전기방식에 의한 분류

전기방식에 의한 분류

선로 상에 차량을 운행하기 위하여 사용하는 동력에는 현재 석탄, 석유, 및 전기가 있다. 석탄은 증기기관차에 석유는 디젤기관차와 디젤전동차에 사용되고 있으나 이것은 모두 연료를 차량자체에 적재하여야 주행할 수 있지만 전기는 전선을 가선하여 이것으로부터 전기를 공급받으면서 전기차를 주행시킨다. 현재는 거의가 이 전기방식에 의한 전기철도화 하는 추세에 있으며, 이 방식은 선로상에 전차선을 가선하여 전동차와 전기기관차의 판타그래프 를습동시켜 이것으로부터 전기를 공급받아 전기차의 모타를 회전시켜 차륜을 통하여 레일로 전기를 흘려보낸다.

그러나 이 방식은 팬터그래프와 전차선의 기계적 접촉에 의해서 전기를 공급받고 있기 때문에 속도가 너무 빠르게 되면 그 충격력에 의해서 판타그래프와 전차선의 어느 것이나 파괴된다.

그래서 현재 외국에서는 리니아 모터라고 하는 방식에 의하여 가선으로 부터 전기를 공급받지 않고 차량자체를 자석으로 끌어당기는 방식으로 주행하는 전기차를 개발하고 있다.

현재 우리가 이용하고 있는 전기철도에서의 전기의 공급은 발전소로부터 변압기로 승압하여 송전선에 의해 전철용 변전소에 3상 교류로 송전된다. 전철용 변전소에서는 이를 다시 전기차에 전기를 보낼 수 있도록 전압을 강하시켜 이것을 정류기를 사용하여 직류전력으로서 공급하는 방법과 교류전력을 그대로 공급하는 방법으로서 직류식 전기철도와 교류식 전기철도로 나누어진다.

 

1. 직류식 전기철도

3상으로 수전된 교류는 전철용변전소에서 직류로 변환시킨다. 교류를 직류로 변환시키는데는 회전변류기 방식과 수은정류기 방식과 실리콘정류기 방식이 있으나 현재 신설되는 설비는 모두 실리콘정류기 방식에 의하고 있다. 변전소에서 나온 직류는 급전선이라고 하는 굵은 전선을 통하여 필요개소에서 전차선에 분류하여 전기차의 팬터그래프로부터 전기를 공급받아 모타를 회전시키고 전차선을 플러스(+)측으로 하고 레일을 마이너스(-)측으로서 사용하고 있으며 전차선이 한줄로 구성되어 있어 가공단선식이라고 부르고 있다. 현재 직류에서 많이 사용되고 있는 급전전압은 1,500V와 3,000V이며 지하철공사와 도시철도공사, 부산교통공단, 대구지하철, 인천지하철공사는 DC 1,500V 급전방식을 사용한다.

 

2. 교류식 전기철도

교류모타는 처음 시동할 때의 회전력이 무거운 여객 열차나 화물열차를 견인하는데는 적당하지 않기 때문에 시동시에 큰 견인력을 낼 수 있는 직류직권 전동기를 전기차의 모타로 사용하고 있다. 이 직류직권 전동기를 전기차의 모타로 사용하고 있다. 이 직류전기차를 주행시키기 위하여서는 직류를 전기차에 공급하여야 한다. 그러나 최근 수송단위가 대형화하여 직류전기차를 주행시키기 위해서는 대전류가 필요하게 되며 이로 인해 전압강하도 크게 되므로 이것에 대처하기 위해 변전소 간격도 짧게하지 않으면 안되는 등 직류방식의 불 경제적인 면이 문제가 되어 교류식 전기철도에 착안하여 연구발전시킨 결과 직류식에 비하여 건설비나 유지보수비가 다같이 약 20～30%의 절감이 가능하게 되는 이점이 많음으로 앞으로의 전철화 방식으로서는 상용주파수 25KV교류방식이 널리 보급된다.

우리 나라의 전기철도도 이상과 같은 장점을 감안하여 교류전기방식을 3상으로 송전되어 온 교류를 전철변전소의 스콧트결선 변압기로서 단상으로 변환하여 전차선을 통해 전기차의 정류기로 보내져 직류로 변환시켜 직류모타를 회전시키는 방식을 채용하고 있으며 급전방식은 역시 단선식이다. 현재 교류에서 많이 사용하고 있는 급전전압은 15KV와 25KV이며 국철 구간에서는 AC 25KV 급전방식을 사용한다. 교류식과 직류식을 비교해 보면 다음과 같다.

직류식과 교류식의 비교

설비별		구분	교류식(25KV)	직류식(1.5KV)
지     상     설     비	전     력     설     비	변전소	․지상설비비가 적게 든다. ․변전소 간격이 약 30～100Km로서 변전소 수가 적다. ․변압기만으로서 직류 변환 장치가 필요 없으므로 소내설비가 단순하다.	․지상설비비가 높다. ․변전소 간격이 약 3.5Km 로서 변전소 수가 많다. ․직류변환장치가 필요하며 소내설비가 복잡하다.
		전차선로	고전압을 사용하기 때문에 전류 및 소요 동량(銅量)이 적고 구조도 경량이다.	전류가 크기 때문에 소요동량이 많으며 구조도 중하중이다.
		전압강하	직열콘덴서에 의해 간단히 보상된다.	급전선의 증설과 급전구분소, 변전소의 신설을 요한다.
		보호설비	운전전류가 적어 사고전류의 판별이 용이하며 보호 설비도 간단하다.	운전전류가 크고 사고전류의 선택차단이 곤란하며 복잡한 보호 설비를 요한다.
		통신유도 장 해	유도장애가 크며 부급전선, 흡상변압기, 단권변압기, 중성선, 통신선의 케이블화등을 필요로 한다.	유도장애가 적으며 변전소에 필타를 설치하는 것 외에는 설비가 필요없다.
		터널,구름 다리의 높이	절연 이격거리가 크기 때문에 터널단면이 크게 되고 육교 높이가 높게 된다.	고압이므로 절연 이격거리가 적다.
차     량     설     비		차량비	직류식에 비해 약간 비싸다.	교류식에 비해 싸다.
		급전 전압	전기차에 변압기를 이용하여 고전압을 이용할 수 있다	주전동기․직류변환 장치의 절연설계상 제약을 받아 고전압을 이용할 수 없다.
		급전 장치	집진장치가 소형경량화되므로 추수성(追隨性)이 좋다.	집진전류가 크므로 집진장치도 대형화되므로 추수성이 나쁘다.
		보호 장치	교류 소전류차단 및 사고전류의 선택차단이 용이하다.	직류대전류 차단 및 사고전류의 선택 차단이 곤란하다.
		속도 제어	변압기의 탶 절체에 의해 속도제어가 용이하게 이루어진다.	복잡하다.
		점착 특성	점착성능이 우수하며 소형으로서 큰 하중을 견인할 수 있다.	교류전기차에 비해 점착 성능이 나쁘므로 대형출력이 필요로 한다
		부속 기기	변압기를 사용하여 간단하게 형광등과 냉난방용의 전원도 얻을 수 있다.	가선전원으로 직류기를 운전하고 있어 형광등과 냉난방용 전원설비가 복잡하다.
공 해			유도장애에 의해 통신선에 잡음을 내게하며 전선로 부근의 탤레비죤, 라디오등의 무선통신 설비에 장에를 준다.	귀선로로부터 나오는 누설전류에 의해 지중관로와 지중전선로에 전식(電飾)을 일으킨다.