구분장치(區分裝置)

 

구분장치(區分裝置)

1. 구분장치의 개요

전차선의 일부분에 사고가 발생하는 경우, 일상의 보수작업을 위하여 정전작업의 필요가 있을 경우, 또는 본선과 기지구내간의 급전구분을 할 경우 등에 급전정지구간을 한정하고 타 구간의 안정적인 열차운전 확보를 목적으로 한 설비이다.

전동차 운행 시 판타그래프의 습동에 지장을 주지 않으면서 전차선을 전기적으로 구분하는 장치를 구분장치 또는 섹션이라고 한다.

이와 같이 급전구간을 한정하기 위하여는 다음과 같은 사항을 고려하여 급전계통을 전동차의 운전계통에 대응하여 상.하선별 또는 방면별로 구분하고 이 구분점에는 각각의 구분장치를 설치하여야 한다.

2. 구비 조건

 

가. 충분한 절연성을 가질 것

나. 판타그래프의 통과에 지장이 없을 것

다. 가볍고 기계적 강도가 클 것

3. 급전계통 구분 시 고려할 사항

가. 전동차의 운전계통에 대응하여 상하선별 또는 방면별로 구분한다.

나. 역사구내, 차량기지는 본선으로부터 분리하여 계통을 구분한다.

다. 역구내의 선로배선과 전환운전 가능성 및 차량기지로부터 본선에의 출입방향을 고려하여 구분한다.

라. 보수작업 구간을 설정하기 쉽도록 구분한다.

마. 보호계전기의 사고검출 능력에 상승하도록 한다.

4. 구분장치의 종류

   에어섹션(Air Section) 

2개의 전차선로를 이용하여 전차선 상호 간격을 300[mm] 정도 이격하여 공기의 절연을 이용 전차선 상호간에 급전을 달리 하는 설비이며 열차의 속도특성이 높으며 대형부하에 적합하므로 지상구간에 사용된다.

이 에어섹션의 시설 시 필요한 거리는 50[m]이상을 유지하여야 하며 50[m]유지가 불가능할 경우 경간 2개소를 이용하여 필요한 거리를 확보하여야 한다.

또한 FRP Section에 비해 시설이 복잡하고 아크에 약한 단점이 있으므로 주의하여야 한다.

 

에어섹션(Air Section) 설치도

(1) 에어섹션의 설치

(가) 평행부분에서 전차선 상호의 이격거리

평행 부분에서 전차선 상호의 이격 거리는 300[mm]로 하고, 선로 조건 등에 따라 부득이 한 경우 교류에 있어서는 250[mm], 직류에 있어서는 200[mm]까지 단축할 수 있다

(일본 신간선의 경우 전차선 상호 이격거리는 500[mm]).

전차선의 평행부분의 전기적 간격은 넓으면 좋으나 허용편위가 직선구간에서 최대 500[mm]가 한도로 되어 있기 때문에 전차선 상호의 표준 절연이격거리를 300[mm]로 하고 있다.

또한, 한쪽 선로 정전으로 작업을 하는 경우 바람에 의한 진동으로 쌍방의 전차선이 접촉할 우려가 있기 때문에 필히 교류 250[mm], 직류 200[mm]를 확보하여야 한다.

(나) 구분용 애자의 하단

구분용 애자의 하단은 본선 전차선의 높이로부터 200[mm] 이상의 높이로 시설한다. 전차선의 인상부분에 설치되는 구분용 애자의 하단은 본선의 전차선이 판타그래프에 의하여 압상할 때 습판과 충돌하지 않도록 이격을 줄 필요가 있다.

이 때문에 전차선의 압상량, 가선의 이도 등을 고려하여 구분용 애자의 하단은 본선의 전차선으로부터 200[mm] 이상 인상하도록 하고 있다.

※ 판타그래프에 의한 전차선의 최대 압상량은 150[mm] +여유 50[mm] = 200[mm] 이다.

(다) 평행부분의 경간

평행부분은 경간이 50[m] 이상의 개소에 시설한다. 단, 50[m] 미만인 경우에는 2경간으로 하든지 또는 구분애자 대신에 섹션 인슐레이터를 사용하여 전차선의 인상높이를 저감할 수 있다.

평행부분의 경간을 50[m] 이상으로 하는 것은 구분용 애자의 하단을 본선의 전차선보다 200[mm] 이상 인상하기 위하여 평행부분의 경간을 50[m] 이상으로 하는 것이다.

그리고 2경간으로 구성하는 경우에도 2경간의 합이 50[m] 이상이 되어야 한다.

평행부분을 2경간으로 구성하는 것은 다음과 같은 이점이 있기 때문이다.

- 전차선의 구배가 완만하게 되고 판타그래프의 전차선에 대한 충격이 작고, 전차선의 기계적 이상 국부 마모가 감소한다.

- 전차선의 구배가 완만하게 되어 가선 진동이 감소하고, 재질의 피로 진행도가 감소한다.

- 온도 변화에 의한 오버랩 구성의 변형이 적다. 

(라) 계통이 다른 가압 부분 상호

계통이 다른 가압 부분 상호는 가동 브래킷등의 이동을 고려하여 상시 평행부분의 전차선 상호 이격거리를 유지하도록 시설한다.

섹션부근의 전차선은 온도변화에 의한 이동량이 크고, 평행부분에서는 전차선의 이동방향이 서로 다르기 때문에 주의가 필요하다.

자동장력조정장치의 조정거리를 800[m]로 하고, 표준온도 15[℃]에 대하여 ±30[℃]의 온도변화를 고려하면, 전차선(M : St 90[㎟], T : GT 110[㎟])의 신축량은 약 ±300㎜(최대 이동량 600㎜)가 된다.

이것을 게이지 3[m]의 가동 브래킷의 편위량으로 환산하면 30[㎜]가 된다. 평행부분의 양측에 자동장력조정장치를 설치하면, 전차선은 상호 이동하기 때문에 별로 문제가 되지는 않지만 한쪽을 고정 인류하는 경우에는 이들을 고려하여 평행 간격을 정하여야 한다.

(마) 평행 부분의 순환 전류

평행부분의 동일 급전계통에 속하는 조가선과 전차선과는 각각 커넥터로 접속한다.

전차선의 종단부에 부하전류가 흐르면 그 부근의 행거에 조가선으로부터의 전류가 집중적으로 흘러 행거 및 조가선을 손상시킬 우려가 있다.

이것을 방지하기 위하여 조가선과 전차선과는 전기적으로 완전히 접속하여 행거로 전류가 적게 흐르도록 하여야 한다.

(2) 애자형 섹션

애자형 섹션은 현수애자를 절연재로 하고 섹션의 양측에 슬라이더를 취부하여 판타그래프가 역행으로 습동 통과할 수 있도록 한 섹션으로 궤도중심에 수평이 되도록 설치한다.

슬라이더는 절연구분된 양측으로부터 각각을 향하게 맞추어 올려붙여서 판타그래프의 통과 시에는 단락되게 한다.

이 섹션은 판타그래프에 전류를 차단하지 않고 섹션을 구성하는 구분이 짧기 때문에 교류 전철구간의 역구내 등의 급전구분용에 많이 사용되고 있다.

그러나 구조가 복잡하여 조정이 어렵고, 중량이 커서 판타그래프의 이선을 발생시키기 쉬운 점 등의 결점이 있기 때문에 허용열차 속도는 45[㎞/h] 이하이며 우리나라 수도권 전철 개통초기에 설치되었으나 지금은 사용하지 않는다.

이 애자형 섹션은 일반적으로 “A형 섹션”이라고 부르고 있으며 주로 교류 20[㎸] 전철구간의 상․하선 구분, 본선 측선 구분 및 구내 측선구분 등의 동상 전원구분용에 사용되기 때문에 “동상용 애자형 섹션”이라고 한다.

또한 구분용 애자는 250[㎜] 현수애자 4개(2연)를 표준으로 하고 있다.

섹션의 양측에 취부한 슬라이더는 판타그래프의 습동 시 충격 또는 이선에 의한 아크단락 등의 지장이 없고 전기를 원활하게 공급하는 장치이다.

이 때문에 항상 높이, 편위, 벌림상태 등을 일정하게 조정할 필요가 있다.

조가선 인류부에는 턴버클을 삽입하여 온도변화에 따라 발생하는 선조의 이동, 변형을 조정하고 있지만, 전차선 인류부에 판타그래프가 직접 습동하여 인류부가 손상, 국부 마모되지 않도록 슬라이더와의 고저차를 적정하게 유지할 필요가 있다.

이러한 여러 가지 이유 때문에 대전도시철도에서는 사용하지 않고 있다.

 

교류 20[㎸]용 애자형 섹션

(3) 수지형 섹션(FRP Section)

직류 섹션인슐레이터는 절연본체로 견고한 목재를 사용하는 우드섹션이 있으나 목재에서 파단사고가 다수 발생하기 때문에 사용하지 않고 있으며, 지금은 절연본체로 수지재료(FRP)를 많이 사용하고 있다.

이것을 일반적으로 “직류 1,500 [V]용 FRP 섹션” 이라고 부르며 열차 허용속도는 95[㎞/h] 이하로 하고 있다.

직류규간의 전차는 무가압 상태에서 습동하는 것이 아니기 때문에 아킹혼은 원칙적으로 취부하지 않는다.

그러나 전동차의 입․출고선 에서와 같이 저속으로 대전류를 단속하는 장소에는 아킹혼(R형)을 취부할 필요가 있다.

또, 최근에는 내열재, 절연재로 이용되고 내기후성, 내절연성, 내열성(내아크성), 기계적 강도가 우수한 특수 내열 자기(ceramic)를 이용한 섹션이 제조되고 있다.

이제까지의 직류용 FRP 섹션에는 Y형(비접속식) 또는 개량형(접촉식)이 사용되어 왔으나, Y형은 구조가 복잡하고 이상 계통 전원이 서로 들어오기 때문에 전차선을 교체할 때에 양측을 정전하여야 되고, 또 개량형은 슬라이더에 의하여 이상 계통 전원이 서로 겹치게 되고, 섹션의 비틀림에 의하여 슬라이더와 판타그래프와의 충격사고가 발생하는 등의 결점이 있다.

또, 절연본체의 FRP도 실리콘 수지를 롤 형태로 감은 것을 각형으로 성형압축을 했기 때문에 성형할 때에 결이 생겨서 이 결을 따라 트래킹(흔적이 생기는) 현상이 발생하는 경우가 있다.

따라서 이와 같은 점을 개량한 것이 현재의 직류용 인슐레이터이다.

주된 개량점은 절연본체를 종적층(세로 겹층)으로 하여 결을 없게 하였고, 이상 계통전원의 랩부를 없게 하였으며 작업성을 좋게 하기 위하여 목재와 같이 볼트 결합형으로 되어 있다.

5. 구분장치의 종별 및 사용구분

 

구 분	종   별		사   용   구   분		속  도 [km/h]	기  타
			직  류	교        류
전 기 적 구 분	에어섹션		본선 구분용	동상의 본선구분용 및 흡상변압기용	120
	섹션 인슈레타	목재길이 1m	상하선 및 측선구분용		95
		애자형		동상의 상하선 및 측선구분용	45
		수지제 (FRP섹션)	기지 및 본선구분용	동상의 상하선 및 측선구분용	85
	데드섹션	수지제 (FRP섹션)		이상(異相)구분용 및 교직류구분용	120
기계적구  분	에어 죠인트	전차선의 기계적구분			120	전기적으로 접속

구분장치의 종별 및 사용구분

6. 전기적, 기계적 구분장치의 요구조건

가. 충분한 절연성을 가질 것

나. 판타그래프의 통과에 지장이 없을 것

다. 가볍고 기계적 강도가 클 것

라. 그 구간을 운전하는 열차의 속도에 대응할 수 있을 것

7. 전기적 구분장치의 설치위치

가. 구분장치의 바로 아래에 판타그래프가 정지하는 것을 피한다.

나. 상향구배 역의 출발지점 부근 등의 역행구간을 피한다.

다. 보수의 측면에서 곡선, 터널, 교량상 등을 피한다.

라. 운전계통별, 상하선별, 방면별 분리

마. 주요역내의 본선과 측선의 분리

바. 주요역구내의 본선과 측선의 분리

사. 검사고 및 전기기관차 차고 구내