㈜파워엔텍
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㈜파워엔텍과 한국전력공사는 운전 중인 배전반에 무정전 및 무이설 방식으로 내진성능을 보강할 수 있는 기술을 개발했다.

개발 배경

운전 중인 전력설비나 통신설비에 지진이 발생할 경우 1차적으로 당해 설비가 직접적인 손상을 입는 것은 물론, 2차적으로는 그로 인한 설비의 기능 상실로 국가 기반시설 전체에 막대한 피해를 초래하게 된다.
현재 배전반과 같은 전력공급설비나 감시반, 분전반, 보호반, 통신반, 전산기기 등이 설치되는 시설물에는 제어케이블의 포설 및 증설작업에 대한 편리성, 장비 운영 시 제어케이블의 온도 상승 방지를 위한 냉기 통풍 등을 이유로 건물 바닥에 또 하나의 바닥을 설치하는 이중바닥 구조물 설치가 일반화 되어 있다.

그러나 이와 같이 이중바닥 구조물이나 콘크리트 바닥 슬래브에 거치되어 운전 중인 배전반은 콘크리트 바닥 슬래브에 고정되어 있지 않기 때문에 지진이 발생하면 쉽게 활동하거나 전도되어 파괴되기 쉽다. 더구나 국내의 이중바닥 구조는 일본이나 미국과 달리 배전반을 지지하고 있는 지주봉의 바닥판이 앵커볼트로 콘크리트 바닥 슬래브에 고정되어 있지 않고 단순히 에폭시로 접착돼 있기 때문에 지진 발생 시 쉽게 탈락, 배전반이 전도되어 그 기능을 상실할 우려가 높다.
국내의 내진설계는 건축법뿐만 아니라 전기나 통신설비와 관련된 기술기준과 더불어 2009년 3월 공표된 지진재해대책법 시행령에 대통령령으로 지정된 법규에 의해 모든 전기 및 통신설비의 내진성능보강이 요구되고 있다.

개발 성과

배전반이 거치되어 있는 이중바닥의 상판 크기는 600×600㎜로 손이 닿지 않기 때문에 배전반을 이설하지 않는 상태에서 보강작업을 하기란 매우 어렵다. 특히 운전 중인 아날로그 타입의 배전반은 진동에 매우 예민하므로 내진 보강작업 시 진동으로 인한 오동작이 발생할 우려가 높다.
이 때문에 지금까지는 배전반의 운전을 정지한 다음 배전반의 결선을 분리, 이설한 후 내진 보강 프레임을 설치하고 배전반에 결선하는 방법으로 내진보강을 시행해 왔다. 그러나 이 방법은 휴전 조치와 함께 배전반의 단자를 분리하고 다시 결선하는 데 많은 시간과 비용이 소요되는 단점이 있었다.
이 같은 문제점을 획기적으로 해결하고자 ㈜파워엔텍과 한국전력공사는 공동으로 '무정전 및 무이설 방식으로 설치되는 배전반의 내진성능 보강기술'을 개발했다.
2010년 5월 14일 지식경제부 고시 제2010-104호를 통해 전력신기술 제77호로 지정된 이 기술은 연속 운전 상태에서 배전반이 거치되어 있는 이중바닥 구조물 하부에 새로운 프레임을 설치해 배전반 및 지주봉이 전도되지 않도록 상호 연결한 후 콘크리트 바닥 슬래브에 프레임을 고정시켜 배전반이 지진으로부터 활동이나 전도되지 않도록 안전하게 보호하는 내진 보강기술이다.

특히 이 프레임을 배전반과 연결하기 위해 배전반 하단의 베이스 바닥 찬넬 및 상판에 천공작업을 할 때에는 독자 개발한 저진동 천공기를 사용, KS 규정에 제시된 배전반의 진동 시험치(0.5g) 이하로 진동 발생치를 최소함으로써 진동에 민감한 배전반의 무정전 내진 보강작업을 가능케 했다.
본 신기술을 적용한 내진 보강구조는 한국전력공사의 '송변전설비 내진설계 실무지침서(2003년 3월)' 뿐만 아니라 대한전기협회의 '발 · 변전 기준(2008년 1월)' 및 '건축전기설비 내진설계 시공지침서(2009년 6월)'의 기술기준을 만족시키고 있으며, 층응답 지진 가속도 3.5g까지 활동하거나 전도되지 않고 견딜 수 있는 내진성능을 갖고 있다.

내진 보강구조 적용 사례

본 신기술을 적용한 배전반에 무정전 및 무이설 방식으로 설치되는 내진 보강구조의 설치 순서는 다음과 같다.

 

① 배전반 베이스 찬넬에 천공 후 탭핑, L형강 브래킷으로 연결 ② 이중바닥 하부에 배전반을 지지하는 세로 보강재를 설치 ③ 상판에 천공해 세로 보강재와 L형강 브래킷을 연결 ④ 지주봉이 좌굴되지 않도록 지주봉을 가로 보강재로 연결 ⑤ 가로 보강재에 세로 보강재를 결속시켜 하나의 프레임을 구성 ⑥ 콘크리트 바닥 슬래브에 천공해 앵커 브래킷을 설치 ⑦ 턴버클을 사용해 프레임을 앵커 브래킷에 고정

<그림 4>와 <그림 5>는 이중바닥에 거치돼 운전 중인 배전반에 무정전 및 무이설 방식으로 설치한 내진 보강구조의 대표도와 단면도를 각각 보여주고 있다. <그림 5>에서 보는 바와 같이 기존 이중바닥에 거치되어 있는 배전반을 새로운 보강 프레임과 결속하기 위해서는 배전반 바닥 찬넬에 수평방향으로 천공해야 한다. 또한 연결 브래킷과 프레임을 결속하기 위해서는 수직방향으로 상판을 천공해야 하며, 보강 프레임을 슬래브에 고정시키기 위해서는 콘크리트 바닥 슬래브를 천공해야 한다. 이러한 천공작업은 필연적으로 진동을 초래하게 되고 과다진동은 배전반의 오동작을 야기할 수밖에 없다. 그러나 독자 개발한 저진동 천공기를 사용해 천공작업 중에 발생하는 진동을 계측, 운전 중인 배전반에 미치는 영향을 평가한 결과, <표 1>과 같이 KS규정에 제시된 배전반의 진동 시험치(0.5g) 이내로 안전한 것이 확인됐다.

<그림 6~7>은 이중바닥에 거치돼 운전 중인 배전반에 설치된 내진 보강구조를 나타낸 것이며, <그림 8>은 내진 보강작업이 완료된 배전반전경이다.

기대 효과

전술한 바와 같이 본 신기술을 적용한 배전반의 내진 보강구조는 한반도에서 발생이 예상되는 최대 지진에 견딜 수 있을 뿐만 아니라 1995년 일본에서 발생한 고베 지진 규모인 MMI 진도 7.0 정도까지도 견딜 수 있다. 또한 본 신기술을 적용한 배전반의 내진 보강구조는 경제성도 뛰어나 배전반을 이설하고 재설치를 반복해야 하는 기존 내진 보강방법에 소요되는 비용의 1/3~1/2 정도로 저렴하게 내진성능을 보강할 수 있으며, <그림 8>과 같이 보강작업 후 미관이 뛰어난 특장도 가지고 있다.

향후 전개

향후 본 신기술은 2009년 3월에 공표된 지진재해 대책법 시행령에 따라 내진성능 보강이 의무화된 수도, 전기, 가스, 통신과 같은 Life Line이나 철도, 도로, 지하철, 공항, 항만, 학교, 병원과 같은 사회기반시설(Infrastructure)의 배전반, 통신반 및 각종 계전기 패널의 내진성능 보강에 널리 활용될 것으로 기대된다.

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