전차선로 설비 개요

전차선로 설비 개요

 

1. 전기방식 비교 검토

구분	교류식(A.C 25㎸)	직류식(D.C 1,500V)
변 전 소	ㆍ변전소 간격이 약30~50㎞로 소요개소가 적다. ㆍ직류변성기와 정류기가 불필요 하기 때문에 건설비가 적게 든다.	ㆍ변전소 간격이 약5~10㎞로 소요개소가 많다. ㆍ변성기와 정류기가 필요하기 때문에 건설비가 많이 든다.
전차선로	ㆍ고전압을 사용하므로 전류 및 소요동량이 적고, 구조가 경량이다.	ㆍ전류가 커서 소요동량이 많고, 구조가 중하중이다.
전압강하	ㆍ직렬콘덴서에 의해서 간단하게 보상가능하다.	ㆍ급전선의 증설이나 급전구분소, 변전소의 신설이 필요하다.
보호설비	ㆍ운전전류가 작아서 사고전류의 판별이 용이하고 보호설비가 간단하다.	ㆍ운전전류가 커서 사고전류의 선택차단이 곤란하고 복잡한 보호설비가 필요하다.
유도장해	ㆍ유도장해의 정도가 크고 비절연보호선(AT방식) 부급전선[(흡상변압기(BT방식)] 등이 필요하다.	ㆍ유도장해의 정도가 작고 변전소에 필터를 설치하는 외에 특별한 설비가 필요 없다.
전 식	ㆍ누설전류가 AT변압기와 흡상변압기로 강제 흡입되기 때문에 전식의 전류가 적다.	ㆍ대지로의 누설전류가 커서 전식의 진도가 심하고 별도의 대책이 필요하다.
터 널, 과선교 높이	ㆍ특고압으로 절연이격거리가 커서 터널단면 및 과선교가 높게 된다.	ㆍ고압이므로 절연이격 거리가 작다.
사용전압	ㆍ전기차에 변압기를 탑재하므로 임의의 사용전압을 쉽게 얻을 수 있다.	ㆍ절연설계상 고전압 이용이 불가능하다.
집전장치	ㆍ집전장치가 소형경량으로 추종성이 좋다.	ㆍ집전전류가 크고 집전장치도 대형으로 추종성이 나쁘다.
기기보호	ㆍ교류 소전류차단 및 사고전류의 선택차단이 용이하다.	ㆍ직류 대전류차단 및 사고전류의 선택차단이 곤란하다.
속도제어	ㆍVVVF 제어를 한다.	ㆍVVVF 제어를 한다.
점착특성	ㆍ점착특성이 우수하고 소형으로 대형출력이 가능하다.	ㆍ교류전기차에 비해서 점착성능이 나쁘고 대형출력이 나쁘다.
선 정	◉

2. 급전방식의 비교 검토

구 분	A.T 방식	B.T 방식
급전전압 및 급전거리	ㆍAC 50㎸, 변전소간격이 B.T방식 보다 멀다.(약 40-100㎞)	ㆍAC 25㎸,변전소 간격이 A.T방식 보다 짧다.(약 30㎞)
전차선로	ㆍ복잡하다.	ㆍ간단하다.
부스타섹션	ㆍ부스타 섹션이 불필요하다.	ㆍ전기차 부스타섹션을 통과할 때 심한아크를 발생하므로 저항섹션 등의 소호 대책이 필요하다. ㆍ가선구조가 복잡하게 되어 유지보수가 어렵다.
통신유도	ㆍB.T 방식보다 적다.	-
전압강하	ㆍB.T 방식의 1/3이면 된다. (대용량 장거리급전에 가장 적합)	ㆍ급전전압이 A.T에 비해 낮기 때문에 같은 마력의 전기차에 공급하는 전류가 크게 되며 전차선로의 전압강하가 커진다.
회로보호	ㆍ전압이 높으므로 고장전류가 크므로 보호가 비교적 용이하다.	ㆍ전압이 낮으므로 고장전류가 적어 보호가 비교적 어렵다.
고장점표정	ㆍ회로가 복잡하므로 어렵다.	ㆍ회로가 단순하므로 용이하다.
경 제 성	ㆍ수전점 간격이 먼 경우 수전점 측으로 접근시켜 설치할 수 있으므로 경제적이다.	ㆍ수전점 간격이 먼 경우 송전선 건설비가 많다.
선 정	ㆍAT방식은 BT방식에 비하여 전차선로의 급전전압이 2배가 되므로 대용량, 고빈도 전철 설비에 적합하며, 부하용량이 일정한 경우 전류치가 1/2로 되어 전압강하는 1/4로 감소하므로 변전소 간격을 크게 할 수 있어, 변전소 위치 선정이 보다 자유로워진다. 또한 BT방식의 Booster Section이 없어 급전회로(전차선로)의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 반면 AT를 약 7~10㎞ 마다 설치하여야 하고, AT급전선을 전 구간에 가설하여야하기 때문에 급전회로 구성이 복잡하게 된다.

3. 가선방식 검토

1) 개요

열차를 고속화하는 경우 기술상의 주요사항은 선로, 차량, 집전 등 크게 3가지로 볼 수 있다. 특히 집전시스템 중 전차선은 팬터그래프(Pantograph)와의 인터페이스를 담당하는 선로로서 전기적인 공급 능력과 기계적인 동력학 특성 및 마모 특성을 고려하여야 한다. 전차선은 열차의 고속화에 따라 집전용량의 증대로 전기적 도전도가 우수하며 마모성이 좋고 부식에 강한 무공해 재료의 개발이 절실히 요구되고 있으며, 전차선을 조가선에 접속시키는 접속용 금구는 열차의 속도와 가선거리가 길기 때문에 진동 및 피로, 환경 공해로 인한 부식, 접촉 저항으로 인한 발열의 문제 등을 해결하기 위해 전기적 성능 등의 기술적인 문제를 검토하여 전차선로 가선방식을 선정 하고자 한다.

2) 전차선로 가선 구비조건

전차선로는 지지물, 조가선, 전차선, 가선금구, 애자 등으로 구성되며 구성형태에 따라 커티너리 조가식, 직접 조가식, 강체 조가식 등으로 나눌 수 있으며, 고속 운전에 적합한 커티너리 방식에 대하여 검토하고, 전차선로 가선 구비 조건은 다음과 같다.

(1) 전기차에 필요한 전류를 충분히 감당할 수 있을 것.

(2) 전기차의 주행속도에 적합할 것.

(3) 열차의 편성 조건에 적합할 것.

(4) 온도 등 예상되는 외력에 대해서도 충분히 견딜 것.

3) 조가방식 종류 검토

(1) 직접 조가방식

(2) 강체 조가방식

(3) 커티너리 조가방식

가) 심플 커티너리(Simple Catenary) 가선방식

나) 변Y형 심플 커티너리 가선방식

다) 콤파운드 커티너리(Compound Catenary)가선 방식

4) 가공전차선의 조가방식 비교검토

가선 방식	조가선 [㎟]	보조조가선 [㎟]	전차선 [㎟]	가선장력 [N]/(㎏f)	속도측정 [㎞/h]	사용 예	비 고
강체 가선	Al T-Bar(2100) Al R-Bar(2214)		Cu 170 Cu 110		100	지하철, 과천선, 분당선	지하철에 적합
직접 조가			Cu 110 Cu 107	9,800/ (1,000)	45	노면전차 차고선	공사비 저렴,저속
심플 커티 너리	St 90 CdCu 70 (Bz 65)		Cu 110	일괄 19,600/ (2,000)	100	M:CdCu 수도권전철
헤 비 심 플 커 티 너 리	St 135		Cu 170	일괄 29,400/ (3,000)	140	DC 1,500V 지상 본선
	CdCu 80		Cu 170	일괄 29,400	140	수도권전철 일부
	MgSnCu 80		Cu 170	일괄 29,400	140
	Bz 65		Cu 150	M:13,720 T:19,600	300	호남선	1,400㎏f 2,000㎏f
	PH 150		GTCS 110 (동피복강선)	M:19,208 T:19,208	290		1,960㎏f
변형Y 심플 커티 너리	St 90	Y선:Cu35	Cu 110	일괄 19,600	120
	Bz 70	Y선:Bz35	CuAg 120	M:14,700 T:14,700	250		1,500㎏f
콤파 운드 커티 너리	St 180	Cu 150	Cu 170	M:24,010 A:14,406 T:14,406	270		2,450㎏f 1,470㎏f

5) 검토 의견

상기와 같이 전차선 가선방식을 검토한 결과 심플 커티너리식 조가방식이 구조상 가장 단순하고 경제적이며 인접선구와의 설비 호환성을 감안하여 복선 전철설비에서는 심플 커티너리 조가방식을 선정하였다.

4. 전차선로 설비

구 분	경부선 동대구~부산간	호남선 대전~목포간	비 고
전 기 방 식	단상 AC 25㎸ AT 방식	단상 AC 25㎸ AT 방식
조 가 방 식	심플 카테너리	심플 카테너리
조 가 선 선 종 및 장력	Bz 65㎟ 13,720N	Bz 65㎟ 11,760N	1,400㎏f, 1,200㎏f
전 차 선 선 종 및 장력	Cu 150㎟ 13,720N	Cu 110㎟ 11,760N	본선
	Cu 110㎟ 13,720N	Cu 110㎟ 9,800N	부본선, 측선, 건넘선
전차선 현수방식	균압용 드로퍼방식(5m)	균압용 드로퍼방식(5m)
급 전 선	ACSR 288(Al 233)㎟	ACSR 288(Al 233)㎟	일반구간
	66㎸ CV 케이블 200㎟×1C	66㎸ CV 케이블 200㎟×1C	터널구간
보 호 선	ACSR 93(Al 58.9)㎟	ACSR 93(Al 58.9)㎟	일반구간
	Cu 75㎟	Cu 75㎟	터널구간
전 차 선	5,200㎜	5,200㎜	높이
	960㎜, 710㎜	960㎜, 710㎜	가고
장력 조정장치	일괄 활차식	일괄 활차식	일반구간
	일괄 스프링식	일괄 스프링식	터널구간
가동 브래키트	아연도금 강관제	아연도금 강관제	재질
	고분자 장간애자	고분자 장간애자	애자
파동 전파속도	365㎞/h	393㎞/h
최 대 경 간	50m	50m
지 지 물	H형강주	H형강주	역간
	H형강주(조립철주)	H형강주(조립철주)	역구내(인출)
지 지 물 기 초	좌판식	좌판식
비 임	조립비임	조립비임
구 분 장 치	2중 절연방식	PTFE방식	이상구분
	에어섹숀(2경간 평행)	에어섹숀(2경간 평행)	동상구분(본선)
	다이아몬드형	다이아몬드형	동상구분(건넘선, 측선)
보 호 설 비	비절연보호방식	비절연보호방식