046796963-pat00217
가 함께 변경되어야 한다.
Figure 112020046796963-pat00218
와
Figure 112020046796963-pat00219
를 각각 어떤 비율로 변경할지는 보통이라면 설계자가 공학적 지식과 경험에 따라 선택하게 된다.
- 등가 스프링 상수
Figure 112020046796963-pat00220
계산
Figure 112020046796963-pat00221
- 등가 감쇠 계수
Figure 112020046796963-pat00222
계산
Figure 112020046796963-pat00223
- 내진 장치의 스프링 상수
Figure 112020046796963-pat00224
계산
등가 스프링 상수 정의
Figure 112020046796963-pat00225
로부터 내진 장치 스프링 상수
Figure 112020046796963-pat00226
는 다음과 같이 결정된다.
Figure 112020046796963-pat00227
- 내진 장치의 감쇠 계수
Figure 112020046796963-pat00228
계산
Zener 모델 내진 장치의 등가 감쇠 계수식
Figure 112020046796963-pat00229
로부터 내진 장치 감쇠 계수
Figure 112020046796963-pat00230
는 다음과 같이 결정된다.
Figure 112020046796963-pat00231
단계 3 : 설계 제한조건 충족 여부 확인
위 단계 1 및 단계 2의 설계과정을 거쳐 계산된 내진 장치 스프링 상수
Figure 112020046796963-pat00232
와 내진 장치 감쇠 계수
Figure 112020046796963-pat00233
에 대하여 다음의 설계 제한조건 충족 여부를 확인한다.
- 내진 장치의 최대 상대 변위
Figure 112020046796963-pat00234
제한조건;
수학식 38로부터 내진 장치의 최대 상대 변위
Figure 112020046796963-pat00235
를 구하여
내진 장치의 상대 변위 허용치
Figure 112020046796963-pat00236
초과여부를 확인한다.
- 수배전반 최대 상대 변위
Figure 112020046796963-pat00237
제한조건;
수학식 21로부터 최대 상대 변위
Figure 112020046796963-pat00238
를 구하여
수배전반 상대 변위 허용치
Figure 112020046796963-pat00239
초과여부를 확인한다.
- 최대 가속도 이득
Figure 112020046796963-pat00240
제한조건;
수학식 46으로부터 수배전반의 최대 가속도 이득
Figure 112020046796963-pat00241
를
구하여 수배전반의 가속도 이득 허용치
Figure 112020046796963-pat00242
초과여부를 확인한다.
- 최대 굽힘 응력
Figure 112020046796963-pat00243
제한조건;
수학식 43으로부터 수배전반 구조물(칼럼)에 발생되는 최대 굽힘 응력
Figure 112020046796963-pat00244
을 구하여 수배전반의 굽힘 응력 허용치
Figure 112020046796963-pat00245
초과여부를 확인한다.
단계 4 : 설계과정 종료 조건
위 단계 3의 설계과정에서 모든 설계 제한조건이 충족되면 단계 2에서 계산된 내진 장치의 스프링 상수
Figure 112020046796963-pat00246
와 내진 장치의 감쇠 계수
Figure 112020046796963-pat00247
를 최종 설계로 결정하고 설계과정을 끝낸다. 만약 설계과정에서 하나 이상의 설계 제한조건이 충족되지 않았다면, 해당 설계조건이 만족되도록 trial
Figure 112020046796963-pat00248
과 trial
Figure 112020046796963-pat00249
를 수정한 다음 설계과정 단계 1로 되돌아가서 설계과정을 되풀이한다.
위의 설계과정을 거쳐서 내진 장치의 스프링 상수
Figure 112020046796963-pat00250
와 내진 장치의 감쇠 계수
Figure 112020046796963-pat00251
를 결정할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 지반운동이 수직 방향인 경우에도 전술된 것과 동일한 수학적 모델링과 이론식을 이용하여 내진 해석을 할 수 있다. 다만 이 경우에는 스프링 상수
Figure 112020046796963-pat00252
와
Figure 112020046796963-pat00253
, 감쇠 상수
Figure 112020046796963-pat00254
와
Figure 112020046796963-pat00255
, 그리고 입력 지반운동
Figure 112020046796963-pat00256
을 가각 수직 방향의 값을 적용하여야 하고, 이후 수배전반에 작용하는 작용력과 응력 계산과정에서도 수직 방향 인장-압축력과 그에 따른 인장-압축 응력을 계산해야 되는 점을 유의해야 한다.
또한, 본 발명에 따르는 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 분산 컴퓨터 시스템에 의하여 분산 방식으로 실행될 수 있는 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드를 저장할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 그리고, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
따라서, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
본 발명은 수배전반을 내진 성능을 향상시키기 위한 내진 장치에 적용될 수 있다.
210, 212, 214 : 사용자 단말기
250 : 내진 장치 설계 서버 260 : 데이터베이스

Claims (8)

  1. 수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법으로서,
    보호 대상 설비의 중력 방향에 수직인 방향에 있어서의 진동을 모델링하는 진동계 모델을 구성하는 단계;
    상기 진동계 모델의 운동 방정식을 유도하고, 상기 운동 방정식을 정규화하는 단계; 및
    상기 진동계 모델에서, 상기 보호 대상 설비의 최대 굽힘 응력 및 진동 전달률을 극소화시키는 상기 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 설계 변수 결정 단계를 포함하고,
    상기 내진 장치의 스프링 상수 및 감쇠 계수는,
    Figure 112020503442161-pat00257
    및
    Figure 112020503442161-pat00258

    로 얻어지며, 상기 진동계 모델을 구성하는 단계는,
    상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치를 상기 방향으로 진동하는 칼럼으로 간주하고, 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치 각각의 집중 질량, 스프링 상수, 및 감쇠 상수를 사용하여 상기 진동계 모델을 구성하고,
    Figure 112020503442161-pat00259
    를 최소화하는 ks 및 cs 를 찾기 위하여,
    Figure 112020503442161-pat00260

    를 설계 제약으로서 고려하며,
    여기에서,
    Figure 112020503442161-pat00261
    는 최대 굽힘 응력,
    Figure 112020503442161-pat00262
    는 허용가능 응력,
    Figure 112020503442161-pat00263
    는 최대 가속도 이득,
    Figure 112020503442161-pat00264
    는 가속도 이득 한계,
    Figure 112020503442161-pat00265
    는 최대 스프링 변위,
    Figure 112020503442161-pat00266
    는 스프링 변위 한계,
    Figure 112020503442161-pat00267
    는 최대 상대 변위,
    Figure 112020503442161-pat00268
    는 현가 장치의 변위이고,
    Figure 112020503442161-pat00269
    는 1보다 작은 가중치 인자인 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 운동 방정식을 정규화하는 단계는,
    상기 운동 방정식을
    Figure 112020104809873-pat00270
    로서 모델링하고,
    상기 진동계 모델에 인가된 최대 작용력을
    Figure 112020104809873-pat00271
    로서 모델링하며,
    여기에서,
    Figure 112020104809873-pat00272
    은 고유 진동수(Natural frequency),
    Figure 112020104809873-pat00273
    이고,
    Figure 112020104809873-pat00274
    는 감쇠비(Damping ratio)이며,
    Figure 112020104809873-pat00275
    는 지반가속도 스펙트럼,
    Figure 112020104809873-pat00276
    이고, k 및 ks 는 각각 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치의 스프링 상수, c 및 cs 는 각각 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치의 감쇠 상수를 나타내고, x는 상기 방향에 있어서의 변위를 나타내는 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 설계 변수 결정 단계는,
    상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치의 최대 변위 제한치, 가속도 이득의 제한치, 및 최대 굽힘 응력을 고려하여 상기 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 최대 굽힘 응력은,
    Figure 112020046796963-pat00277

    로 얻어지고,
    여기에서,
    Figure 112020046796963-pat00278
    는 상기 보호 대상 설비에 작용하는 최대 굽힘 모멘트(Maximum bending moment)이고,
    Figure 112020046796963-pat00279
    는 상기 보호 대상 설비의 중립축에서 단면의 외곽까지의 거리이며, L 및 I는 각각 상기 보호 대상 설비의 길이와 단면 계수(Area moment of inertia)인 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 설계 변수 결정 단계는,
    설계 변수를 최적화 알고리즘, 후발견적 알고리즘(meta-heuristic algorithm), 및 공학적 시행착오법(Engineer's trial and error method) 중 적어도 하나를 사용하여 결정하는 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 보호 대상 설비는 고압 수배전반, 저압 수배전반, 분전반, 계측 제어반, 및 전동기 제어반 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법.

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