WO2021225244A1 - 수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법 - Google Patents
수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021225244A1 WO2021225244A1 PCT/KR2020/017771 KR2020017771W WO2021225244A1 WO 2021225244 A1 WO2021225244 A1 WO 2021225244A1 KR 2020017771 W KR2020017771 W KR 2020017771W WO 2021225244 A1 WO2021225244 A1 WO 2021225244A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- seismic device
- design
- protected
- seismic
- equation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02B1/00—Frameworks, boards, panels, desks, casings; Details of substations or switching arrangements
- H02B1/54—Anti-seismic devices or installations
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/10—Numerical modelling
Definitions
- the present invention relates to earthquake-resistant equipment, and more particularly, to a method for designing an earthquake-resistant device for protecting electrical equipment including a switchboard and a control panel from an earthquake.
- seismic design refers to a structural design that determines the physical properties of a cross section so that all stresses of a structure are within an allowable stress in order to maintain the safety of a structure and exert its function in the event of an earthquake.
- the core of seismic design is to make a building respond to the horizontal force of seismic waves.
- seismic isolation technology that minimizes vibration transmission and vibration damping technology that offsets the impact of an earthquake by installing a vibration damping device in the structure are being applied to seismic design.
- power supply facilities such as relay panels, or monitoring panels, distribution boards, communication panels, protection panels, control rooms, communication control lines, computerized devices, and control rooms are installed on the floor of the building by installing another floor plate. If you look at the configuration of the double floor system, first, vertical support bars are applied and attached with epoxy adhesive at regular intervals on the concrete slab floor. And the relay panel or switchboard and the various facilities mentioned above are installed on this installation bottom plate. A cushion pad is placed on the top of the head, and the support for fixing the upper position is connected in all directions to the vertical underground bar, respectively, and fixed with bolts to form a frame. On top of that, assemble the top plate in all directions according to the cushion pad groove and complete it.
- the osseous anchor assembly and the vibration of earthquakes using the same An anchor construction method capable of absorption is also disclosed.
- the two-bone type anchor assembly each equipped with an angle adjusting head that can adjust the installation angle of the PC strand at the line and rear end of the PC strand, absorbs vibrations during earthquakes or large-scale ground deformation.
- the PC strand can exert the maximum tensile force by matching the axis of force in any condition.
- these two-bone anchors cannot be additionally installed unless they are installed at the time of construction, and there is a limit that cannot be applied to already installed facilities. That is, these technologies could be applied to newly established equipment or facilities, but in equipment such as switchboards or relay panels that are currently operated, there is a problem that cannot be applied in equipment operation because power failure or relocation is required to install seismic reinforcement structures. Have.
- Patent Document 1 Republic of Korea Patent Registration No. 10-1765683 (Title of the invention: "Earth bone anchor assembly and a method of constructing a two bone anchor capable of absorbing vibrations from earthquakes using the same")
- the seismic device design method comprises the steps of: constructing a vibration system model for modeling vibration in a predetermined direction of the facility to be protected; deriving a motion equation of the vibration system model and normalizing the motion equation; and a design variable determination step of determining a spring constant and a damping coefficient of the seismic device that minimizes the maximum bending stress and the vibration transmission rate of the equipment to be protected in the vibration system model.
- the protection target facility and the seismic device are regarded as columns vibrating in the direction, and the concentrated mass, spring constant, and damping constant of each of the protection target facility and the earthquake resistant device are calculated. It is characterized in that the vibration system model is constructed using
- the step of constructing the vibration system model comprises: To find k s and c s that minimize is considered as a design constraint, where is the maximum bending stress, is the allowable stress, is the maximum acceleration gain, is the acceleration gain limit, is the maximum spring displacement, is the spring displacement limit, is the maximum relative displacement, is the displacement of the suspension, is a weighting factor less than 1.
- the step of normalizing the equation of motion, modeled as, and the maximum applied force applied to the vibration system model is Modeled as , where is the natural frequency, ego, is the damping ratio, is the ground acceleration spectrum, and k and k s are the spring constants of the facility to be protected and the seismic device, respectively, c and c s are the damping constants of the facility to be protected and the seismic device, respectively, and x is the displacement in the direction characterized in that
- the design variable determination step is characterized in that the spring constant and damping coefficient of the seismic device are determined in consideration of the maximum displacement limit value, the acceleration gain limit value, and the maximum bending stress of the protection target facility and the seismic device, and , the maximum bending stress is, is obtained as, where, is the maximum bending moment acting on the equipment to be protected, is the distance from the neutral axis of the equipment to be protected to the outer edge of the section, and L and I are the length and the section modulus (Area moment of inertia) of the equipment to be protected, respectively.
- the design variable determining step, the spring constant and damping coefficient of the seismic device, and It is characterized in that it is obtained as
- the design variable is determined using at least one of an optimization algorithm, a meta-heuristic algorithm, and an Engineer's trial and error method.
- the protection target facility is characterized in that at least one of a high-voltage switchgear, a low-pressure switchgear, a distribution board, a measurement control panel, and a motor control panel.
- the spring constant and damping constant of the seismic device can be determined in consideration of the physical characteristics of the equipment to be protected, it is possible to design a seismic device customized to the equipment to be protected, and to effectively protect the equipment to be protected from earthquakes. be able to
- FIG. 1 shows a flowchart schematically showing a method for designing an earthquake-resistant device according to the present invention.
- Fig. 2 is a block diagram schematically showing a seismic device design system in which the method of Fig. 1 can be implemented.
- FIG. 3 and 4 illustrate a vibration-proof vibration system model considered in the earthquake-resistant device design method of FIG. 1 .
- protection target facility will be used interchangeably as an implied name to encompass electrical equipment including a switchboard and a control panel.
- FIG. 1 is a flowchart schematically showing a method for designing an earthquake-resistant device according to the present invention
- FIG. 2 illustrates a system in which the method of FIG. 1 can be implemented.
- the seismic device design method comprises the steps of receiving design constants such as physical dimensions and properties of the facility to be protected (S110), and constructing a vibration system model that models the vibration in a predetermined direction of the facility to be protected. (S130), deriving the motion equation of the vibration system model, and normalizing the motion equation (S150), and in the vibration system model, the spring constant of the earthquake resistant device to minimize the maximum bending stress and vibration transmission rate of the facility to be protected, and and determining an attenuation coefficient (S170).
- Each step is described below in detail in the corresponding part of the specification.
- Fig. 2 is a block diagram schematically showing a seismic device design system in which the method of Fig. 1 can be implemented.
- the seismic device design system includes user terminals 210 , 212 , 214 , a seismic device design server 250 , and a database 260 .
- the user terminals 210 , 212 , and 214 are used to input design constants such as physical properties and dimensions of the facility to be protected, and receive design parameters determined by the seismic device design server 250 .
- the design constants input through the user terminals 210 , 212 , and 214 are transmitted to the seismic device design server 250 through the network 290 , and are stored in the database 260 .
- the seismic device design server 250 includes a processor capable of implementing a design method as described in FIG. 1 .
- the design parameters determined by the seismic device design server 250 are again transmitted to the user terminals 210 , 212 , and 214 through the network 290 .
- 3 and 4 show a 1-DOF vibration system model for seismic analysis when a switchgear supported by a vibration isolator is subjected to a seismic motion in a predetermined direction.
- m is the mass of the switchgear considered as a concentrated mass
- k and c are the spring constant and damping constant of the column when the switchgear structure is regarded as a cantilever column, respectively.
- k and c are the spring constant and damping constant of the seismic mount when the seismic mount is regarded as a column with elasticity and damping.
- U g (t) is the displacement of the ground
- y(t) is the vibration displacement of the switchboard
- y s (t) is the displacement of the upper end of the seismic device.
- the spring constant k is the bending stiffness of the switchboard approximated by the column, so if the switchboard is the same as the switchboard of FIG. 4, the spring constant of the column is becomes this
- the equivalent spring constant k eq and the equivalent spring constant c eq can be obtained as follows from the mathematical model of FIG. 3 , respectively.
- Figure 4 (a) is a nonlinear viscoelastic suspension model combined with two springs and one damper, which is a so-called Zener model.
- the force F and the deformation The relationship (or stress and strain) is non-linear, but if expressed as a linear function using Taylor series expansion, it is as follows.
- Equation 4 is a relaxed modulus given by Equation (5).
- Equation 9 is the natural frequency, ego, is the damping ratio, am.
- ground acceleration and vibration displacement response of switchgear Relative acceleration response of switchgear
- the acceleration response of the seismic device the relative acceleration response of the seismic device
- Equation 23 the maximum relative displacement of the seismic device becomes as follows.
- Seismic device-mass of switchgear vibration system obtained from Equation 33 maximum force acting on Substituting in Equation 37, the maximum relative displacement of the seismic device is finally obtained as
- the maximum shear force applied to the switchgear structure (column) is as follows.
- Equation 43 is the maximum bending moment acting on the structure (column), and d is the distance from the neutral axis of the column to the outer edge of the cross section as shown in FIG. L and I are the length and area moment of inertia of the column, respectively. And is the natural frequency, ego, is the damping ratio, am.
- the structural safety factor S can be obtained as follows.
- Displacement gain or Displacement transmissibility in the vibration isolation theory of the vibration system with the basis of Fig. 4 (b) is the ground displacement amplitude switchgear displacement amplitude for is defined as the ratio of
- acceleration gain or acceleration transmissibility is the ground acceleration amplitude switchboard acceleration response amplitude for is defined as the ratio of Switchgear relative displacement response obtained by Equation 20 to Substituting the relation of and acceleration gain can be obtained as
- Equation (45) the maximum displacement gain from Equation (45) and maximum acceleration gain can be obtained as follows.
- Dynamic design of seismic device refers to determining the seismic device spring constant and damping coefficient, which are design parameters of the seismic device, so as to satisfy the seismic safety of the switchgear and at the same time achieve the anti-vibration effect using the seismic analysis and the anti-vibration theory of the basic seismic system.
- an optimization algorithm based on sensitivity analysis can be applied when the objective function and design variables are continuous or analytical.
- the objective function and design variables are discontinuous or discrete, methods to search for an optimal solution using meta-heuristic algorithms are widely used.
- Using these optimal design algorithms and optimal design computer programs robust optimal design is possible.
- Engineer's trial and error method is based on mechanical mechanics theory, engineering sense, and engineering experience in the traditional way in a situation where it is difficult to get help from a computer and optimal design S/W. It is a method to find design variable values that satisfy the objective function and limit conditions while changing design variables by trial and error, and then select and decide an excellent design based on performance and cost
- Step 0 Calculate Invariant Design Parameters
- design parameters that are necessary for calculating the objective function but do not change with a constant constant during the design process are calculated.
- the design parameters of the switchgear structure (column) should be calculated as follows. in other words,
- Step 1 Select trial variables: trial and trial
- a design variable that is tried to start the design process is defined as a trial variable.
- the design variable is the natural frequency and damping ratio Therefore, the trial variable of this design process is of course trial and trial becomes
- the conditions for achieving the anti-vibration effect in a vibration system with a general basis are: , and therefore the natural frequency of the vibration isolator is must satisfy the conditions of However, in order to ensure a more effective It is recommended to satisfy the conditions of In seismic analysis, the frequency domain of ground acceleration is usually (Hz), i.e. (rad/s).
- the natural frequency of the switchgear of the vibration isolator is (rad/s), or (Hz) should be in the range.
- Step 2 Design variables spring constant and damping coefficient of the seismic device calculate
- the mass m of the switchboard, the spring constant k of the switchboard (structure), and the damping coefficient c are given as fixed parameter values, , in the relation of trial and trial by substituting the equivalent spring constant with equivalent damping coefficient to decide It should be noted that in the design process repeated after the second Wow is not calculated as a deterministic value, so it must be selected with an engineering sense. That is, if in the repeated design process, the modified trial and trial The definition of the damping ratio is given when Since the mass m of the vibrating system is invariant, if the damping ratio changes Wow should be changed together. Wow In general, the designer will select according to engineering knowledge and experience to change the ratio of each.
- Equivalent spring constant definition from seismic device spring constant is determined as follows.
- Step 3 Check if design constraints are met
- Step 4 Conditions for Ending the Design Process
- step 3 If all design constraints are satisfied in the design process of step 3 above, the spring constant of the seismic device calculated in step 2 and damping coefficient of seismic device is decided as the final design and the design process is completed. If one or more design constraint conditions are not met during the design process, trial and trial After modifying the design process, go back to step 1 of the design process and repeat the design process.
- the method according to the present invention can be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium.
- the computer-readable recording medium may include any type of recording device in which data readable by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. include In addition, the computer-readable recording medium may store computer-readable codes that can be executed in a distributed manner by a network-connected distributed computer system.
- the present invention can be applied to a seismic device for improving the seismic performance of a switchgear.
- seismic device design server 260 database
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Patch Boards (AREA)
Abstract
수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법이 제공된다. 본 발명의 방법은, 보호 대상 설비의 진동을 모델링하는 진동계 모델을 구성하는 단계; 상기 진동계 모델의 운동 방정식을 유도하고, 상기 운동 방정식을 정규화하는 단계; 및 상기 진동계 모델에서, 상기 보호 대상 설비의 최대 굽힘 응력 및 진동 전달률을 극소화시키는 상기 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 설계 변수 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하여, 보호 대상 설비의 물리적 특성을 고려하여 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 상수를 결정할 수 있으므로, 보호 대상 설비에 맞춤화된 내진 장치를 설계할 수 있고, 보호 대상 설비를 지진으로부터 효과적으로 보호할 수 있다.
Description
본 발명은 내진 장비에 관한 것으로서, 특히 수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 내진 설계란 지진 발생시 구조물의 안전성을 유지하고 그 기능을 발휘할 수 있도록 구조물의 모든 응력이 허용 응력 이내가 되도록 단면의 물리적 특성을 결정하는 구조 설계를 의미한다. 내진 설계의 핵심은 건축물이 지진파의 수평력에 대응하게 만드는 것으로 최근에는 진동 전달을 최소화하는 면진 기술과 구조물에 제진장치를 설치하여 지진의 충격을 상쇄시키는 제진 기술이 내진설계에 적용되고 있다.
현재 계전기 판넬 등과 같은 전력 공급 설비, 또는 감시반, 분전반, 통신반, 보호반, 통제실, 통신 제어 선로, 전산 기기, 제어실 등에 설치되는 설비는 건물 바닥에 또 하나의 바닥판을 설치하여 이중 바닥 시스템에 설치하도록 되어 있는데, 이중 바닥 시스템의 구성을 살펴 보면, 먼저 콘크리트 슬래브 바닥 위에 일정 간격으로 수직 지지봉들을 에폭시 접착제로 도포하여 부착하고, 이 바닥 슬래브 위에는 수직 지지봉들을 매개로 설치 바닥판이 이중으로 설치된다. 그리고 이 설치 바닥판 위에 계전기 판넬이나 수배전반 및 앞에서 언급한 각종 설비를 설치하게 되는데, 이 계전기 판넬 등이 중량일 때에는 설치 바닥판에 있는 4개의 구멍 중 2개의 구멍에 앵커 못으로 고정시키고, 그 다음 두부(Head) 상단에 충격패드(Cushion pad)를 위치시키고 상부 위치 고정용 지지대를 각각 수직 지중봉에 사방으로 연결하여 볼트로 고정하여 틀을 짜 맞춘다. 그 위에 쿠숀 패드 홈에 맞추어 상판을 사방으로 조립하여 완성시킨다.
대한민국 특허 등록 번호 제 10-1765683 호(발명의 명칭 "이골형 앵커 조립체 및 그를 이용하여 지진의 진동흡수도 가능한 이골형 앵커 시공공법")을 참조하면, 이골형 앵커 조립체 및 그를 이용하여 지진의 진동 흡수도 가능한 앵커 시공 공법이 개시된다. 해당 공법은 PC 강연선의 선, 후단에 PC 강연선의 설치 각도를 조절할 수 있는 각도 조절 헤드가 각각 설치된 이골형의 앵커 조립체가 지진이나 대규모 지반 변형시 진동을 흡수하고, 인장시나 대규모 지반 변형, 지진시 PC 강연선의 꺽임 현상을 방지하여 어느 조건에서든 힘의 축선 일치로 PC 강연선이 최대의 인장력을 발휘할 수 있다.
그러나, 이러한 이골형 앵커는 시공 시에 설치하지 않으면 추가 설치할 수가 없고, 이미 설치된 설비들에는 적용될 수 없는 한계가 있다. 즉, 이러한 기술은 신설되는 장비 또는 설비에 적용이 가능하였으나, 기존 운영되고 있는 수배전반 또는 계전기 판넬과 같은 장비에서 내진 보강 구조를 설치하기 위해 정전이나 이설해야 하기 때문에 장비 운전상 적용할 수가 없는 문제점을 가지고 있다.
그러므로, 신설되는 장비는 물론이고, 이미 설치된 설비의 내진 성능을 향상시키기 위해 해당 설비의 물리적 특성을 고려하여 내진 장치를 설계하는 기술이 절실히 요구된다.
(선행기술문헌)
(특허문헌)
(특허문헌 1) 대한민국 특허 등록 번호 제 10-1765683 호(발명의 명칭 "이골형 앵커 조립체 및 그를 이용하여 지진의 진동흡수도 가능한 이골형 앵커 시공공법")
본 발명의 목적은 보호 대상 설비의 내진 성능을 향상시키기 위해 보호 대상 설비의 물리적 특성을 고려하여 내진 장치를 설계하는 내진 장치 설계 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일면은, 수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 내진 장치 설계 방법은, 상기 보호 대상 설비의 소정의 방향에 있어서의 진동을 모델링하는 진동계 모델을 구성하는 단계; 상기 진동계 모델의 운동 방정식을 유도하고, 상기 운동 방정식을 정규화하는 단계; 및 상기 진동계 모델에서, 상기 보호 대상 설비의 최대 굽힘 응력 및 진동 전달률을 극소화시키는 상기 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 설계 변수 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 진동계 모델을 구성하는 단계는, 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치를 상기 방향으로 진동하는 칼럼으로 간주하고, 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치 각각의 집중 질량, 스프링 상수, 및 감쇠 상수를 사용하여 상기 진동계 모델을 구성하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 진동계 모델을 구성하는 단계는, 
를 최소화하는 ks 및 cs를 찾기 위하여, 
를 설계 제약으로서 고려하며, 여기에서, 
는 최대 굽힘 응력, 
는 허용가능 응력, 
는 최대 가속도 이득, 
는 가속도 이득 한계, 
는 최대 스프링 변위, 
는 스프링 변위 한계, 
는 최대 상대 변위, 
는 현가 장치의 변위이고, 
는 1보다 작은 가중치 인자인 것을 특징으로 한다. 더 나아가, 상기 운동 방정식을 정규화하는 단계는, 상기 운동 방정식을 
로서 모델링하고, 상기 진동계 모델에 인가된 최대 작용력을 
로서 모델링하며, 여기에서, 
은 고유 진동수(Natural frequency), 
이고, 
는 감쇠비(Damping ratio)이며, 
는 지반가속도 스펙트럼, 
이고, k 및 ks는 각각 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치의 스프링 상수, c 및 cs는 각각 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치의 감쇠 상수를 나타내고, x는 상기 방향에 있어서의 변위를 나타내는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 설계 변수 결정 단계는, 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치의 최대 변위 제한치, 가속도 이득의 제한치, 및 최대 굽힘 응력을 고려하여 상기 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 것을 특징으로 하고, 상기 최대 굽힘 응력은, 
로 얻어지고,, 여기에서, 
는 상기 보호 대상 설비에 작용하는 최대 굽힘 모멘트(Maximum bending moment)이고, 
는 상기 보호 대상 설비의 중립축에서 단면의 외곽까지의 거리이며, L 및 I는 각각 상기 보호 대상 설비의 의 길이와 단면 계수(Area moment of inertia)인 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 설계 변수 결정 단계는, 상기 내진 장치의 스프링 상수 및 감쇠 계수를, 
및 
로서 얻는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 설계 변수 결정 단계는, 설계 변수를 최적화 알고리즘, 후발견적 알고리즘(meta-heuristic algorithm), 및 공학적 시행착오법(Engineer's trial and error method) 중 적어도 하나를 사용하여 결정하는 것을 특징으로 하고, 상기 보호 대상 설비는 고압 수배전반, 저압 수배전반, 분전반, 계측 제어반, 및 전동기 제어반 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하여, 보호 대상 설비의 물리적 특성을 고려하여 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 상수를 결정할 수 있으므로, 보호 대상 설비에 맞춤화된 내진 장치를 설계할 수 있고, 보호 대상 설비를 지진으로부터 효과적으로 보호할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 내진 장치 설계 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 방법이 구현될 수 있는 내진 장치 설계 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 내진 장치 설계 방법에서 고려하는 방진 진동계 모델을 예시한다.
도 5는 등가 칼럼의 치수를 나타낸다.
도 6은 본 발명을 이용하여 설계 변수를 구하는 예를 도시한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
본 명세서 전반에 걸쳐 보호 대상 설비라는 용어는 수배전반 및 제어반 등을 포함하는 전기설비를 포괄하여 함축하는 명칭으로 혼용하여 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 내진 장치 설계 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 2는 도 1의 방법이 구현될 수 있는 시스템을 예시한다.
본 발명에 의한 내진 장치 설계 방법은, 보호 대상 설비의 물리적 치수 및 성질과 같은 설계 상수를 수신하는 단계(S110), 보호 대상 설비의 소정의 방향에 있어서의 진동을 모델링하는 진동계 모델을 구성하는 단계(S130), 진동계 모델의 운동 방정식을 유도하고, 운동 방정식을 정규화하는 단계(S150), 및 상기 진동계 모델에서, 상기 보호 대상 설비의 최대 굽힘 응력 및 진동 전달률을 극소화시키는 상기 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 단계(S170)를 포함한다. 또한, 결정된 설계 변수가 설계을 만족하는지 여부를 판단하여, 만족시키지 못할 경우 설계 변수를 다시 결정하여 정제하는 단계(S190)를 포함한다. 각각의 단계들에 대해서는 본 명세서의 해당 부분에서 상세히 후술된다.
도 2는 도 1의 방법이 구현될 수 있는 내진 장치 설계 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 내진 장치 설계 시스템은, 사용자 단말기(210, 212, 214), 내진 장치 설계 서버(250), 및 데이터베이스(260)를 포함한다.
사용자 단말기(210, 212, 214)는 보호 대상 설비의 물리적 성질과 치수 등의 설계 상수를 입력하기 위해 사용되고, 내진 장치 설계 서버(250)에 의해 결정된 설계 변수를 수신한다. 사용자 단말기(210, 212, 214)를 통해 입력된 설계 상수는 네트워크(290)를 통해 내진 장치 설계 서버(250)로 전달되고, 데이터베이스(260)에 저장된다.
내진 장치 설계 서버(250)는 도 1에서 설명된 것과 같은 설계 방법을 구현할 수 있는 프로세서를 포함한다. 내진 장치 설계 서버(250)에 의해 결정된 설계 변수는 다시 네트워크(290)를 통하여 사용자 단말기(210, 212, 214)로 전달된다.
이하, 본 발명에 의한 내진 장치 설계 방법을 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4에 방진 장치에 지지된 수배전반이 소정의 방향 지진운동을 받는 경우의 내진 해석을 위한 1-자유도 진동계 모델을 나타내었다. 도 3의 모델링에서 m은 집중질량으로 간주한 수배전반의 질량이고, k, c는 각각 수배전반 구조물을 외팔보 칼럼으로 간주하였을 때의 칼럼의 스프링 상수와 감쇠 상수이다. 그리고 
는 내진 장치(Seismic mount)를 탄성과 감쇠를 가진 칼럼(Column) 으로 간주하였을 때, 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 상수이다.
또한, Ug(t)는 지반의 변위이고, y(t)는 수배전반의 진동 변위이고, ys(t) 는 내진 장치 상단의 변위이다. 도 3의 모델링에서 스프링 상수 k는 칼럼으로 근사시킨 수배전반의 굽힘 강성이므로 수배전반이 도 4의 수배전반과 동일하다면 칼럼의 스프링 상수는 
이 된다.
- 운동 방정식
뉴톤의 운동법칙을 이용하여 도 3의 (d)의 수학적 모델에 대한 운동 방정식을 유도한 다음 상대 변위 
에 대하여 나타내면 다음과 같다.
여기서, 등가 스프링 상수(Equivalent spring constant) keq와 등가 감쇠 계수(Equivalent spring constant) ceq는 도3의 수학적 모델로부터 각각 다음과 같이 구할 수 있다.
그런데 내진 장치 수배전반의 경우 대부분 
이므로 도3 (c)의 모델은 다음 도 4의 (a)와 같이 Zener 모델이 된다.
도 4의 (a)는 두 개의 스프링과 하나의 감쇠기로 조합된 비선형 점탄성 서스펜션 모델로서 소위 Zener 모델이다. 도 4에서 작용력 F와 변형 
(또는 응력과 변형률)의 관계는 비선형이지만 테일러 급수 전개를 이용하여 선형 함수로 나타내면 다음과 같다.
여기서 
는 각각 다음 수학식 4로 주어지는 Relaxation times이며, 
은 수학식 5로 주어지는 Relaxed modulus이다.
수학식 4에서 내진 장치에 지지된 수배전반의 경우 
이므로 
이다.
그러므로 수학식 4와 수학식 5를 수학식 3에 대입하여 정리하면, 다음 식을 얻는다.
한편 도 4의 (b)의 등가 스프링-감쇠기 현가 장치에서 작용력과 변형의 관계는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
위 수학식 7과 수학식 6을 비교하면, Zener 모델의 현가 장치의 등가 스프링 상수와 등가 감쇠 계수는 다음과 같이 된다.
그러므로 위 수학식 1의 운동 방정식에 수학식 8의 등가 스프링 상수와 등가 감쇠 계수를 적용하면 도 4의 (b)의 모델에 대한 운동 방정식이 되며, 정규화(Normalized) 형식으로 다시 쓰면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 9에서, 
은 고유 진동수(Natural frequency), 
이고, 
는 감쇠비(Damping ratio)이며, 
이다.
- 주파수 응답(Frequency responses)
지반 변위 
와 수배전반의 진동 변위 
, 기초가진 진동계의 상대진동 변위 응답 
, 그리고 내진 장치의 변위 
와 내진 장치의 상대 변위 
를 각각 다음과 같이 조화진동으로 가정하면,
가 얻어진다. 지반가속도 
와 수배전반의 진동 변위 응답 
, 수배전반의 상대가속도 응답 
, 내진 장치의 가속도 응답 
, 내진 장치의 상대가속도 응답 
은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
만약 지반가속도 스펙트럼 
가 주어진다면 전달 함수법(Transfer function method)을 이용하여 진동계 운동 방정식인 수학식 9의 해를 구하면 상대 진동 변위 주파수 응답(Frequency response) 
을 다음과 같이 구할 수 있다.
수학식 20에서 
은 진동수비(Frequency ratio), 
은 고유 진동수, 
이고, 
는 감쇠비(Damping ratio)이며, 
이다. 또한 위 식으로부터 수배전반의 최대 상대 변위 
는 다음과 같이 구할 수 있다.
한편 도 4의 (a)의 수배전반 진동계 모델에서 내진 장치의 상대 변위 
를 다음과 같이 정의하면,
가 된다. 수학식 10과 수학식 13 및 수학식 14를 수학식 22에 적용하면 내진 장치의 최대 상대 변위 
는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
- 변위, 속도, 가속도 스펙트럼 응답
수학식 9의 운동 방정식에서 지반운동 
가 주어진다면 수배전반 진동계의 상대 변위 
를 대합적분(Superposition integration)을 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.
위에서 
은 감쇠고유 진동수(Damped natural frequency)이다.
해석한 시간구간에 걸쳐서 탐색하여 구한 변위 응답 
의 최대 진폭(The maximum absolute value of the displacement), 즉 
를 진동계 내진 해석에서의 "변위 스펙트럼 응답(Spectral displacement of the system)" 
으로 정의한다. 즉,
이다. 또한 진동계의 내진 해석의 속도 스펙트럼 응답(Spectral velocity) 
과 가속도 스펙트럼 응답(Spectral acceleration) 
은 각각 다음과 같이 된다.
만약 응답 스펙트럼법 내진 해석으로 구한 
가 수학식 20에 나타낸 조화 해석법으로 구한 기초가진계의 주파수 응답 
의 최대 값과 근사적으로 동일하다고 가정하면, 도 4의 (b) 진동계에 대한 내진 해석의 근사적인 변위-, 속도-, 가속도- 스펙트럼 응답은 각각 다음과 같이 구해진다.
- 수배전반 구조물의 최대 굽힘 변형 및 굽힘 응력과 구조 안전율
도 4의 (b)의 수배전반 진동계 모델에서 수배전반 질량 m에 걸리는 최대 작용력(Maximum force)은 다음과 같이 된다.
근사 스펙트럼 응답을 사용하면 위 식은 다음과 같이 된다.
수학식 21에서 구한 최대 상대 변위 
를 위 식에 대입하면 내진 장치-수배전반 진동계의 질량 m에 작용하는 최대 작용력 
는 다음과 같이 구해진다.
여기서 
은 고유 진동수, 
이고, 
는 감쇠비(Damping ratio)이며, 
이다.
한편, 진동계의 직렬 스프링에 작용하는 힘과 변위의 관계로부터 다음 관계식이 성립된다.
위 식에서 
는 내진 장치-수배전반 진동계의 질량 m에 작용하는 최대 작용력이고, 
는 내진 장치의 스프링 상수, k는 수배전반(구조물)의 스프링 상수, 그리고 
는 진동계의 등가 스프링 상수로서 
와 k가 직렬연결된 스프링 상수이다.
위 수학식 34 내지 수학식 36의 관계를 수학식 23에 적용하면 내진 장치의 최대 상대 변위 
는 다음과 같이 된다.
수학식 33에서 구한 내진 장치-수배전반 진동계의 질량 
에 작용하는 최대 작용력 
를 수학식 37에 대입하면 내진 장치의 최대 상대 변위 
는 결국 다음과 같이 구한다.
여기서 
은 고유 진동수, 
이고, 
는 감쇠비(Damping ratio)이며, 
이다.
수배전반의 작용력에 의한 수배전반 구조물(칼럼)의 굽힘 변형은 
이므로, 굽힘 변형의 최대 값 
는 다음과 같이 구해진다.
수학식 21과 수학식 38을 수학식 39에 대입하면 수배전반 구조물(칼럼)의 최대 굽힘 변형 
는 결국 다음과 같이 구해진다.
여기서 
은 고유 진동수, 
이고, 
는 감쇠비(Damping ratio)이며, 
이다.
수배전반 구조물(칼럼)에 걸리는 최대 전단력은 다음과 같다.
여기서 
은 고유 진동수(Natural frequency), 
이고, 
는 감쇠비(Damping ratio)이다.
그러므로 수배전반 구조물(칼럼)에 발생되는 최대 굽힘 모멘트(Maximum bending moment)는 다음과 같이 구해진다.
여기서 
은 고유 진동수, 
이고, 
는 감쇠비(Damping ratio)이며, 
이다.
보(칼럼)의 굽힘 변형 이론으로부터 수배전반 구조물(칼럼)에 발생되는 최대 굽힘 응력(Maximum bending stress)은 다음과 같이 정의된다.
수학식 43에서 
는 구조물(칼럼)에 작용하는 최대 굽힘 모멘트(Maximum bending moment)이고, d는 도5에 보인 바와 같이 칼럼의 중립축에서 단면의 외곽까지의 거리이다. L, I는 각각 은 칼럼의 길이와 단면 계수(Area moment of inertia)이다.그리고 
은 고유 진동수, 
이고, 
는 감쇠비(Damping ratio)이며, 
이다.
수학식 43에서 구한 최대 굽힘 응력과 칼럼 재료의 허용 응력을 비교하면 구조 안전율(Structural safety factor) S는 다음과 같이 구할 수 있다.
여기서 
는 칼럼, 즉 수배전반 구조 재료의 허용 응력(Allowable stress)이다.
- 변위 이득, 가속도 이득(Displacement gain and Acceleration gain)
도 4의 (b)의 기초가진 진동계의 방진 이론에서 변위 이득(Displacement gain) 또는 변위 전달율(Displacement transmissibility) 
는 지반 변위 진폭 
에 대한 수배전반 변위 진폭 
의 비율로 정의된다. 마찬가지로 가속도 이득(Acceleration gain) 또는 가속도 전달율(Acceleration transmissibility) 
는 지반가속도 진폭 
에 대한 수배전반 가속도 응답 진폭 
의 비율로 정의된다. 수학식 20으로 구해진 수배전반 상대 변위 응답 
에 
의 관계를 대입하면 변위 이득 
와 가속도 이득 
를 다음과 같이 구할 수 있다.
여기에서, 
은 진동수비(Frequency ratio)이고, 
은 고유 진동수, 
이고, 
는 감쇠비(Damping ratio)이며, 
이다. 미소 감쇠인 경우에, 수학식 45로부터 최대 변위 이득 
와 최대 가속도 이득 
는 각각 다음과 같이 구할 수 있다.
여기서 
는 감쇠비(Damping ratio)이고, 
이다.
- 내진 장치의 동적설계
내진 장치의 동적설계란 내진 해석과 기초가진 진동계의 방진 이론을 이용하여 수배전반의 내진 안전성을 만족하면서 동시에 방진 효과를 달성하도록 내진 장치의 설계 파라미터인 내진 장치 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 것을 말한다.
- 설계문제 정의
여기에서, 설계를 위한 선택사항으로서,
이 만족되어야 하고, 
는 최대 굽힘 응력, 
는 허용가능 응력, 
는 최대 가속도 이득, 
는 가속도 이득 한계, 
는 최대 스프링 변위, 
는 스프링 변위 한계, 
는 최대 상대 변위, 
는 현가 장치의 변위이고, 
는 1보다 작은 가중치 인자이다.
- 최적 설계 변수의 결정 방법
- 최적설계 알고리즘과 컴퓨터 프로그램을 이용하는 방법
일반적으로 최적설계문제의 최적해를 구하는 방법으로는 목적 함수와 설계 변수가 연속적이고 해석적(Continuous or analytical)인 경우에는 민감도 해석(Sensitivity analysis)에 기반한 최적화 알고리즘을 적용할 수 있고, 이에 반하여 목적 함수와 설계 변수가 불연속적이거나 이산적(Discontinuous of discrete)일 경우에는 후발견적 알고리즘(Meta-heuristic algorithms) 등을 이용하여 최적해를 탐색하는 방법이 널리 활용되고 있다. 이러한 최적설계 알고리즘과 최적설계 컴퓨터 프로그램을 이용하면 강건한 최적설계가 가능하다. 그러나 현실적으로 컴퓨터와 최적설계 S/W의 도움을 받지 않고는 최적설계 해를 구하기 불가능하다.
- 공학적 시행착오법
공학적 시행착오법(Engineer's trial and error method)은 컴퓨터와 최적설계 S/W의 도움을 얻기 어려운 상황에서, 전래의 방식대로 기계역학(Mechanics) 이론과 공학적 센스(Engineering sense), 그리고 공학적 경험을 바탕으로 설계 변수를 시행착오적으로 변경시키면서 목적 함수와 제한 조건을 만족하는 설계 변수 값을 찾아낸 다음 성능과 비용을 판단기준으로 우수한 설계를 선택하여 결정하는 방법이다,
여기서는 위 수학식 47과 수학식 48로 정의된 내진 장치에 지지된 수배전반의 최적설계 문제에서 공학적 시행착오법을 이용하여 내진 장치의 스프링 상수 
와 감쇠 계수 
의 설계 값을 결정하는 과정(Design optimization process)을 다음과 같이 제안한다.
단계 0 : 불변 설계 파라미터 계산
설계과정에서 목적 함수 계산에 필요하지만 설계과정 동안 일정한 상수로 변하지 않는 설계 파라미터를 계산한다. 예를 들어 수배전반의 제원이 도 6과 같이 주어진다면, 다음과 같이 수배전반 구조물(칼럼)의 설계 파라미터를 계산해 두어야 한다. 즉,
- 수배전반 구조(칼럼)의 단면 계수 Iy,
- 수배전반 구조물의 스프링 상수 k,
- 수배전반 구조물의 감쇠 상수 c,
단계 1 : 시행변수(Trial variables) 선택: trial 
과 trial 
여기서는 이후의 단계들에서 적용할 trial 
과 trial 
의 값을 정한다. 즉, 설계과정을 시작하기 위하여 시도해 보는 설계 변수를 시행변수(Trial variable)라고 정의한다. 수학식 26)에 정의된 내진 장치-수배전반 진동계의 최적설계문제에서 설계 변수는 고유 진동수 
과 감쇠비 
이므로, 이번 설계과정의 시행변수는 당연히 trial 
과 trial 
가 된다.
참고로 일반적인 기초가진 진동계에서 방진 효과가 달성되기 위한 조건은 
이고, 따라서 방진계의 고유 진동수는 
의 조건을 만족해야 한다. 그런데 보다 실효적인 방진 효과를 보장하려면 
의 조건을 만족하도록 권장한다. 내진 해석에서 지반가속도의 주파수 영역은 보통 
(Hz), 즉 
(rad/s)의 범위에 있다.
그러므로 방진 장치 수배전반의 고유 진동수는 
(rad/s), 또는 
(Hz)의 범위에 있어야 한다. 이러한 기계역학 이론을 참고하고, 또한 감쇠진동계의 감쇠비는 보통 
= 0.1 ~ 0.7 정도라는 경험적 지식을 고려하여 내진 장치로 지지된 수배전반 진동계(도3 (d))의 직관으로 trial 
과 trial 
를 정한다.
이때 유의할 점은 내진 장치의 감쇠 계수는 수배전반(구조물)의 감쇠 계수보다 매우 높으므로 내진 장치-수배전반 진동계(도3 (d))의 감쇠비도 더 크다는 점이다.
단계 2 : 설계 변수인 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수 
계산
수배전반의 제원으로부터 수배전반의 질량 m, 수배전반(구조물)의 스프링 상수 k, 감쇠 계수 c 등은 확정된 파라미터 값으로 주어지므로, 
, 
의 관계식에 trial 
과 trial 
를 대입하여 등가 스프링 상수 
와 등가 감쇠 계수 
를 결정한다. 이때 유의할 점은 두 번째 이후의 되풀이되는 설계과정에서는 
와 
가 확정적(Deterministic)인 값으로 계산되지 않으므로 공학적인 센스로 선택하여야 한다. 즉, 만약 되풀이되는 설계과정에서는 수정된 trial 
과 trial 
가 주어진 경우에는 감쇠비의 정의 
에서 진동계의 질량 m은 불변이므로 감쇠비가 변경되면 
와 
가 함께 변경되어야 한다. 
와 
를 각각 어떤 비율로 변경할지는 보통이라면 설계자가 공학적 지식과 경험에 따라 선택하게 된다.
- 등가 스프링 상수 
계산
- 등가 감쇠 계수 
계산
- 내진 장치의 스프링 상수 
계산
등가 스프링 상수 정의 
로부터 내진 장치 스프링 상수 
는 다음과 같이 결정된다.
- 내진 장치의 감쇠 계수 
계산
Zener 모델 내진 장치의 등가 감쇠 계수식 
로부터 내진 장치 감쇠 계수 
는 다음과 같이 결정된다.
단계 3 : 설계 제한조건 충족 여부 확인
위 단계 1 및 단계 2의 설계과정을 거쳐 계산된 내진 장치 스프링 상수 
와 내진 장치 감쇠 계수 
에 대하여 다음의 설계 제한조건 충족 여부를 확인한다.
- 내진 장치의 최대 상대 변위 
제한조건;
수학식 38로부터 내진 장치의 최대 상대 변위 
를 구하여
내진 장치의 상대 변위 허용치 
초과여부를 확인한다.
- 수배전반 최대 상대 변위 
제한조건;
수학식 21로부터 최대 상대 변위 
를 구하여
수배전반 상대 변위 허용치 
초과여부를 확인한다.
- 최대 가속도 이득 
제한조건;
수학식 46으로부터 수배전반의 최대 가속도 이득 
를
구하여 수배전반의 가속도 이득 허용치 
초과여부를 확인한다.
- 최대 굽힘 응력 
제한조건;
수학식 43으로부터 수배전반 구조물(칼럼)에 발생되는 최대 굽힘 응력
단계 4 : 설계과정 종료 조건
위 단계 3의 설계과정에서 모든 설계 제한조건이 충족되면 단계 2에서 계산된 내진 장치의 스프링 상수 
와 내진 장치의 감쇠 계수 
를 최종 설계로 결정하고 설계과정을 끝낸다. 만약 설계과정에서 하나 이상의 설계 제한조건이 충족되지 않았다면, 해당 설계조건이 만족되도록 trial 
과 trial 
를 수정한 다음 설계과정 단계 1로 되돌아가서 설계과정을 되풀이한다.
위의 설계과정을 거쳐서 내진 장치의 스프링 상수 
와 내진 장치의 감쇠 계수 
를 결정할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 지반운동이 수직 방향인 경우에도 전술된 것과 동일한 수학적 모델링과 이론식을 이용하여 내진 해석을 할 수 있다. 다만 이 경우에는 스프링 상수 
와 
, 감쇠 상수 
와 
, 그리고 입력 지반운동 
을 가각 수직 방향의 값을 적용하여야 하고, 이후 수배전반에 작용하는 작용력과 응력 계산과정에서도 수직 방향 인장-압축력과 그에 따른 인장-압축 응력을 계산해야 되는 점을 유의해야 한다.
또한, 본 발명에 따르는 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 분산 컴퓨터 시스템에 의하여 분산 방식으로 실행될 수 있는 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드를 저장할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 그리고, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
따라서, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
본 발명은 수배전반을 내진 성능을 향상시키기 위한 내진 장치에 적용될 수 있다.
(부호의 설명)
210, 212, 214 : 사용자 단말기
250 : 내진 장치 설계 서버 260 : 데이터베이스
Claims (8)
- 수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법으로서,상기 보호 대상 설비의 중력 방향에 수직인 방향에 있어서의 진동을 모델링하는 진동계 모델을 구성하는 단계;상기 진동계 모델의 운동 방정식을 유도하고, 상기 운동 방정식을 정규화하는 단계; 및상기 진동계 모델에서, 상기 보호 대상 설비의 최대 굽힘 응력 및 진동 전달률을 극소화시키는 상기 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 설계 변수 결정 단계를 포함하고,상기 내진 장치의 스프링 상수 및 감쇠 계수는,및
로 얻어지는 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법. - 제1항에 있어서,상기 진동계 모델을 구성하는 단계는,상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치를 상기 방향으로 진동하는 칼럼으로 간주하고, 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치 각각의 집중 질량, 스프링 상수, 및 감쇠 상수를 사용하여 상기 진동계 모델을 구성하는 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법.
- 제2항에 있어서,상기 진동계 모델을 구성하는 단계는,를 최소화하는 ks 및 cs를 찾기 위하여,
를 설계 제약으로서 고려하며,
여기에서,는 최대 굽힘 응력,
는 허용가능 응력,
는 최대 가속도 이득,
는 가속도 이득 한계,
는 최대 스프링 변위,
는 스프링 변위 한계,
는 최대 상대 변위,
는 현가 장치의 변위이고,
는 1보다 작은 가중치 인자인 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법.
- 제3항에 있어서,상기 운동 방정식을 정규화하는 단계는,상기 운동 방정식을로서 모델링하고,
상기 진동계 모델에 인가된 최대 작용력을로서 모델링하며,
여기에서,은 고유 진동수(Natural frequency),
이고,
는 감쇠비(Damping ratio)이며,
는 지반가속도 스펙트럼,
이고, k 및 ks는 각각 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치의 스프링 상수, c 및 cs는 각각 상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치의 감쇠 상수를 나타내고, x는 상기 방향에 있어서의 변위를 나타내는 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법.
- 제4항에 있어서,상기 설계 변수 결정 단계는,상기 보호 대상 설비 및 상기 내진 장치의 최대 변위 제한치, 가속도 이득의 제한치, 및 최대 굽힘 응력을 고려하여 상기 내진 장치의 스프링 상수와 감쇠 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법.
- 제5항에 있어서,상기 최대 굽힘 응력은,
로 얻어지고,여기에서,는 구조물(칼럼)에 작용하는 최대 굽힘 모멘트(Maximum bending moment)이고, d는 도5에 보인 바와 같이 칼럼의 중립축에서 단면의 외곽까지의 거리이다. L, I는 각각 상기 보호 대상 설비의 길이와 단면 계수(Area moment of inertia)인 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법.
- 제6항에 있어서,상기 설계 변수 결정 단계는,설계 변수를 최적화 알고리즘, 후발견적 알고리즘(meta-heuristic algorithm), 및 공학적 시행착오법(Engineer's trial and error method) 중 적어도 하나를 사용하여 결정하는 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법.
- 제1항에 있어서,상기 보호 대상 설비는 고압 수배전반, 저압 수배전반, 분전반, 계측 제어반, 및 전동기 제어반 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 내진 장치 설계 방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200055183A KR102197932B1 (ko) | 2020-05-08 | 2020-05-08 | 수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법 |
| KR10-2020-0055183 | 2020-05-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021225244A1 true WO2021225244A1 (ko) | 2021-11-11 |
Family
ID=74127217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2020/017771 WO2021225244A1 (ko) | 2020-05-08 | 2020-12-07 | 수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102197932B1 (ko) |
| WO (1) | WO2021225244A1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117828740A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-05 | 深圳市润腾智慧科技有限公司 | 空间设备关联方法、装置、设备及存储介质 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1185829A (ja) * | 1997-09-11 | 1999-03-30 | Kubota Corp | 粘弾性体を含む構造物の振動解析方法及び記録媒体 |
| JP2000215218A (ja) * | 1999-01-21 | 2000-08-04 | Toshiba Corp | 振動解析支援システム |
| KR20120018984A (ko) * | 2010-08-24 | 2012-03-06 | 조성국 | 발전소의 캐비닛에 대한 지진응답을 예측을 위해 캐비닛의 비선형 동적 해석모델을 작성하는 방법 |
| JP2016103101A (ja) * | 2014-11-27 | 2016-06-02 | 株式会社東芝 | 耐震解析装置、方法及びプログラム |
| JP2016118938A (ja) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 設備設計方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101765683B1 (ko) | 2016-12-28 | 2017-08-07 | 정순국 | 이골형 앵커 조립체 및 그를 이용하여 지진의 진동흡수도 가능한 이골형 앵커 시공공법 |
-
2020
- 2020-05-08 KR KR1020200055183A patent/KR102197932B1/ko active IP Right Grant
- 2020-12-07 WO PCT/KR2020/017771 patent/WO2021225244A1/ko active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1185829A (ja) * | 1997-09-11 | 1999-03-30 | Kubota Corp | 粘弾性体を含む構造物の振動解析方法及び記録媒体 |
| JP2000215218A (ja) * | 1999-01-21 | 2000-08-04 | Toshiba Corp | 振動解析支援システム |
| KR20120018984A (ko) * | 2010-08-24 | 2012-03-06 | 조성국 | 발전소의 캐비닛에 대한 지진응답을 예측을 위해 캐비닛의 비선형 동적 해석모델을 작성하는 방법 |
| JP2016103101A (ja) * | 2014-11-27 | 2016-06-02 | 株式会社東芝 | 耐震解析装置、方法及びプログラム |
| JP2016118938A (ja) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 設備設計方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117828740A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-05 | 深圳市润腾智慧科技有限公司 | 空间设备关联方法、装置、设备及存储介质 |
| CN117828740B (zh) * | 2024-03-05 | 2024-05-31 | 深圳市润腾智慧科技有限公司 | 空间设备关联方法、装置、设备及存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102197932B1 (ko) | 2021-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2021225245A1 (ko) | 수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 시스템 | |
| WO2016114477A1 (ko) | 예측 일사량을 이용한 냉난방부하 예측방법 | |
| WO2021225244A1 (ko) | 수배전반 및 제어반을 포함하는 전기설비를 지진으로부터 보호하기 위한 내진 장치를 설계하는 방법 | |
| WO2011139002A1 (ko) | 광대역 전력 증폭기를 위한 디지털 전치왜곡 장치 및 그 방법 | |
| Jung et al. | Performance evaluation of a real‐time pseudodynamic test system | |
| WO2020153552A1 (ko) | 기록된 거래의 수정이 가능한 블록체인을 위한 방법 및 장치 | |
| WO2017171521A1 (en) | Method and equipment for transmitting synchronization signal and psbch in v2x communication | |
| WO2021008017A1 (zh) | 联邦学习方法、系统、终端设备及存储介质 | |
| WO2022191448A1 (ko) | 유연관절 로봇의 제어시스템 | |
| WO2014077480A1 (en) | Method of determining surface orientation of single crystal wafer | |
| WO2018151356A1 (ko) | 다중 스케일 곡률 기반 가시적 벡터 모델 해싱 방법 | |
| WO2020218769A1 (en) | Reluctance force compensation for loudspeaker control | |
| WO2020004686A1 (ko) | 블록체인 dPoC 합의알고리즘 기반 합의 인증 수행 방법 | |
| Enríquez-Zárate et al. | Active vibration suppression through positive acceleration feedback on a building-like structure: An experimental study | |
| WO2020130227A1 (ko) | 동적 특성을 고려한 지반-말뚝 시스템의 내진설계 시스템 및 내진설계 방법 | |
| WO2023229116A1 (ko) | 상관성을 고려한 시간이력풍하중 산정 방법 | |
| WO2020222347A1 (ko) | 가상 머신 배치 방법 및 이를 구현하는 가상 머신 배치 장치 | |
| WO2022158847A1 (ko) | 멀티 모달 데이터를 처리하는 전자 장치 및 그 동작 방법 | |
| WO2014104481A1 (ko) | 구들의 교집합을 이용한 바운딩 볼륨 생성 장치 및 방법 | |
| WO2022114345A1 (ko) | 지진으로부터 보호 대상 설비를 보호하기 위한 내진 장치를 포함하는 계장제어반 및 빌딩자동제어반 | |
| WO2022119092A2 (ko) | 프레임 동기워드의 오류율 비를 이용한 비트오류확률 추정 방법 | |
| WO2023090749A1 (ko) | 비선형 최적 제어 방법 | |
| WO2023163395A1 (ko) | 인공 지능 기반 신용 평가 모델 생성 방법 및 장치 | |
| WO2024014797A1 (ko) | 강인한 음성인식을 위한 타겟 마스크 및 독립성분분석 기반의 실시간 빔포밍 및 방향 벡터 추정 방법 | |
| WO2021091031A1 (ko) | 운전수준 d 지진 또는 설계기준초과 지진 하의 원전 안전등급 기기, 금속 격납용기 및 노심지지구조물에 대한 변형률 기반 구조 건전성 평가를 위한 단순 탄소성 해석 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20934604 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20934604 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |