KR20080033924A - 배관을 통한 전력구 내부 공기주입 냉각시스템 - Google Patents

배관을 통한 전력구 내부 공기주입 냉각시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력구 내부를 냉각시키기 위하여 찬 공기를 배관을 통하여 전력구 내부에 주입시킴으로써 전력구내의 공기의 대류를 유발시키며 전력구 냉각효과를 증대시킨 배관을 통한 전력구 내부 공기주입 냉각시스템에 관한 것이다.
전력구의 내부온도를 분석해 보면 출입구 근처가 가장 온도가 낮고 통풍이 잘 안되고 출입구에서 먼 중앙부위가 가장 온도가 높다. 특히 전력구의 경우 중앙부위의 온도는 40℃를 넘어 순시자의 건강을 위협하고, 포설된 케이블의 용량을 줄어들게 하여 설비투자의 효과를 반감시키는 경우가 있다. 이 점을 해결하기 위하여 이미 전력구를 냉각시키는 방안이 다수 발명 되었지만 대체로 수냉각방식을 택하고 있고 간이냉각방식으로 풍냉방식이 채택되고 있다. 최근에 특허등록번호 10-0660188 [개착식 전력구 냉각시스템]이 발명되었다. 이것은 냉수공급관을 통하여 냉수를 순환시키면서 전력구 내부에 다수개의 팬코일유닛트를 설치하여 냉기를 발생시켜 전력구를 냉각하는 방식이다. 결국 이 방법도 냉각수를 순환시켜야 한다는 측면에서 수냉각방식과 유사하다.
본 발명에서는 송풍장치(21)에 배관(51)을 연결시켜 배관을 연장하여 냉각시키고자 하는 전력구 내부 장소 근방에 배관의 끝부분이 설치되도록 하고, 송풍장치(21) 가동으로 찬 공기가 배관(51)을 통해 전력구 내부로 주입하여 공기흐름을 유발시켜 전력구 내부를 냉각하도록 하였다. 배관으로 주입되는 유체가 공기이므로 수냉각에서 순환 유체가 물인 경우와 비교해 보면 배관에 낮은 압력을 유지할 수 있어 배관 비용이 싸고, 설비관리 운전비용을 대폭 줄이고 안전성을 높이는 획기적인 계기를 마련하였다.
전력구, 터널, 케이블, 냉각, 배관, 공기주입

Description

배관을 통한 전력구 내부 공기주입 냉각시스템{The cooling system for the tunnel of the underground cable injecting the air through pipes}
전력구/터널 냉각설비 분야
전력구는 지중송배전전력케이블을 설치하기 위하여 건설된다. 전력구 내부에 전력케이블이 많이 설치되어 운전되면 전력구 내부의 온도는 상승한다. 전력구의 내부온도를 분석해 보면 출입구 근처가 가장 온도가 낮고 통풍이 잘 안되고 출입구에서 먼 중앙부위가 가장 온도가 높다. 우리나라의 경우에는 케이블을 설치한 역사가 짧아 아직 전력구를 냉각시키는 방법이 보편화 되지 않지만 최근에 전력구 중앙부위의 온도가 40℃를 넘는 등 문제점을 유발시키고 있다. 이 문제를 해결하기 위하여 대체로 수냉각방식이 채택되고 있다. 그러나 물은 순환에 많은 에너지가 들고 수압이 높게 올라가는 문제점이 있다. 최근 특허등록번호 10-0660188 [개착식 전력구 냉각시스템]이 발명되었다. 이것은 냉수공급관을 통하여 냉수를 순환시키면서 전력구 내부에 다수개의 팬코일유닛트를 설치하여 냉기를 발생시켜 전력구를 냉각하는 방식이다. 결국 이 방법도 냉각수를 순환시켜야 한다. 높은 압력의 물이 순환하는 과정에서 배관에 손상이 생기면 엄청난 물의 순환압력에 의해 주변의 설비들 이 파손될 우려가 있다. 송풍기를 이용한 냉각방식도 적용되고 있지만 주로 수직구에 송풍기를 설치한 다음 전력구 안으로 공기를 주입시키거나 배출시키도록 하는 것에 국한되어 있다. 대체로 전력구는 연속적으로 이어져 있기 때문에 이 경우 냉각을 원하지 않는 전력구 공간으로 공기가 유입되거나 유출되어 냉각효과가 낮아질 수 있다. 또한 전력구내 설치된 설비에 의해 공기흐름의 저항이 많아서 송풍기의 용량이 커도 풍량이 작아지는 문제점도 발생한다.
본 발명은 전력구내 공기흐름을 크게 하기 위하여 전력구 내부에 공기를 유통시키는 별도의 관을 설치하고 공기를 전력구내로 주입하는 방법을 모색한다. 주입된 량의 공기만큼은 전력구를 빠져나오기 때문에 전력구내 공기흐름을 크게 할 수 있다. 그리고 송풍장치(21) 앞에 냉기공급장치(31)나 냉동사이클의 증발기(41)를 그 앞에 설치하여 전력구 내부로 주입되는 공기가 온도가 낮도록 한다. 그리고 전력구내부에 냉각하고자 하는 부위에는 공기가 유출되는 공기배출구(52)를 다수 설치하여 원하는 각 부위별로 냉각이 가능하도록 한다.
배관을 연결하여 전력구 내부로 공기를 강제로 주입시키는 송풍기를 설치
본 발명에서는 전력구 냉각방법으로 찬 공기를 전력구 내부로 주입시키는 방법을 택하였다. 전력구 내부로 찬 공기가 주입되면 전력구는 양단이 열려 있기 때문에 주입된 공기의 량만큼의 공기 흐름은 발생한다. 따라서 공기의 흐름에 따라 전력구(13)는 냉각이 된다. 특히 냉기공급장치(31)나 냉동사이클 증발기(41)를 송풍장치(21)의 흡기구(22) 앞에 설치하였으므로 찬 공기를 지속적으로 공급할 수 있어서 냉각의 효과를 더욱더 높일 수 있다. 새로운 찬 공기를 전력구내에 지속적으로 주입함에 따라 냉각과 동시에 환기의 효과를 얻을 수 있다. 수냉각의 경우 물을 순환시켜야 하므로 순환에너지가 많이 들고, 수압이 높아지는 것 때문에 특수배관 을 사용하여 배관비용이 많아지지만 본 발명에 따르면 공기를 송풍하는 것이므로 송풍 에너지가 작게 사용되고 배관(51)의 압력이 낮으므로 배관비용이 싸서 일석이조의 효과를 누릴 수 있다.
도 1은 기존의 전력구 환풍장치 설명도이다. 송풍기(11)가 설치된 수직구(12)를 강제환기구라 하고 송풍기(11)가 설치되지 않은 수직구(12)를 자연환기구라 한다. 송풍기(11)의 공기 배출방향에 따라 송풍식(미도시) 또는 배풍식 환기시스템이 된다. 그림에서 보듯이 송풍기(11)가 설치된 수직구(12)인 강제환기구에서 일정량의 공기를 밖으로 배출하는 배풍식의 경우 옆의 송풍기(11)가 설치되지 않은 수직구(12)인 자연환기구에서 그 량만큼의 공기가 유입되면 환기와 냉각의 효과가 나타날 수가 있다. 그러나 전력구(13)는 연속하여 연결되어 있으므로 자연환기구에서 외부 공기가 일부만 들어오고 옆의 전력구에서 더운 공기가 유입될 수 있다. 따라서 이 방식에서 환기와 냉각의 효과는 떨어진다. 송풍기의 방향을 바꾸어서 전력구 안으로 밖의 공기를 불어 넣는 송풍식(미도시) 경우에도 유사한 현상이 발생한다.
도 2는 송풍장치 설명도이다. 송풍장치(21)는 일반적인 송풍기(11)일 수도 있고 콤프레샤와 같이 공기를 흡입하여 강한 압력으로 배출하는 기기를 총칭하는 개념이다. 공기를 흡입하는 흡기구(22)와 공기를 배출하는 배기구(23)를 가지게 된다. 압축공기탱크(미도시)도 흡기구(22)는 생략되었고 압축공기를 배출시키는 배기구(23)를 갖추면 송풍장치(21)에 포함될 수 있는데 냉기공급장치(31)의 기능도 병행한다고 볼 수 있다.
도 3은 송풍장치 흡기구에 냉기공급장치가 설치된 사례 설명도이다. 송풍장치(21)의 흡기구(22) 앞에 흡기구(22)가 관통되도록 냉기공급장치(31)를 설치하였다. 냉기공급장치(31)에서는 지속적으로 냉기를 만들어 흡기구(22)를 통하여 송풍장치(21)에 공급하는 역할을 한다. 냉기공급장치(31)는 냉동사이클에 의한 공기냉각을 채택할 수 있고, 미리 차게 만들어 놓은 얼음이나 물에 공기배관을 통과시켜 공기냉각을 할 수 있다. 액체질소나 액체공기로 공기를 냉각시킬 수도 있다.
도 4는 송풍장치 흡기구에 냉동사이클 증발기가 설치된 사례 설명도이다. 송풍장치(21)의 흡기구(22) 앞에 냉동사이클의 증발기(41)를 설치하였다. 송풍장치(21)가 가동을 하면 흡입되는 공기가 우선 증발기(41)와 열교환을 하여 차게 된 다음 흡기구(22)를 통하여 송풍장치(21)에 공급된다. 실외기(42)에는 응축기(미도시)와 압축기(미도시)가 포함되며 열을 버리는 역할을 하므로 배출되는 더운 공기가 송풍장치(21)로 다시 유입되지 않도록 송풍장치(21)와 이격된 장소에 설치한다. 따라서 증발기(41)와 실외기(42)는 분리형에어컨 처럼 냉매배관(43)으로 연결되도록 한다.
도 5는 공기배출구가 설치된 배관 설명도이다. 배관(51)은 송풍장치(21)의 배기구(23)에 연결되어 냉각시키고자 하는 전력구내 장소까지 설치한다. 다수의 장소를 조금씩 냉각할 필요가 있을 경우 해당 장소의 배관(51)에 공기배출구(52)를 설치한다. 공기배출구(52)에는 공기량을 조절하기 위하여 공기조절밸브(53)와 소음방지장치(미도시)를 설치할 수 있다. 공기배출구(52)는 별도의 설비 없이 배관(51)에 구멍을 내어서 대신 할 수도 있다. 배관(51)의 재질은 공기압에 견디며 내구성 이 있는 재질이면 모두 사용이 가능하다. 특히 배관(51)을 등 가요성이 있는 통형비닐이나 고무관이나 플라스틱관으로 선택하면 형상 변형이 자유롭기 때문에 전력구내 구석진 자투리 공간에 설치할 수 있어서 공간 활용에 매우 유용하다. 평상시에는 공간을 차지하지만 작업시에는 가요성이 있어서 약간 눌려질 수도 있고 옮겨 놓을 수도 있고, 배관(51)의 접속이 쉬우므로 필요하면 그 구간을 자르고 접속하여 사용함으로써 설비를 유지보수하기가 매우 쉬워진다.
도 6은 본 발명에 따른 배관을 통한 전력구 내부 공기주입 냉각시스템 설치도이다. 냉기공급장치(31)가 송풍장치(21)의 흡기구(22) 앞에 설치한 사례이다. 송풍기 설치 위치는 지상의 일측 또는 수직구(12)의 일측 또는 전력구(13)의 일측이 될 수 있다. 송풍장치(21)의 배기구(23)와 관통되도록 공기헤더(61)를 설치한다. 공기헤더(61)는 송풍장치(21)의 배기구(23)로부터 공급받은 공기를 다수의 배관(51)과 관통되도록 연결하는 기능을 한다. 따라서 공기헤더(61)는 일측에는 송풍장치(21)의 배기구(23)와 관통되어 연결되는 형상을 갖추고 또 다른 일측에는 다수의 배관(51)과 관통되어 연결될 수 있는 구조를 갖추어야 한다. 공기헤더(61)와 연결된 다수(현 그림에서는 2개)의 배관(51)은 냉각시키고자 하는 전력구 내부 장소까지 설치된다. 다수의 장소를 조금씩 냉각할 필요가 있을 경우 해당 장소의 배관(51)에 공기배출구(52)를 설치한다. 특히 다수 구간의 전력구(13)를 하나의 송풍장치(21)로 공기를 주입시키고자 할 경우에는 각 구간의 전력구(13)에서 필요로 하는 풍량을 확보하기 위하여 그 구간에 설치된 배관(51)에 공기배출구(52)를 필요한 만큼 설치한다. 송풍장치(21)가 배관(51)들에서 감소되는 압력을 고려하여 냉각을 원하는 장소까지 원활하게 공기를 주입할 수 있도록 정압을 결정하여야 하며, 냉각시킬 열량을 감안하여 풍량을 결정한다. 따라서 계산하여 결정된 정압과 풍량을 제공하는 용량의 송풍장치(21)를 선정한다. 작동원리는 다음과 같다. 송풍장치(21)가 가동을 하면 냉기공급장치(31)에서 공급되는 찬 공기는 흡기구(22)를 통하여 송풍장치(21)로 유입되고 여기에서 압력이 상승하여 배기구(23)를 통하여 공기헤더(61)로 보내진다. 공기헤더(61)에 연결된 다수의 배관(51)을 타고 전력구 내부로 주입된다. 공기배출구(52)가 있는 경우 공기배출구(52)를 통하여 일부 공기는 배관(51)을 빠져나가서 전력구(13)를 냉각시킨다. 공기배출구(52)의 방향은 전력구내 사람(순시자나 작업자)들에 영향이 없도록 방향을 잘 설정하고 공기배출에 따른 소음대책을 별도로 세운다. 전력구는 개방된 상태이므로 공급된 공기량 만큼은 전력구 내부에 존재하던 공기가 밖으로 유출된다. 결국 유입되는 공기량 만큼 공기의 흐름은 발생하여 전력구 전체를 냉각시킬 수 있는 근거가 된다. 본 발명에 의한 냉각장치는 환기와 냉각의 두가지 기능을 동시에 수행한다고 할 수 있다. 냉각의 정도를 보면서 배관(51)의 길이와 수량을 조절 할 수 있다. 외기온도, 전력구의 온도, 케이블 온도/부하를 감지하여 설정된 온도에 따라 냉기공급장치(31)와 송풍장치(21)의 작동을 제어하는 제어장치(미도시)도 추가한다. 송풍기의 연속운전이 필요한 경우 송풍기의 고장을 대비하여 2대 이상을 병렬로 설치하여 배기구(23)를 공통으로 연결하여 운전을 할 수도 있다.
도 1은 기존의 전력구 환풍장치 설명도이다.
도 2는 송풍장치 설명도이다.
도 3은 송풍장치 흡기구에 냉기공급장치가 설치된 사례 설명도이다.
도 4는 송풍장치 흡기구에 냉동사이클 증발기가 설치된 사례 설명도이다.
도 5는 공기배출구가 설치된 배관 설명도이다.
도 6은 본 발명에 따른 배관을 통한 전력구 내부 공기주입 냉각시스템 설치도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 송풍기 12 : 수직구
13 : 전력구 21 : 송풍장치
22 : 흡기구 23 : 배기구
31 : 냉기공급장치 41 : 증발기
42 : 실외기 43 : 냉매배관
51 : 배관 52 : 공기배출구
53 : 공기조절밸브 61 : 공기헤더

Claims (4)

  1. 지상의 일측 또는 수직구(12)의 일측 또는 전력구(13)의 일측에 설치되는 송풍장치(21)와; 송풍장치(21)의 일측에 설치되는 흡기구(22)와; 송풍장치(21)의 일측에 설치되는 배기구(23)와; 배기구(23)와 관통하도록 연결되는 공기헤더(61)와; 공기헤더(61) 일측과 관통하도록 연결되어 전력구 내부까지 설치되는 다수의 배관(51)과; 배관(51)에 설치되는 다수의 공기배출구(52)와; 공기배출구(52)의 관로에 설치되는 공기조절밸브(53)로 구성되는 것을 특징으로 하는 배관을 통한 전력구 내부 공기주입 냉각시스템.
  2. 제1항에 있어서, 송풍장치(21)의 흡기구(22)와 관통되도록 연결되는 냉기공급장치(31)로 구성되는 것을 특징으로 하는 배관을 통한 전력구 내부 공기주입 냉각시스템.
  3. 제1항에 있어서, 송풍장치(21)의 흡기구(22) 앞에 설치되는 냉동사이클의 증발기(41)와; 송풍장치(21)와 이격된 장소에 설치되는 실외기(42)와; 증발기(41)와 실외기(42)를 연결하는 냉매배관(43)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 배관을 통한 전력구 내부 공기주입 냉각시스템.
  4. 제1항에 있어서, 배관(51)이 가요성이 있는 통형비닐 또는 고무관 또는 플 라스틱관인 것을 특징으로 하는 배관을 통한 전력구 내부 공기주입 냉각시스템.
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