절연 구분장치 소요길이 산출방법

 

절연 구분장치 소요길이 산출방법

 

1. 이상용 절연 구분장치

 

1) FRP(Fiberglass Reinforced Plastics) 절연방식

 

교류 전철화 구간의 이상(異相)전원을 구분하기 위해 변전소의 급전인출구 및 급전구분소의 급전 인출구 등의 이상전원 접속개소에서는 이상 전원의 상호 접촉을 방지하기 위해 전차선을 전기적으로 분리해야 한다.

기존 사용하고 있는 FRP 절연구분장치(22m)는 자체의 중량과 재질의 경질화로 집전상 경점으로 작용하여 집전 성능이 나빠짐은 물론 팬터그래프 집전판의 마모 촉진과 파손 사고의 원인이 되기도 한다. 속도가 향상되면 압상량이 증가하게 되며 이로 인하여 구분장치에 응력이 가해져 피로손상의 위험이 크므로 FRP절연구분장치는 저속용으로 사용되고 있다.

 

 

FRP 절연 구분장치 8m용

 

 

 

FRP 절연 구분장치 22m용

 

 

2) 이중절연방식

 

이중절연방식의 구조는 절연구분장치 개소에 절연체를 사용하지 않고, 에어섹션을 양측에 2중으로 설치하고 중간에 전차선 무가압 구간을 약 47[m]정도 삽입하는 구조이다.

이중절연방식은 절연구분장치 자체의 중량이 없으므로 집전상 경점으로 작용하지 않고 팬터그래프 집전판의 마모촉진과 파손사고가 없다.

기존선 구간의 전철화인 경우 선로조건이 곡선이 많고, 구배가 클 경우 절연구분장치의 길이가 길기 때문에 장소를 선정하는데 문제가 있으며, 이는 고속 운전구간에 적합한 설비이다. 특히 이중절연방식 구간의 조가선은 아크 발생에 따른 단선사고 때문에 절연피복 조가선을 사용하여야 한다.

 

 

 

이중절연방식

 

 

3) PTFE (Poly Tetra Fluo Ethylene) 절연방식

 

PTFE 절연방식은 고내열 내화학 약품성 합성수지를 사용하여 팬터그래프 집전판의 마모 및 환경오염을 방지하기 위하여 절연봉 외피를 PTFE(테프론제)를 사용한 구조이며, 아킹혼을 설치하여 최대 1초 이내에 아크를 소호하고 있다.

약 6[m]정도의 PTFE 절연체를 양측에 설치하고 중성 무가압 구간을 45[m]이상 확보하여야 한다.

 

 

PTFE 절연방식 설치 일반도

 

 

2. 절연구분장치 설치 위치

 

절연구분장치는 변전소 앞 및 구분소 앞 선로곡선반경 R=800[m] 이상, 선로구배 5[‰]이하 개소에 설치한다. 다만 부득이한 경우 급전조건 차량의성능 신호기 위치 및 열차운전조건을 고려하여 관련부서 관계자와 협의후 선정한다.

 

3. 절연구분장치 길이 계산

 

교류 이상 구분용

전기차가 절연구간의 섹션을 통과할 때는 Notch off 상태로 통과하도록 되어 있으며, 절연구간의 절연구분장치의 길이를 선정할 때는 전기차가 섹션을 통과할 때 Notch on 상태로 통과하는 최악의 경우를 감안하여 절연 길이를 선정하고 있다.

일본 자료에 의하면 섹션을 Notch on 상태로 통과하는 경우의 아크신도는 시험결과 3[mm/KVA] 로 설정하여 절연구분장치의 기준을 정하고 있다.

 

(1) 전동차

 

전동차의 부하를 최대 2,600[㎸A]로 가정하여 산출한 근거이며,

 

또한 전동차의 양 팬터그래프의 길이를 감안하면

전기적 절연길이 + 팬터그래프 간격= 8[m]+13[m]=21[m]

여기에 1[m] 여유길이를 감안하여 교류이상구분용 절연구분장치는 22[m]로 정하고 있다.

 

(2) 전기기관차(8200대)

 

전기기관차는 산업선 초창기에 8000대의 경우 부하용량은 3900[kw]이며 이때 절연길이는 40[m]로 설치하였고 아마도 전기기관차 중련 운전을 감안한 절연 길이를 선정한 것 같다.

최근 8200대 신형 전기기관차 부하는 보조출력을 감안하면

6,200[kw] × 3[mm/KVA] =18,600[mm] ≒ 19[m],

전기기관차는 20[m] 이상의 절연구간을 확보하여야 하며, 만약 중련 운전을 감안 한다면 40[m]이상 확보 하여야 한다. 현장에 8[m]로 시설되어 있는 절연 구분장치는 시급히 교체하여야 한다.

 

(3) 고속전철

 

고속 전철의 부하는 속도 향상으로 부하 용량이 커지고 있는 실정이며 현재 부하용량으로 계산하면15,485[kw] × 3[mm/KVA] = 46,455[mm] ≒ 47[m]

고속전철이 도입되면서 이중 절연방식의 절연구간은 47[m]로 설정하였다.

향후 속도 향상에 따라 부하용량이 늘어나면 절연 길이를 증가하여 시설하여야 한다.

 

(4) 교‧직류 구분용(직류→교류 측으로 운행)

 

교‧직류구간의 섹션길이는 기기류의 조건과 전기차의 시험결과에 따라

유효길이[m] = 총동작 시간 × 운전속도 [km/h]

총동작 시간 = A + B + C + D

 

A : 아크의 지속시간 [㎳] : 200 [㎳]

B : 전압계전기 동작시간 [㎳]: 900 [㎳]

C : 차단기의 차단시간 [㎳]: 210 [㎳]

D : 여유 [㎳]: 100 [㎳]

 

항 목	전동차 (VVVF)	비 고
A + B + C + D	1410 [㎳]	속도 110 [㎞/h]
유 효 길 이	43.08 [m]	1,410 × 10-3 × 110 × 103 ÷ 3,600
팬터그래프의 간격	13 [m]
소요 섹션길이	56.08 ≒ 60 [m]	43.08 + 13

 

직류측에서 교류측으로 운행하는 열차의 절연구분장치는 60[m]로 정하고 있다.

 

4. 결 론

 

일본의 경우 2,600[kVA] 전동차가 Notch on 상태로 절연구간을 통과할 때 아크 신도가 3[mm/kVA]를 설정하고 절연거리를 설정하고 있다. 이는 철저한 현장 실증 자료를 근거로 안전율을 감안한 자료이기 때문에 현재의 실정과는 다소 차이가 있을 수는 있을 것이다.