전동차에서 주 전동기를 대용량 집중방식으로 채택할 때 장,단점

 

 

전동차에서 주 전동기를 대용량 집중방식으로 채택할 때 장,단점

 

1. 개요

가. 전기철도의 효과로는 먼저 수송능력의 증강이다. 수송능력을 디젤에 비해 10～40％이상 증가시킬 수 있다.

나. 또한 석유에너지에 거의 의존하는 수송부분의 에너지를 전철화시 원자력 등 비교적 원가가 싼 전기에너지로 대체 활용할 수 있기 때문에 국가에너지를 효율적으로 이용할 수 있고,

다. 특히 철도에서 디젤과 전철간의 에너지 소비율 차이는 약 25％정도 전철이 유리하여 에너지 절약 효과를 얻을 수 있으며,

라. 디젤기관차에 비해 전기기관차는 내연기관등 설비가 적어 유지보수 비용이 40％정도 감소되고 차량의 내구연한도 2배가 길며 차량중량도 줄게 되어 궤도 보수비용 절감과 운용효율 증대로 수송원가를 낮출 수 있다.

마. 전철은 무엇보다도 매연이 없고 경음이 적어서 공해문제가 심각한 현시점에서 볼 때 그 장점이 돋보이며 짧은 시간 간격의 고빈도 운전으로 대량 고속수송이 가능하며 높은 품질의 교통서비스를 제공해 준다.

바. 상기와 같이 디젤 동력원에 비교하여 전기를 사용하고 있는 전기차는 매우 우수함을 알 수 있다. 이러한 전기차는 전기차의 배치 방식에 따라 동력 집중방식과 동력 분산방식으로 분류하고 그 장단점에 대하여 설명하고자 한다.

 

2. 동력 배치 방식 별 장단점 비교

 

가. 동력집중방식

 

1) 장점

가) 동력차의 동력원을 집중 배치하는 방식으로써 주로 전기기관차 1대 또는 2대로 객차를 견인하는 방식으로 구동전동기 수가 작기 때문에 고장 발생률이 비교적 적고

나) 객차에 구동전동기가 없기 때문에 진동, 소음이 적고 승차감이 양호하다.

다) 또한 여객과 화물수송을 병행운용이 가능하여 동력차(전기기관차)의 운용효율이 향상된다.

라) 아울러 기존 사용되고 있는 객차의 사용이 가능하기 때문에 전철화 시 차량 투자비를 절감할 수 있으며

마) 일시적으로 디젤기관차등과 공통운용을 할 수 있기 때문에 초기 투자자본이 집중되는 것을 피할 수 있다.

바) 차량 보수비 면에서도 동력집중방식이 유리하다고 할 수 있다. 따라서 이 방식은 장거리 여객열차나 화물수송 전용열차에 사용되고 있는 방식이다.

 

2) 단점

가) 전기기관차 형식(집중형) : 기관차 중량의 증가로 인하여 곡선부 고속주행시 횡압이 과다해져 안전성에 문제가 발생하고

나) 기관차와 객차의 중량 차이로 인한 점착력의 저하 등으로 인하여 감, 가속 성능과 제동, 등판능력이 떨어지는 단점을 가지고 있다.

 

3) 적용 사례

대표적으로 미국의 Metroliner, American Flyer, 영국의 IC225, 스웨덴의 X2000, 스페인 S252  등을 들 수 있다.

 

나. 동력분산방식

 

1) 장점

가) 구동(驅動)전동기를 분산 배치하여 탑재한 방식으로써 속도 급상승, 급제동이 용이하고 축중이 가볍고, 선로의 제한속도를 높일 수 있다.

나) 또한 편성의 양단에 운전실이 있어 운전이 용이하며 편성 량 수를 가감하여도 성능을 동일하게 할 수 있는 장점이 있다.

다) 전기동차 형식(분산형)에서 볼 수 있는 바와 같이 동차 형식의 장점인 높은 등판 능력과 감, 가속도를 실현하였으며 차체길이 전부를 승차공간으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

 

2) 단점

가. 초기 투자비가 많이 드는 단점이 있다. 즉 동력분산방식은 성능면을 고려할 때 유리하고 경제적인 면에서는 불리하다.

나. 따라서 이 방식은 정차, 출발이 반복되는 여객수송 전용의 도시전동열차에 사용되고 있는 방식이다.

다. 전기동차 형식(분산형) 단점으로는 고 전압 송전선이 차체를 통해 각 차량의 변압기에 연결되어야 한다는 점과 틸팅을 채용할 경우 유지보수가 까다로운 틸팅 판토그라프 메커니즘을 채용하여야 한다는 것이다. 전철화에 요구되는 시설투자 비용의 증가와 그 시설의 유지보수 비용도 문제시되고 있다. 때문에 여객수요가 밀집되어 있는 구간에 적합한 방식이라고 볼 수 있다.

 

3) 적용 사례

이탈리아의 ETR 시리즈, 일본의 신간선, 스위스의 IC-Neigezug 등을 들 수 있다.

    

1) 현수애자의 과 절연 설계 (교류 25[kV] 현수애자 250[mm]의 경우) 

오손구분	일반지구	오손지구	중오손지구
설계 내전압[kV/개]	10.3	8.9～7.8	6.7
애자의 개수	3개	3～4개	4개
현재 시설 개수	4개	4개	5개

 

2) 장간애자의 과절연 설계 (교류 25[kV]용 장간의 경우) 

오손구분	일반지구	오손지구	중오손지구
kV당 소요 누설 거리[mm/kV]	26	30～33.5	43.5
소요 누설거리[mm]	780	900～1,005	1,305
현재 시설물 적용 누설 거리[mm]	1,480 (1,250)	1,480 (1,250)	1,480
적용 오손 내전압[kV]	30	30	30

 

(  )는 이중 절연 방식