신재생에너지발전설비(태양광) 기사 필기 공부 #4

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▷구조계산서

● 구조물 구조계산

○ 힘과 부재 응력

① 힘

② 반력검토 : ∑ V = 0, ∑ H = 0, ∑ M = 0

ⓐ 지점반력(Reaction Force) : 힘의 균형조건(외력), ∑ F = 0

ⓑ 전단력(Shearing Force) : 외력의 힘에 반대방향으로 작용하는 힘(↑ ↓)

③ 부재응력검토 : σ = 1.0이하

ⓐ 압축, 인장, 전단응력(σ) = N(축방향력) / A(부재단면적)

ⓑ 휨 모멘트(σ) = M(모멘트) / Z(부재단면계수)

○ 풍하중 계산

① 설계속도압

: 기준높이 H에서의 설계속도압(qH)은 다음 식으로 산정한다.

② 설계풍속

③ 기본풍속

: 기본풍속 V0는 지표면상태가 풍속고도분포계수에서 정한 지표면조도구분 C인 경우, 지상 10[m] 높이에서 10분 간 평균풍속의 재현기간 100년에 대한 값이고, 건설지점이 위치한 지역에 따라 지역별 기본풍속을 적용한다.

● 구조물 구조계산서 검토

○ 허용응력 설계법 : 설계하중(사용하중)에 의한 실제 응력이 허용응력을 초과하지 않도록 설계하는 것

① 구조물의 설계하중 <= 허용응력

② 허용응력(fa)

③ 구조계산서 검토 시 고려사항

○ 주요 검토항목

① 세장비(Slenderness ratio)

ⓐ 세장비가 크면 좌굴이 잘 일어남

ⓑ 지지대(Support) 및 프레임(Frame)의 인장력에 기초하여 설계되는 부재의 세장비 L/r은 가급적 300을 넘지 않도록 한다.

② 축 응력(Axial stress)

ⓐ 부재가 축방향력(P)을 받는 경우에 부재축과 나란한 방향으로 발생하는 응력으로 인장응력(Tension)과 압축응력(Compressive Stress)으로 구분

③ 굽힘 응력(Bending strength) : 부재의 한쪽 방향으로 작용하는 휨 응력

④ 복합 응력(Combined strength) : 압축 응력 + 굽힘 응력이 동시에 작용하는 응력 또는 인장 응력 + 굽힘 응력이 동시에 작용하는 응력

⑤ 전단 응력(Shear stress)

ⓐ 부재의 축 방향에 수직으로 작용하는 전단력(S)에 대한 응력

▷구조물 형식

● 일반사항

○ 용어정의

① 전면기초 : 상부구조물의 여러 개의 기둥을 하나의 넓은 기초 슬래브로 지지시킨 기초형식

② 줄기초 : 벽체를 자중으로 연장한 기초로서 길이 방향으로 긴 시초

③ 확대기초 : 기초 저면의 단면을 확대한 기초형식

④ 강성기초 : 기초지반에 비하여 기초판의 강성이 커서 기초판의 변형을 고려하지 않는 기초

⑤ 연성기초 : 지반강성에 비하여 기초판의 강성이 상대적으로 작아서 지반 반력이 등분포로 작용하는 기초

⑥ 국부전단파괴 : 기초지반에 전체적인 활동 파괴면이 발생하지 않고, 지반응력이 파괴응력에 도달한 부분에서 국부적으로 전단파괴가 발생하는 지반의 파괴형태

⑦ 전반전단파괴 : 기초지반 전체에 걸쳐 뚜렷한 전단 파괴면을 형성하면서 파괴되는 파괴형태

⑧ 극한지지력 : 구조물을 지지할 수 있는 지반의 최대 저항력으로 지반의 전단파괴 시 발생하는 단위면적당 하중

⑨ 허용지지력 : 구조물의 중요성, 설계지반정수의 정확도, 흙의 특성을 고려하여 지반의 극한지지력을 적정의 안전율로 나눈 값

● 지지력 산정

○ 경험적 지지력

① 경험적인 지지력 산정방법은 다음 조건을 충족하는 경우 적용한다.

ⓐ 기초바닥면 이하의 지반이 기초폭의 2배까지 거의 균질한 경우

ⓑ 지표와 지층경계면이 거의 수평인 경우

ⓓ 규칙적인 동하중을 받지 않는 경우

ⓔ 개략적인 지지력 예측이 필요한 경우

ⓕ 정밀한 조사가 불가능한 경우

② 경험적인 지지력 공식은 신중하게 적용하여야 하며, 불가피하게 외국의 경험적 지지력 공식을 적용할 때에는 적용성을 확인한 후 사용한다.

③ 경험적 지지력은 기초의 크기, 근입깊이, 지하수위 등에 따라 수정하여 적용한다.

● 기초의 구성요소

① 기초 : 기초판과 지정 등을 뜻하며, 상부구조에 대응하여 부를 때는 기초구조라고 하기도 함

② 푸팅(footing) : 기둥 또는 벽의 힘을 지중에 전달하기 위하여 기초가 펼쳐진 부분

③ 지정 : 기초판을 지지하기 위하여 그보다 하부에 제공되는 자갈, 잡석 및 말뚝 등의 부분

④ 피어(Pier) : 상부의 하중을 지중에 전달하기 위하여 푸팅, 기둥의 밑에 설치한 독립 원통기둥 모양의 구조체

○ 얕은기초 : 전면기초, 복합기초, 연속기초, 확대기초, 독립기초 등

○ 깊은기초 : 말뚝기초, 케이슨기초, 피어기초 등

○ 태양광발전 구조물에 적용 가능한 기초의 종류(콘크리트 기초)

종 류	특 징	장 점	단 점
독립기초	* 독립기초판 위에 단일 기둥 * 지내력이 비교적 양호한 경우 적용 * 소형, 소규모 어레이	* 경제적	* 부동침하 가능 * 지지층이 깊은 경우 보강 필요 * 지반의 지내력에 따라 성능이 크게 좌우됨
복합기초	* 하나의 기초판위에 2개 이상의 기둥 * 지내력이 작아서 독립기초를 적용하기 어려운 경우 적용	* 독립기초보다 지반침하에 대하여 안정적 * 하중의 분산효과 및 수평하중에 안정적	* 비용상승 * 지지층이 깊은 경우 보강필요
말뚝기초	* 지내력 부족시 적용 * 독립기초 시공전 말뚝시공	* 지지층이 깊을 때 안정성 제공	* 비용상승

※ 지내력 : 흙의 특성에 따라 지반이 받을 수 있는 저항력

※ 토압 : 상부구조물의 하중에 따라 지반으로부터 기초에 작용하는 외력

○ 태양광발전 구조물에 적용 가능한 기초의 종류(콘크리트가 없는 기초)

기초의 종류	특 징	장 점	단 점
스크류	* 콘크리트 기초없이 스크류강(내식)을 직접 삽입	* 시공성 우수 * 공기 단축 * 토목공사 비용 절감	* 삽입 깊이, 지질에 따라 안정성이 좌우됨 * 편재 하중에 취약 가능 * 매립 부위 부식
형 강	* 콘크리트 기초없이 타격에 의해 삽입	* 시공성 우수 * 공기 단축 * 토목공사 비용 절감	* 삽입 깊이, 지질에 따라 안정성이 좌우됨 * 편재 하중에 취약 가능 * 매립 부위 부식
앵 커	* 슬래브나 기존 시멘트 바닥면에 앵커 삽입	* 비용 절감 * 시공 간편 * 공기 단축	* 기존 구조물에 영향
루프형	* 평면 또는 경사형 지붕에 내식성 루프 패널 설치 * 모듈을 루프 패널에 부착	* 누수 문제 해결 * 구조적 안정성 확보 * 미관 우수	* 비용 상승 * 통풍이 어려움 * 건축물 하중 부담 증대

● 허용지내력과 기초의 크기

○ 지내력의 영향요인

① 기초의 형태와 깊이

② 상부하중의 크기

③ 지하수의 위치

④ 토질의 종류

○ 기초의 지압파괴 : 기초 하부의 지반이 이동하는 현상

○ 기초의 크기 결정

① 원칙 : 단위면적당 하중 < 허용지내력

② 기초가 지지하는 하중

ⓐ 고정하중(D : Dead Load) : 구조물 자체의 무게나 구조물의 존재기간 중 지속적으로 작용하는 하중(모듈의 무게 + 구조물 무게)

ⓑ 활하중(L : Live Load) : 작용위치와 크기가 시간에 따라 변화하는 하중

ⓓ 적설하중(S : Snow Load) : 서울 50 [kg/m^2], 속초 200 [kg/m^2], 강릉 300 [kg/m^2]

ⓔ 풍하중(W : Wind Load) 또는 지진하중(E : Earthquake Load)

ⓕ 기초의 자중(Db)

ⓖ 기초 위에 채워지는 흙 및 흙 위의 상재하중(Ds)

③ 기초의 크기 : A1과 A2 중 큰 값을 적용

④ 유효 허용지내력(qe) : 기초의 자중(Db)과 기초 위에 채워지는 흙 및 흙 위의 상재하중(Ds)의 영향을 분리함

▶ 태양광발전 전기배선 설계

▷태양광발전 모듈 배선

● 태양광발전소 전기설비 시설

○ 태양전지 발전소에 시설하는 태양전지 모듈, 전선 및 개폐기 기타 기구는 다음의 각 호에 따라 시설하여야한다.

① 충전부분은 노출되지 아니하도록 시설할 것.

② 태양전지 모듈에 접속하는 부하측의 전로(복수의 태양전지 모듈을 시설한 경우에는 그 집합체에 접속하는 부하측의 전로)에는 그 접속점에 근접하여 개폐기 기타 이와 유사한 기구(부하 전류를 개폐할 수 있는 것에 한한다.)를 시설할 것.

③ 태양전지 모듈을 병렬로 접속하는 전로에는 그 전로에 단락이 생긴 경우에 전로를 보호하는 과전류차단기 기타의 기구를 시설할 것. 다만, 그 전로가 단락전류에 견딜 수 있는 경우에는 그러하지 아니하다.

④ 전선은 다음에 의하여 시설할 것. 다만, 기계기구의 구조상 그 내부에 안전하게 시설할 수 있을 경우에는 그러지 아니하다.

ⓐ 전선은 공칭단면적 2.5 [mm^2] 이상의 연동선 또는 이와 동등 이상의 세기 및 굵기의 것일 것.

ⓑ 옥내에 시설할 경우에는 합성수지관공사, 금속관공사, 가요전선관공사 또는 케이블공사로의 규정에 준하여 시설할 것.

⑤ 태양전지 모듈 및 개폐기 그 밖의 기구에 전선을 접속하는 경우에는 나사 조임 그 밖에 이와 동등 이상의 효력이 있는 방법에 의하여 견고하고 또한 전기적으로 완전하게 접속함과 동시에 접속점에 장력이 가해지지 않도록 시설하며 출력배선은 극성별로 확인 가능토록 표시할 것.

⑥ 태양전지 모듈의 프레임은 지지물과 전기적으로 완전하게 접속하여야한다.

⑦ 태양전지 발전설비의 직류 전로에 지락이 발생했을 때 자동적으로 전로를 차단하는 장치를 시설해야 한다.