KR20070046467A - 대형 변압기용 방진 지지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변압기로부터 발생하는 진동 및 지반을 통해 전달되는 진동을 억제하기 위해 발명된 변압기 방진장치에 관한 것으로, 방진구조와 내진구조를 구비한다. 방진구조는 고무패드를 적절히 배치한 것으로서 변압기 하부에 취부하여 변압기 진동을 저감시키며, 내진구조는 변압기 고정부의 측면 및 상부를 감싸는 방진 캡 구조로 만들어져 지진발생시 변압기의 자리이탈을 방지한다.

Description

대형 변압기용 방진 지지구조{Vibration reducing structure for large transformers}

도 1은 본 발명에 따라 대형 변압기를 지지하는 상태의 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 고무패드의 평면사진,

도 3은 본 발명에 따른 방진 캡의 평면도이고,

도 4는 도 3의 I-I선 단면도,

도 5는 도 3에 도시된 방진 캡의 내진구조 응력해석 개념도,

도 6은 본 발명이 설치된 상태에서 변압기의 진동측정 상태의 시험을 나타낸 도면,

도 7과 도 8은 종래 대형 변압기의 설치 상태도들이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

1 : 고무패드, 1a : 보강형태 리브,

2 : 방진 캡, 2a : 삽입홈,

2b : 지지대, 100 : 변압기,

101 : 고정수단, 102 : 지지 구조물,

103 : 지반, 104 : 고정용 플랜지.

본 발명은 지반을 통하여 전달되는 각종 진동과 변압기 자체에서 발생하는 진동 등을 억제하기 위한 대형 변압기 방진 지지구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변압기를 보유지지하는 방진구조와 내진구조를 겸비하여 지진발생시 변압기의 위치 이탈을 방지하는 대형 변압기용 방진 지지구조에 관한 것이다.

전력산업분야에서 사용되는 대형 변압기는 전기를 공급하는 핵심 기기임에도 불구하고, 고소음 유발 특성 때문에 변전소 주변 거주자들에 의한 민원제기 대상이 되고 있어 효과적인 전력공급 차질은 물론 변전소 종사자의 업무 손실이 발생되고 있는 실정이다.

이러한 현상은 도심이 점점 확장되면서 거주지가 변전소 인근까지 접근하는 경우가 생기며, 또한 도심에 새로운 변전소들이 신설되면서 더욱 악화되고 있다.

한편, 전력산업분야에서 사용되는 대형 변압기(100)는 옥외형인 경우 도 7과 같이 지반(103) 위에 고정수단(101)을 사용하여 고정시키며, 옥내형인 경우 도 8과 같이 지지 구조물(102) 위에 대형 변압기(100)를 안착시킨 후 고정수단(101)으로 위치 고정시키어 운전하고 있다.

한편, 변압기를 지반에 고정하는 것은 지진과 같은 외부 충격에 의해 변압기가 자리를 이탈함으로써 발생되는 기능상실을 미연에 방지하고자 하는 목적이다. 하지만 변압기를 고정함으로써 변압기 자체의 진동 증폭에 의해 변압기 외부로 전파되는 소음이 커지게 된다. 또한 변압기 진동이 지반에 그대로 전달되면서 변압기 주변 구조물의 건전성에 영향을 끼치게 되는데, 특히 옥내형 변압기의 경우 변압기 진도에 의해 변압기 지지 구조물이 손상되는 경우가 종종 발생하고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 발명된 것으로, 고무패드를 적절히 배치하여 변압기 진동을 저감시키며 변압기 고정부의 측면과 모서리부분을 감싸는 방진 캡을 구비하여 지진발생시 변압기의 자리 및 위치 이탈이 방지되는 대형 변압기용 방진 지지구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지반이나 지지 구조물 상에서 변압기를 고정수단을 이용하여 고정시키는 대형 변압기용 지지구조에 있어서, 상기 변압기의 저면은 고무패드들에 접하여 설치되고, 이 변압기의 하부 고정용 플랜지에 접하여 지반에 고정되는 방진 캡들이 설치되되, 이 방진 캡들과 고무패드들은 약간의 이격을 두어 설치되어 지진발생 이외에는 서로 접촉간섭이 없도록 되어 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시 도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의하여 대형 변압기의 설치 상태도이고, 도 2와 도 3및 도4는 본 발명에 따른 방진용 고무패드와 방진 캡을 나타낸 사진과 도면들이다.

본 발명은 지반(103)이나 구조물 상에서 변압기(100)를 고정수단(101)을 이용하여 고정시키도록 이루어진 대형 변압기용 지지구조에 있어서, 상기 변압기(100)의 저면은 고무패드(1)들에 접하여 설치되고, 이 변압기(100)의 하부 고정용 플랜지(104)에는 지반에 고정 설치되는 방진 캡(2)들이 접하여 설치되되, 이 방진 캡(2)들과 고무패드(1)들은 약간의 이격을 두어 접촉간섭이 없도록 배치되는 구조로 되어 있다.

즉, 본 발명은 진동저감을 이룰 수 없는 종래 방식을 해결하기 위해 상기 변압기(100) 하부에는 도 1과 같이 고무패드(1)들과 방진 캡(2)들을 적절히 배치하여 변압기 진동을 저감시키며 내진 기능을 구비하여 지진발생시 변압기가 이탈하는 것을 방지한다.

내진구조의 내부와 변압기 고정부는 약간의 이격을 두어 지진발생시 이외에는 서로 접촉이 없게 한다. 하지만 변압기 운전 중 두 고체 간에 마찰이 우려되므로 탄성력이 거의 없는 고무소재를 내진구조 내면에 부착하여 사용한다.

한편, 상기 고무패드(1)는 변압기(100)의 밑면과 콘크리트 지반(103) 사이에 배치되는데, 이 고무패드(1)의 감쇠계수는 0.05~0.15 사이의 값을 가지며, 통상 변압기(100)에서 발생되는 진동/소음은 전원 주파수(60Hz)의 2배 성분을 기저주파수로 하는 하모닉 성분(120Hz의 배수)을 가진다. 변압기 고무패드 부착시의 고유진동수가 10Hz이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.

고무패드(1)는 도 2와 같은 바둑판 형태를 가지며 이 형태 안에 적절한 모양의 보강형태 리브(1a)를 삽입시켜 상부로부터 하중을 받을 때 뒤틀리거나 휨을 방지할 수 있도록 되어 있다.

본 발명에 따른 변압기 고무패드(1)는 KS규격 (KSF 4420-98)을 따르며, 이 규격에 따라 고무패드(1)가 가져야할 물리적/기계적 특성은 표 1과 같다.

표 1. 고무패드의 물리적/기계적 특성

시험항목	단위	결과치	시험방법
인장강도	kgf/㎠	180±20	KSF 4420-98
신장율	%	530±50	〃
경도	HS	60±6	〃
인열저항	kgf/㎠	10±1	〃
인장강도 변화율	%	-7.0±0.7	〃
신장율 변화율	%	-14.0±1.4	〃
경도변화	-	4.0±0.4	〃
노후화	100℃	72hrs	〃

또한, 본 발명에 따른 방진 캡(2)은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 변압기(100)의 고정용 플랜지(104)의 측면을 감싸는 구조로써, 삽입홈(2a)과 고정수단이 체결되는 지지대(2b)로 이루어져 있다.

여기서 도 5에 도시된 바와 같이 상기 방진 캡(2)의 내진구조 응력해석 개념도를 살펴보면,

변압기가 지진 가속도 a로 의해 움직이게 되면 내진구조는 지진력 Ma와 지진모멘트 MaL을 받게 된다. 이때 내진구조의 단면은 도 5와 같은 응력이 발생하며 그 최대 응력은 다음과 같다.

표 2와 같은 설계사양을 적용할 경우,

표 2. 변압기 내진구조 설계사양

M	L	폭 (b)	t	항복응력( u)
150 tons	약 4 cm	약 10 cm	h = 0 일 때 t = 5cm (높이 h에 따라 다른 값)	860 Mpa ( stainless steel)

지면 (h = 0)에서 변압기 내진구조가 견딜 수 있는 지진 가속도는 다음과 같이 구할 수 있다.

이 경우 변압기 방진패드의 마찰저항을 무시한 값이기 때문에 실제로는 1.2g 보다 큰 지진 가속도에도 변압기 내진구조는 견딜 수 있다. 지진 가속도 1.2g는 원자력발전소 지진설계시 지반에서 2%의 감쇄를 가지는 기기의 진동 최대치에 상당하기 때문에 고안된 변압기 내진구조는 지진에 의한 변압기 이탈을 방지하게 된다.

여기서 내진구조의 전체 형태는 높이 h에 따라 같은 크기의 항복응력을 가지게 하기 위해 도 5와 같은 포물선 형태를 가지게 한다.

[방진 효과분석]

방진 효과분석은 대형 변압기가 설치된 변전소에서 수행하였다. 진동측정 점은 도 6에 표기된 것과 같이 변압기 각 모서리에서 지표의 한 지점과 약 50cm 높이의 변압기 본체 지점에 대해 총 8개소에서 진동을 측정하였다. 표 3은 방진장치 사 양을 보여준다.

표 3. 변전소 변압기 방진장치 사양

	MTR #1
변압기 무게(tons)	148
패드수 (EA)	192
패드 정적변위(mm)	4.63
허용 무게(tons)	192
고유주파수(Hz)	7.329

변압기(100)에 대한 방진장치 적용 전/후의 진동레벨 비교 결과(측정점 #1, #3, #5, #7)를 표 4에서 살펴보면 방진장치 적용 후 변압기 자체의 진동은 4dB 가까운 진동저감을 이루어졌다. 또한, 변압기 바닥면에서는 10dB이상의 진동전달이 저감되어 변압기 주변소음이 5dB 가까이 줄어듦을 계측할 수 있었다.

표 4. 변압기에 대한 방진장치 적용 전/후의 진동레벨 비교

변압기 명	측정점	설치 전	설치 후	측정점	설치 전	설치 후
A 1번 변압기	#1	6.19	3.69	#2	0.0888	0.0179
	#3	3.95	2.84	#4	0.483	0.0268
	#5	2.81	1.86	#6	0.0828	0.0240
	#7	4.85	3.00	#8	0.424	0.179
	평균	4.450	2.848	평균	0.0270	0.0619
	평가	36.00%, 3.88dB 진동저감		평가	77.7%, 12.8dB 진동저감

상기와 같이 본 발명에 따른 대형 변압기용 방진 지지구조는 변압기에 고무패드와 방진 캡들을 적절히 배치하여 이 변압기의 진동을 저감시키어 지진발생시 변압기의 자리 및 위치 이탈을 방지할 수 있도록 되어 있다.

Claims (5)

1. 지반(103)이나 구조물 상에서 변압기(100)를 고정수단(101)을 이용하여 고정시키도록 이루어진 대형 변압기용 지지구조에 있어서,

   상기 변압기(100)의 저면은 고무패드(1)들에 접하여 설치되고, 이 변압기(100)의 하부 고정용 플랜지(104)에는 지반에 고정 설치되는 방진 캡(2)들이 접하여 설치되되, 이 방진 캡(2)들과 고무패드(1)들은 약간의 이격을 두어 접촉간섭이 없도록 배치되는 것을 특징으로 하는 대형 변압기용 방진 지지구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고무패드(1)는 바둑판 형태로 보강형태의 리브(1a)들이 형성되어 하중을 받을 때 뒤틀림이나 휨을 방지할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 대형 변압기용 방진 지지구조.
3. 제 1항에 있어서, 상기 고무패드(1)는 고유 진동수가 10Hz 이하로 설계되는 것을 특징으로 하는 대형 변압기용 방진 지지구조.
4. 제 1항에 있어서, 상기 고무패드(1)의 감쇠계수는 0.05 ~ 0.15 값을 가진 것을 특징으로 하는 대형 변압기용 방진 지지구조.
5. 제 1항에 있어서, 상기 방진 캡(2)은 변압기(100)의 고정용 플랜지(104)의 측면을 감싸는 구조로써, 삽입홈(2a)과 고정수단이 체결되는 지지대(2b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 대형 변압기용 방진 지지구조.

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