회생제동차량

회생제동차량

 

1 개요

1)  최근 전기철도는 회생차량이 주류를 이루고 있으며 회생차량은 정지시 또는 하구배 구간에서 감속시에 회생에너지가 발생한다.

2)  회생 에너지는 회생차 근처의 역행차에서 이용되면 효율적이지만, 이 회생 에너지가 이용되지 않을 때는 회생 실효로 되어 공기 제동으로 전환된다.

2. 회생차량 고려할 점과 그 영향

1)  회생에너지를 이용, 회생 실효를 저감하기 위한 급전시스템 구성

2)  변전소 부하 특성의 변화

3)  변전소 보호 장치에 미치는 영향

3. 회생 차량 대응 급전 시스템의 구성

1)  회생 실효 대책으로서, 에너지 절약면에서 변전소에 사이리스터 인버터를 설치해 고배(高配) 부하에서 회생 에너지를 사용하는 방법이 있다. 또, 단순히 회생 실효책으로서, 사이리스터 초퍼 저항 장치를 설치하고, 회생 에너지를 열로 소비시키는 방법이 있다.

2)  이 외에 변압기의 탭을 변경해서 송출 전압을 낮게 하거나, 전압을 억제하는 사이리스터 정류기를 채용하거나, 회생 에너지에 의한 회생차와 역행차의 중복을 늘리고, 회생 에너지의 유효한 이용을 목적으로 상하 일괄 급전방식을 채용하거나 하고 있다.

3)  그러나, 현상(現狀)은 특히 회생차에 대응한 급전 시스템을 고려하고 있지 않은 선로 구간이 일반적으로 많다. 어느 방식을 채용할 것인가는 회생 실효에 대한 사고, 투자 비용, 보수 비용의 저감 등을 감안해서 결정된다.

4)  다음의 표 1과 같이 각 방식의 개요와 특징을 나타낸다.

	구   성		특  징
무대책	회생차가 도입되어도, 특별히 대책을 취하지 않는 것		1. 지상 설비에 대한 비용이 증대되지 않는다. 2. 차량의 회생 실효가 증가한다. 3. 회생 전력의 유효한 이용이 적다.
변압기탭 값의변경	변압기의 탭 값을 변경해서 변전소 송출 전압을 낮추는 방식		1. 간이한 실시가 가능하다. 2. 송출 전압을 낮추므로 회생 전력을 원방의 역행차에서 흡수할 수 있다. 3. 역행차가 상당히 먼 곳에 있을 경우에는 회생차의 회생 실효 가능성이 남는다. 4. 역행차의 운전에 영향을 줄 가능성이 있다.
사이리스터 정류기	부하가 100% 될 때까지는 송출 전압을 거의 1500V 일정으로 하고, 부하가 100%를 초과했을 때 일정 전압 변동율에 의해 전압이 저하하는 정류기		1. 무부하를 1500V로 낮게 억제할 수 있으므로 회생 전력을 원방의 역행차로 흡수할 수 있다. 2. 역행차가 상당히 먼 곳에 있을 경우에는 회생차의 회생 실효 가능성이 남는다. 3. 역행 성능을 확보해서 송출전압을 낮출 수 있다.
사이리스터 인버터	정류기와 병행하게 인버터가 설치되어 회생 전력이 역행 전력을 상회하면 인버터가 동작하여 고배(高配) 부하 등에 공급하는 방식		1. 설비 비용이 고가이다. 2. 구배노선이나 교류 부하가 많은 곳에서는 경제적으로 성립한다. 3. 회생 전력의 유효한 이용이 가능하다. 4. 차량의 회생 실효가 적어진다. 5. 순환 전류 발생
사이리스터 초퍼저항장치	사이리스터 초퍼에 의한 on-off 단속 동작으로 회생 에너지를 저항에 흡수하는 방식		1. 간이하게 실시할 수 있다. 2. 회생 전력이 작을 때 경제적. 3. 차량의 회생 실효가 적어진다. 4. 회생 전력의 유효한 이용이 불가능하다.
상하일괄 급전방식	상하 급전용 고속도 차단기 및 급전선을 1회선으로 집약한 방식으로 상하선 간의 회생차와 역행차 간의 거리를 최소로 하여 회생 에너지를 주고 받을 수 있게 하는 것.		1. 급전선의 전압 강하를 작게 할 수 있어, 급전 손실을 작게 할 수 있다. 2. 상하선 전차선 간의 거리에서 회생 에너지의 수수(授受)가 가능하여 회생 전력의 급전 손실을 저감할 수 있다. 3. 급전 설비의 저감이 가능하다. 4. 상하선 어느 쪽의 사고에서도 상하 일괄 급전 정지로 된다.

4. 변전소 부하 특성의 변화

1)  회생차 도입에 따른 변전소 부하 특성의 변화로는, 순시 최대 전력과 1시간 평균 전력의 비가 커지는 경향에 있다.

2)  순시 최대 전력은 그다지 변화가 없으나, 1시간 평균 전력은 회생 에너지가 역행 차량에서 사용된 분량 만큼 감소한다.

3)  변전소 용량 및 정격의 선정에 있어서는 이들을 고려할 필요가 있다.

5. 변전소 보호 장치에 미치는 영향

1)  변전소 보호 장치에 미치는 영향으로는 △I형 고장선택장치의 오동작을 유발하는 경우를 들 수 있다.

2)  이 현상은, 회생 전류가 회생차에서 변전소 모선을 경유하여 역행차로 흐를 경우에, 역행 정지로 인해 △I형 고장선택장치가 큰 △I (부하 영역에서 정(+) 방향의 전류 변화)로 간주, 불요 동작을 일으키는 현상이다.

3)  이에 대해서는 변전소에서의 대책이 가능하며, 회선 전류 플러스(正)값의 정(+) 방향 증가만을 검출할 수 있는 △I를 설치함으로써 불요 동작을 방지할 수 있어 점차 도입되는 경향에 있다.

6. 향후 과제 및 결론

1)  직류 1500V 방식은 급전 전압이 낮고 부하 전류가 크기 때문에 부하와 고장 판별이 어려운 시스템이다.

2)  향후, 운전 빈도가 2분 간격에서 1분 30초 간격으로 짧아지면 부하의 중첩이 많아져 부하 전류가 점점 커진다.

3)  보호 시스템의 신뢰성 저하가 우려된다. 고장 검출의 감도 개선과 차량과 변전소의 보호 협조가 중요해진다.

4)  또한, 회생차에 대응한 급전 시스템의 최적의 구축은 아직 충분히 이루어지고 있지 않아 이상적인 최적의 전압 및 전압 제어 등 금후 한층 더 개선의 여지가 있다.