KR20180049667A

KR20180049667A - 지중송전 전력구 환기 및 냉각성능 개선을 위한 환기기체 분배장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20180049667A
Application number: KR1020160145881A
Authority: KR
Inventors: 김민주; 강연욱; 정채균; 박홍석; 황재상; 강지원
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2018-05-11
Also published as: KR102597355B1

Abstract

본 발명은 지중 전력구 내 압력차로 인한 환기기체의 흐름량의 불평형을 해소하기 위한 장치에 있어서, 상기 전력구의 내벽에 설치되며 상기 환기기체가 통과하도록 관통된 형태의 프레임, 상기 환기기체의 진행방향으로 상기 프레임을 관통하는 틈형상의 고압분출부, 상기 전력구 내의 상기 환기기체의 풍속을 측정하는 풍속측정계, 상기 전력구 내의 상기 압력차를 조절하는 압력조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

지중송전 전력구 환기 및 냉각성능 개선을 위한 환기기체 분배장치 및 그 방법{DISTRIBUTION APPARATUS FOR VENTILATION GAS OF UNDERGROUND ELECTRICAL CONDUIT AND METHOD THEREOF}

본 발명은 지중송전 전력구 내의 환기 불평형을 해소하기 위한 환기기체 분배장치 및 방법에 관한 것이다.

전력구 내 케이블을 통한 지중송전은 환경적 요인 및 지역주민의 의사가 반영된 지자체의 요청으로 활발하게 건설되고 있다. 전력구를 통한 지중송전은 공기 중에 직접 노출된 가공송전 방식에 비해 전력구 내·외 환경의 온도에 따라 송전 효율이 매우 크게 영향을 받는다. 현재 국내에서는 전력구 건설 시 약 500m 간격으로 환기구를 지상으로 연결하여 건설하고 있으며, 송풍기의 유무에 따라 강제, 자연환기구로 구분하여 운전하고 있다. 환기구는 전력구 내 오염된 기체의 배출 및 전력구 내 외기의 유입을 통한 냉각을 실시하여 송전 효율에도 크게 영향을 미치는 매우 중요한 요소라고 할 수 있다. 일반적으로 자연환기구(100)로 유입된 환기 기체는 전력구 내부를 지나며 열을 흡수하고 강제환기구(200)를 통해 배출되어 전력구 내 온도를 하강시키는 동시에 유해가스를 배출한다. 전력구 진행방향에 따른 모든 조건(전력구 크기, 전력구 설치 깊이, 전력구 형태)이 동일하다면 환기 기체의 흐름을 비교적 예상할 수 있게 된다. 하지만 도 1과 같이 전력구의 설계방법, 지중 내 특수환경(지하철, 공동구 등)이나 지상의 특수한 환경(하천, 건물 등)에 따라 전력구 진행방향, 고저차가 발생한다. 강제환기구(200) 동시 동작 시 자연환기구(100)를 통해 환기 기체가 유입된다. 우측의 강제환기구의 경우 좌측 강제환기구에 비해 상대적으로 전력구의 길이가 길고, 지하 지장물로 인한 전력구의 고저차가 있다. 이것은 환기 기체의 정압 및 동압의 불균형을 초래하고 기체의 양을 달라지게 한다. 설계 당시 강제환기구의 송풍기의 용량을 달리하여 문제점을 극복하고자 하지만 실제 운전시 극복되지 않고 있는 실정이다.

상술한 문제점을 해결하고자, 지중송전 전력구 내의 환기기체의 흐름량을 조절하여 지하지장물 등에 의한 전력구 내의 압력차에 관계없이 환기기체의 평형을 유도하는 환기기체 분배장치 및 그 방법을 제시하고자 한다.

본 발명은 지중 전력구 내 압력차로 인한 환기기체의 흐름량의 불평형을 해소하기 위한 장치에 있어서, 상기 전력구의 내벽에 설치되며 상기 환기기체가 통과하도록 관통된 형태의 프레임, 상기 환기기체의 진행방향으로 상기 프레임을 관통하는 틈형상의 고압분출부, 상기 전력구 내의 상기 환기기체의 풍속을 측정하는 풍속측정계, 상기 전력구 내의 상기 압력차를 조절하는 압력조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배장치이다.

본 발명을 통해 전력구의 원활한 환기 기체의 흐름으로 유해할 수 있는 기체를 배출함과 동시에 전력구 케이블이나 기타 요소로 인한 발열을 제거할 수 있다.

또한 송풍기 추가, 간이 환기구 설치를 회피함으로써 그 비용을 줄일 수 있고 원활한 환기로 전력구 내부온도도 하강시켜 지중 송전효율의 증대를 기대할 수 있다.

도 1은 지중송전 전력구의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 2는 지중송전 전력구 내 환기기체의 흐름을 나타내는 개념도로 본 발명의 적용 전(a)과 적용 후(b)의 모습이다.
도 3은 본 발명에 따른 환기기체 분배장치의 구성 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 환기기체 분배장치의 작동원리 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 환기기체 분배장치의 구성 및 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 환기기체 분배장치의 순서도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

본 발명은 지중 전력구(300) 내 압력차로 인한 환기기체(FL)의 흐름량의 불평형을 해소하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 전력구(300)의 내벽에 설치되며 상기 환기기체(FL)가 통과하도록 관통된 형태의 프레임(58,59), 상기 환기기체의 진행방향으로 상기 프레임을 관통하는 틈형상의 고압분출부(54,57), 상기 전력구 내의 상기 환기기체의 풍속을 측정하는 풍속측정계(52,56), 상기 전력구 내의 상기 압력차를 조절하는 압력조절부(503)를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배장치(500) 이다.

상기 압력조절부(503)는 상기 고압분출부(54,57)의 압력을 조절하는 인버터컴프레서(51,55), 주파수를 변경하여 상기 인버터컴프레서의 압력값을 조절하는 제어용 주파수조절장치(53)를 포함하며 상기 전력구(300) 내의 환기기체의 흐름량을 조절하여 상기 압력차에 관계없이 상기 전력구 내의 상기 환기기체의 평형을 유도한다.

상기 전력구(300)는 자연환기구(100)에 의해 상기 환기기체가 유입되는 유입부(A), 상기 유입부에서 유입된 상기 환기기체가 상기 전력구를 따라 이동하는 이동부(B), 강제환기구(200)에 의해 상기 환기기체가 상기 전력구 밖으로 배출되는 배출부(C)를 포함하며 건축물에 의한 지하지장물이 상기 이동부(B)의 고저 및 장단을 발생시켜 상기 전력구 내의 상기 압력차가 발생한다. 도 1은 지중송전 전력구의 구조를 나타내는 개념도이다.

도 5는 본 발명에 따른 환기기체 분배장치의 구성 및 개념도로 이를 참고하면 본 발명의 구성을 이해하기 쉽다. 상기 프레임(58,59)은 상기 유입부(A)와 상기 이동부(B)의 경계에 마주보도록 위치하고 상기 풍속측정계(52,56)와 상기 인버터컴프레서(51,55)는 상기 프레임 하단의 일측에 밀착되어 상기 유입부에 위치하며 상기 제어용 주파수조절장치(53)는 상기 인버터컴프레서와 인버터컴프레서 사이에 위치한다.

도 3은 본 발명에 따른 환기기체 분배장치의 구성 개념도이다.

상기 환기기체 분배장치(500)는 제1환기기체 분배장치(501), 상기 제1환기기체 분배장치와 대칭되게 위치하는 제2환기기체 분배장치(502)를 포함하며

상기 제어용 주파수조절부(53)에 의해 제어된다. 상기 제1환기기체 분배장치(501)는 제1 프레임(58), 제1인버터컴프레서(51) 및 제1풍속측정기(52)를 포함하고, 상기 제2환기기체 분배장치(502)는 제2 프레임(59), 제2인버터컴프레서(55) 및 제2풍속측정기(56) 를 포함한다.

도 6은 본 발명에 따른 환기기체 분배장치의 작동 순서도이다.

상기 지중 전력구 내 압력차로 인한 환기기체의 흐름량의 불평형을 해소하기 위한 방법으로 상기 압력차에 따른 상기 전력구(300) 별 필요유량을 입력하는 유량입력단계, 상기 배출부(C)의 강제환기구(200)를 가동시키는 강제환기구 가동단계, 상기 전력구 별 유속을 측정하는 유속측정단계, 상기 유량입력단계의 입력값과 상기 전력구 별 실제 유량을 비교하는 유량판단단계, 상기 환기기체 분배장치(500)를 가동시키는 환기기체 분배장치 가동단계, 상기 환기기체 분배장치 가동단계 이후의 유속이 필요유속을 만족하는지 판단하는 제1 유속판단단계, 상기 제어용 주파수조절장치(53)의 주파수를 조절하는 주파수 조절단계, 상기 주파수 조절단계 이후의 유속이 필요유속을 만족하는지 판단하는 제2 유속판단단계의 순서로 진행된다.

상기 환기기체 분배장치 가동단계는 상기 유량입력단계에서 입력한 유량을 충족시키기 위해 상기 환기기체 분배장치(500)를 가동시켜 상기 압력차에 따른 상기 전력구(300) 별 상기 환기기체의 유량을 조절하는 단계이다.

도 6에서는 생략되어 있으나, 상기 유량입력단계 이전에 상기 풍속측정기(52,56)를 통해 상기 압력차에 따른 상기 전력구(300) 별 체적유량을 유출하고 필요한 상기 환기기체의 비율산정을 완료하는 단계를 포함하고 있으며, 상기 유속측정단계에서는 상기 풍속측정기(52,56)를 통해 상기 전력구 별 유속을 측정하게 된다.

상기 제1유속판단단계 및 상기 제2유속판단단계의 만족 시에는 적용중인 주파수로 연속운전하고, 상기 제2유속판단단계의 불만족 시에는 만족 시까지 상기 주파수 조절단계를 반복 실행하게 된다. 상기 주파수 조절단계는 상기 제1유속판단단계에서 적용한 주파수에 10nHz를 더한 값으로 주파수를 높여주는 단계로 상기 n은 자연수이며 상기 자연수는 상기 주파수 조절단계의 실행횟수가 된다.

본 발명에 있어서 상기 유량입력단계 이전에 상기 환기기체 비율산정 단계부터 상기 유량판단단계까지는 상기 환기기체 분배장치(500)가 가동하기 전 상태로 상기 전력구(300) 별 압력차가 없거나 미세한 경우에는 상기 환기기체 분배장치가 가동하지 않게 함으로써 불필요한 전력소모를 줄이도록 했다.

도 2는 지중송전 전력구(300) 내 환기기체(FL)의 흐름을 나타내는 개념도로 본 발명의 적용 전(a)과 적용 후(b)의 모습이다.

도 2의 (a)의 경우, 종래의 전력구 내 환기기체의 흐름을 보여주는 그림으로 상기 전력구(300) 내 환기기체의 불평형 배분으로 인하여 전력구 내 유해가스 배출이 불량해지고 케이블 발열 및 기타 발열에 따른 열량의 배출이 용이하지 않아 상기 전력구 국부가열 구간이 생성되어 지중 전력구 송전효율이 저하되는 문제가 빈번하게 발생한다.

도 2의 (b)의 경우, 본 발명의 적용 후 상기 전력구(300) 내 환기기체의 흐름을 보여주는 그림으로 상기 환기기체 분배장치(500)의 설치를 통해 상기 환기기체의 불평형을 해소한 모습이다. 도 2는 개념도이므로 상기 환기기체 분배장치의 상세한 구성은 생략하여 나타냈다.

본 발명의 또 하나의 장점이라 하면 기존 설치되어있는 지하지장물 및 지중 순시에 방해되지 않는 구조물로 고안되어 기설 및 신설 전력구에 모두 적용 가능하다는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 환기기체 분배장치의 작동원리 개념도로 본 발명에 따르면 상기 환기기체 분배장치(500)는 상기 고압분출부(54,57)를 통해 고압의 환기기체를 분출시켜 상기 배출부(C) 방향으로 벽면을 따라 흐르게 함으로써 상기 환기기체의 진행방향 전력구 전방의 압력을 감소시켜 상기 환기기체를 증폭시킨다. 상기 제1환기기체 분배장치(501)와 상기 제2환기기체 분배장치(502)는 전방에 감소되는 압력을 양방향에서 조절함으로써 보내는 방향의 상기 환기기체의 양을 결정하게 해준다.

도 4의 좌측 그림과 같이 상기 고압분출부(54,57)에서 고압으로 상기 환기기체를 방출할 때 상기 환기기체 진행방향의 상기 전력구 벽면에는 빠른 기체의 흐름이 발생한다. 그 후 베르누이 정리에 따라 기체가 빠른 곳의 압력이 감소하여 도 4의 좌측과 같이 공간(SP)이 만들어지고 상기 압력차로 인하여 상기 전력구 내 환기기체에는 흐름(FL)이 발생하게 되며, 상기 전력구(300)의 벽면을 타고 흐르는 기체와 합쳐져 환기기체의 양이 증폭하게 된다. 이러한 원리로 상기 환기기체 분배장치(500)를 상기 유입부(A)를 기준으로 대칭되도록 설치하면 상기 전력구(300) 내의 환기기체의 양을 조절할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

FL : 환기기체
SP : 공간
A : 유입부
B : 이동부
B1 : 일반이동부
B2 : 연장이동부
C : 배출부
C1 : 일반측 배출부
C2 : 연장측 배출부
100 : 자연환기구
200 : 강제환기구
300 : 전력구
400 : 송풍기
500 : 환기기체 분배장치
501 : 제1환기기체 분배장치
502 : 제2환기기체 분배장치
503 : 압력조절부
51 : 제1인버터컴프레서
52 : 제1풍속측정기
53 : 제어용 주파수 조절장치
54 : 제1고압분출부
55 : 제2인버터컴프레서
56 : 제2풍속측정기
57 : 제2고압분출부
58 : 제1프레임
59 : 제2프레임

Claims

지중 전력구 내 압력차로 인한 환기기체의 흐름량의 불평형을 해소하기 위한 장치에 있어서,
상기 전력구의 내벽에 설치되며 상기 환기기체가 통과하도록 관통된 형태의 프레임;
상기 환기기체의 진행방향으로 상기 프레임을 관통하는 틈형상의 고압분출부;
상기 전력구 내의 상기 환기기체의 풍속을 측정하는 풍속측정계;
상기 전력구 내의 상기 압력차를 조절하는 압력조절부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배장치.
제1항에 있어서,
상기 압력조절부는 상기 고압분출부의 압력을 조절하는 인버터컴프레서;
주파수를 변경하여 상기 인버터컴프레서의 압력값을 조절하는 제어용 주파수 조절장치; 를 포함하며
상기 전력구 내의 환기기체의 흐름량을 조절하여 상기 압력차에 관계없이 상기 전력구 내의 상기 환기기체의 평형을 유도하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배장치.
제2항에 있어서,
상기 전력구는 자연환기구에 의해 상기 환기기체가 유입되는 유입부;
상기 유입부에서 유입된 상기 환기기체가 상기 전력구를 따라 이동하는 이동부;
강제환기구에 의해 상기 환기기체가 상기 전력구 밖으로 배출되는 배출부; 를 포함하며
건축물에 의한 지하지장물이 상기 이동부의 고저 및 장단을 발생시켜 상기 전력구 내의 상기 압력차가 발생하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배장치.
제3항에 있어서,
상기 프레임은 상기 유입부와 상기 이동부의 경계에 마주보도록 위치하고
상기 풍속측정계와 상기 인버터컴프레서는 상기 프레임 하단의 일측에 밀착되어 상기 유입부에 위치하며
상기 제어용 주파수 조절장치는 상기 인버터컴프레서와 인버터컴프레서 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배장치.
제4항에 있어서,
상기 환기기체 분배장치는 제1환기기체 분배장치;
상기 제1환기기체 분배장치와 대칭되게 위치하는 제2환기기체 분배장치; 를 포함하며
상기 제어용 주파수 조절장치에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배장치.
제5항에 있어서,
상기 제1환기기체 분배장치는 제1 프레임, 제1인버터컴프레서 및 제1풍속측정기를 포함하고,
상기 제2환기기체 분배장치는 제2 프레임, 제2인버터컴프레서 및 제2풍속측정기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배장치.
지중 전력구 내 압력차로 인한 환기기체의 흐름량의 불평형을 해소하기 위한 방법에 있어서,
상기 압력차에 따른 상기 전력구 별 필요유량을 입력하는 유량입력단계;
배출부의 강제환기구를 가동시키는 강제환기구 가동단계;
상기 전력구 별 유속을 측정하는 유속측정단계;
상기 유량입력단계의 입력값과 상기 전력구 별 실제 유량을 비교하는 유량판단단계;
환기기체 분배장치를 가동시키는 환기기체 분배장치 가동단계;
상기 환기기체 분배장치 가동단계 이후의 유속이 필요 유속을 만족하는지 판단하는 제1유속판단단계;
제어용 주파수 조절장치의 주파수를 조절하는 주파수 조절단계;
상기 주파수 조절단계 이후의 유속이 필요 유속을 만족하는지 판단하는 제2유속판단단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배방법.
제7항에 있어서,
상기 환기기체 분배장치 가동단계는 상기 유량입력단계에서 입력한 유량을 충족시키기 위해 상기 환기기체 분배장치를 가동시켜 상기 압력차에 따른 상기 전력구 별 상기 환기기체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배방법.
제7항에 있어서,
상기 유량입력단계 이전에 풍속측정기를 통해 상기 압력차에 따른 상기 전력구 별 체적유량을 유출하고 필요한 상기 환기기체의 비율산정을 완료하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배방법.
제7항에 있어서,
상기 유속측정단계는 풍속측정기를 통해 측정하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배방법.
제7항에 있어서,
상기 전력구는 자연환기구에 의해 환기기체가 유입되는 유입부;
상기 유입부에서 유입된 상기 환기기체가 상기 전력구를 따라 이동하는 이동부;
강제한기구에 의해 상기 환기기체가 상기 전력구 밖으로 배출되는 배출부; 를 포함하며
건축물에 의한 지하지장물이 상기 이동부의 고저 및 장단을 발생시켜 상기 전력구 내의 압력차가 발생하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배방법.
제7항에 있어서,
상기 제1유속판단단계 및 상기 제2유속판단단계의 만족 시에적용중인 주파수로 연속운전 하는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배방법.
제7항에 있어서,
상기 제2유속판단단계의 불만족 시에 상기 주파수 조절단계를 반복 실행하며
상기 제1유속판단단계에서 적용한 주파수에 10nHz를 더한 값으로 진행되는 것을 특징으로 하는 환기기체 분배방법.
제13항에 있어서,
상기 n은 자연수이며
상기 자연수는 상기 주파수 조절단계의 실행횟수인 것을 특징으로 하는 환기기체 분배방법.