순환전류 검토

순환전류 검토

 

1. 순환전류의 발생과 경로

합성전차선은 조가선, 행거, 또는 드로퍼 및 전차선 등의 복합도체로 구성되어 있다. 또한 합성전차선에는 균압장치, 곡선당김 장치, 흐름방지장치, 구분 장치, 급전분기장치 등의 금구와 접속되어있으며 전차선로의 전류회로는 복잡한 회로를 구성하고 있다. 변전소에서 전류가 급전선, 급전분기장치를 통하여 전기차에 급전되기까지 주회로(전차선)이외의 전선, 가선금구 등에 흐르는 전류를 「순환전류」라 한다. 실제적으로 금구류에 전류가 흘러 이로 인한 사고가 일시 다발적으로 발생하여 열차운행에 큰 지장을 주며 직류, 교류구간을 불문하고 많이 발생하는 것으로 널리 알려져 있다. 순환전류 경로는 조가선의 Hanger, Dropper, 곡선당김, 진동방지금구의 말단부 및 전선 교차개소의 가선 간의 접촉과 불완전 접속개소에서의 진동 및 기타 다른 원인에 의해 발생한다. 순환전류 사고는 분류회로의 불완전 접촉에 의해 발생한다. 즉 전선 상호간 전차선의 가선금구 및 가선금구 상호간의 불완전 접촉상태에서 전기차 또는 바람 등에 의한 가선진동에 의해 접촉부의 분리 및 접촉이 반복될 때 Arc열에 의해 접촉저항이 증대하여 이에 따른 온도상승으로 금속이 용해 및 경화되어 단선에 이르게 된다. 이 순환전류에 대한 대책을 위해서는 주요 금구에 흐르는 전류 및 전압분포의 실태를 정확히 파악하여야 하고 전기회로의 구성상에서 순화전류에 의한 전차선 Hanger 등이 손상받지 않도록 설비한다. 이를 위해서는

(1) 충분한 이격을 유지하기 위해 전기적인 절연을 하여야 한다.

(절연(絶緣)방식)

(2) 완전한 저항 접속을 한다.

(균압(均壓)방식)과 같은 정확한 전차선로를 구성하여야 한다. 그러나 절연방식은 철저히 시행하기가 곤란한 경우가 많으므로 접속금구의 철저한 점검과 아울러 본 설계에서 채용하려는 균압 기능을 겸한 드로퍼 사용으로 순환전류에 의한 장애를 최소화 할 수 있을 것이다.

2. 합성전차선의 전류 분포

(1) 현 합성전차선의 전류 분포

외국의 합성전차선의 실측전류 분포는 다음 표와 같다.

선로별   전선별	A 선 로		B 선 로		C 선 로
	실측치(A)	(%)	실측치(A)	(%)	실측치(A)	(%)
조 가 선	5.0	17	15.65	16	19.00	18
보조조가선	12.	41	40.30	42	43.50	42
전 차 선	12.0	41	40.00	42	41.50	40
계	29.0	100	95.95	100	104.00	100

위의 표에서 보면, 각 전선의 임피던스에 반비례하는 전류가 흐르는 것을 알 수 있다. 이 합성전차선의 조가장치는 행거와 전차선만 전기적으로 연결되어 있으므로 조가선, 보조조가선, 전차선은 기계적으로 연결되어 있다. 현재 우리철도의 합성전차선은 행거 또는 드로퍼에 의하여 기계적으로만 조가되어 있어서 그 전류분포는 조가선 및 전차선의 임피던스에 반비례되는 것으로 추정된다.

〔국내 합성전차선의 전류 분포 예측〕

구 분	심플 커티너리		헤비 심플커티너리
	임피던스[Ω/㎞]	전류비율	임피던스[Ω/㎞]	전류비율
조 가 선	1.0352	47.6	1.0002	47.6
전 차 선	0.9376	52.4	0.9095	52.4
계		100		100

균압용 드로퍼를 사용한 합성전차선은 전기동차의 위치에 관계없이 최단거리로 급전하게 되며, 망(網)상으로 되어 있어 조가선과 전차선의 전위차가 거의 없다. 이것은 완전한 저 저항 접속방식이다.

3. 순환전류 사고방지 대책

순환전류에 의한 사고는 분류회로의 불완전 접촉에 기인하고 있다. 즉, 전선 상호간, 전선과 가선금구, 가선금구 상호간이 불완전 접촉의 상태로 전기차, 바람 등에 의해 가선이 진동해서 붙거나 떨어지면서 발생하는 아크 에너지에 의해서 급격한 온도 상승으로 금속이 용해되기 때문에 발생한다. 이와 같은 순환전류 사고를 방지하기 위한 대책은 다음과 같다.

(1) 전선 상호, 가선금구상호, 전선과 가선금구 상호를 완전하게 절연한다.

(2) 전선 상호간에 충분한 이격거리를 둔다.

(3) 전선 상호, 전선과 가선금구 상호를 동일 개소에서 완전하게 접속하여 전위차를 작게 함과 동시에 전류회로가 완전하게 구성되도록 한다.

4. 검토 의견

이상과 같이 검토하여본 결과 드로퍼의 순환전류 사고를 방지하기 위하여 균압용 드로퍼를 사용하였다.