KR20190075522A - 수배전반의 면진 유닛 - Google Patents

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현대이엔티 주식회사
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Abstract

본 발명은 수배전반의 면진 유닛에 관한 것으로, 수배전반의 하단부에 접촉되어 나사 고정되는 상부면과, 상부면의 저부가 구면 형상으로 상향 함몰된 함몰 구면부와, 함몰 구면부의 가장자리에 돌출된 돌출테두리와, 상부면을 수배전반의 하단부에 고정하기 위해 수직방향향으로 관통된 복수개의 결합관통공을 포함하는 상부 슬라이딩 구면체; 슬라이딩 구면체에 접촉하여 수평방향으로 회전 이동하는 슬라이딩 볼, 슬라이딩 볼의 구면 하부를 지지하는 복수의 지지불, 상기 복수의 지지볼을 수용하여 상기 슬라이딩 볼을 회전 가능하도록 지지하는 지지볼컵, 지지볼컵으로부터 하향 연장되는 내부실린더부를 포함하는 슬라이딩부; 하부 받침대 또는 지반 위에 접촉 고정되는 하부 고정판과, 고정판을 고정하기 위해 수직방향향으로 관통된 복수개의 결합관통공과, 하부 고정판의 중앙 상부에 원형 실린더 형상으로 상향 돌출되어 슬라이딩부의 내부실린더부를 상하 이동 가능하게 감싸는 외부 실린더부를 포함하는 실린더 고정부; 슬라이딩부의 지지볼컵은 지지볼을 수용하는 반구체 내면과 반구체 내면을 둘러싼 원주부 형상의 지지볼컵 외부와, 실린더 고정부의 외부 실린더부를 감싸서 수직방향으로 탄성을 부여하는 압축 스프링부; 상부 슬라이딩 구면체와 슬라이딩부를 수직방향으로 이동 변위 가능하게 구속 결합시키는 구속 체결수단을 포함한다.

Description

수배전반의 면진 유닛{BASE ISOLATION UNIT FOR ELECTRICAL DISTRBUTION PANEL}
본 발명은 수배전반의 면진 유닛에 관한 것으로, 보다 자세하게는 지진 등으로 인해 수평 또는 수직파의 진동을 전달하는 지반 또는 하부 받침대로부터 수배전반을 격리하여 진동의 영향을 흡수 또는 완화시키는 수배전반의 면진 유닛에 관한 것이다.
우리나라 지진은 1998년까지는 연 평균 20회 이하로 발생했으나, 1999년부터 2015년 기간에는 평균 48회로 2배 이상 증가하였으며, 2016년 경주지진이 발생한 후로는 연 432회로 급격히 증가하는 현상을 보이고 있다. 이제 우리나라는 이제 더 이상 지진에 안전한 나라가 아니다. 따라서, 내진 또는 면진 또는 내진설계가 큰 사회적 문제로 대두되고 있다.
이와 관련하여, 대형빌딩이나 아파트 등에서는 지진 발생시 그 피해를 최소화할 수 있는 각종 재난피해 최소화 시설을 확충하고 있는데, 기본 인프라인 전력 또는 통신제어 시설 등이 피해를 입어 정지되면, 막대한 2차 피해가 발생하고 있어서, 대형빌딩 또는 아파트 등의 수배전반을 비롯한 전동기제어반, 분전반, 통신제어반 등과 같은 전력/통신설비에 대한 내진 및 면진설계의 중요성이 증가하고 있다.
지진이 발생하면 진앙지로부터 전파되는 지진파는, 압축 팽창을 반복하면서 고상이나 액상 모두를 초속 6km 정도로 통과하는 압축파(P파)와, 오직 고상만을 초속 3.6km 정도로 상하로 진동하면서 통과하는 전단파(S파), 그리고 수평진동하는 수평진동파, 강한 지표진동을 유발하는 회전 진동파가 있다.
종래의 수평파로 전달되는 진동을 완화 격리시키는 기술은 수평방향으로 배치된 상하 구면체 사이에 슬라이딩 볼을 개재시킨다. 외함에 부품이 실장된 수배전반에 결합 고정된 상부 구면체에 대해 지표면이나 하부 받침대에 고정된 하부 구면체에 수평방향으로 힘(수평 진동)이 가해졌을 경우, 슬라이딩 볼의 회전 구름으로 하부 구면체가 상대 이동된다. 이때 상부 구면체에 고정된 수배전반은 관성운동 법칙에 따라 하부 구면체가 이동되더라도 거의 이동하지 않게 된다.
그리고 수직파를 흡수하는 종래의 기술로는 수직방향으로 설치된 스프링이나 고무받침이 이용되고 있는 데, 수직방향으로 상하 진동이 가해지면 스프링이나 고무받침판이 압축되면서 댐핑작용으로 상하진동 에너지를 흡수하여 상하 진동을 완화시킨다.
종래의 볼 슬라이딩 방법은 수배전반과 지반을 격리시키는 기반고립(Base Isolation)장치로서, 수배전반이 내부 구성품과 외함에 따라 중량이 수 톤이 되는 경우가 있다. 이 경우, 종래의 볼 슬라이딩 방법은 수배전반의 과도한 중량과 과도한 중량의 수평 이동시에 가중되는 가속하중으로 인하여 슬라이딩 볼이 반구형 지지홈에 박히거나 변형되는 현상이 발생하여 원활한 슬라이딩 작동이 되지 않는 문제가 발생하고 있다.
또한, 종래의 수직 진동을 완화시키는 스프링이나 고무받침은 볼 슬라이딩 장치의 상부 또는 하부, 측부에 별도로 설치되고 있어 장치를 복잡하고 면진장치의 체고를 높이는 문제가 있었다.
1. 한국등록특허 10-1742306(2017년05월25일) 2. 한국등록특허 10-1742301(2017년05월25일) 3. 한국등록특허 10-1704468(2017년02월02일) 4. 한국등록특허 10-1633921(2016년06월21일) 5. 미국등록특허 8,371,075 B2(2013년02월12일) 6. 미국등록특허 9,109,357 B2(2015년08월18일) 6. 일본특개 2006-2934(2006년01월05일)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수배전반의 무거운 중량과 이동 가속하중에도 수평진동 에너지를 흡수 완화할 수 있는 면진 유닛을 제공하는 데에 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 구성이 간단하고 체고가 낮으며, 수평 및 수직진동 에너지를 동시에 흡수 완화시킬 수 있는 면진장치를 제공하는 것을 주요 과제로 하였다.
본 발명의 목적은, 수배전반의 하단부에 접촉되어 나사 고정되는 상부면과, 상부면의 저부가 구면 형상으로 상향 함몰된 함몰 구면부와, 함몰 구면부의 가장자리에 돌출된 돌출테두리와, 상부면을 수배전반의 하단부에 고정하기 위해 수직방향향으로 관통된 복수개의 결합관통공을 포함하는 상부 슬라이딩 구면체; 슬라이딩 구면체에 접촉하여 수평방향으로 회전 이동하는 슬라이딩 볼, 슬라이딩 볼의 구면 하부를 지지하는 복수의 지지불, 복수의 지지볼을 수용하여 슬라이딩 볼을 회전 가능하도록 지지하는 지지볼컵, 지지볼컵으로부터 하향 연장되는 내부실린더부를 포함하는 슬라이딩부; 하부 받침대 또는 지반 위에 접촉 고정되는 하부 고정판과, 고정판을 고정하기 위해 수직방향향으로 관통된 복수개의 결합관통공과, 하부 고정판의 중앙 상부에 원형 실린더 형상으로 상향 돌출되어 슬라이딩부의 내부실린더부를 상하 이동 가능하게 감싸는 외부 실린더부를 포함하는 실린더 고정부; 슬라이딩부의 지지볼컵은 지지볼을 수용하는 반구체 내면과 반구체 내면을 둘러싼 원주부 형상의 지지볼컵 외부와, 실린더 고정부의 외부 실린더부를 감싸서 수직방향으로 탄성을 부여하는 압축 스프링부; 상부 슬라이딩 구면체와 슬라이딩부를 수직방향으로 이동 변위 가능하게 구속 결합시키는 구속 체결수단에 의해 달성된다.
또한, 슬라이딩 구면체의 함몰 구면부에 있어서 중앙부 영역은 대(大) 곡률반경을 가지며, 돌출테두리에 접근할수록 상기 중앙부 대(大) 곡률반경에 비하여 상대적으로 점점 작아지는 소(小) 곡률반경을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 슬라이딩부의 지지볼컵은 슬라이딩 볼을 일부 노출시키고 이탈하지 않도록 구속시키는 상부 컵덮개와, 상단부가 상부 컵덮개의 하단부에 형성된 결합볼트와 나사 결합하며, 중앙부에는 지지볼을 수용하는 반구체 내면을 둘러싼 원주부와, 상기 원주부의 하단면으로부터 직경이 축소되어 일체로 연장되는 내부실린더부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 구속체결수단은 슬라이딩부의 지지볼컵 하단면 중심에 나사 고정되는 체결볼트와, 상단부에 원주부 걸림턱이 형성되고 체결볼트의 머리부가 이탈하지 않고 상하 이동 가능하도록 구속하는 구속실린더, 실린더 고정부의 중심에 형성된 중앙 관통공을 통하여 구속실린더의 하단부와 나사결합하는 구속체결볼트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명은 면진장치 내부에 있는 슬라이딩 볼에 작용하는 무거운 중량과 이동 가속하중이 슬라이딩 볼의 구면 하부를 지지하는 복수개의 지지불에 의해 분산되므로, 슬라이딩 볼이 변형되거나 반구형 지지볼컵에 박히는 현상을 방지하는 효과가 있고, 슬라이딩 볼과 완충 스프링이 일체로 결합되므로 인해서 구성이 간단해지고 체고를 낮출 수 있으며, 또한 수직진동 에너지와 수평진동 에너지를 동시에 흡수 완화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시를 나타낸 조립 사시도.
도 2는 도 1의 A-A' 절개단면을 나타낸 측단면도.
도 3은 도 1의 분해 사시도.
도 4는 도 3의 구속 체결수단의 일 실시예의 단면도
도 5는 본 발명의 작동상태를 나타낸 개념도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시를 나타낸 조립 사시도로서, 본 발명의 면진 유닛(10)은 슬라이딩 구면체(100)와 슬라이딩부(200), 실린더 고정부(300), 압축 스프링부(400), 구속 체결수단(500)으로 이루지는 데, 슬라이딩부(200)와 구속 체결수단(500)은 도 1의 조립 사시도에 보이지 않지만 스프링부(400) 내부에 조립되어 있다.
면진 유닛(10)를 나타낸 도 2는 도 1의 A-A' 절개단면을 나타낸 측단면도이고 도 3은 분해사시도이다. 즉, 도 2, 3은 면진 유닛(10)의 구조와 구성품을 상세하게 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 슬라이딩 구면체(100)는 수배전반(EP)의 하단부에 접촉되어 나사 고정되는 상부면(110)과, 상부면(100)의 저부가 구면 형상으로 상향 함몰된 함몰 구면부(120)와, 함몰 구면부(120)의 가장자리에 돌출된 돌출테두리(130)와, 상부면(100)을 수배전반(EP)의 하단부에 고정하기 위해 수직방향향으로 관통된 복수개의 결합관통공(140)으로 구성된다.
상부면(110)은 수배전반(EP)의 바닥면과의 접촉면을 넓게 하고 복수개의 결합관통공(140)을 가공하기 위해서는 사각형이 바람직하며, 사각형의 모서리 부분에 4개의 결합관통공(140)을 만든다. 또한, 결합관통공(140)은 반드시 수배전반(EP)의바닥면과 결합 고정하기 위해서는 관통공이 아니고 나사탭으로 가공하여도 무방하다.
또한, 상부면(100)의 저부는 구면 형상으로 가공되는 데, 이와 같이 저부의 구면형상은 만약 수배전반(EP)이 수평진동을 받아 수평으로 이동하드래도 수배전반(EP) 중량과 구면의 경사로 인해 다시 구면의 중심으로 이동되어 최초의 위치로 복원된다.
슬라이딩 구면체(100)의 함몰 구면부(120)에 있어서 중앙부 영역은 대(大) 곡률반경을 가지며, 돌출테두리(130)에 접근할수록 중앙부 대(大) 곡률반경에 비하여 상대적으로 점점 작아지는 소(小) 곡률반경을 가지는 것이 바람직하다. 만약 수배전반(EP)이 수평방향의 진동에너지를 받으면 수배전반(EP)에 작용하는 가속 이동에너지는 완만한 경사를 가긴 대(大) 곡률반경과 돌출테두리에 접근할수록 점점 큰 경사를 가진 소 곡률반경에 의해 점진적으로 가속 이동에너지가 흡수된다.만약 수배전반(EP)의 가속 이동에너지가 완전히 흡수되지 않으면 돌출테두리(130)에 충돌하여 이동이 정지되어 함몰 구면부(120)로부터의 이탈이 방지된다.
슬라이딩 구면체(100)의 함몰 구면부(120) 하부에는 슬라이딩부(200)가 위치한다. 도시와 같이, 슬라이딩 구면체(100)는 함몰 구면부(120)에 접촉하여 구름운동을 하여 수평이동하는 슬라이딩 볼(210), 슬라이딩 볼(210)의 구면 하부를 지지하는 복수의 지지볼(220), 복수의 지지볼(220)을 수용하여 슬라이딩 볼(210)을 회전 가능하도록 지지하는 지지볼컵(230), 지지볼컵(230)으로부터 하향 연장되는 내부실린더부(250)로 구성된다.
슬라이딩 볼(210)에는 수배전반(EP)의 전체 중량이 슬라이딩 구면체(100)를 통하여 실리게 되고 뿐만아니라 수평 이동시에 가속 하중이 가중되어 막대한 수직하중이 걸리게 된다. 그러나 슬라이딩 볼(210)에 작용하는 수직하중은 슬라이딩 볼(210) 하부를 지지하는 다수의 지지볼(220)에 의해 분산된다.
도시된 바와 같이, 지지볼(220)은 외부가 원기둥 형상인 지지볼컵(230)의 중심부에 형성된 반구체 내면과 슬라이딩 볼(210) 반구체 외면 사이에 충전된다. 지지볼(220)의 충전방법은 우선 지지볼컵(230)의 컵덮개(232)를 열고 바닥이 드러난 반구체 내면의 바닥에 수 개의 지지볼(220)을 깐 다음, 그 위에 슬라이딩 볼(210) 수개를 깔아 놓는다. 그 다음, 슬라이딩 볼(210)의 구체면과 반구체 내면 사이에 형성된 공간에 지지볼(230)을 충분하게 충전시킨다. 지지볼(230)을 충분하게 충전시킨 다음, 지지볼컵(230)의 상부에 컵덮개(232)를 덮어 나사 고정시킨다. 고정수단은 반드시 나사고정이 아니고 접착제나 이용하거나 상단부 측면을 나사고정 할 수도 있다.
컵덮개(232) 중심부에는 원형의 개구를 만들어 슬라이딩 볼(210)의 일부가 노출되도록 하고, 컵덮개(232)를 고정하면 충전된 지지볼(230)이 밖으로 빠져 나오지 않게 되고, 슬라이딩 볼(210)도 이탈하지 않고 상부 일부만이 노출된다.
지지볼컵(230)의 하부에는 내부실린더부(250)가 연장되는 데, 내부 실린더부(250)는 지지볼컵(230) 외경보다 축소시킨다. 내부 실린더부(250)의 직경을 지지볼컵(230) 외경보다 축소시킴으로써 지지볼컵(230)을 감싸는 압축 스프링부(400)의 상하 신축운동에 장애가 되고 않고 실린더 고정부(300)의 외부 실린더부(330) 내부에 삽입되어 상하방향으로 운동하게 된다.
이렇게 지지볼컵(230)과 지지볼(230)에 의해 조립된 슬라이딩 볼(210)은 수직방향으로 막대한 하중이 작용해도 모든 방향으로 회전 구동이 가능하고, 하중이 복수개의 지지볼(230)에 분산하게 되어 지지볼컵(230)의 구체면의 손상이 방지된다. 따라서, 임의의 수평방향에서 진동 에너지가 전달되어도 수배전반(EP)을 수평진동으로부터 안전하게 격리시킬 수 있다.
실린더 고정부(300)는 도시된 바와 같이, 슬라이딩부(200)의 하부 중심에 위치하며, 지반이나 지반 위에 설치되는 받침대에 결합 고정되는 하부 고정판(310)과, 하부 고정판(310)에서 상향 연장된 외부 실린더부(330)로 이루어진다. 실린더 고정부(330)는 사각 형상이 바람직하며, 사각 모서리에는 결합 관통공(320)을 마련된다.
외부 실린더부(330)는 슬라이딩부(200) 하부 중심부에 하향 연장된 내부 실린더부(250)를 수용하여 압축 스프링(400)이 삽입 결합된 상태에서 서로 측면으로 이탈되지 않게 하고 자유롭게 상하 운동을 하게 한다.
도 4는 구속 체결수단(500)의 일 실시예를 나타낸 단면도로서, 구속 체결수단(500)은 슬라이딩부(200)와 실린더 고정부(300) 사이에 압축 스프링부(400)이 삽입되어 조립할 때 슬라이딩부(200)와 실린더 고정부(300)가 서로 분리되지 않도록 구속시키는 기능을 하는 부품으로, 중앙 체결볼트(510), 중앙 체결볼트(510)가 삽입되는 구속 파이프(520), 구속 파이프(520)의 하단부와 나사 결합하는 구속 체결볼트(530)로 이루어진다.
중앙 체결볼트(510)는 우선 상단부에 걸림턱이 형성되고 상하 방향으로 이동이 가능한 구속 파이프(520) 내에 삽입되어 지지볼컵(230)의 하단 중심부에 형성된 너트에 나사 고정된다.
도 5는 슬라이딩 구면체(100)와 슬라이딩 고정부(300) 사이에 압축 스프링부(400)가 삽입되어 조립된 면진 유닛(10)이 수배전반(EP)에 결합 고정된 작동상태를 나타낸 개념도이다.
도 5(a)는 수평 또는 수직 진동에너지의 영향을 받지 않는 정상적인 상태를 나타낸 것이다. CL은 수배전반(EP)의 가상 중심을 나타낸 것이고, 면진 유닛(10)은 수배전반(EP)의 양쪽 하단부에 일정한 높이(H)로 설치되어 있으며, 슬라이딩 구면체(100)의 중심영역에 위치해 있다.
도 5(b)는 수평방향의 진동 에너지가 지반으로 부터 면진 유닛(10)에 전달되었을 경우 상태를 나타낸 개념도로서, 도시된 바와 같이, 수평방향으로 지반이 M 거리만큼 이동하는 경우, 상당한 중량을 가지고 정지 상태에 있는 수배전반(EP)는 관성운동 법칙으로 거의 적은 이동(Md)만 하게 된다. 또한, M 거리만큼 이동하면서 가중되는 함몰 구면부(120)의 수직변위 에너지는 압축 스프링부(400)에 흡수되어 수배전반(EP)의 가상 중심(CL)과 지반으로부터 높이(H)는 거의 변동하지 않고 일정하게 유지된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 면진 유닛(10)은 슬라이딩 볼(210)에 작용하는 무거운 중량과 이동 가속하중이 슬라이딩 볼(210)의 구면 하부를 지지하는 복수개의 지지불(220)에 의해 분산되므로, 슬라이딩 볼(210)이 변형되거나 반구형 지지볼컵(230)에 박히는 현상이 발생하지 않는다.
또한, 슬라이딩부(200)와 수직방향 완충 스프링(400)이 일체로 결합되므로 인해서 구성이 간단해지고 체고를 낮출 수 있으며, 수직진동 에너지와 수평진동 에너지를 동시에 흡수 완화시킬 수 있다.
본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.
EP : 수배전반 10 : 면진 유닛
100 : 슬라이딩 구면체 110 : 상부면
120 : 함몰 구면부 130 : 돌출 테두리
140 : 결합관통공
200 : 슬라이딩부 210 : 슬라이딩 볼
220 : 지지볼
230 : 지지볼컵 232 : 컵덮개
250 : 내부 실린더부
300: 실린더 고정부 310 : 하부 고정판
320 : 결합관통공 330 : 외부 실린더부
400 : 압축 스프링부
500 : 구속 체결수단 510 : 중앙 체결볼트
520 : 구속 파이프 530 : 구속 체결볼트

Claims (4)

  1. 하부 받침대 또는 지반과 수배전반의 하단부 사이에 복수개 설치되는 면진 유닛에 있어서,
    상기 수배전반의 하단부에 접촉되어 나사 고정되는 상부면과, 상기 상부면의 저부가 구면 형상으로 상향 함몰된 함몰 구면부와, 상기 함몰 구면부의 가장자리에 돌출된 돌출테두리와, 상기 상부면을 상기 수배전반의 하단부에 고정하기 위해 수직방향향으로 관통된 복수개의 결합관통공을 포함하는 상부 슬라이딩 구면체;
    상기 슬라이딩 구면체에 접촉하여 수평방향으로 회전 이동하는 슬라이딩 볼, 상기 슬라이딩 볼의 구면 하부를 지지하는 복수의 지지불, 상기 복수의 지지볼을 수용하여 상기 슬라이딩 볼을 회전 가능하도록 지지하는 지지볼컵, 상기 지지볼컵으로부터 하향 연장되는 내부실린더부를 포함하는 슬라이딩부;
    상기 하부 받침대 또는 지반 위에 접촉 고정되는 하부 고정판과, 상기 고정판을 고정하기 위해 수직방향향으로 관통된 복수개의 결합관통공과, 상기 하부 고정판의 중앙 상부에 원형 실린더 형상으로 상향 돌출되어 상기 슬라이딩부의 내부실린더부를 상하 이동 가능하게 감싸는 외부 실린더부를 포함하는 실린더 고정부;
    상기 슬라이딩부의 지지볼컵은 상기 지지볼을 수용하는 반구체 내면과 상기 반구체 내면을 둘러싼 원주부 형상의 지지볼컵 외부와, 상기 실린더 고정부의 외부 실린더부를 감싸서 수직방향으로 탄성을 부여하는 압축 스프링부;
    상기 상부 슬라이딩 구면체와 상기 슬라이딩부를 수직방향으로 이동 변위 가능하게 구속 결합시키는 구속 체결수단을 포함하는 수배전반의 면진 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬라이딩 구면체의 함몰 구면부에 있어서 중앙부 영역은 대(大) 곡률반경을 가지며, 상기 돌출테두리에 접근할수록 상기 중앙부 대(大) 곡률반경에 비하여 상대적으로 점점 작아지는 소(小) 곡률반경을 가지는 것을 특징으로 하는 수배전반의 면진 유닛.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬라이딩부의 지지볼컵은 상기 슬라이딩 볼을 일부 노출시키고 이탈하지 않도록 구속시키는 상부 컵덮개와, 상단부가 상기 상부 컵덮개의 하단부에 형성된 결합볼트와 나사 결합하며, 중앙부에는 상기 지지볼을 수용하는 반구체 내면을 둘러싼 원주부와, 상기 원주부의 하단면으로부터 직경이 축소되어 일체로 연장되는 내부실린더부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수배전반의 면진 유닛.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 구속체결수단은 상기 슬라이딩부의 지지볼컵 하단면 중심에 나사 고정되는 체결볼트와, 상단부에 원주부 걸림턱이 형성되고 상기 체결볼트의 머리부가 이탈하지 않고 상하 이동 가능하도록 구속하는 구속실린더, 상기 실린더 고정부의 중심에 형성된 중앙 관통공을 통하여 상기 구속실린더의 하단부와 나사결합하는 구속체결볼트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수배전반의 면진 유닛.
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