전차선로 설비

전차선로 설비

 

전차선로설비라 함은 전동차의 집전장치와 접촉 습동하여 전력을 공급하기 위한 나동선인 전차선(Trolley Wire)과 이것을 궤도면상 일정한 높이로 수평하게 지지하기 위한 조가선(Messenger Wire) 및 이에 부속하는 설비를 총칭하여 전차선로설비라 하며 전차선로설비의 특성은 변전이나 송전선로설비와 달리 예비선을 갖추기란 어렵게 되어 기본적인 조건이 만족되어야 한다.

 

1. 전차선로 일반

 

전차선로란 전기설비기술기준에서 “전차선 및 이를 지지하는 시설물을 말한다” 라고 정의하고 있다.

또한 상세하게 설명하면 전차선, 조가선 및 이를 보호 지지하는 공작물을 말하며 가선방식에 따라 여러 가지로 나누어지며 도시철도는 지하구간에 강체전차선방식, 지상부구간의 기지구내선에 심플카테너리, 본선과 기지사이의 U-Type 구간에 더블심플카테너리 방식를 사용하고 있다

 

 

2. 전차선로의 기본적인 요건

 

1) 전기차의 집전전류, 운전속도, 시격, 차량편성 등의 운전 조건에 적합한 특성을 가질 것

2) 바람, 눈, 기온 등의 예상되는 주위 환경변화에 대해 충분한 기계적 강도를 가질 것

3) 전류용량, 전압강하, 매연, 염해 등에 따라 오염에 대하여 충분한 전기적 강도를 지닐 것

4) 설비가 체계화되어 경제적이고 기능적이며 보수가 용이한 설비이고 각 부재의 수명, 강도 및 절연협조가 조화를 이룰 것

5) 사고의 영향 범위를 최소화하고, 열차 운전장애 시 운전지장 시간의 최소화에 적합할 것

6) 소음, 전파장애, 전식 등 여객 및 일반 공중에 해가 적을 것

 

 

3. 전차선로의 특징

 

전차선로는 전동차에 신뢰성 있는 전력을 공급하기 위한 설비로서 공공성이 높고 예비선로가 없으며 또한 다른 설비와 밀접한 상관관계가 있고 다음과 같은 특징이 있다.

 

1) 전동차의 운전에 의해 부하점이 이동하며, 또한 그 부하는 급격한 변동을 수반하므로 이에 대한 충분한 검토가 필요하다.

2) 전동차의 집전장치와 전차선과는 전기적으로 불완전한 접촉상태로서 이선의 위험성이 상존한다.

3) 전로의 일부로서 철도 선로구조물(터널, 건축물, 교량, 역사등)에 의하여 제한을 받는다.

4) 전동차의 집전장치 특성에 영향을 받으며 레일을 귀선으로 하는 전기회로이다.

5) 타 전기선로에 비해 예비선로를 갖지 못한다.

6) 전기차의 진동과 강풍 시에도 집전장치(Pantograph)의 통과에 지장이 없도록 충분한 기계적 이격을 유지하고, 동시에 진동과 동요가 작도록 할 필요가 있다.

 

  

4. 전차선로의 구성요소

 

1) 전차선

차량의 집전장치에 직접 접촉하여 전기를 공급하는 전선으로서 전기설비기술기준에서는 “전차에 그 동력용의 전기를 공급하기 위하여 사용하는 접촉전선 및 강색철도의 차량안의 신호장치․조명장치 등에 전기를 공급하기 위하여 사용하는 접촉전선을 말한다”라고 정의하고 있으며 뒷장에서 상세하게 설명하기로 한다.

2) 조가선

전차선을 레일에 대해 수평으로 유지하기 위해 조가해주는 아연도강연선으로서 뒷장에서 상세하게 설명된다.

3) 부속설비 및 금구류

전차선과 조가선을 인류하고 지지하기 위한 설비와 각종금구로서 가선 금구류는 진동, 부식, 열 등에 대하여 충분한 신뢰도를 가짐과 동시에 전차선로의 각 구성 요소와 수명 및 신뢰도가 요구된다.

 

 

5. 전차선로의 가선방식

 

전차선로는 전차선의 가선된 위치 및 재질에 따라 강체가선방식, 가공전차선가선방식, 제3궤조방식으로 분류되며 지하철은 지하구간에 강체전차선방식이며 본선과 기지사이의 U - Type구간에는 Double simple 카테너리방식이고 기지는 Simple카테너리방식이 사용되고 있으며 전차선은 기지구내 시험선과 일반선은 원형110[㎟]를 사용하며 다음과 같다.

1) 직접가선방식

가장 단순한 구조의 가선방식으로 전차선만 1조로 구성되며 전차선을 스팬선 또는 빔등의 지지점에 직접 고정하는 구조와 전차선의 지지점에 짧은 로드나 와이어로 3각형(역Y선)을 구성하는 구조의 2종류가 있다. 구조가 간단하고 설비비가 적게 들지만 전차선의 장력을 일정하게 유지하기 어렵고 전차선의 높이를 일정하게 하기가 곤란하기 때문에 저속도의 구내측선, 유치선등에 채용되며 중속도(80[㎞/h])까지 사용가능하다.

 

2) 가공 전차선 방식

조가선(Messenger Wire)과 전차선(Trolley Wire)으로 구성되고 지지물을 사용하여 애자에 조가선을 설치해서 행거(hanger)를 사용, 일정한 간격마다 전차선을 지지해주는 방식이며 궤도에 대하여 평행이 되도록 조가한 것으로 궤도면상과 일정한 높이로 가선이 가능하여 고속운전에 적합하다

(1) 심플 카테너리 방식(Simple Catenary System)

조가선과 전차선의 2조로 구성되고, 조가선 으로부터 행거로 전차선을 궤도에 대하여 평행이 되도록 조가한 구조로서 심플카테너리식에는 판타그래프가 습동 해서 갈 경우 중앙부와 지지점 아래에서 그 압상량의 차가 커져서 압상량이 일정하지 않기 때문에 전차선에서 판타그래프가 떨어지는 이선현상이 발생하며 이러한 단점 때문에 100[㎞/h]이상의 고속운행에는 적당하지 않고 100[㎞/h]이하의 구간에 사용되고 있으며 대전지하철의 차량기지에 적용되고 있다.

(가) 사용개소 : 기지구내

(나) 최고속도 : 100[km/h]이하의 중속도용

(다) 전 차 선 : 110[㎟], 표준장력 : 1,000[kgf]

(라) 조 가 선 : 90[㎟], 표준장력 : 1,000[kgf]

(2) Double Simple 카테너리식

Simple 카데너리식 가선 2조를 일정의 간격(100[mm])으로 병행하여 가설한 구조로서 도시철도본선과 차량기지 사이의 이행구간에 적용되었다.

(가) 장점

1) 가선의 상, 하 변위가 적다.

2) 트로리선의 압상 특성이 좋다.

3) 집전 전류용량이 크다.

(나) 단점

1) 건설비가 높다.

2) 구조가 복잡하다.

(다) 사용개소

1) 고속운전 구간

2) 열차 운전밀도가 높은 구간

3) 대도시 통근 수송의 중부하 구간

4) 터널입구의 지상부 카테너리 구간

- 가고가 작은 터널구간 판타그래프 압상량이 작게 억제되기 때문

(라) 장 력

1) 전차선 : 110[㎟] 사용, 표준장력 : 1,000[kgf]

2) 조가선 : 90[㎟] 사용, 표준장력 : 1,000[kgf]

(3) Heavy Simple 카테너리

Simple 카테너리식 가선에서 트로리선의 장력을 크게 하기 위해 170[㎟]의 전차선을 사용하여 경간 중앙 부근의 전차선의 압상량을 적게 하여 동적 이동상태에서 등고(等高)성을 향상시켜 집전성능의 향상을 도모하고 풍압에 따른 편위의 증가를 억제함으로써 가선 진동 및 동요를 적게 하여 안전도 및 집전성능의 향상을 도모하였다.

(가) 장점

1) 전선의 굵기가 커서 내마모성이 좋다.

2) 내 부식성이 좋다.

3) 전차선의 진동 및 동요가 적다

4) 안전도 및 집전성능이 좋다

(나) 장력

1) 전차선 : 170[㎟] 사용, 표준장력 : 1,500[kgf]

2) 조가선 : 135[㎟], 표준장력 : 1,500[kgf]

(4) Compound 카테너리 조가식

Simple 카테너리식의 조가선과 트롤리선 사이에 보조 조가선을 가설하여 조가선으로부터 보조 조가선을 조가하고, 행거로 보조 조가선으로 부터 트로리선을 조가하는 방식이다.

(가) 보조 조가선 : 경동연선 100[㎟] 사용

(나) 조가선 : 일반 카테너리와 같은 아연도 강연선90[㎟]사용

(다) 장점

1) 집전 용량이 크다

2) 속도 성능이 높다

- 판타그래프에 의한 가선의 상방향 변위(압상량)가 지지점과 경간 중앙에서 큰 차이가 없기 때문.

(라) 단점

건설비가 많이 든다(심플 카테너리방식에 비해) 가선에 필요한 상부 방향 공간이 크고, 지지물도 높게 할 필요가 있기 때문

(마) 사용개소

고속운전 구간, 중부하 구간, 현재 일본 신간센 고속철도