전차선의 성능

 

전차선의 성능

 

구        분	성        능		비 고
공칭 단면적	110[mm2]	170[mm2]
계산 단면적	111.1[mm2]	170.0[mm2]
단면적 공차	± 2[%]	± 2[%]
인장하중 (Min.)	3,900 [Kg]	5,900 [Kg]
신장율   (Min.)	3[%] (250[mm] 기준)	3[%] (250[mm] 기준)
전기저항 (20℃)	0.1592[Ω/Km]	0.1040[Ω/Km]
도전율   (Min.)	97.5[%]	97.5[%]
굴곡시험	25[mm]	25[mm]
표준중량	987.7[Kg/Km]	1,511[Kg/Km]
중량공차	± 2[%]	± 2[%]

 

전차선의 편위

 

가. 전차선의 편위를 결정하는 요소

(1) 차량동요에 따른 판타그래프의 편위

(2) 풍압에 따른 전차선의 편위

(3) 곡선로에 있어서의 전차선의 편위

(4) 가동브라켓, 진지금구의 회전에 따른 전차선의 편위

(5) 지지물의 휨(움직임)에 따른 전차선의 편위

 

등이 있고 전차선의 위치와 판타그래프 위치와의 관계로부터 허용된 편위가 결정된다.

전차선의 편위는 시설위치에 따라 풍향, 풍압 등 지형적인 조건을 고려하여 전기차의 동요, 지지물의 변형 등이 항상 집전장치의 유효폭 이내에 있도록 지지물, 경간을 설치하여야 한다.

또한 전차선의 횡장력에 따라 전주의 경사 또는 선로의 캔트 불량에 따라 편위의 증대 등에 대해서 주의해야 할 필요가 있다.

 

나. 전차선 편위량

    - 표준편위 : 200[mm]

    - 최대편위 : 250[mm]

 

 

전차선의 구비조건

 

전차선은 전동차의 판타그래프에 습동하여 전력을 공급하는 핵심설비로서 안전운행에 막대한 영향을 주므로 다음과 같은 구비조건이 충족되어야 한다.

 

가. 집전율이 좋고 전기저항이 적을 것

전차선은 전기를 흐르게 하는 도체이므로 전압강하를 적게 할 필요가 있으므로 도전율이 높고 전류용량이 커야 한다.

 

나. 기계적 강도가 클 것

전차선은 일정한 장력으로 가설되며, 또한 태풍 등의 강한 풍압에 의한 장력증가에 대해서도 견딜 수 있어야 하므로 충분한 강도를 가질 필요가 있다.

 

다. 경도가 높고 굴곡에 강할 것

판타그래프의 습동에 의해 쉽게 마모되지 않도록 판타그래프 습판재보다는 약간 경도가 높고 전차선의 취급을 용이하게 하기 위해 어느 정도의 굴곡에 견디는 것이라야 한다.

 

라. 내마모성이 좋을 것

전차선은 판타그래프의 이선현상에 따른 불꽃 아크등에 의한 전기적마모 이외에 습동판에 의한 기계적 마모는 피할 수 없는 현상이므로 전차선의 수명을 증가하기 위해서는 그 재질의 경도가 큰 내마모성의 것을 사용할 필요가 있다.

 

마. 내열성이 우수할 것

전차선은 판타그래프가 습동할 때에 선로 차량 등에 기인하는 이선현상에 의해 불꽃아크를 발생시키므로 이 아크열에 충분히 견딜 필요가 있다.

 

바. 가격이 저렴하여 구하기 쉬울 것

아무리 좋은 자재라도 가격이 싸고 구하기가 쉬워야 비상시 조달이 편리하다.

 

사. 내 부식성이 우수하고 피로강도에 충분히 견딜 것

 

전차선의 이선

 

전동차가 주행 중 판타그래프가 전차선에 대한 접촉력이 0(제로)으로 되어 전차선으로부터 분리되는 것을 말한다.

 

가. 이선율

이선율이란 전동차의 판타그래프가 전차선에 습동 할 때 이선시간의 전 시간에 대한 백분율을 말한다.

   

이선율 = 일정구간의 이선된 시간의 합 / 일정구간의 전 주행시간 × 100(%)

 

나. 이선 시간에 따른 분류

 

(1) 소이선(판타그래프 진동에 따른 이선)

     이선 시간이 수분의 일초 정도의 것으로, 전차선 또는 판타그래프 습판의 미세한 진동에 의한 것으

     로 보고 있다.(수십분의 일초)

 

(2) 중이선(불연속점의 이선 = 경점)

     이선 시간이 수분의 일초 정도의 것으로 주로 판타그래프가 경점 등의 충격에 의하여 전차선과 이

     선 충격이 반복되어 발생되는 것으로 보통 10～100[㎳]로 수회 반복되는 상태를 말한다. 이와 같

     은 이선을 방지하기 위하여 제거 가능한 경점은 제거하고 제거될 수 없는 경점은 전차선의 높이,

     탄성 계수, 질량의 변화를 작게 하는 방안 등이 있다.

 

(3) 대이선(지지점 주기의 이선)

    전차선의 경성점 또는 연성점에 의하여 일어나는 것으로서 보통 이선 시간이 수분의 일초로부터

    1～2초 정도이다.

    전차선의 지지점을 통과한 직후에 판타그래프 전체가 도약하여 발생하는 현상으로 전차선의 지지

    점 간격을 주기로 하여 발생한다.

    가선의 탄성이 지지점 부근에서는 강하고 지지점과 지지점 중간에서는 약하기 때문에 압상량이 일

    정한 판타그래프는 그 아래를 추종하면서 주행하게 된다.

    따라서 어느 정도 이상에서는 관성력이 작용하여 판타그래프가 추종하지 않게 되고 이윽고 판타그

    래프와 가선의 진동이 공진에 가까운 상태가 된다.

    결국 속도가 높게 되면 완전한 공진에 도달하게 되고 진동의 진폭은 최대로 된다. 이 이선이 집전에

    영향을 주어 고속주행에 장애가 된다.

 

다. 이선에 따른 장애와 대책

 

(1) 이선에 따른 장애

  (가) 트롤리선의 표면에 아크 스폿트가 생겨서 이상마모의 원인이 되어 이것이 전차선의 피로 단선의

         계기가 되는 예가 있다.

  (나) 이선하기 직전 또는 재 착전 시에 그 부분의 트롤리선이 쉽게  마모된다.

       (트롤리선과 판타그래프간의 접촉력이 순간적으로 크기 때문)

  (다) 아크 방전이 심하면 판타그래프 습판체의 마모가 빨라지고 때에 따라서는 습판체가 용단된다.

        직류구간에서는 교류구간에 비하여 전기차(부하) 전류가 크기 때문에 판타그래프에 대한 영향이

        크다. 또 카본, 동습판은 아크성이 크므로 대 이선에서 큰 아크 방전이 발생되면 판타그래프의 동

        습판체 또는 본체에 아크가 이행하여 용손될 수 있다.

  (라) 이선될 때에 아크 방전 또는 스파크 방전으로 전류가 급변하기 때문에 무선 기기에 고주파의 잡

         음을 주로 듣게 된다. 예를 들면 대 이선에서 아크 방전이 발생할 때와 미소한 이선이 단속적으

         로 계속되는 경우에 후자의 경우가 잡음이 더 심하게 된다.

  (마) 큰 아크가 발생되면 접근하는 접지물(지상측의 구조물, 차량의 상단 등)에 아크가 이행되어 지

         락 될 우려가 있다.

 

(2) 이선 장애 대책

  (가) 전차선의 경점을 작게 한다. (이선 자체를 감소시켜서 집전특성을 향상시킨다.)

  (나) 전차선의 구배를 완화한다. (한도 내에 유지한다.)

  (다) 내 아크성이 우수한 재료를 선택한다. (아크 방전에 따른 소모는 재질에 따라 차이가 나기 때문

         에 내 아크성이 우수한 재료를 판타그래프 측에 사용한다.)

  (라) 2대의 판타그래프를 모선에 연결한다.

      (2대의 판타그래프의 모선에 연결하면, 한 대가 이선했을 때 발생하는 아크가 즉시 소멸하기 때문

      에 습판의 마모를 경감하는 역할을 하게 되고, 특히 고속의 직류 구간은 집전 전류가 크기 때문에

      효과가 크며 철도청의 일부 차량을 제외하고 국내의 도시철도 전동차는 2판타 방식을 사용하고

      있다.)

  

전차선의 마모

가. 전차선 마모의 일반적 경향

(1) 판타그래프의 압상력

(2) 집전전류

(3) 운전속도

(4) 접촉력의 변동, 이선

(5) 판타그래프의 구조와 개수

(6) 집전판의 특징

(7) 전차선의 온도

(8) 궤도조건, 차량동요

1) 전기적 마모

    가) 전차선 경점 개소 (가선금구 설치개소 등)

    나) 전차선의 구배 변환점

    다) 장력 불균형 개소 (전차선 및 조가선)

    라) 전차선에 굴곡이 있는 개소

 

2) 기계적 마모

     가) 판타그래프 접촉압력에 비례

    나) 열차속도에 반비례

    다) 마찰계수에 비례

    라) 판타그래프 습판의 재질 경도가 크면 마모가 증가

    마) 전차선의 경도가 클수록 마모량이 적다 

 

전차선 종별	신품의높이 (직경)	마모한도
		잔존높이(직경)	잔존단면적
원형 170[㎟]	15.49[mm]	8.5[mm]	81.28[㎟]
원형 110[㎟]	12.34[mm]	7.5[mm]	67.59[㎟]
제형 170[㎟]	14.8[mm]	5.9[mm]	59.3[㎟]

  

전차선의 마모한도

 

1) 국부적 마모의 방지

기계적 및 전기적 마모의 어느 것이나 국부적 마모의 주원인은 판타그래프의 도약현상이므로 국부적 마모의 방지대책으로서는 전차선 가설상태 및 궤도시설 상태의 정비개선 및 판타그래프의 성능개량 등에 의해 도약현상의 방지를 도모할 필요가 있다.

 

    가) 전차선의 구배완화를 도모한다.

    나) 전차선 부속금구의 개선

    다) 전차선의 경점 제거를 위하여 행가, 드롭바, 곡선당김금구, 진동방지금구, 더블이어, 연결금구,

          균압선 접속금구 등의 설치 수량의 저감과 경량화를 도모한다.

    라) 자동장력조정장치의 설치

         전차선의 장력이 저하되면 이도가 크게 되어 고속운행 시에 판타그래프의 도약현상이 발생하므

         로 자동장력조정장치에 의해 상시 전차선의 장력을 일정하게 유지시키도록 한다.

    마) 전차선 압상량의 균일화

         일반적으로 전차선은 지지점 부근보다도 경간 중앙 부분측이 판타그래프에 의해 압상량이 크므

         로 고속운전 시에 판타그래프에 일정한 주기의 동요를 일으키게 하여 이선 현상을 야기 시키는

         원인이 된다.

 

이를 개량하기 위해 고속운행 구간에는 변형Y형 심플카테너리방식과 합성가선방식 등이 개발되어 사용되고 있다. 그리고, 국부마모가 발생된 개소에는 첨선을 설치하여 마모를 방지하는 예도 있으나, 이는 경점이 되어 판타그래프의 이선을 증가시키게 된다.

 

2) 전반적인 마모방지

이것은 전차선 전반에 걸쳐서 기계적 마모의 경감을 도모하는 것으로서 다음 점에 관하여 시행하고 있다.

    가) 판타그래프 습동판의 개량

         당초 탄소습판이 채용되어 전차선 마모는 크게 감소되나 습판 그 자체의 마모가 심하므로 일부

         에서는 이 결점을 개량한 프라이멧트 습판이 개발되어 사용되고 있으며, 현재 사용되는 습판의

         재질은 동계소결합금을 사용하고 있다.

 

    나) 전차선으로 경도가 높은 재질을 사용

         경동선보다 경도가 높은 G 합금선이 개발되어 일부 사용되고 있으며 내 마모성의 우수성이 발

         휘되고 있다.

 

 

 

더블이어를 사용한 전차선 접속

 

 

 

건널선 장치 개소에서의 접속 금지 범위