경량전철 전차선설비
•경량철도의 전차선은 집전장치와 습동하면서 전력을 경전철에 급전하는 설비
•대량수송, 정시운행 등의 일반 대중교통수단의 목표를 충족하면서 차량을 축소화
•신기술을 적용하여 운행효율을 극대화할 수 있는 집전방식, 가선방식, 급전방식 선정
•안정성, 경제성, 유지보수 및 기술성능을 비교검토하여 최적의 설비가 되도록 구성
1. 전차선 방식
1) 전차선 방식 개요
•경량전철의 전차선 방식은 열차운행조건, 궤도 구조물 설치방식, 전력소모 특성 등 경량전철의 특성에 가장 적합한 방식이 되어야 함
구 분 | 종 별 | 전 압 종 별 / 집 전 방 식 |
전기방식 | 직 류 식 | •600V, 750V, 1500V, 3000V |
단상 교류식 | •16⅔Hz : 11kV, 15kV •25Hz : 6.6kV, 11kV •50Hz : 6.6kV, 16kV, 20kV, 25kV •60Hz : 25kV | |
3상 교류식 | •16⅔Hz : 3.7kV, 6kV •25Hz : 6kV | |
가선방식 | 가 공 식 | •커티너리 가선방식 |
강 체 식 | •AC구간 : R-BAR 방식 •DC구간 : T-BAR 방식 | |
제3궤조 | •하면접촉방식, 측면접촉방식, 상면접촉방식 |
2) 전차선 방식 선정
•전차선로의 전기, 집전방식은 차량시스템과 일치되는 시스템으로 구성
전 기 방 식 | 집 전 방 식 | 접 촉 방 식 |
직류 750V 방식 | 제3궤조 (Power Rail) | 측면접촉 방식 |
2. 전기방식 검토
1) 교류급전방식
•교류급전 방식은 변전소에서 수전한 교류전류를 정류장치 없이 변압기만 거쳐 전차선에 교류 전류를 급전하는 방식
구 분 | 단상 교류 급전방식 | 3상 교류 600V 급전방식 |
특 징 | •고전압(20kV 또는 25kV) 이용 가능 •전차선 전류가 적어 전력손실이 적음 •원거리 송전에 적합하여 변전소 간격을 넓힘 •변전설비가 간단하여 경제적 건설 가능 •통신선에 대하여 유도장해를 발생시키는 결점이 있어 전차선에 흡상 변압기나 단권변압기를 사용하여 유도장해를 경감시켜야 함 •주로 장거리 간선전철에 사용되고 있으며, 고전압이어서 제3궤조 방식에는 부적합 | •일본의 경량전철에서는 주로 600V가 사용 •제3궤조 방식에서 750V 방식과 대비할 수 있는 급전방식 •차량에 탑재하는 기기가 적어 차량가격이 저렴 •지상 전차선의 전압강하가 높아 변전소 수와 전차선 설비가 복잡 •선로길이가 짧고 피크수요가 많은 곳에 유리
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2) 직류급전방식
•변전소에서 수전한 교류전원을 변압기와 정류기를 거쳐 직류로 변환하여 전차선에 급전하는 방식
구 분 | 직류 1500V 급전방식 | 직류 750V 급전방식 |
특 징 | •직류급전 방식은 수용밀도가 높은 지역에서 운전이 가능하고 유도장애가 없는 이점 등으로 대도시 전철(중전철)에 유리한 방식 •우리나라 각 도시의 지하철에서 모두 사용되고 있는 방식 •비교적 고전압으로 가공선 방식에 적합 •제3궤조 방식에는 적용하기 어려움
| •비교적 교통수요가 적은 경량전철에 적용하면 유리하고 제3궤조 방식에도 매우 적합 •일본경량전철에도 AC600V방식과 병행사용 •변전소 설치간격이 1,500V방식보다 짧음 •교류 삼상 600V 방식에 비하여 급전용 단위변전소 내부설비는 많지만 변전소 설치 간격을 넓힐 수 있으며 전차선 설비도 간단하여 건설비가 적게드는 장점 보유 •선로길이가 길고 피크수요가 적은곳에 유리 |
3. 전기방식 선정
•경량전철의 특성에 가장 잘 부합되는 방식은 직류 750V 방식과 3상 교류 600V 방식
구 분 | 직류 750V 방식 | 3상 교류 600V 방식 |
변 전 소 | •변전소수가 적다 •변압기/정류기/인버터 필요 | •직류의 약 2배 필요 •고조파 대책 필요 |
전 압 강 하 | •작다 | •크다 |
전 차 선 로 | •간단 | •복잡 |
차 량 의 장 | •탑재 기기가 많아 설치공간 대, 중량이 크다 | •직류에 비해 작은 설치공간, 중량이 작다 |
변전소/선로 건설비 | •변전소 수가 적어 저비용 | •고비용 |
차량 구입비 | •교류에 비해 비경제적 | •직류에 비해 경제적 |
VVVF 시스템 대응성 | •가능 | •부가장치 필요 |
선 정 | ◎ |
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선 정 사 유 | •검토결과 경량전철에서는 직류 750V 방식이 건설비가 적게 소요되고 VVVF 시스템에 대응이 용이함. | |
4. 집전방식 검토
구 분 | 제3궤조(Power Rail) 방 식 | 가 공 선 방 식 |
외 관 | | |
기 술 적 특 성 | •Power Rail 방식은 궤도 측면에 도전성의 정극과 부극 Rail을 설치하고 차량의 집전자를 차량 측면 하부에 설치하여 Rail에 습동하면서 차량에 집전이 이루어지도록 하는 방식으로 경량전철과 유럽 지역의 지하철에 많이 이용 | •가공선 방식은 궤도 양측에 전주를 세워 가동브라켓트 또는 철제빔을 설치하여 전차선을 가선하여 차량 지붕에 설치된 판타그라프가 전차선을 습동하면서 집전이 이루어지는 가공 집전방식으로서 우리나라 지상전철에서 사용 |
장 점 | •저속운전과 저압방식에서 유리 •급전시설이 간단하고 도시미관을 해치지 않음 •고가교량에 대한 부담하중이 적음 | •차량의 집전장치가 비교적 간단 •고속운전과 고전압 방식에서 유리 |
단 점 | •안전보호장치 시설 필요 •차량의 집전장치가 비교적 복잡 | •지상교량방식인 경우 도시미관 저해 •교량 부담하중이 크게 됨 •시설물이 복잡하고 전차선 마모에 따른 점검, 교체 작업시간과 인력필요 |
선 정 | ◎ |
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선정사유 | •경량전철은 선로 대부분의 구간이 지상교량방식으로서 전차선은 미관이 좋아야 하고 교량 단면 크기를 최소화 할 수 있고 구조물에 미치는 하중이 적어야 함 •이런 점에서 Power Rail 방식은 매우 유리하고 전차선(도체) 단면적이 크므로 마모량은 무시할 수 있을 정도로 교체가 거의 필요하지 않아 반영구적이고 유지보수가 용이함 •Power Rail 방식은 측면에 설치되므로 선로 분기개소 등에서 연결이 끊기게 되는 단점이 있으나 차량의 좌우 양측에 집전장치를 설치하므로 전원공급은 큰 문제가 없음 | |