KR20120005628A - 압력평형을 이용한 가스절연모선 외함의 신축 이음 연결장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송전계통에 사용되는 가스절연모선의 열 신축현상에 의한 기계적 손상으로부터 보호하는 외함의 신축 이음 연결장치에 관한 것이며, 그 목적은 가스절연모선 외함을 사이에 두고 양쪽에 배치되는 외함으로부터 전해지는 내부압력에 의한 인장 및 압축하중을 흡수하여 열신축 변위를 효과적으로 흡수하도록 하여 기기 및 서포터 구조물의 구조적인 안정성과 강성을 확보하는데 압력평형을 이용한 열 신축 이음장치를 제공함에 있다.
즉, 송전계통에 사용되는 가스절연모선 외함의 열신축의 변위를 효과적으로 흡수하도록 하는 신축이음 연결장치로서 본 발명은, 한쪽 외함에 결합된 제1 고정플랜지로부터 일정거리 이격 배치된 제1 이동성플랜지를 연결하는 제1 신축관과, 다른쪽 외함에 결합된 제2 고정플랜지로부터 일정거리 이격 배치된 제2 이동성플랜지를 연결하는 제2 신축관과, 상기 제1 이동성플랜지와 제2 이동성플랜지를 연결하는 제3 신축관과, 상기 제1 고정플랜지와 제2이동성플랜지를 연결하는 제1 타이로드와, 상기 제2 고정플랜지와 제1 이동성플랜지를 연결하는 제2 타이로드를 포함하여 구성하여 내부 서로 다른 실린더의 압력에 의한 압력평형을 이용한 가스절연모선 외함의 열 신축 이음 연결장치에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

압력평형을 이용한 가스절연모선 외함의 신축 이음 연결장치{Pressure Balancing Type Expansion Joint for Gas Insulated Bus Bar}

본 발명은 송전계통에 사용되는 가스절연모선을 열에 의한 신축 현상으로부터 보호하는 외함의 이음 연결장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 송전계통에 사용되는 가스절연모선의 통전의 영향과 외기온도의 영향으로부터 가스절연모선을 보호하기위하여 외함에 작용하는 신축 변위량을 흡수하여 외함 구조물의 구조적 안전성을 유지토록 하는 장치인 바, 내부에 충진된 가스 압력의 평형 원리를 이용한 가스절연모선 외함의 신축 이음 연결장치에 관한 것이다.

일반적으로 송전계통에 사용되는 가스절연모선(GIB)은 단상 및 삼상 고전압전원으로부터 전원을 인가 받는 붓싱에서 전달되는 전원을 가스절연차단기로 전달하거나 전달 받는 경로 역할을 수행한다.

이러한 가스절연모선의 내부는 전도성이 좋은 도체로 구성되어 있으며, 이러한 가스절연모선의 외함은 전기적 전도성이 우수하고 기계적 성능이 우수한 비철 금속을 사용하여 내부에 절연성능이 우수한 가스를 일정한 설계기준의 압력에 따라 충진하여 1차측 고전압 충전부와 접지되어 있는 외함 간의 절연을 유지하도록 하면서 전류를 통전하는 기능을 수행하고 있다.

이렇게 내부에 고압절연가스를 충진하고 있는 외함은 정적지지, 지진 및 풍하중으로부터 보호받기 위하여 서포터 구조물(일반적으로 철강제로 이루어짐)을 이용하여 바닥 혹은 벽면구조물에 설치되는 것이 보편적이다.

이상과 같이 외함에는 내부 가스절연모선의 통전 량에 의한 내부압력과 외기 온도변화에 의한 인장하중 및 압축하중(변위량)이 발생하게 되는데, 이러한 인장 및 압축하중에 의하여 외함의 길이 방향으로 신축현상이 발생하게 된다. 결국 이러한 외함의 신축현상은 외함 자체, 외함의 이음부에 구조적인 손상을 야기할 뿐만 아니라, 상기 선팽창계수를 달리하는 서포터 구조물과 외함의 연결부에도 구조적인 손상을 야기 시키어 구조물을 파괴에 이르게 한다.

이와 같이 열응력에 의한 길이 방향으로의 외함 신축현상을 구조적으로 흡수하기 위해서 일정한 간격으로 신축현상을 고려한 신축 연결장치(Expansion Joint)를 사용하여 연결하게 된다. 현재 이러한 외함 신축현상에 따른 변위량을 흡수하는 이음장치로는, 벨로우즈(Bellows)가 사용되는데 벨로우즈(Bellows) 자체는 아주 얇은 박판으로 제작되어야만 신축작용이 가능하기 때문에 내부 압력으로부터 발생하는 추력(Thrusting Force)에 의하여 주름형태의 벨로우즈(Bellows)가 일자 형태로 펴지면서 파단되는 현상이 발생하게 된다. 이와 같이 미는 힘을 제어하기 위하여 일정한 실린더 내에 접시형 스프링(Dish Spring)을 수십 겹씩 병렬로 장착하여 압력변화에 따른 내부 힘에 대항하여 균형을 유지하면서 신축현상을 수행하도록 해 왔다.

하지만, 상기의 실린더 내 수십 겹씩 내장하여 사용하는 접시형 스프링(Dish Spring)을 이용한 이음 연결장치(Spring Balancing Type Expansion Joint)는 재질의 특성상 부품의 제작비가 고가인데다가 외함 이음부의 원 둘레를 따라 다수개가 설치되어야 하고, 수백 미터에서 수 킬로미터에 달하는 외함 이음부마다 이음 연결장치(Spring Balancing Type Expansion Joint)를 설치하기에는 상당한 제작비를 부담하여야 하는 문제점이 있다. 또, 이러한 종래 이음 연결장치(Spring Balancing Type Expansion Joint)는 압력변화(변위량)에 신속 정확한 반응력(흡수력)을 만족하기 위해 수십에서 수백 개의 접시형 스프링(Dish Spring)을 수십 겹으로 적층하여 설치 구성하게 되는데, 이에 따른 그 설치 및 유지보수의 경우에도 작업의 곤란성과 함께 많은 제작비를 감안하여야 했다.

그리고 종래 이음 연결장치(Spring Balancing Type Expansion Joint)는 동절기 외함의 수축 시 벨로우즈(Bellows)가 팽창하기 위하여 접시형 스프링(Dish Spring)이 수축해야 하는 바, 수백 개의 접시형 스프링(Dish Spring)이 수축하기 위해서는 상당한 크기의 힘을 필요로 하여 외함을 고정하는 서포터 구조물에 기계적 하중(Stress)을 크게 야기 시키어 구조물을 파괴시키는 현상도 발생되었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 신축 연결장치(Balancing Type Expansion Joint)를 사이에 두고 양쪽에 배치되는 외함의 변위량을 흡수하여 외함의 구조적인 안정성을 확보하는 동시에 서포터 구조물의 구조적인 안정성과 강성을 확보할 수 있도록 하는데 압력 평형의 원리를 이용한 가스절연모선 외함의 열 신축 이음 연결장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 고가의 부품이 사용되는 종래의 구조 대신 구조가 단순한 부품을 상호 작용 하게하여 가스절연모선 외함의 안전한 운전을 도모하는 열 신축 이음 연결장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 송전계통에 사용되는 가스절연모선의 외함 연결부에 설치되는 연결장치에 있어서, 한쪽 외함에 결합된 제1 고정플랜지로부터 일정거리 이격 배치된 제1 이동성플랜지를 연결하는 제1 신축관과, 다른 쪽 외함에 결합된 제2 고정플랜지로부터 일정거리 이격 배치된 제2 이동성플랜지를 연결하는 제2 신축관과, 상기 제1 이동성플랜지와 제2 이동성플랜지를 연결하는 제3 신축관과, 상기 제1고정플랜지와 제2 이동성플랜지를 연결하는 제1 타이로드(Tie Rod)와, 상기 제2 고정플랜지와 제1이동성플랜지를 연결하는 제2 타이로드(Tie Rod)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 및 제2 신축관의 직경은 동일하게 형성되고, 상기 제3신축관의 직경은, 상기 제1 및 제2 신축관 단면적의 2배를 유지하도록 형성한다.

상기와 같은 수단으로부터 본 발명은 외함 이음부의 중앙에 배치된 제3 신축관을 중심으로 대칭 배치되는 제1 및 제2 신축관과 상기 제1,2 및 제3 신축관을 상호 연결하는 제1 및 제2 타이로드로 이루어진 이중구조의 신축 이음 연결장치를 통하여, 양쪽 외함 변위에 의하여 발생되는 인장 및 압축하중을 흡수하고, 부품 어느 한 지점에 발생되는 국부하중 발생을 줄이는 등 열 신축 이음 연결장치를 통하여 기계적 응력을 흡수함으로써 열에 의한 변위로부터 기기의 구조적인 안정성과 강성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 다수의 타이로드와, 다수의 신축관 및 다수의 플랜지에 의한 구조가 상호간에 연동 작용하여 신축을 흡수하게 함으로써, 기존 고가의 이음 연결장치에 대비하여 상당한 제작비 절감효과를 기대할 수 있다.

도 1은 가스절연모선용 외함의 설치 예시도
도 2는 본 발명에 따른 가스절연모선용 외함의 열신축 이음 연결장치의 횡방향 예시도
도 3및 도 4는 도 2의 A-A선을 따라 절단하여 보인 단면 예시도

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 가스절연모선용 외함의 이음 연결장치의 구성을 보이는 도 2 내지 도 4를 도1 과 연계하여 참조하면, 본 발명에 따른 외함의 열신축 이음 연결장치(10)는, 이웃하는 외함(1)에 직접 연결되어 대칭구조를 이루는 제1 및 제2 신축관(11)(12)과, 상기 제1 및 제2 신축관(11)(12) 사이에 배치되는 대직경의 제3 신축관(13)을 포함한다. 또 한쪽 외함(1:도면의 좌측)과 연결되는 제1 신축관(11)과 제3 신축관(13)을 단속하며 그 변위량을 흡수하는 제1 타이로드(14)와, 다른 쪽 외함(1:도면의 우측)과 연결되는 제2 신축관(12)과 제3 신축관(13)을 단속하며 그 내부압력에 의한 추력을 고정해주는 제2 타이로드(15)를 포함한다.

보다 구체적으로, 한쪽 외함(1:도면의 좌측)에 결합된 제1 고정플랜지(101)로부터 일정거리 이격 배치된 제1 이동성플랜지(103)를 연결하는 제1 신축관(11)과; 다른 쪽 외함(1:도면의 우측)에 결합된 제2 고정플랜지(102)로부터 일정거리 이격 배치된 제2 이동성플랜지(104)를 연결하는 제2 신축관(12)을 구성한다. 상기 제1 및 제2 이동성플랜지(103)(104)에 각각 연결되는 제1 및 제2 신축관(11)(12)은 동일한 직경(D1)(D2)과 길이를 가지도록 형성되어 이음 연결장치(10)의 중심으로부터 상호 대칭구조를 이룬다.

또, 일정거리 이격 배치된 제1 이동성플랜지(103)와 제2 이동성플랜지(104)를 연결하는 제3 신축관(13)을 포함한다. 이 제3 신축관(13)은 이음 연결장치(10)의 중심에 배치되는 것으로, 양쪽에 배치되는 제1 및 제2 신축관(11)(12)에 비하여 대직경의 것으로 구성된다. 이에 대해서는 후술되는 작용으로부터 구체화 한다.

계속해서, 한쪽 외함(1)에 고정된 제1 고정플랜지(101)와 제2 이동성플랜지(103)를 연결하여 제1 신축관(11)의 변위 량을 흡수하는 제1 타이로드(14)를 플랜지의 둘레를 따라 균등하게 설치 구성하고, 다른 쪽 외함(1)에 고정된 제2 고정플랜지(102)와 제1 이동성플랜지(104)를 연결하여 제2 신축관(12)의 변위량을 흡수하는 제2타이로드(15)를 플랜지의 둘레를 따라 균등하게 설치 구성한다.

일반적으로, 익스펜션 조인트(Expansion Joint)에 사용되는 타이로드(Tie rod)는 하우징과 상기 하우징과, 하우징의 내부로 슬라이딩 삽입되는 로드와, 상기 하우징과 로드 사이에 개재되는 탄성부재를 일체로 하여, 하우징과 로드의 양 끝단으로 작용하는 압력의 미는 힘을 묶는 용도로 사용하고 있다.

계속해서 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 제3 신축관(13)의 단면적은 제1 및 제2 신축관(11)(12)의 단면적의 2배를 유지할 수 있는 직경(D3)을 구비하도록 하는데, 이는 내부에 고압의 가스가 충전된 상태를 이루는 외함(1)의 특성 상 외함(1) 내부에서 작용하는 압력은 그 유효 단면적에 비례하여 작용하게 된다. 본 발명에 따른 제1 및 제2 타이로드(14)(15)를 통한 이중 구조에 의하여 상기 제3 신축관(13)에 작용하는 내부압력은 상기 제1 및 제2타이로드(14)(15)와 각각 연결되는 제2 이동성플랜지(103) 및 제1 이동성플랜지(104)를 향해 균등 분배된다.

다시 말해 본 발명은 대직경의 제3 신축관(13)을 중심으로 양쪽에 배치되는 제1 및 제2 신축관(11)(12)과, 상기 제1 및 제2 신축관(11)(12)에 각각 설치되어, 중앙에 배치된 제3 신축관(13)과 동시에 연결되는 제1 타이로드(14)와 제2 타이로드(15)로 구성된 이중 구조의 이음 연결장치(10)를 제공함으로서, 외함의 내부압력에 의해 제3 신축관(13)에서 작용하는 인장하중은 동시에 연결된 제1 타이로드(14)와 제2 타이로드(15)를 향해 절반으로 균등 분배되어, 결국 한쪽 외함에 고정된 제1 고정플랜지(101)와, 다른 쪽 외함에 고정된 제2 고정플랜지(102), 제1 이동성플랜지(103), 제2 이동성플랜지(104)에 작용하는 압력의 힘은 균등하게 평형을 유지하게 되는 것이다.

이상과 같이 제1 및 제2 타이로드(14)(15)에 의한 이중구조와, 상기 제1 및 제2 타이로드(14)(15)로 연결되는 제1 및 제2 고정플랜지(101)(102) 및 제1 및 제2이동성플랜지(103)(104)와, 각 플랜지를 상호 연결하는 제1,2,3 신축관(11)(12)(13)의 연동된 압력제어로부터 각 부품에 직접적으로 작용하는 응력 발생을 예방하고, 이와 동시 각 부품에 고른 하중분포 형성을 만족할 수 있어, 전반적인 이음 연결장치(10)의 구조적인 안정성과 강성을 확보할 수 있는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

(1) : 외함
(10) : (열신축) 이음 연결장치
(11) : 제1 신축관
(12) : 제2 신축관
(13) : 제3 신축관
(14) : 제1 타이로드
(15) : 제2 타이로드
(101) : 제1 고정플랜지
(102) : 제2 고정플랜지
(103) : 제1 이동성플랜지
(104) : 제2 이동성플랜지

Claims (2)

1. 송전계통에 사용되는 가스절연모선의 외함(1) 이음부에 설치되는 연결장치에 있어서,
   한쪽 외함에 결합된 제1 고정플랜지(101)로부터 일정거리 이격 배치된 제1 이동성플랜지(103)를 연결하는 제1 신축관(11)과,
   다른 쪽 외함에 결합된 제2 고정플랜지(102)로부터 일정거리 이격 배치된 제2 이동성플랜지(104)를 연결하는 제2 신축관(12)과,
   상기 제1 이동성플랜지(103)와 제2 이동성플랜지(104)를 연결하는 제3 신축관(13)과,
   상기 제1 고정플랜지(101)와 제2 이동성플랜지(104)를 연결하는 제1 타이로드(14)와,
   상기 제 2고정플랜지(102)와 제1 이동성플랜지(103)를 연결하는 제2 타이로드(15)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 압력평형을 이용한 가스절연모선 외함의 신축 이음 연결장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 신축관(11)(12)의 직경(D1)(D2)은 동일하게 형성되고, 상기 제3 신축관(13)의 직경(D3)은, 상기 제1 및 제2 신축관(11)(12) 단면적의 2배를 유지하게 형성한 것을 특징으로 하는 압력평형을 이용한 가스절연모선 외함의 신축 이음 연결장치.

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