KR20160029175A

KR20160029175A - 복합형 송전탑

Info

Publication number: KR20160029175A
Application number: KR1020140117478A
Authority: KR
Inventors: 장정범; 김정훈
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-03-15

Abstract

복합형 송전탑에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 복합형 송전탑은: 송전선로를 지지하기 위해 수직방향으로 연장되는 콘크리트 구조물로 이루어진 베이스부 및 베이스부의 외측에 권선되는 탄소섬유 재질의 외측부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합형 송전탑{COMBINED TYPE TRANSMISSION TOWER}

본 발명은 복합형 송전탑에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 송전탑 대비 최대성능은 향상되고 최대변위는 감소하여 향상된 내구성을 제공하는 복합형 송전탑에 관한 것이다.

일반적으로, 발전소에서 만든 전력을 멀리 있는 공장이나 일반 가정 등으로 수송하는 과정을 송전이라 하며, 이때 사용하는 송전선로를 지지하기 위한 탑을 송전탑이라 한다. 지상에 설치되는 송전선로는 일정 거리마다 설치된 송전탑에 의해 지지된다.

그러나 최근에는 민원 발생 및 부지 확보 문제로 새로운 송전선로 건설이 어려워서 기존 송전선로를 최대한 활용하거나 장경간(長經間, Long span) 고강도 송전탑 건설이 요구된다. 장경간 송전탑이 가능하기 위해서는 송전탑 자체의 기계적 강도가 우수해야 하며, 경량의 부재로 제작되어야 한다. 그러나 현재의 송전탑은 제품의 무게가 무거워서 이송설치가 어려우며 생산비용이 상승된다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2008-0048583호(2008.06.03 공개, 발명의 명칭: 케이블 선로 가변기능을 갖는 송전탑)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존 송전탑 대비 최대성능은 향상되고 최대변위는 감소하여 향상된 내구성을 제공하는 복합형 송전탑을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 복합형 송전탑은: 송전선로를 지지하기 위해 수직방향으로 연장되는 콘크리트 구조물로 이루어진 베이스부 및 베이스부의 외측에 권선되는 탄소섬유 재질의 외측부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 베이스부는, 하측에서 상측으로 갈수록 횡단면의 면적이 점차로 작아지는 것이 바람직하다.

또한 외측부재는 수평선을 기준으로 설정각도 만큼 기울어진 상태로 베이스부의 외측에 권선되는 것이 바람직하다.

또한 외측부재가 설치되는 설정각도는 예각인 것이 바람직하다.

또한 외측부재가 설치되는 설정각도는 90도인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 복합형 송전탑은, 콘크리트 구조물인 베이스부의 외측에 탄소섬유로 구성된 외측부재가 설치되어 구조물의 최대성능은 향상되고 최대변위는 감소되어 향상된 내구성을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 송전탑의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 베이스부와 외측부재의 설치상태를 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 외측부재가 설정각도로 베이스부의 외측에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 외측부재가 연속적으로 베이스부의 외측에 비스듬하게 권선된 상태를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 송전탑의 유한요소모델을 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 송전탑의 변형형상을 유한요소모델로 도시한 정면도이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 외측부재의 설정각도에 따른 복합형 송전탑의 최대응력과 최대변위를 도시한 표이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 복합형 송전탑을 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 복합형 송전탑을 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 복합형 송전탑을 개략적으로 도시한 정면도이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 송전탑을 설명한다. 설명의 편의를 위해 관형주 송전탑을 예로 들어 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 송전탑의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 베이스부와 외측부재의 설치상태를 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 외측부재가 설정각도로 베이스부의 외측에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 외측부재가 연속적으로 베이스부의 외측에 비스듬하게 권선된 상태를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 송전탑의 유한요소모델을 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 송전탑의 변형형상을 유한요소모델로 도시한 정면도이며, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 외측부재의 설정각도에 따른 복합형 송전탑의 최대응력과 최대변위를 도시한 표이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 송전탑(1)은, 송전선로(40)를 지지하기 위해 수직방향으로 연장되는 콘크리트 구조물로 이루어진 베이스부(10)와, 베이스부(10)의 외측에 권선되는 탄소섬유 재질의 외측부재(20)를 포함한다.

베이스부(10)는 송전선로(40)를 지지하기 위해 수직방향으로 연장되는 콘크리트 구조물로 이루어진다. 베이스부(10)의 상측에는 수평방향으로 지지부(30)가 설치되며, 지지부(30)에는 송전선로(40)가 연결된다.

베이스부(10)는 콘크리트로 성형되며, 비교적 하중이 많이 걸리는 하측의 구조강성을 보다 보강하기 위하여 베이스부(10)의 하측의 횡단면적은 상측의 횡단면적보다 넓게 형성된다. 즉, 베이스부(10)는 하측에서 상측으로 갈수록 횡단면의 면적이 점차로 작아지게 형성되므로 외부응력에 대응하는 구조강성을 보다 향상시킬 수 있다. 베이스부(10)에 사용되는 콘크리트의 재료특성은, 탄성계수(MPa)가 24,151.23이며, 프와송비는 0.2이며, 단위질량(N/㎣/g)이 2.5X10^-9이다.

외측부재(20)는 베이스부(10)의 외측에 권선되며 탄소섬유 재질로 성형된다. 탄소섬유는 출발물질에 따라 아크릴(PAN)계, 피치(PITCH)계, 레이온(RAYON)계, 페놀(PHENOL)계 등으로 분류할 수 있으며 그 출발 물질들은 용액 및 용융 방사 방법에 의해 섬유 형태로 형성한 다음 산화성 가스 분위기에서 불융화 과정을 거친 후 불활성 분위기에서 탄소화하여 탄소섬유를 제조하거나, 불융화 섬유, 탄소섬유 등을 가스나 약품 등을 이용하여 활성탄소섬유를 제조한다.

탄소섬유를 사용하는 외측부재(20)는 베이스부(10)의 외측을 따라 휨이 용이하게 이루어지며, 베이스부(10)의 외측에 외측부재(20)가 권선된 상태로 고정된다. 외측부재(20)와 베이스부(10)에 접착제가 도포된 상태에서 외측부재(20)를 베이스부(10)의 외측에 접하여 고정시킬 수 있으며, 외측부재(20)의 외부에 와이어를 감아서 베이스부(10)의 외측에 외측부재(20)를 고정시키는 방법을 포함한 다양한 고정방법이 외측부재(20)의 고정에 사용될 수 있다.

탄소섬유의 재료특성은, 탄성계수-E1(MPa)이 64,256, 탄성계수-E2(MPa)이 5,876, 전탄성계수(MPa)가 2,493이며 프와송비는 0.27며, 단위질량(N/㎣/g)이 2.5X10^-9이다. 여기서 E1은 탄소섬유인 외측부재(20)의 길이방향을, E2는 외측부재(20)의 길이에 대한 직각방향을 의미한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 외측부재(20)는 수평선을 기준으로 설정각도(A) 만큼 기울어진 상태로 베이스부(10)의 외측에 권선된다. 도 7에 도시된 바와 같이 설정각도(A)의 변화에 따라 복합형 송전탑(1)의 최대응력과 최대변위는 변화된다. 설정각도(A)가 0도인 경우에는 최대응력이 가장 낮고 최대변위가 가장 크므로 복합형 송전탑(1)의 내구성이 약하다. 설정각도(A)가 90도를 향하여 갈수록 최대응력이 증가하며 최대변위는 감소하므로 복합형 송전탑(1)의 내구성이 향상된다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 외측부재(20)가 베이스부(10)의 외측에 권선되면서 설치될 때, 외측부재(20)의 하측과 수평선 사이의 각도를 설정각도(A)로 한다. 외측부재(20)가 설치되는 설정각도(A)의 변화에 따라 복합형 송전탑(1)의 최대응력과 최대변위가 변경된다.

제1실시예에 따른 복합형 송전탑(1)에서 외측부재(20)가 설치되는 설정각도(A)는 예각이다. 설정된 폭을 가지는 외측부재(20)는 수평선을 기준으로 설정각도(A) 만큼 기울어져서 베이스부(10)의 외측에 권선되면서 베이스부(10)의 외측에 고정된 상태를 유지한다.

콘크리트로 구성된 베이스부(10)의 외측에 탄소섬유인 외측부재(20)가 설치된 상태에서 도 5에 도시된 바와 같이 유한요소모델로 모델링을 한 후, 외압이 작용하였을 때 복합형 송전탑(1)의 변형형상을 도 6에 도시된 바와 같이 시뮬레이션 하였다. 송전탑 설계시 고려하는 풍하중과 송전선로(40)의 장력을 고려하여 탄소섬유인 외측부재(20)의 설정각도(A)를 변화시켰을 때 복합형 송전탑(1)에 발생하는 응력 변화를 보여준다.

이에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 탄소섬유인 외측부재(20)의 설정각도(A)에 따라 복합형 송전탑(1)의 최대응력과 최대변위를 얻을 수 있었으며, 접학각도가 예각인 범위 안에서는 설정각도(A)가 클 수록 최대응력은 커지고 최대변위는 작아지게 된다. 즉, 탄소섬유인 외측부재(20)의 설정각도(A)가 증가할수록 탄소섬유에서 발생하는 응력이 증가하여 탄소섬유의 성능을 최대한 활용하고 있음을 알 수 있다. 따라서 외측부재(20)의 시공성을 고려하여 설정각도(A)가 크게 형성되도록 베이스부(10)의 외측에 외측부재(20)를 설치함이 바람직하다.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 복합형 송전탑(2)의 외측부재(22)는 설정각도(A)가 0도이다. 따라서 복합형 송전탑(2)의 외측에 수평방향으로 외측부재(22)가 다단으로 설치된다. 제2실시예에 따른 복합형 송전탑(2)은 다른 송전탑 대비 최대응력은 작고 최대변위는 크게 형성되나, 시공의 용이성과 설치환경을 고려하여 사용될 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예에 따른 복합형 송전탑(3)의 외측부재(24)가 설치되는 설정각도(A)가 90도이다. 따라서 복합형 송전탑(3)의 외측에 수직방향으로 외측부재(24)가 설치된다. 복합형 송전탑(3)의 최대응력을 보다 향상시키고 최대변위는 감소시키도록 외측부재(24)는 단일부재로 이루어지며, 베이스부(10)의 외측을 감싸는 형상으로 설치된다. 제3실시예에 따른 복합형 송전탑(3)은 최대응력은 높고 최대변위는 작으므로 향상된 내구성을 제공할 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 제4실시예에 따른 복합형 송전탑(4)의 외측부재도 설정각도(A)는 90도이다. 따라서 복합형 송전탑(4)의 외측에 수직방향으로 외측부재(26)가 설치된다. 외측부재(26)의 시공성을 향상시키기 위하여 외측부재(26)는 복수개의 조각으로 나뉘어서 시공된다. 제4실시예에 따른 외측부재(26)는 4조각으로 나뉘어지며, 베이스부(10)의 외측에 수직방향으로 설치되어 베이스부(10)의 외측을 감싼다. 외측부재(26)의 개수와 형상은 시공성을 고려하여 변형될 수 있다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 '설정각도(A)'는 외측부재(20)가 베이스부(10)의 외측에 설치되는 각도의 의미로 사용된다. 즉, 도 3에 도시된 실시예에서 설정각도(A)는 외측부재(20)의 하측 경계부와 수평선 사이의 각도를 나타낸다.

한편, 본 제 1, 2, 3 및 제 4실시예에서는 외측부재(20,22,24,26)의 설정각도(A)가 특정각도로 설정됨을 예로 들어 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 콘크리트로 이루어진 베이스부(10)의 외측에 탄소섬유를 사용하는 외측부재(20,22,24,26)가 설치되는 기술사상 안에서 다양한 외측부재(20,22,24,26)의 형상과 설정각도(A)가 사용될 수 있음은 물론이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 복합형 송전탑(1)의 제조방법 및 작동상태를 상세히 설명한다.

콘크리트로 성형된 베이스부(10)의 외측에 외측부재(20)를 설정각도(A)로 설치한다. 설정각도(A)가 예각인 경우 외측부재(20)는 베이스부(10)의 외측을 나선형으로 권선하여 베이스부(10)의 외측에 외측부재(20)가 접한 상태로 설치된다.

본 발명의 제1,2실시예에 따른 외측부재(20,22)는 설정각도(A)가 예각과 0도이므로 시공성과 설치환경을 고려하여 설치한다.

또한 본 발명의 제3,4실시예에 따른 외측부재(24,26)는 설정각도(A)가 90도이므로 높은 내구성을 요구하는 곳에 설치가 주로 될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 콘크리트 구조물인 베이스부(10)의 외측에 탄소섬유로 구성된 외측부재(20)가 설치되어 구조물의 최대응력은 향상되고 최대변위는 감소되어 향상된 내구성을 제공할 수 있다.

또한 최근의 복합형 송전탑(1)은 탄소섬유를 사용하는 외측부재(20)에 색상과 문양의 삽입이 용이하기 때문에 친환경적인 미려한 외관을 제공할 수 있다. 또한 동일체적의 송전탑 대비 최대응력이 향상되었기에 설치면적이 감소되어 설치비용을 절감할 수 있다. 즉, 섬유강화 복합재료를 사용하는 복합형 송전탑(1)은 금속으로 성형된 종래 송전탑 대비 기계적 강도가 뛰어날 뿐만 아니라, 복잡하고 다양한 형상의 구조물을 제작할 수 있으며, 색상과 문양의 삽입이 용이하기 때문에, 컴팩트하면서도 미려한 외관을 가진 친환경적 구조물 제작에 유리하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한 관형주 송전탑을 예로 들어 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 다른 송전탑이나 구조물에도 본 발명에 의한 복합형 송전탑 구조가 적용될 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

1,2,3,4: 복합형 송전탑
10: 베이스부
20,22,24,26: 외측부재
30: 지지부 40: 송전선로
A: 설정각도

Claims

송전선로를 지지하기 위해 수직방향으로 연장되는 콘크리트 구조물로 이루어진 베이스부; 및
상기 베이스부의 외측에 권선되는 탄소섬유 재질의 외측부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합형 송전탑.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스부는, 하측에서 상측으로 갈수록 횡단면의 면적이 점차로 작아지는 것을 특징으로 하는 복합형 송전탑.
제 1 항에 있어서,
상기 외측부재는 수평선을 기준으로 설정각도 만큼 기울어진 상태로 상기 베이스부의 외측에 권선되는 것을 특징으로 하는 복합형 송전탑.
제 3 항에 있어서,
상기 외측부재가 설치되는 설정각도는 예각인 것을 특징으로 하는 복합형 송전탑.
제 3 항에 있어서,
상기 외측부재가 설치되는 설정각도는 90도인 것을 특징으로 하는 복합형 송전탑.