전차선분야 염해대책

 

전차선분야 염해대책

 개 요

염해지구에 시설하는 전차선로 시설물은 그 염해에 견딜수 있는 자재를  사용하여야 한다.

대상 자재는 전선류, 지지물, 애자류, 콘크리트기초로 대분되며 전선류는 급전선, 조가선, 보호선, 지지물은 강재 및 금구류이고 애자류는 장간애자와 현수애자, 콘크리트 기초는 지상구간과 지하구간으로 구분된다.

 

  시설물별 염해대책 적용 현황표

 

구      분	종 류	규 격	염 해 대 책
전 선 류	급전선	경동연선 (HDCC150㎟)	알루미늄선보다 염해에 강한 경동연선 사용
	보호선	경동연선 (HDCC75㎟)	“
	조가선	본선 : 청동연선 (Bz 65㎟)	염해에 강함
		차량기지 : 카드뮴 동연선 (CdCu70㎟)	염해에 강함
지 지 물	강재 및 금구류	각 종	용융아연도금처리로 염해에  대한 문제없음
애 자 류	현수애자	내염용 250∮×4	염해에 강한 내염형 현수애자
	장간애자	자기제 장간애자(T-m)	세척력이 좋은 자기제 장간애자
콘크리트 기초	콘크리트 구조물	지 상 구 간	W/C(배합비) 저감, 수밀성 증진, 혼합재 사용
		지 하 구 간	W/C(배합비) 저감, 수밀성 증진, 혼합재 및 철근방청용혼화제 사용

 

급전선

가. 급전선 특성 비교

구    분	ACSR 288[㎟]	Cu 150[㎟]	Al 510[㎟]	비    고
단위중량 [kg/m]	1.107	1.375	1.413
전기저항 [Ω/km]	0.1209	0.118	0.0563
파괴강도 [kgf]	9,796	5,990	7,460
허용하중 [kgf]	3,918	2,727	2,984
팽창계수	1.8×10-5	1.7×10-5	2.3×10-5
허용전류(A)	590	548	900
재료비(%)	100%	180%	156%	m당
노무비(%)	120%	100%	124%	m당

나. 결 론

전선류에 대한 화학적 반응에 대한 명확한 정량적인 자료는 없으나 일본국철 전차선로 설계 시공표준에 기재된 내용인 금속선의 내식성의 비교표를 보면 알루미늄선이 동선보다 환경의 영향을 훨씬 적게 받는 것을 알 수 있다.

다만 염분(염수)에 대해서만은 동선보다 취약하므로 해변부근에 시설하는 경우는 동선을 사용할 필요가 있으며, 염소가스 발생개소에는 알루미늄선이나 동선 모두가 부식에 취약성을 나타내고 있다.

따라서 알루미늄을 침식하는 염소가스가 발생하는 화학공장 지역, 항상 습기에 염분을 함유하고 있는 해변부근, 알카리성 누수가 심한 터널 내부, 강풍구간 개소 등에는 경동선이 유리하므로 본 설계구간에서는 해안 및 교량구간에 적합한 경동연선을  사용한다.

  

보호선

가. 사용구간 비교 

구    분	기존국철선	한국고속철도 (건설중)	경부선 동대구 ～부산(건설중)	호남선 익산～송정리
규   격	HDCC 75㎟	ACSR 93㎟	HDCC 75㎟	ACSR 93㎟

 

나. 특성비교 

구      분	HDCC 75㎟	ACSR 93㎟	비    고
단  면  적	75.25㎟	93.3㎟(58.9+34.4)
재      질	7/3.7	Al 12/2.5 St 7/2.5
단위중량(㎏/m)	0.6770	0.437
파괴강도(㎏f)	2,910	4,704
허용하중(㎏f)	1,323	1,882
전 기 저 항 [20℃, Ω/㎞]	0.239	0.4799
허용전류[A]	347	252	90℃ 기준
선팽창계수	1.7×10-5	1.8×10-5

다. 결  론

단위중량이 크고 파괴강도가 약하지만 누수, 분진, 및 염해에 강한 경동연선( HDCC) 75㎟으로 한다.

 

조가선

조가선은 가공전차선을 조가하기 위한 전선으로 기계적, 전기적으로 우수하여야 하며, 현재 국내 교류 25kV 전기방식에서 사용하는 조가선은 카드뮴동연선(CdCu)과 청동연선의 두 종류가 있다.

카드뮴동연선은 염해 및 공해에 강하며 도전율이 크다는 장점이 있으나, 파괴강도가 청동연선의 약 85%로 약하다는 단점이 있으며, MgSnCu는 공해물질인 카드뮴을 포함하지 않은 장점이 있으나 파괴하중이 적고, 국내 사용실적이 없으므로 고장력에서는 사용하기가 곤란하다. 조가선 선종 및 특성는 아래표와 같으며 본선구간은 고장력의 청동연선(Bz 65㎟)을 사용하고 차량기지는 카드뮴동연선(CdCu) 70[㎟]를 조가선으로 선정하며, 두선 모두 염해에 강하다는 장점이 있다.

 

[조가선 특성 비교] 

구 분	Bz 65	CdCu 80	CdCu 70	MgSnCu 70
장 점	․파괴강도가 크다. ․염해 및 공해 물질   에 강하다.	․허용전류가 크다. ․염해 및 공해   물질에 강하다. ․파괴강도가 크다.	․허용전류가 크다. ․염해 및 공해   물질에 강하다.	․염해 및 공해   물질에 강하다. ․공해를 유발하는   카드뮴이 없다.
단 점	․공해를 유발하는 카드뮴을 1% 함유하고 있다. ․고비용	․공해를 유발하는   카드뮴을 1%   함유하고 있다.	․공해를 유발하는   카드뮴을 1% 함유하고 있다. ․파괴강도가 작다.
사용 개소	KTX, TGV-A	전철구간	전철구간	ICE(독일)

 

 

지지물

[용융아연도금 내용년수] 

구       분	부식량(g/㎡/년)	내용년수	비      교
중공업 지역	32.8	13.7
해안  지역	12.5	36.0
교외  지역	7.2	62.5
도시  지역	16.0	28.1

일반 금구류는 수명이 약 25년 정도이므로 여유를 생각하더라도 염해에 대한 문제는 없으며, 지지물은 1차 용융아연도금 후 약 30년이 경과하면 재도장하는 것이 타당하다.

 

애자류 

전차선로의 절연제로 사용되는 애자는 대기 중의 습도, 먼지, 매연, 임해 지역의 염분 등에 의해 애자 표면이 오손되면 그 애자 표면 저항이 저하되므로 누설전류 증대에 따라 전기적 파괴를 일으키므로 애자는 표면누설거리가 큰 것이 바람직 하므로 합리적인 절연강도를 유지하도록 애자를 선정한다.   

오손대책으로서 과절연 방법과 애자의 청소 즉 세척방법 및 발수성 물질의 포법이 있다.

 

[염해 오손구분 권고치(일본전기협동연구회)] 

오손구분		A	B	C	D	E
구분영역		일반	중(中)오손		중(重)오손
최대염분부착밀도 (㎎/㎠)		0.03	0.06	0.12	0.35	해수에 직접 접촉된 경우
kV당 소요누설 거리(㎜/㎸)		26.0	30.0	33.5	43.5	해수에 직접 접촉된 경우
소요누설거리 (㎜)		750(748)	865(863)	965(963)	1,250	해수에 직접 접촉된 경우
해안에서 이격거리	태풍시	50km  이상	10～ 15km	3～ 10km	0～ 3km	해안지형구조에 따라 0～300m 또는 500m
	계절풍시	10km 이상	3～ 10km	1～ 3km	0～ 1km	해안지형구조에 따라 0～300m

일반적으로 염해지역이란 중오손 지역으로 보는 15[㎞] 이내를 기준으로 한다.

 

1) 현수애자

장간애자 누설거리가 1,250[㎜]를 기준으로 현수애자를 살펴보면 일반애자의 경우 누설거리는 1,120㎜(280㎜×4개)이며, 염해용은 1,720㎜(430×4)로 일반용 현수애자를 사용시는 5개를 사용하여야 하나 염해용 현수애자를 4개 사용하여 전주에 하중부담을 줄여 주는 것으로 한다

 

2) 장간애자

현재 철도공사에서 사용하는 장간애자의 특성을 비교하면 아래표와 같으며 가동브래키트에 사용하는 자기제 장간애자의 누설거리가 1,480㎜(1,250+230)이므로 사용에 문제가 없으며 해안(염해)지역 에서는 세척력이 좋은 자기제 장간애자(T-m)를 사용한다

  

콘크리트 기초

 

구조물 염해방지대책 

구 분	열화 인자	내   염   대   책		재   료   사   용   방   안
		염화물대책	황산염대책	시멘트	혼화재	배   합		혼  화  제
						fck	W/C
지 상	․비산해수 ․해염입자 ․동해 ․중성화	․W/C 저감 ․수밀성 증진 ․혼합재 사용	-	1종	․슬래그분말 :   시멘트×25  ～40% 또는 ․플라이애쉬 :   시멘트×20%	240～ 270 kgf/㎟	45% 이하	․고유동화제 ․AE제(배합량은    실험으로 결   정)
지 하	․염화물 ․황산염 ․각종유해   염류	․W/C 저감 ․수밀성 증진 ․혼합재 사용 ․철근방청용   혼화제	1종시멘트   ＋혼합재	1종 (5종)	․슬래그분말 :  시멘트 × 25  ～40% 또는 ․플라이애쉬 :   시멘트×20%	240～ 270, 350 kgf/㎟	43% 이하	․고유동화제 ․AE제 ․철근방청제(배   합량은 실험으   로 결정)

결 론

콘크리트 강도는 270[㎏f/㎟] 이상, 배합비는(W/C)는 43% 이하를 사용하며, 주요 시설물에 준하는 것을 제외한 일반 구조물은 혼화재를 사용하는 것은 경제적으로 매우 불리하므로 제외한다.