Tubular(管) BUS 및 지지애자 하중검토

가. 개요

모선은 온도, Deflection 등에 의하여 응력을 받으며 자체 진동에 의한 Natural Frequency 등에 의하여 응력을 받으며 자체 진동에 의한 Natural Frequency와 비중에 의한 진동의 공진으로 모선의 피로를 야기 시키므로 이에 대한 대책이 필요하다.
모선에 작용하는 힘은 수직하중과 수평하중으로 구분되며, 모선과지지애자는 이에 견디는 것이야 한다.

나. 모선에 작용하는 하중

1. 수직하중

모선의 자중, 모선에 연결된 리스선 및 금구류와 빙피하중으로 구분된다.

2. 수평하중

모선에 가해지는 풍압하중, 단락전류에 의한 단락 전자력, 지진력 및 기기 조작시의 충격등으로 구분되며 일반적으로 지진력 및 기기 조작시 충격은 무시한다.

(1) 풍압하중

(2) 단락전류에 의한 전자력

F : 딘락전류에 의한 전자력(kg/m)
K : 고장전류 및 모선배치에 따른 정수
- 직류 : 1
- 교류 단상 : 8
- 교류 3상 일렬배치시 중앙도체 : 6.9
- 교류 3상 일렬배치시 외측도체 : 6.5
- 교류3상 일렬 삼각배치 : 2.3
I : 대칭 단락전류(A)
d : 상간간격(m)
n : f와 fo 비에 의한 모선의 응력계수
- fo : natural frequency(Hz)
- YG : No load Deflectio(cm)
- f : 계통 주파수(60Hz)

3. 모선의 응력

모선에 작용하는 하중은 단기하중과 장기하중으로 구분된다.

모선에 가해지는 하중에의한 구부림 응력은 다음과 같이 산출되며 모선의 최소 항복강도에 대하여 단기하중은 1.0, 장기하중은 2.5 이상의 안전율을 가져햐 한다.

f : 모선의 응력(kg/㎠)
W : 모선에 작용하는 힘(kg/㎠)
L : 모선의 길이 m
M : 모선지지형태에 따른 계수
- 단구간 단순지지 : 8
- 단구간 양측 고정지지 : 12
- 2구간 1단고정, 타단 단순지지 : 8
- 2구간 1단고정, 타단 단순지지 : 10
- 4구간 이상 1단 고정 타단 단순지지 : 9.34
S : 단면계수
D : 모선의 외경(cm), 모선의 내경(cm)

모선의 최대허용 응력을 기준으로 한 구간의 길이는 다음과 같다

L : 최대허용 단위구간(m)
f : 모선의 최대허용응력(kg/㎠)

모선의 최대허용 응력을 기준으로 한 단일구간의 모선에 가할 수 있는 최대하중은 다음과 같다.

W : 단일구간 모선의 전체하중(kg)
f : 모선의 최대허용응력(kg/㎠)

도체

기호

두께 mm

최소항복강도

최대허용응력(kg/㎠)

(kg/㎠)

단기하중

장기하중

copper tube

AL tube

AL angle bar

hard drawn

6063-T6

6061-T6

전체적용

3.2~12.7

1.758

1.055

1.758

1.055

703

422

다. 지지애자에 적용하는 하중

지지애자는 요구되는 절연강도 이외에 모선에 의한 응력을 충분한 cantilever strength를 가져야 한다. 애자에 작용하는 하중은 장기하중과 단기하중으로 구분되며, 장기하중에 대한 안전율은 2.5 이상이어야 하며 단기하중은 1.25 이상으로 한다. 그러나 단기하중 산출시 단락전자력 계산에 의한 하중의 40%가 애자에 실제 작용하는 것으로 한다. 그 이유는 애자실험에 의하면 insulator stack의 경우 단락전자력과 같은 순시하중으로서 애자에 하중이 작용할 때 애자의 정격 cantilever strength의 2배에 해당하는 힘을 지탱하며, 표준 계산공식에 의해 산출된 하중의 40%가 실제로 애자에 걸린다는 것이 입증되었기 때문이다.

단기하중 = 모선 및 애자풍압 + 단락전자력

장기하중 = 모선 및 애자풍압

모선 지지형태에 따른 애자에 작용하는 하중은 다음과 같다.

단구간 단순지지 R = W / 2
단구간 양측 고정지지 : R = W / 2
2구간 1단고정, 타단 단순지지 : R = 1.25W
3구간 1단고정, 타단 단순지지 : R = 1.10W
4구간 이상 타단 단순지지 R = 1.14W
R :지지 애자에 작용하는 최대하중(kg)
W :지지구간의 항목별 하중(kg)