전기철도의 급전방식은 단권변압기방식(급전선과 레일사이 및 전차선과 레일사이는 25[kV], 전차선과 급전선 사이는 50[kV]가 급전되는 시스템, 이하 “AT방식”이라 한다)으로 한다.
1. AT급전방식
단권변압기(Auto-Transformer) 급전방식에서는 급전선과 전차선과의 사이에 단권변 압기를 병렬로 삽입하고 중성점은 레일 및 비절연보호선(FPW)에 접속되어 전기차의 부하전류의 귀선회로를 구성한다. 또 통신유도장해를 보다 경감하기 위하여 AT-AT의 중간에서 보호선용접속선(CPW)에 의하여 비절연보호선과 레일을 접속하고 있다.
단권변압기는 전자적인 밀결합으로 설계된 변압기로 약 10㎞간격으로 배치한다. 권선의 중앙을 레일에 접속하고 양단자의 어느 한편과 레일과의 사이의 전압을 전기운전에 적합한 전압(25kV)으로 선정하여 전차선에 급전하고 다른 한 단을 급전선에 접속한다.
2. BT급전방식
흡상변압기(Booster Transformer) 급전방식은 전차선과 부급전선을 시설하고 약 4㎞마다 흡상변압기를 직렬로 시설하여 레일에 흐르는 귀선전류를 부급전선에 흡상시켜 전차선 전류에 의한 통신선의 유도장해를 감소시켜주는 목적으로 사용된다. 흡상변압기는 교류전차선과 직렬로 설치되며 유도작용을 경감하기 위하여 대지로 흐르는 전류를 경감시키고 이것을 부급전선에 총체적으로 흡상시키기 위하여 사용되는 것으로 전류를 흡상하므로 흡상변압기라 부른다. 흡상변압기는 권선비 1:1의 변압기로서 그 1차측을 전차선에 접속하며 2차측은 부급전선 또는 레일에 접속한다.
3. 급전방식의 비교
1) 상 하선 분리방식(SSP급전)
상선과 하선을 전기적으로 분리하여 급전하고 비상시에 구분소(SP)에서 상선과 하선을 Tie로 연결한다.
• 선로 임피던스가 크다
• 전압강하가 크다.(PP기준 최소95%, Tie기준 최소 94.9%)
(상선과 하선에 각각 동일한 부하가 있을 경우 모든 급전방식이 동일)
• 상대적으로 고조파 공진차수가 높고 확대율이 크다
• 회생전력 이용률이 낮다.
• 급전구분소(SP)의 단권변압기 대수가 많다.(4대)
• 급전구분소(SP)에 GIS 설비가 적다(GIS 4-Bay)
• SSP 개소에 상 하선 Tie 차단설비가 필요 없다.
• 계통보호에 용이(고장위치 파악 용이)
• 역간이 짧고 저속운행구간에 적합하다.
(장애 및 일부구간 정전작업시 정전구간 및 열차운행지장 최소화)
2) 상 하선 Tie연결방식(Tie급전)
급전시스템 구성은 SSP 급전방식과 동일하나, 급전구분소(SP)에서 상선과 하선을 상시 Tie 로 연결하여 운용한다.
• 선로 임피던스가 작다.(SSP기준 80%[선로 중간], 50%[선로 말단])
• 전압강하가 작다.(PP기준 최소 98.995%)
• 상대적으로 고조파 공진주파수가 낮고 확대율이 작다
• 회생전력 이용율이 비교적 높다.
• 급전구분소(SP)의 단권변압기 대수가 많다.(4대)
• 급전구분소(SP)에 GIS 설비가 적다(GIS 4-Bay)
• SSP 개소에 상 하선 Tie 차단설비가 필요 없다.
• 계통보호에 용이(고장위치 파악이 용이)
• 역간이 짧고 저속운행구간에 적합하다.
(장애 및 일부구간 정전작업시 정전구간 및 열차운행지장 최소화)
3) 상 하선 연결방식(PP급전)
상선과 하선을 각 SSP 개소 및 SP 개소에서 전기적으로 연결하고, 선로장애 발생시 상 하선을 구분하여 건전선로만 운용한다.
• 선로 임피던스가 가장 작다.(SSP기준 65%[선로중간], 50%[선로 말단])
• 전압강하가 작다.( VSSP≪VTie≤VPP )
• 상대적으로 고조파 공진주파수가 낮고 확대율이 작다
• 회생전력 이용율이 높다.
• 급전구분소(SP)의 단권변압기 대수를 줄일 수 있다.(2대)
• 급전구분소(SP)의 GIS설비가 많다.(GIS 5-Bay)
• PP에 상 하선 Tie 차단설비가 필요하다.
• 역간이 길고 고속운행구간에 적합하다.
(장애 및 정전 작업시 변전소 급전구간 모두 정전필요)
4) 선로임피던스
| 급전방식 | 선로중간(15㎞지점) | 선로말단(30㎞지점) | ||
| 임피던스 | 비율 | 임피던스 | 비율 | |
| SSP | 5.9914+j13.3529 | 100% | 9.6493+j22.3685 | 100% |
| Tie | 4.8197+j10.6732i | 80% | 4.8447+j11.1842 | 50.03% |
| PP | 3.9973+j 8.6446i | 65% | 4.8447+j11.1842 | 50.03% |
5) 집전전압
| 최대 집전전압 차(V) | 비율(%) | |
| SSP | -3,740 | 85.07 |
| PP | 325 | 101.29 |
※ Tie 급전방식 100% 기준
4. 급전방식별 비교 검토
| 평가항목 | Tie급전 | PP방식 | 비고 | |
| 특징 | - 방면별 상하선 분리 급전 - SP, SS에서 상하연결 - 일반철도에 적용 - SSP에 상, 하선 Tie 차단설비 필요 없음 - 구분소의 단권변압기 대수 많음(4대) |
- 방면별 상하선 병렬 급전 - 고속철도에 적용 - PP에 상하선 Tie 차단설비 필요 - 구분소 단권변압기 대수 감소(2대) |
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| 전기적 측면 | 임피던스 | 크다 | 작다 | 약 2Ω차이 |
| 전압강하 | 크다 | 작다 | 약400[V] | |
| 단락전류 | 작다 | 크다 | 약2,000A | |
| 사고구분 | SS, SP, SSP에서 구분 | SS, SP 건넘선에서 구분 |
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| 집전전압 | 다소 불리 | 다소 유리 | ||
| 급전부하 | 다소 불리 | 다소 유리 | ||
| 경제적 측면 | 설비구성 | 다소 복잡 | 다소 간단 | |
| 건넘선 | 불필요 | 필요 | ||
| 동력단로기 | 불필요 | 필요 | ||
| 건물면적 | 다소 크다 | 작다 | ||
| 운영자 측면 | 유지보수 | 다소 용이 - 구조 단순 - 장애 및 일부구간 정 전작업시 정전구간 및 열차운행지장 최소화 |
다소 곤란 - 별도의 보호방식이 필요 |
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| 사고대처 | 다소 용이 | 다소 곤란 | ||
| 고장점표정 | 다소 용이 | 다소 미흡 | ||
| 선로보안성 | 다소 미흡 | 용이 | ||
| 호환성측면 | 연계성 | 용이 | 개선 필요 | 기존선 고속화시 |
| 시스템운용성 | - 계통보호 용이 - 기존선 구간 표준방식 - 역간이 짧고 저속운행 구간에 적합 |
- 장애 및 정전 작업시 변전소 급전구간 모두 정전필요 - 역간이 길고 고속운행 에 적합 - 고속철도 급전시스템 과 동일 (고속철도만 운행시 동일 시스템으 로 최적) |
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출처-국가철도공단 KRE-01050