흡상변압기 급전방식(BT 급전방식)

 

BT(Booster-Transformer)급전방식은 권선비 1:1의 특수변압기를 약 4㎞마다 설치하여 전차선에 부스타 색숀을 설치하고 BT의 1,2차측을 전차선과 부급전선에 각각 직렬로 접속, BT와 BT사이는 중간점에서 레일과 부급전선을 흡상선으로 접속하여 레일에서 대지에 누설되는 전기차 귀선전류를 BT작용에 의해 강제적으로 부급전선에 흡상시켜 통신선로의 유도장애를 경감하는 방식이다. 여기서 변압기는 전류를 흡상하므로 흡상변압기라 하고 부급전선을 사용하는 방식과 사용하지 않는 2가지 방식이 있다.

 

한편 급전방식은 통신유도 경감효과가 크지만 부스타색숀 부분에서 부하전류를 차량의 판타그래프에서 개폐하므로 아-크발생으로 부하전류가 크고 속도가 고속화 되면 운전 및 보수상의 문제점이 된다. 변전소 간격은 약 30~40㎞로 설치하며 우리나라에는 중앙선 청량리-제천간 155.2㎞ 및 태백선 제천-고한 80.1㎞, 예미-조동간 15.9㎞에 시설 운용되고 있다.

 

 

흡상변압기 급전방식(전류흐름도)

 

단권변압기 급전방식(AT 급전방식)

 

AT(Auto-Transformer)급전방식은 변전소에서 급전선을 선로를 따라 가선하여 이 급전선과 전차선과의 사이에 약 10㎞간격으로 AT를 병렬로 설치 접속하여 변압기 권선의 중성점을 레일에 접속하는 방식으로서 우리나라의 수도권 전철과 중앙선 제천-영주간 64㎞, 영동선 영주-철암간 87.0㎞에 이 급전방식이 체택되고 있다. 이 방식은 대용량 열차부하에서도 전압변동, 전압 불평형이 적어 안정된 전력공급이 가능하여 고속전철에도 이방식이 체택되고 있으며 레일에 흐르는 전류는 차량을 중심으로 각각 반대방향의 AT쪽으로 흐르기 때문에 근접 통신선에 대한 유도장애도 적게되는 장점이 있다.

 

 

단권변압기 급전방식(전류흐름도)

 

 

 

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전기실 설비 구성 

 

구     분

내   용

수 전 계 통

•각 전기실의 수전계통은 2중화여 어느 한 변전소 사고시 타 변전소로부터 수전가능토록 구성

변압기BANK구성

•상시 1대 및 예비 1대를 2 BANK로 구성하여 운용

저압배전

•변압기 2차측 저압배전설비는 각 부하의 분전함까지 개별적으로 전력을 공급할 수 있도록 분기용 개폐기를 설치

•주개폐기 2차에는 변압기 사고시 전원이 자동적으로 절체되도록 ATS 설치

직류전원설비

(DC 110V)

•전기실의 각종 개폐기 등의 제어 전원용과 정거장 비상조명용으로 직류전원  설비(충전기 및 축전지) 설비를 설치

신호 및 통신

AFC용 전원

•신호전원, 통신 및 AFC용 전원은 저압배전반에서 상시 변압기 고장시 예비 변압기로 인입 선로를 자동절환할 수 있도록 ATS 설치

원방제어용

R  T  U

•전기실의 전기설비는 전력 종합사령실에서 원방감시제어되도록 하며 원방감시제어장치와 중계장치로서 각 전기실마다 RTU를 설치

설비구성

•6.6kV 수전반    : 각 4면            •6.6kV 분기반    : 2면/4면

•6.6kV 변압기반  : 2면/4면         •저압 배전반     : 2면/4면

•직류 충전기반   : 각 1면            •직류 축전지반    : 각 1면

(고가정거장/지하정거장)

 

 

정거장 주요 전기기기 형식 

수배전반 

구    분

전자식 배전반

아날로그 배전반

외 관

 

 

 

 

개    요

•전력수배전반의 CT, PT, V, A, kW등의 기존 아날로그 계측값을 디지털화하여 액정상 설정된 값에 숫자로 표기

•전력 수배전반의 CT,PT, V, A, kW 등의 계측값이 계기의 눈금에 의한 아날로그 계측값으로 측정

장    점

•설비의 유지보수 용이

•외관이 미려

•계측 판독오차가 적음

•자기진단 기능 내장

•전력제어 구성이 용이

•고장시 개별기기 교체로 유지보수비 절감

•가격 저가

•범용으로 일반업체가 제작가능

 

 

단    점

•장기적인 미세진동에 탈착 우려

•고장시 Set 교체로 경제성 불리

•가격 고가

 

•진동, 충격에 의한 오동작 우려

•각종 계기의 부착으로 외관이 복잡

•정밀 판독 오차가 큼

•전력제어 구성시 다량의 내부배선이 필요

선정사유

•컴퓨터 산업의 발전으로 디지털화, 영상화 등으로 빠른 속도로 다변화 되어지고 있고 미래지향적이며 컴퓨터 통신기능등 기능활용이 다양하고 시설, 유지보수가 간단한 디지털 보호 배전반으로 채택

 

 

변압기 계통 

 

정 거 장  

•변압기는 대규모 설비에서는 용도별로 구분하여 설치하는 것이 기술적 사항 또는 운용의 경제성 측면에서 바람직하나 소규모 설비는 비경제적인 요소가 많음

•전력공급의 신뢰성과 예방정비 및 보수의 편리를 위해 예비 변압기를 두어야 하므로 조명/ 동력용과 신호/통신용 변압기를 구분하게 되면 변압기 수가 지나치게 증가하여 전기실 면적 확보가 어려움 따라서 변압기는 상용과 예비용으로 구분하되 부하군 별로 구분치 않음

•고가구간의 동결방지 설비등 변압기와 지하구간 환기 및 냉동 설비용 변압기는 별도 계통을 구성하여 기동.정지시 전압변동으로 인한 정거장 설비에의 영향 배제 

 

차량기지 

•차량기지 전기설비는 정거장과 달리 비교적 규모가 크고 부하의 종류도 조명, 냉난방, 공조, 소방, 검수설비 등으로 특성이 서로 다르며 단위 기기가 큼

•변압기를 용도별로 구분 설치하여, 부하 종류별로 운용상 간섭이 없고 유지관리상 경제적

•변압기 사고에 대비하여 2차측 모선을 차단기로 연결하여 건전한 변압기에서 필요한 부하에 전원이 공급되도록 함 

 

저압 배전간선 계통

 

정 거 장 

지하철과 같이 대규모 배전계통은 공급신뢰도 등급을 일반부하, 상시부하, 비상부하 개념으로 구분하여 배전함으로써 건설의 경제성을 추구하지만 소규모인 경전철에서는 계통이 복잡해지고 오히려 비경제적

•부하군을 조명 및 동력 부하군과 신호 및 통신부하군으로 나누어 배전반을 설치하되 동일 변압기에서 공급

•상용 변압기와 예비 변압기를 설치하여 전원공급의 신뢰성을 높이고 열차 운전과 직결되는 신호용 전원이 다른 일반 부하의 고장으로 인한 영향을 최소화 할 수 있도록 배전간선을 2회선으로 구성

•승객의 안전한 대피를 위한 비상조명은 축전기반에서 예비 전원을 공급할 수 있도록 하고 신호 기계실에는 UPS를 설치하여 무정전 전원 공급 가능 

 

차량기지 

•일반 조명부하, 동력부하, 검수부하, 신호, 통신, 전력사령실 부하로 나누어 배전 계통을 구성

•비상부하는 변압기를 복수로 연결할 수 있도록 ATS를 설치하고 특히 종합관리동은 비상 발전기를 설치하고 종합 사령실에는 UPS 설치

 

 전력공급계통 방안 선정 

구    분

제   1   안

제   2   안

계 통 도

 

 

 

 

계통요약

•TR.1과 TR.2는 각각 부하의 100%에 전력을 공급할 수 있는 용량으로 산정

•TR.1 고장시 TR.2로 절체하여 100% 부하에 전력을 공급

•조명.동력부하 계통의 사고가 신호.통신 계통으로 파급되지 않도록 인입차단기 분리

•TR.1과 TR.2는 각각 부하의 100%에 전력을 공급할 수 있는 용량으로 산정

•TR.1 또는 TR.2 고장시 Tie Breaker Close하여 정상적으로 전원 공급

•평상시에는 변압기 부하율이 낮음

•인입계통을 2호계로 구분 공급

기 술 적

적 합 성

•변압기 2차측 차단기를 조명/동력과 신호/통신으로 구분

•평상시 변압기 1대(상시용) 운전

•고압 인입계통을 2중화

•융설부하 및 환기/냉동 부하는 별도 계통구성

•고압 인입계통을 3호계로 설계

•평상시 조명/동력과 신호/통신 변압기 각각 운전(부하율 50% 미만)

•융설부하 및 환기/냉동 부하는 별도 계통구성

경 제 성

•인입계통 구성비용이 경제적임

•변압기를 상시 1대만 운전함으로써 손실이 적음

•인입계통 구성 및 유지관리 비용 증대

•변압기 2대 상시운전, 부하율이 낮아 손실이 증가됨

선정사유

•경량전철 정거장은 소형으로서 적은 공간을 활용하기에 적합

•변압기 용량이 대부분 100kVA~200kVA인 소규모 설비로서 변압기를 용도별로 분리해야 할 특별한 기술적 요인이 없음

•시설비 및 유지관리비용 측면에서 경제적

 

 

주요기기 형식 요약 

명    칭

형    식

명    칭

형    식

수배전반

VCB 조합형 큐비클(옥내형)

축 전 지

무보수 밀폐형 연축전지

변 압 기

몰드 변압기

고저압 케이블

CV Cable

고압차단기

진공 차단기

전 선 관

후강전선관

저압차단기

ACB, MCCB

분 전 함

철제, 전면 스테인레스 스틸

계기용변성기

몰  드  형

형광등, 안정기

삼파장 32W, 전자식

 

 

 

 

배관 배선의 설치방식 선정 

구 성 방 식

적    용    대    상

Cable

Tray

설치방식

•전기실에서부터 대합실 및 승강장의 주요 간선경로는 Cable Tray 배선

규격산정

•배선되는 케이블의 외경을 총합한 수치에 여유율 50%를 고려산정

 (전기설비 기술기준 제213조의 2 준용)

전선관

설치방식

•각 층간 입상되는 부분과 케이블 Tray에서 분전반구간은 전선관 배관

규격산정

•수용되는 전선 단면적의 총합이 전선관내 단면적의 32% 이내로 산정

 

 

 

케이블의 선정 

구    분

기존 경전철 설계

개  선  안

비    고

환 기

배 연

환 기

CV

F-CV

전기설비 기술기준

제 213조 2

배 연

없음

FR-8

소방기술기준 120조

조 명

일 반

CV

F-CV

전기설비 기술기준

제 213조 2

비 상

HIV

FR-8

소방기술기준 108조

콘센트

일반 : IV

일반 : F-CV

비상 : FR-8

소방기술기준 137조

소 방

설 비

동 력

HIV 또는 FR-8

FR-8

소방기술기준 10조2

(옥내 소화전)

제 어

언급 없음

FR-3, FR-CVVS

소방기술기준 90조

(자동화재 탐지)

[주]

1. 일반케이블은 케이블트레이내 포설기준이며, 전선관내 포설시에는 CV케이블을 적용함.

2. 전기설비기술기준[산업자원부 고시 제 2001-126호 (2001. 12. 19)] 제 213조의 2 참조

 

 

변 압 기 

구    분

MOLD 변압기

유 입 변 압 기

건식변압기

외 관

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

연 소 성

난 연 성

가 연 성

난 연 성

내흡수성

보    통

금속용기 수용 우수함

노출 흡수됨

내오손성

우 수 함

우 수 함

오손되기 쉬움

단락강도

보    통

강    함

보    통

과부하내량

150% 15분

150% 15분

150% 10분

냉각효과

보    통

우 수 함

보    통

설치면적

중    량

보    수

•먼지 제거

•절연유의 점검

•정지후재운전시건조요,먼지제거

소    음

손    실

장    점

•난연성이므로 재해시유리

•내흡수성, 내오손성우수

•설치면적이 작음

 

•내흡수성, 내오손성이 건식에 비해 우수함

•소음이 적음

•가격 저렴

•난연성이므로 재해시유리

 

 

 

단    점

•소음이 유입보다 큼

•가격 고가

 

 

•가연성 위험이 있음

•설치 면적이 크고 중량이 크다

 

 

•흡수 및 오손되기 쉬움

•정지후 재운전시 건조작업 요구됨

•종합손실이 가장 큼

•가격이 유입식에 비해 고가

선정사유

•Mold 변압기가 타 변압기에 비해서 가격이 다소 비싼편이나 협소하고 복잡한 공간에서 화재의 위험이 적고, 설치 면적이 작으며 절연유교체 등이 불필요하므로 Mold 변압기를 채택

 

 

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접지설비 

 

구    분

내    용

접지기준

•전력설비 : 공용 접지 방식(제1, 2, 3종)을 적용 접지저항을 5Ω 이하가 되도록 설계 (단, 피뢰설비는 개별접지)

•약전설비 : 전력설비와는 분리하여 시설

공용접지

효    과

•접지저항을 최대한 낮추어 전위상승 억제

•감전 및 재해 등의 억제

•각종 차단기 및 계전기의 확실한 동작

적용접지

종    별

•제1종 : 특고압 큐비클 외함 및 피뢰기 접지

•제2종 : 변압기 중성점 접지

•제3종 : 저압 큐비클 외함 접지

•특별 제3종 : RTU 및 조명 자동제어반

 

 

변전소 접지 

 

보안용 접지 

•인간과 전기설비 및 전기기기의 안전을 확보하기 위함 

구    분

내   용

계 통 접 지

•22.9kV : 직접접지

•6.6kV : 비접지

기 기 접 지

•Ground Mesh에 개별접지

피뢰용 접지

•접지봉 매설 별도접지

 

 

기능용 접지 

•전기, 전자 통신설비 및 기기의 안정된 기동을 확보하기 위함 

구    분

내   용

적용기준

접지방식

•IEEE Std. 142. Chapter 5의 1점 접지( Single Point Grounding ) 방식

 

 

전자파 장애 경감대책 

•뇌격전류, 스위칭써지, 단락사고 등으로 인하여 발생하는 과전압과 기기에서 발생하는 전자파 등은 각종 정보시스템과 전자부품이 장착된 기기의 교란이나 손상, 전자파 장애(EMI)를 일으킬 우려가 있으므로 EMI 영향을 감소하기 위하여 다음과 같은 대책이 필요 

 

구    분

기능 및 용도

품    명

적    용

흡수장치

(Arrestor)

•직격뢰, 유도뢰, 스위칭 써지 등으로 인한 과도 과전압이 전선, 변압기 및 전력기기 등의 절연 내전압(BIL)을 초과하지 않도록 함으로써 기기의 손상이나 고장을 예방

 

피 뢰 기

(Lightning Arrestor)

•특고인입라인 MOF 전단에 설치, 직격뢰 유입방지

써지흡수기

(SurgeArrestor)

•특고 수전반 차단기 후단에 설치하여 스위칭 써지의 부하측 전파방지

과도전압

억제기

(TVSS)

•컴퓨터, 통신 등 전자장비를 유도 써지, 스위칭 써지 등의 과도 전압으로부터 보호하기 위하여 써지전압(20kV까지)을 정격 전압의 2배 이하로 줄여주는 기능을 하는 장치

 

전화및데이터통신

신호라인 보호용

•LAN      •전화선

•방송신호라인

컴퓨터, 통신 및

제어기기 보호용

•컴퓨터

•각종 제어반

고조파 필터

(Harmonic

Filter)

•인버터 정류기 등과 같이 전력용 반도체를 사용하는 기기에서 전압, 전류파형의 왜곡현상으로 말미암아 활성되는 고조파 제거

 

 

중성선영상고조파

전류 저감장치

•3상 4선 회로의 분전반 입력단에 위치하여 역류 고조파 전류 억제

고조파 필터

•정류기, 인버터 등 비선형 부하의 입출력단 설치

신호접지

•컴퓨터 계통의 신호접지선을 주접지망 (Ground Mesh)에 1점 접지, 순환전류

컴퓨터 계통

1점 접지

•컴퓨터 및 통신계통 신호 라인의 접지선

 

 

저압 배전계통 접지방식 

 

 

 

구    분

비교안Ⅰ

비 교 안 Ⅱ

선 정 안

TN-C 방식

TT 방식

TN-S 방식

접지회로

구성방법

 

 

 

 

 

특    징

•지락사고(절연파괴)가 곧 단락으로 진행되어 중성선에 큰 전류 흐름

•지락전류가 중성선에 흘러 전자파 장애를 일으킴

•중성선에 큰 전류가 흘러 케이블의 굵기가 굵어짐 (10㎟ 이상)

•일부 국가에서 사용되는 방식

•TN방식에 비해 지락전류가 1/1000 이하, 지락전류 검출 곤란

•폭발 및 화재위험과 전자파 장애가 적은 접지방식

•고압측 지락사고시 저압측 대지 전압 상승의 위험이 있음

•정보통신기기 접지 사용 방식

•가장 보편적인 접지방식

•지락전류 검출이 용이

•고압측 사고로 인하여 중성선의 대지 전위를 상승시키는 사례발생

•중성선에 차단장치가 설치 필요

 

 

 

 

전자장비 접지방식( IEEE Std. 142) 

 

1점 접지(Single Point Grounding)

구성방식

특징/문제점

 

 

 

 

•컴퓨터계통의 신호접지선을 주      접지망 연결

•접지회로 내에서의 순환전류가      흐르는 것을 방지

 

 

 

•컴퓨터계통 신호접지선을 1점         접지함으로써 다중 접지방식의        노이즈문제를 해결함과 동시에        주접지망과 컴퓨터신호 접지선        사이의 고전압 인가를 방지 할수      있어 충격전압에 의한 고장을         예방할 수 있음

 

 

 피뢰설비 

 

설치기준

내    용

국    내

(건축법시행령제103조)

•높이 20m 이상의 건축물(적용대상 : 정거장)

국    외

•NFC 17-102 (회전구체법 및 ESE 피뢰침)

•NEPA 780 (회전구체법)                   •IEC 1024-1 (회전구체법)

•CENELEC/ENV 61024(회전구체법)          •BS 6651 (회전구체법)

보안상 추천

•산악지대의 건축물(적용대상 : 차량기지)

설계적용

•건축의 최상부에 설치하는 것을 원칙으로 함

•타접지와 별도로 단독으로 제1종 접지

•피뢰침은 고압펄스식, 돌침식, 수평도체식 등을 적절히 고려하여 설치

•회전구체법의 적용

 -건축물이 20m를 넘지 않더라도 평면적이 넓고, 유동인구가 많은 건축물은 안전을 위하여 피뢰설비를 설치하여야 함

 -보호각에 의한 보호범위 설정만으로는 완벽한 뇌격 보호를 기대하기 어려우므로 회전구체법에 의한 보호범위 설정으로 뇌격이 예상되는 부분을 보강하여 피뢰설비를 구축

 

 

 피뢰설비 검토 

 

구    분

1  안

2  안 Ⅰ

3  안 Ⅱ

돌침형(플랭클린 ROD)

선행 스트리머 방식(ESE)

정전기 분산 방식(CTS)

외    관

 

 

 

 

 

 

원    리

특    징

•낙뢰를 피뢰침으로 유도시킴으로써 사람이나 건물을 직격뢰로부터 보호

•비용이 저렴함

 

•뇌운발생시 상향 스트리머 발생 낙뢰흡인, 직격뢰로부터 보호

•보호범위가 일반 피뢰침에 비해 넓다(5.5~10배)

•방전이 빨라 연속뢰 보호 가능

•Multi Point 돌침부를 통해 대지 전하를 공기중에 방사, 뇌운과 대지간 전계강도 약화, 낙뢰방지

•낙뢰를 방지하므로 유도뢰 피해 없음

 

 피뢰설비 구성도

 

 

 

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보호계전 방식 

 

목    표 

•기기 및 인명 보호 : 계통사고 발생시 계통 구성요소를 완전하게 보호

•복구시간 단축 : 기기손상을 최소화하여 복구시간의 단축을 도모

•사고예방 : 불필요한 정전사고에 의한 대중교통수단의 운영중단을 예방, 계통운영의 안정도 확보

 

기본 검토사항 

항    목

검   토   내   용

신 뢰 성

•보호의 중첩과 협조에 의한 신뢰성 제고 (오동작/무보호구간 배제)

•연동에 의한 전력공급의 계속성 유지

선 택 성

•대상 설비의 위치 및 계통에서의 중요도 고려

•사고 구간을 최소화하는 선택성 고려

안 정 성

•보호협조에 의한 계통안정도 확보

•직렬/병렬 후비보호의 검토 적용

 

계통별 운영특성 분석 

특고압계통 

구    분

내    용

한전공급 변전소    

수전변전실 수전단 모선

•한전공급 변전소공급 분기회로 차단기와의 보호협조

•한전공급 변전소 전원공급 고장여부 및 전압상태 상시 감시

수전단 모선 

인접 근접 변전실 전원모선

•상호전원 고장여부 상시감시

•연락급전선로 고장 발생여부 상시감시

•연락급전시 전력공급 방향변경에 따른 보호계전 문제점 분석

급전변전실 전원모선 

정류기 . 변압기뱅크 분기회로

•1뱅크 고장시 자동절체

급전변전실 전원모선    

일반 전력공급 분기회로

•모선과 분기회로간 상하위 보호협조

•π분기 일반전력 공급 선로 전력공급 방향감시

π분기 모선    

변압기 뱅크 분기회로

•모선과 분기회로간 상하위 보호협조

 

직류 750V 급전계통 

구    분

분 석 대 상 항 목

보    호

•정류기용 변압기 과부하 운전보호            •부극선 접지보호

•방면별 급전선 과전류 발생 보호

감    시

•정류기 방열판 온도상승 상시 감시         •정류기회로 내부 접지 고장여부 감시

•방면별 급전선 전류 증가/감소율 감시

•회생 제동에 의한 회생전력 발생여부 상시 감시

보호협조

•표시선 계전에 의한 차단기와의 보호협조   •특고압 분기회로 차단기와의 보호협조

 

 

보호 계전기 

구   분

Digital 계전기

Analog 계전기

외    관

 

 

 

 

기 술 적

적 합 성

•마이크로 프로세서와 소프트웨어에 의한 보호계전기 특성 실현

•하드웨어 구성요소가 축소되었으므로 경년열화가 적어 신뢰성이 높음

•상시 감시 및 자기 진단 기능 보유

•다기능 계전기이므로 계전기의 설치 면적을 줄일 수 있음

•제어전원을 필요로 하고 노이즈에 약함

•전자식 계전기 :

 전자유도에 의한 기계적 동작

•정지형 계전기 :

 논리회로에 의한 비교 검출 방식

•단일기능 계전기이므로 필요한 기능만큼의 계전기 설치 필요

•전기적 부하의 용량이 상대적으로 크기 때문에 CT 부담이 큼

경 제 성

•복합기능이 필요한 곳에 적용시 경제적

•전력감시 시스템 구성시 변환장치 설치 필요 없음

•설치 및 시공이 편리함

 

•개별 계전기 단위로는 다지털 계전기에 비하여 가격 저렴

•전력감시 시스템 구성시 변환장치(T/D) 설치비용 추가 소요

•설치 및 시공이 복잡함

선정사유

•정거장 전기실이 무인으로 운전되므로 상시 감시 및 자기 진단기능을 보유, 유지관리가 편리한 디지털 계전기 채택

 

 

기타 주요 자재 

품    목

외    형

규    격

품    목

외    형

규    격

단 로 기

옥내 설치

원방 조작형

M O F

옥 내 형

Mold Type

0.3급

계기용 변압기

옥 내 형

Mold Type

1.0급

계기용 변류기

옥 내 형

Mold Type

1.0급

 

 

 

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교류 차단기 

 

구   분

진공차단기(VCB)

SF6 가스차단기(GCB)

가스절연 스위치기어(GIS)

외 관

 

 

 

 

 

 

기 술 적

적 합 성

•정격전압 : 3~36kV

•정격전류 : 600~3,000A

•개폐 및 차단성능 우수

•국내사용실적 다수

•정격전압 : 3~500kV

•정격전류 : 600~4,000A

•절연내력 우수

•이상전압 발생 없음

•차단부는 가스차단기

•모든 충전부 가스절연

•감전 및 화재 위험성 없음

경 제 성

•가격이 저렴함

•유지보수 편리

•가격이 고가

  (VCB대비 2배 이상)

•유지보수 편리

•설치면적 축소

•유지보수 편리

•가격 고가

선정사유

•가격대비 신뢰성이 우수하고 국내 지하철 적용 실적이 많음

 

 

저압 차단기 

구   분

기중차단기(ACB)

배선용 차단기(MCCB)

기 술 적

적 합 성

•공기를 소호매질로 하여 저압계통 전력의 송수전, 절체 및 정지용으로 사용

•고장 발생시 신속 자동차단 책무보유

•계전기 내장형과 외장형이 있음

•직류(DC 1kV) 제어전원이 소요됨

•고정형과 인출형이 있음

•개폐기구, 트립장치 등을 절연물 용기내에 일체로 조립

•통전상태 부하개폐 및 차단기능

•열동 전자식 트립장치 내장

•고정형과 인출형이 있음

 

적    용

•저압배전반의 인입 차단기

•대용량 저압전동기 및 전열부하 차단기

•630~5,000A 차단 정격

 

•저압배전반의 분기 차단기

•전동기 제어반(MCC) 차단기

•저압분전반 차단기

•30AF~1200AF 정격

 

 

직류 차단기 

구   분

기중차단기(ACB)

진공차단기(VCB)

외 관

 

 

 

 

기 술 적

적 합 성

•국내외에서 널리 사용되고 있음

•성능면에서 비교우위

경 제 성

•구입 및 유지보수 편리

 

•일본에서만 사용되고 있음

•유지보수상 애로사항 있음

선정사유

•기중차단기(ACB)는 자연 공기내에서 개방할 때, 접촉자가 떨어지면서 자연소호에 의한 소호방식을 갖는 차단기로 교류 저압이나 직류차단기로 많이 사용

•직류용 차단기로 사용할 경우 단락전류 차단시 개폐시간이 극히 짧고 한류 작용을 나타내 고속도 차단기라고도 함

 

 

차단기의 특징

 

가) 유입차단기(OCB)

- 소호방식 : 절연유의 소호작용으로 아아크 소호(탱크형, 애자형), 가장 일반적

- 차단능력 : 높은 재기전압 상승률에 대해서 차단성능이 거의 영향이 없고, 또한 근거리 고장에 강하고, 탈조

  차단과 같은 높은 회복전압에 우수

- 보수 및 점검 : 기름을 사용하므로 화재 위험성, 보수의 번거로움

-기타 ; 부싱형 변류기 사용이 가능하므로 별도의 CT가 필요없어 경제적

 

나) 자기차단기(MCB)

- 소호방식 : 아아크 차단전류와 자계사이의 전자력으로 아아크를 소호실로 넣어 소호

-차단능력 : 전류절단에 의한 과전압이 발생하지 않고 회로의 주파수로 인하여 차단성능이 좌우되지 않는다. (직류 사용이 가능하지만 사용전압에 한계)

-소음 : 차단기 투입 시 소음이 발생하지만 기기에 충격 가능성

-보수 및 점검 ; 기름을 사용하지 않으므로 화재의 위험성이 없고 소호실의 수명이 길고 또한 분해점검이 간편

  하므로 보수점검의 시간이 단축

 

다) 진공차단기(VCB)

- 소호방식 : 진공 중의 높은 절연내력을 이용하여, 아아크 생성물의 진공 중 급속한 확산을 이용하여 아아크

   소호

- 차단능력 : 차단시간이 짧고, 차단성능이 주파수에 영향 없음

- 소음 : 조작 시 폭발음이 없으므로 저소음 차단기 구현

- 보수 및 점검 : 기름을 사용하지 않으므로 화재의 위험성이 없다

- 기타 : 소형 경량이고, 전극 간 거리가 극히 짧고 소요구동력이 적기 때문에 간단한 조작기구로 충분

 

라) 공기차단기

- 소호방식 ; 발생 아아크를 강력한 압축공기(26kg/cm2)의 힘으로 소호하며, 별도의 콤푸레샤가 필요

- 차단능력 ; 대전류 차단용, 차단시 강제 소호시키므로 이상전압이 발생하므로 개폐저항기와 조합하여 사용

   하며, 회로의 고유주파수에 매우 민감하고, 높은 재기전압에 대한 대책이 필요

- 소음 : 압축공기로 아아크 소호 시 대기로 방출되므로 폭발음이 발생하므로 소음기 부착 필요

- 보수 및 점검 : 기름을 사용하지 않으므로 보수점검이 간단하고 경제적 유지관리

- 기타  : UNIT구조이므로 차단기 직렬 수량을 증가시키면 임의의 정격전압이 얻어지므로 대량생산이 가능   

  (다중차단점)

 

마) 가스차단기(GCB )

불활성기체인 SF6가스의 특징은 안정도가 높은 불활성기체로서 불연, 무취, 무독, 무미의 기체이며, 1기압에서 -62°C에서 액화되고, 비중은 공기의 약 5 배, 절연내력은 공기의 2 ~3배

- 소호방식 ; 발생 아아크를 불활성기체인 SF6 가스 탱크실 내에서 소호 (이중 가스압식, 단일 가스압식)

- 차단능력 : 재기전압 상승률이 작고, 근거리 선로고장 차단,이상 지락차단,탈조 차단능력이 우수하며, SF6

   의 특이한 아크특성으로 전류차단(소전류)에 의한 이상전압의 발생이 없다.

- 소음 : 소호가스를 밖으로 배출하고 않으므로 저소음 차단기 구현

- 보수 및 점검 : 밀폐구조이므로 GAS를 채우거나 빼는데 시간이 걸리지만, 아아크 접촉자의 소모가 적으므

  로 점검 회수 적음

- 기타 : SF6가스의 절연성을 이용하여 변전기기 모두를 SF6속에 넣을 수 있는 장점

         (Gas Insulating Switch Board)-GIB

 

차단기가 이상으로 인해서 차단되면 그 순간 Surge가 발생되며, Surge란 line 또는 회로를 따라서 전달되며, 급속히 증가하고 서서히 감소하는 특성을 지닌 전기적 전류, 전압 또는 전력의 과도파형이다.

 

 

(1) 무부하 충전전류 차단 시 Surge

 

무부하 충전전류의 위상은 진상으로 전압보다 90°앞서고, .충전전류는 차단은 전류가 0일 때 이루어지지만, 이때 선로 측에는 파고치에 상당하는 전위가 잔류하여 이것이 선로를 왕복 반사하여 반 사이클 후에는 차단기 전극 간에 파고치의 5배에 가까운 전압이 걸리게 되어 차단기가 재점호하기가 쉬워진다, .따라서 재점호가 생기면 고조파 진동에따라 높은 충격전압을 발생한다. Surge 전압의 크기는 정상 대지전압의 파고치의 2배에 가까우나 재점호가 생길 경우에는 3~4배,경우에 따라서는 6~7배에 달한다.

 

<방지대책>

가) 재점호를 방지하기 위하여 차단속도를 신속하게 할것.

나) 중성점을 직접접지계통으로 하거나 임피던스 접지계통으로 할 것.

다) 병렬회선 설치

 

(2) 고장전류 차단 시 Surge

 

중성점을 리액터 접지시킨 영상임피던스가 큰 계통에 있어서는 고장전류는 90° 가까운 진상전류이며, 이것을 전류 0에서 차단하면 차단기의 전원 측 전압은 차단 직전 최대 아아크 전압에서 전원전압으로 전이되고. 이때 과도 진동에 의하여 Surge가 발생한다

Surge의 크기는 정상대지전압 파고치의 2배 이하이다.

 

<방지대책>

Surge전압은 대체로 높지 않으므로 특별한 방지책은 필요 없으나 만일 높은 값의 전압이 걸리는 경우에 대비하여 중성점에 저항접지를 실시해야 한다.

 

(3) 변압기 여자전류 차단 시의 Surge

 

차단능력이 큰 차단기로 변압기 여자전류의 작은 전류를 차단하면 전류값이 0이 아니더라도 소호되고 전류는 끊어진다. 그러나 이때 큰 전류변화율과 무부하 변압기의 큰 인덕턴스 때문에 Surge가 발생한다.

 

<방지대책>

가) 여자전류의 값이 극히 작고, 단로기로 충분히 끊을수 있다면, 단로기로 차단한다.

나) 변압기 측에 피뢰기 또는 서지흡수기를 설치한다.

 

(4) 3상을 동시에 투입하지 않을 때의 Surge

 

차단기 각 상의 전극은 보통 동시에 투입되지 않고 근소한 시간적 차이가 생긴다.

이 차이가 약간 심한경우는 정상 대지전압 파고치의 3배정도의  Surge가 발생한다.

이 Surge가 변압기 저압 측에 유도되면 부하 측에 위험을 초래된다

 

<방지대책>

변압기 저압 측에 보호콘덴서나 피뢰기를 설치한다.

 

(5) 고속도 재폐로 시의 Surge

 

고속도 재폐로 방식에서 재폐로 시에 선로 측에 약간의 잔류전하가 있고 ,재폐로 시의 재 점호가 일어나며 큰 서어지가 발생한다.

 

<방지대책>

가) 선로 측에 대지 리액터를 설치하여 잔류전하를 빨리 방전시킨다.

나) 투입 시에 저항을 연결해서 2단 투입방식을 채용한다.

 

※차단기의 투입 및 차단방식에는 투입조작방식과 개폐제어 방식으로 구분한다.

 

(1) 투입 조작방식

 

가) 수동 조작식 - 투입에 직접 필요한 기계력이 인력에 의한 방식으로 정격투입전류가 16KA이하에 적용

나) 스프링 투입 조작방식 - 차단기 투입조작에 직접 필요한 기계력이 스프링으로 저장된 에너지에 따라 주어

     진 방식을 말하며, 일반적으로는 인력으로 스프링을 축전하는 것을 수동 스프링 조작식, 전동기로 스프링

     을 축전하는 것을 전동 스프링식이라 한다.

다) 전기 투입 조작방식 - 차단기의 투입조작에 직접 필요한 기계력이 전자 솔레노이드의 전기에너지로 주어

     지는 조작방식이다. 이밖에 공기조작식이나 유압조작식이있지만 24KV이하의 차단기에는 별로 사용되지

     않는다.

 

(2) 개폐 제어방식

 

가) 전압개폐방식 - 직류 또는 교류제어전원을 사용해서, 보호계전기 또는 제어스위치로 차단기의 조작장치

     를 제어하고,차단기를 개폐하는 방식이다

나) 과전류개폐방식 - 차단기의 주회로에 접속된 2차전원에 따라 차단기가 개폐되는 방식, 변류기 2차전원에

     따라 상시여자해 두는 것을 상시여자방식, 보호계전기를 제어전원작동시만 순시 여자되는 것을 순시여자

     방식이라 한다.

다) 부족전압 개폐방식 - 부족전압 개폐장치에 인가되어 있는 전압의 저하에 따라 차단기가 개폐되는 방식 개

     폐코일이 직접제어 전원에 접속되어 있는 것을 직접식,보호계전기를 통해서 제어전원에 접속되는 것을 간

     접식이라 한다.

(4) 콘덴서 개폐방식 - 충전된 콘덴서의 에너지로 차단기가 개폐되는 방식이다.

 

 

과전류 차단기에 대하여

 

간선이란 인입점, 발전기, 축전기에서 변압기, 배전반 사이의 배전선로 또는 배전반에서 말합니다. 1개 간선에는 많은 분기회로를 포함하게 되므로 간선 고장은 피해가 넓은 범위까지 파급되므로 부하용량에 적합한 간선 크기 및 과전류차단기의 적정용량 시설로 간선을 보호하여야 한다.

 

1) 간선 결정시 고려 요소

- 전선의 허용전류(주위온도 영향,수용율 고려),전선의 전압강하, 기계적 강도, 장차 증설 또는 변경을 위한 여유분 고려, 부하특성에 따른 여유분 고려(고조파분)

 

2) 전선의 허용전류

상시 허용전류-전기기계 기구의 정격전류, 전선의 최고허용온도, 과전류차단기시설에 따른 전류 조건을고려한다.

ⓛ 간선의 허용전류

㉮ 백열등, 전열기, 기타 소형기계기구(전동기200w(1/4HP이하), 소비전류 6A이하-냉장고, 선풍기) - 정격전류의 합 X 1.0배

㉯ 기동전류가 큰 전기기계기구 - 전동기와 같은 기종을 사용할 경우

  50A 이하 : 정격전류의 합 X 1.25배   50A 초과 : 정격전류의합 X 1.1배

㉰ 함께 사용한 간선 허용전류I0는 전동기의 전류와 전열기의 전류가 50A보다 적을 때는 X 1.25배 이고, 50A보다 많을때에는 X 1.1배로 선정을 한다.

㉱ 과전류차단기 부착 및 선택할 경우에는 전열기의 전류 + (전동기전류 X 3)의경우와 전체전류의 합 X 2.5의 경우 중에 전류가 적은 값을 선택한다.

  또한 간선 허용전류 100A 초과시 과전류차단기 정격은 앞전에 있는 내용을 무시하고 직근 근사치의 상위값을 선정한다. (예를들면 146A가 나왔으면 그 근사치인 150A나 175A의차단기를 설정합니다)

㉲ 과전류차단기 설치시 유의사항

- 개폐기 및 과전류차단기는 분기점으로부터 3m이내의 곳에 시설한다.

- 분기선 허용전류가 간선허용전류의 35%초과 55%이내이면 개폐기 및 과전류차단기는 3m넘고 8m이내의 곳

   에 시설할 수 있다.

- 분기선의 허용전류가 간선 허용전류의 55%초과 경우 개폐기 및 과전류차단기는 분기점으로부터 8m를 초과

   할 수 있다.

② 단락 시 허용전류 - 단락, 지락 시 고장전류가 흐르는 시간이 짧은 기간 동안

     (2초 이하)통전 가능한 허용전류.

   ③ 순시허용전류 - 0.5초이내 최대로 허용할 수 있는 순시허용전류

   ④ 간헐부하 허용전류 - 통전 on/Off시 허용전류.

 

3) 배선용차단기(MCCB)

가) MCCB 설치규정 : 상시상태의 전로를 수동 또는 전기조작에 의해 개폐할 수 있고 또한 과부

    하 및 단락사고 시에 자동적으로 전로를 차단할 수 있는 기구로 저압회로의 보호를 위한 자

    동차단기로 설치 의무화

 

나) MCCB의 특성

① 자동트립핑 특성

- 시연 트립핑 특성(열동트립)

: 바이메탈에 의한 열동식, 기동전류나 일시적 과전류에는 동작하지 않는다.

- 순시 트립 특성(전자트립핑)

: 전자석에 의한 전자식 차단기, 단락전류가 흐를 때 순간적으로 회로차단

② 한류요소

단락전류를 그대로 통과시키지 않고 제한하여 소형의 차단기로 큰 차단용량

 

다) 보호협조 <보호방식>

① 선택차단방식:고장회로에 직접 관계하는 보호장치만 동작하고 건전한 회로는 그대로 급전하는 방식

② 후비차단방식(캐스케이드차단방식):주배전반 모선에 접속되는 보호장치만 설치점에서의 추정단락전류이

    상의차단용량을 가지고 급전회로의 보호장치는 추정단락전류보다 작은 차단용량으로 구성

③ 전정격방식:모든 보호장치를 설치점에 흐르는 추정단락전류이상의 차단용량을 지닌 보호장치로 구성

 

라) 보호협조방식

① MCCB와 ACB의 협조

- MCCB의 차단용량이 단락지점에서 단락전류에 대해 부족한 경우 ACB에 의해서 MCCB를 후비보호 시킨

  다.

- 비교적 소용량의ACB와 대용량의 MCCB조합을 한다.

② MCCB와MCCB의협조

- 선택차단방식

-분기의MCCB와주 회로용 MCCB의 동작특성이 교차하지않도록 구성을 한다

-주회로용 MCCB릴레이 시간이 분기의 MCCB전차단시간 보다 길게 설정을 한다.

- 케스케이드보호방식

-분기점 MCCB의 설치점 추정단락전류가 MCCB의차단용량을 넘을 경우 주회로 MCCB에 의해서 후비보호

  하는방식

 

 

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직류전원장치 

구   분

다이오드 정류기

사이리스터 정류기

외    관

 

 

 

 

 

 

기 술 적

적 합 성

•구성이 비교적 간단, 신뢰성 양호

•국내외 전기철도 적용실적 다수

•안정적인 전원 공급, 신뢰성 양호

•부산지하철 적용

경 제 성

•국내생산으로 가격저렴

•해외 수입품, 고장시 부품조달비 고가

선    정

 

선정사유

•국내외 적용실적이 많으므로 기술적으로 적합하고, 국내조달이 가능하므로 경제성 및 유지관리 편리성에서 유리함

 

변 압 기 

구   분

몰 드 변 압 기

유 입 변 압 기

외    관

 

 

 

 

 

 

기 술 적

적 합 성

•난연성, 비폭발성이므로 유지관리가 용이하고 옥내사용에 적합함

•화재위험이 없음

•절연특성이 우수, 안정성이 있음

•소음이 작고 충격 내전압이 높아 차단기 2차측에 별도의 SA를 시설하지 않아도 됨

•일반적으로 옥외에 주로 사용됨

경 제 성

•부피가 적으므로 설치 면적 절감

•유지관리 비용 저렴

•몰드변압기 대비 가격이 저렴함

선    정

 

선정사유

•설치면적이 작고 옥내설치에 적합함

•무인운전 시설이므로 유지관리 편리성을 고려함

 

 특고압 수전 계통 

구   분

구 성 기 기

비   고

수 전 반

•단로기, 차단기, 적산 전력량계용 변성기

•연락변전소는 인근 변전소와 전력송전, 수전이 가능하도록 구성하여 어느 한쪽 변전소 고장시에도 정상 수전 가능

연락 송전반

•연락용 단로기, 차단기반

배 전 반

•변압기용 차단기, 특고압모선

 

전차선 급전계통 

구   분

구 성 기 기

비   고

변압기반

•22.9kV/608V 3권선 변압기

•급전계통의 신뢰도를 향상시키기 위해 변압기와 정류기 및 직류차단기는 각각 예비기 설치

정류기반

•12펄스 다이오드 정류기, 인버터

직류고속차단기반

•DC 750V 급전 차단기, 방면별 분리

직류단로기반

•부극용 단로기 및 연락용 단로기

 

정거장 배전계통 

구   분

구 성 기 기

비   고

변압기반

•22.9-6.6kV 배전용 변압기

•3개 전철 급전 변전소중 1개 변전소 고장시에도 정상적인 전원공급 가능

차단기반

•정거장 배전용 차단기 및 보호계전기

 

소내 보조전원계통 

구   분

구 성 기 기

비   고

변압기반

•22.9kV-380/220V 소내용 변압기

•소내용 변압기는 예비변압기 설치 ATS로 절환

저압배전반

•AC 380V용 MCCB 및 모선 보호 계측장치

 

 

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 지하철의 5대 안전장치

 

 ATS(열차자동정지장치) 

 신호의 기능을 자동화한 것으로 신호장치가 차내에있는 ATC자동제어장치와 최근에는 무인운전이 가능한 ATO자동운전시스템도 있다

 

출입문 연동장치 

 승객이나 물건이 출입문에 끼일 경우 기계적인 DS접점(7.5mm~12.5mm)에 의해 전기적으로 역행이 안 되도록 한 장치

 

 DSD장치(데드맨 S/W) 

 기관사가 졸음이나 신체이상으로 운전이 불가능할경우를 대비해 POWER S/W에 기계적인 접점을 설치한 안전장치

 

 LSR연동(저속도계전기) 

 열차의 속도가 3Km이하 시에만 출입문이 작동되도록 전기적으로 연동시킨 안전장치

 

역내 안내게시기 

 전동차가 역사내로 진입시에 미리 경보부져 및 안내방송을 송출하고 열차가 진입한다는 등을 들어오게 함으로서 승강장사고를 대비한 장치

 

이외에도 신규도입한 PSD(플렛홈 스크린도어)장치가 있으며 일부 구간에서는 EGS(비상접지스위치)장치를 이용하여 전동차를 급히 정차시키고자 할 경우 이를 취급하면 전차선을 단전시켜 전동차를 비상정차 시킬수 있다

 

규정에 의한 지하철의 보안장치 

 신호장치, 폐색장치, 연동장치, 경보장치, 선로전환장치, ATS(자동정지)장치, ATC(자동제어)장치, ATO(자동운전)장치, CTC장치(중앙통제시스템)

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전기철도의 애자 및 방식

 

 

애자의 사용목적

 

전차선로의 애자는 전선 및 진동방지, 곡선당김장치 등의 부속설비를 전주, 빔, 완금등에 지지하는 경우와 전차선을 전기적으로 구분하는 경우, 또한 가동브래킷 등에 직접 지지물과의 절연을 목적으로 사용한다.

전차선로용 애자는 대기 중의 습도, 분진, 매연, 염해 등에 의하여 애자표면이 오손되어 그 표면저항이 저하되므로 누설전류의 증대에 따라 전기적 파괴를 발생시킬 우려가 있다. 이 애자의 파손은 즉시 전기차 운전에 지장을 초래하므로 그 형상은 가능하면 표면 누설거리가 큰 것이 적합하지만 합리적인 절연강도가 되도록 애자를 선정하고 있다.

 

애자의 종별과 사용구분

 

애자의 종별

 

전차선로에 사용하는 애자는 전선의 지지.인류에는 현수애자가 사용되고, 가동브래킷 등에는 장간애자가 사용되며, 과선교 하부등 특수한 개소와 기기의 지지에는 지지애자가 사용되고 있다.

애자에는 절연부의 재질에 따라 자기제, 유리제, 수지제가 사용되고 있다.

 

 

 

현수 애자                                    장간 애자                               지지 애자

 

애자의 사용구분

 

교류전차선로용 애자에서는 오손으로 인한 애자섬락 등을 중점을 두어 절연강도를 정하고 있으며 그 사용구분은 다음과 같다.

 

종 별

사 용 개 소

현수애자

180㎜

부급전선, AT보호선의 지지 또는 인류용, 2중 절연보호 방식의 저압부분

250㎜

전차선, 급전선의 지지 또는 인류용, 곡선당김장치 인류용, 급전선구분용

장간애자

항압용

가동 브래킷 경사 파이프용

인장용

급전선, 가공전차선, 곡선당김장치 인류 및 현수, 가동브래킷 수평 파이프용

오손구간

현수애자

250㎜ 5개

지지애자

SP10

교량, 터널, 구름다리밑 보호선 지지용

SP60

교량, 터널, 구름다리밑 급전선 지지용

 

 

애자의 오손 구분

 

애자의 오손

 

애자가 오손되어 비나 안개에 의하여 습윤을 받으면 애자 연면의 절연이 떨어진다. 이 절연저하 때문에 국부방전이 발생되어 가청 잡음, 라디오, TV장해를 유발시키거나 심한 경우에는 플래시 오버를 일으킨다.

전차선로용 애자는 인가에 접근되거나 운전 승무원이나 여객의 눈에 띄는 일이 많으므로 오손으로 인하여 방전 발광하면 사람의 마음에 불안감을 주는 일이 많아진다.

오손물의 종류에 따라 섬락전압에 미치는 영향이 크게 다르므로 애자의 오손 섬락 특성은 복잡하다. 애자의 오손물은 해염 외에 공장에서 배출되는 여러 가지 화학합성물, 매연, 분진, 국부적이긴 하지만 시멘트가루 등이 있다. 이와 같은 오손물 중에서 애자의 절연에 가장 나쁜 영향을 주는 것은 물에 녹아서 강한 도전성을 나타내는 해염 등의 강전해질이다.

자의 오손대책으로서는 애자의 증결, 애자의 세척, 실리콘 콤파운드도포 등이 있다.

 

(1) 애자의 오손 요인

 

애자 오손에 영향을 미치는 주 인자는 오손원에서의 거리, 지형, 풍향, 풍속, 천후, 강우량, 애자의 형상, 표면상태, 설치위치, 조가방법, 과전전압, 사용기간 등 많은 요인이 있으며 이와 같은 것의 총합이 애자의 오손실태로서 나타난다.

 

(2) 애자표면이 오손되었을 때 일어나는 플래시 오버(flash over) 발생과정

 

가. 애자의 표면은 사용환경에 따라 해염 등의 오손물이 부착되어 오손된다. 이와 같은 부착물은 건조상태에서는 절연에 대하여 악영향을 미치는 일은 없으나 안개, 비, 눈 등에 의하여 습해졌을 때 오손물 중의 염분, 그 외 가용성분이 물에 용해되어 표면 누설저항이 저하되면서 상당한 누설전류가 표면을 흐르게 된다.

 

나. 이 누설전류의 가열효과에 따라 특히, 전류밀도가 높은 곳, 현수애자에서 핀, 캡 주변에 소위 건조대를 형성한다. 그 결과 국부적으로 저항이 감소되어 부담 전압이 높아진다.

 

다. 오손의 정도가 가볍고 건조대에 걸리는 전압이 낮으면, 그 부분에는 방전이 일어나지 않으며 누설전류는 점차 감소되어 절연성은 회복된다. 그러나 오손의 정도가 높은 경우에는 최초 흐르는 전류는 크며, 건조작용이 강하므로 건조대에 걸리는 전압은 높아져서 국부 아크의 발생이 일어난다.

 

라. 국부 아크의 발생에 의하여 건조 부분은 단락되게 되므로 아크방전의 전류를 제한하는 것은 남은 습윤 부분의 저항이므로 아크발생과 동시에 누설전류는 급격하게 증대하게 된다.

 

마. 한편 가열건조 효과도 증대되므로 곧 전류는 감소되고 국부 아크도 소멸된다. 그리고 재차 표면이 습윤하게 된다.

 

바. 이와 같이하여 누설전류 서지를 반복하며, 그 결과 애자표면의 전압분포는 점점 불균등하게 되어 전압의 대부분은 건조부분에 걸리게 되어 아크는 방전의 강도를 더하여 드디어는 습윤부분의 저항이 전류를 억제할 수 없게되어 어느 치에 도달하면 플래시 오버로 진전된다.

 

염진 오손 구분

 

가. 일반지구

해안에서 떨어진 산간, 평야 등에서 특히 염해에 대하여 고려할 필요가 없는 선

 

나. 오손지구

해안으로부터의 거리, 지형, 풍향, 태풍 등으로 습래정도 및 송전선의 염해사고 등으로 보아 상당량의 염해가 예상되는 선구

 

(2) 염진오손구분 및 애자의 표준사용 구분

 

종 별

교 류 (AC 25kV)

일반지구

오손지구

현수애자

250㎜ 4개

250㎜ 5개

장간애자

교류 일반용

교류 오손용

 

(3) 화학공장의 매연 등에 의하여 오손을 받는 개소는 실정에 따라 (1) 및 (2)를 준용한다.

(4) 해수의 물보라 거품 등의 영향을 받는 개소 또는 염분을 포함한 눈이 부착되는 개소 등 특히, 오손이 심하며 또 급속하게 오손이 예상되는 개소에 대해서는 필요한 염해방지 대책을 강구하여야 한다.

 

급속 오손

 

태풍이나 계절풍에 실어서 바다로부터 해염 입자가 날아와 단시간에 애자가 오손되는 현상을 급속오손이라 부르고 있다. 태풍에 의한 것은 바다로부터 수 10[㎞]까지 미치는 것도 있으며 5[㎞]이내에서 많이 발생하고 있다.

 

 

과절연 설계

 

매연이나 분진, 염분의 오손을 고려하여 사전에 애자의 연면 절연을 강화하여 두고, 오손상태에서의 플래시 오버(flash over) 사고를 방지하는 것이 과절연 설계이다.

과절연 설계에는 애자의 증결, 표면누설거리가 긴 특수한 애자의 사용 등이 있으나 오손애자의 플래시 오버 전압은 애자의 표면누설거리에 거의 비례하여 상승한다고 생각되므로 애자의 연결개수를 증가시키는 방법이 일반적으로 채용되고 있다.

 

교류 25[㎸]용 현수애자 250㎜의 경우

 

오 손 구 분

일 반 지 구

오 손 지 구

중 오 손 지 구

설계내전압(㎸/개)

10.3

8.9~7.8

6.7

애자의 개수

3개

3~4개

4개

현재시설 개수

4개

4개

5개

 

 

 

교류 25[㎸]용 장간애자의 경우

 

( )는 이중절연방식

오 손 구 분

일 반 지 구

오 손 지 구

중오손지구

㎸당 소요누설거리 [㎜/㎸]

26

30~33.5

43.5

소요누설거리 [㎜]

780

900~1,005

1,305

현재 시설물 적용 누설거리 [㎜]

1,480

(1,250)

1,480

(1,250)

1,480

적용 오손내전압 [㎸]

30

30

30

 

애자청소

 

오손 플래시 오버(Flash over) 사고방지를 위하여 애자를 정기적, 응급적으로 청소하는 방법이다. 그 방법으로

가. 사람이 손으로 하는 청소

나. 활선애자 청소기로 하는 청소

다. 활선 청소장치에 의한 청소

등이 있으며 일반적으로는 전차선로를 정전시키고 사람의 손으로 하는 청소를 하고 있다.

 

발수성 물질의 도포

 

애자가 오손되어도 습윤에 의하여 표면의 절연이 저하되지 않도록 애자의 표면에 발수성 물질을 도포하여 절연을 유지하는 방법이다. 이 발수성 물질에는 실리콘 콤파운드(Silicone compound)가 널리 사용되고 있다.

 

아연도금의 적용 구분

 

일반의 가선재료는, KS D 8308 용융아연도금 (HDZ) 인데, M14 이하인 볼트류는 나사정도에서 전기아연도금을 적용하고 있다.

이 아연도금의 피막방식 효과는 대기와의 접촉을 차단하는 안정된 산화피막에 의해 발휘된다. 그러기는 하지만 이 산화 피막은, 대기중의 아류산 가스나 염소의 흡수와 강하 매진의 부착으로 파괴되어 우수 등에 의해 유출된다. 이 때문에 그 잔존성이 도금의 내용 년수를 결정하는 요소인데, 환경지역성이 한결같지 않고, 세월과 함께 변화하는 경향이 있어, 내용년수의 설정은 곤란하게 된다.

그러나, 부식이 철 표면에 다다르기 까지, 페인트 도장 등에 의해 재도장을 하면, 본래의 기능이 유지될 수 있으므로 부식면의 색깔이나 거칠어짐 등으로 판단해서 보수를 하고 있다.

아연도금 사용 수명은 부착량에 비례하지만, 국부적으로 도금층이 없고, 소재면이 노출되어 있어도, 그것이 작은 경우는 아연의 희생적 보호작용에 의해, 내식상 그다지 영향은 없다.

아연도금의 색은 금속광택이 있는 것이 좋으나, 회색이라도 일반적으로는 그다지 영향은 없다.

 

아연도금의 추정 내용년수

 

도금부착량

 

대기폭로환경

400g/㎡

500g/㎡

600g/㎡

부식량

[g/㎡/년]

내용년수

[년]

부식량

[g/㎡/년]

내용년수

[년]

부식량

[g/㎡/년]

내용년수

[년]

중공업지대

40.1

9

40.6

11

40.1

13

해안 지대

10.8

33

10.9

41

10.8

50

교외 지대

5.4

67

5.2

86

5.2

104

도시 지대

17.5

21

17.7

25

17.7

30

 

비고 1. 일본용융아연도금협회(1964~1974년)대기폭로 시험결과 계산 의거

        2. 추정내용년수는, 도금피막의 90%가 소모되는 기간으로 표시.

 

화학공업의 부식성 유해가스

 

위 표는 몇 개의 시험 데이터로 금속선의 내식성을 비교 한 것인데, 아류산 가스에 대해서는 알루미늄계가 동계보다 낫지만, 해수에 대해서는 동계가 낫다.

큰 부식성을 가지는 알루미늄이, 실용적으로 내식성 금속으로 볼수 있는 것은, 표면에 자발적으로 물에 녹지 않는 산화 피막을 형성하고 그 때문에, 이후는 피막에 의해 내부가 보호되고 있기 때문이다.

 

염진해 등

 

애자나 전기재료 등의 열화는 자연조건 등 여러 가지 조건에 의한 경년열화 외에, 공장의 배연, 디젤 기관차의 매연, 시멘트 공장에서 배출되는 시멘트 비말, 해안지대의 염분 등에 의해 화학변화를 초래하는 부식과 이들로 부터의 부착상태에서 전기적 작용이 가해졌을 때의 열화 등이 있다. 특히, 이러한 피해가 있는 구간에 있어서의 전기재료(애자, 전선 등)의 사용은 필요에 따라서 오손, 열화, 부식 등을 경감하도록 대책을 시행할 필요가 있다.

 

해안에 접근한 구간

 

해안지대에는, 염분에 의한 전선류의 부식이나 애자의 절연열화가 일어난다. 전선류에 부착된 염분이 가져오는 화학변화에 의한 부식은 표와 같이 동 이외는 부식 속도가 증가하고 있다. 또한 애자는 염분부착에 의해 절연특성이 표와 같이 저하한다. 특히 애자는 태풍 등에 의해 단시일에 급속 오손 되어 절연열화에 의한 급전지장을 초래한 사례가 많다. 염해 발생의 원인은 기상상황 및 지형조건의 둘로 대별할 수 있다.

기상조건에 의한 염해에 대해서는 풍향, 풍속, 강우 등에 의한 직접염해의 경우와, 바람의 영향은 없고 이미 염분 입자가 부착되어 있어, 강우, 안개, 이슬 등에 의해 적당한 수분이 가해져 염해 발생이 될 경우 등을 생각할 수 있다.

지형조건에서는 바다로 둘러싸인 환경이나, 계절풍, 태풍에 의한 염의 습래빈도에 의한다.

 

 

누 설 전 류 [mA]

애 자 염 분 부 착

금 속

부 식 속 도 [㎜/년]

염분부착

[kg/㎠]

장간애자

현수애자

250×4개

현수애자

250×5개

전원지대

해상

공업지대

A

Cu

Fe

Pb

0.001

0.023

1.5

0.019

0.11

0.023

2.0

0.020

0.08

0.045

5.0

0.022

0.01

0.03

0.05

0.10

0.35

30

80

110

175

550

25

45

65

110

225

15

30

45

85

200

 

공장 등의 매연구간

 

공장지대에 의한 배연 디젤 기관차의 매연 등의 불용성 물질이 전기재료의 표면에 고착되어, 우세 등의 세정작용을 둔화시키며, 또한 수분을 흡수하여 누설 전류를 증대시키고, 절연열화나 부식이 생기어 결국 파괴하게 된다. 따라서, 다음의 오손지구는 대책을 강구할 필요가 있다.

1. 디젤기관차 병용 터널 구간

2. 디젤 기관차의 장시간 정거개소 및 정거장구내

3. 구배등에 있어서 디젤기관차 역행구간

 

이종 금속의 조합에 의한 부식특성

 

이종금속의 조합에 의한 부식 특성은, 피접촉 금속과 접촉금속 상호간의 여러 가지 접촉면적에 대한 특성을 일괄하여 표현한 것이며, 2종류의 금속이 접촉하고 있는 개소가 염분등 전해질의 용액에 접촉하면, 거기에서 국부전지가 구성되어, 그 용액중 금속의 전극전위에 따라서 전위가 높은 금속(비금속)이 양극이 되어, 용해, 부식한다.

 

주요 접촉부식의 원인

 

1. 수분 부착의 영향

접촉 부식은 일종의 전기분해작용이며, 수분이 전해질이 되므로 물이 없으면 부식은 발생하지 않는다.

2. 분진, 매연, 염분 등의 부착 영향

금속표면에 이것들이 부착되어 있으면 수분을 흡수하므로, 전해질을 얻게되어 전기분해를 일으킨다. 더구나, 부착물의 수용액이 전도도가 높을 수록, 또는 그 농도가 진할수록, 부식은 가속화 된다.

3. 2종 금속 조합의 영향

각 금속은 각각 고유 이온화 경향을 가지고 있고, 일반적으로 이온화 경향이 큰 금속일수록 부식되기 쉽다. 또한 2종 금속을 조합할 경우, 양자의 이온화 경향의 차가 적을 수록 부식은 작다.

4. 전계, 누설전류의 영향

직류회로에서는, 2금속간에 직접 주전류가 흐르면 전식이 커지므로, 금속재료의 선정은 신중하게 하여야 한다. 또한, 부하전류에 의한 전계 및 누설전류에 의한 부식이 일어나지만, 일반적으로 부식량은 근소하다.

5. 온도의 영향

화학변화는 모두 고온이 될 수록 촉진된다. 이종금속접촉에 의한 부식도 일종의 전기화학변화이고, 고온이 될 수록 부식의 진행은 빠르게 된다.

6. 접촉부식에 의한 부식량은 부식 전류밀도에 비례하므로, 금속간의 전극 전위차가 클수록 부식량은 많아진다. 실용 금속에 있어서 접촉부식의 관계를 나타낸 것이 표다.

그러나, 이 접촉부식량은, 부식 전류밀도와 접촉면적과의 관계로 다르기 때문에, 이종금속조합에 의한 금구류의 설계 시공에 있어서는, 접촉면적을 고려하는 것이 중요하다.

 

식염수중에서 측정한 전극전위 [V]

종 별

전극전위

종 별

전극전위

Mg 합금

-1.71 ~ -1.66

Pb

-0.96 ~ -0.55

Zn

-1.00

Sn

-0.49

순 Aℓ(99.95%)

-0.85

직강 (60~40)

-0.28

Aℓ 합금

-0.96 ~ -0.68

Cu

-0.20

Cd

-0.82

18-8 스테인리스강

-0.15

Fe

-0.63

Ni

-0.07

 

 

접촉부식의 방지법

 

1. 이금속 경계면에서 수분이 없으면 부식이 일어나지 않으므로, 경계면에 물이 괴지 않는 구조로 한다.

2. 경계면의 도장, 피복 등으로 수분을 차단한다. 또한 다소의 수분이 있더라도 도장 등에 의해, 이금속간의 거리가 멀어지면 전위경도가 낮아지므로 부식량은 감소한다.

3. 원칙적으로 전극전위가 접근한 것을 선택한다.

4. 중간 금속을 넣은 것으로, 이금속 상호간의 전위차를 줄여서, 부식을 감소시킨다.

5. 양극 금속의 표면적을 음극 금속에 비해 크게 해서, 양극의 전류밀도를 줄이는 것으로 부식을 감소시킨다.

6. 염수 등의 전도도가 높은 물이 부착되면, 부식이 커지므로, 공.염해지구는 주의를 요한다.

 

 

 

응하중장치 (應荷重裝置)를 설명하시오.


1. 개요

가. 응하중 장치는 공기 스프링이나 축중변에서 검지한 차량의 하중에 대응하여 역행 주회로 전류 전기 브레이크 전류 공기 브레이크 압력등을 자동적으로 증감시키어,

나. 항상 차량의 하중에 대응하는 역행력 또는 브레이크력을 구함으로써 하중에 관계없이 거의 일정한 가속도 감속도를 얻도록 하는 장치이다.

 

2. 응하중 기능 (Variable Load Function)

가. 대부분의 차량은 응하중제어를 실행하며 전자 밸브 사용 방식을 많이 사용한다.

나. 차체의 하중을 탄성장치의 변위량으로 검출한다.

다. 이 하중에 대응하도록 한다.

라. 또한 한류 계전기 회로에 직렬로 접속된 가변 저항기 저항값을 변화 시키는 방법으로 한류 계전기의 한류치를 조정하여 역행 및 브레이크 시 전류를 승객하중에 대응하여 제어한다.

 

1. 개요

가. 응하중 기능은 공전변환회로(두개의 공기스프링 압력으로부터)에 의한 두개의 하중감지신호의 평균에 의한 차량중량과 제동지령의 합을 연산하여 혼합된 연합지령을 주제어장치(회생제동회로)와 공기제동작용 장치에 전송한다.

나. 공기스프링이 파손하거나 공전변환회로의 출력이 공차의 신호보다 적을 때, 적어도 소요 공기제동력이 공차의 80%에 상당하는 제동력이 확보 될 수 있도록 하고,

다. 공전변환회로의 출력이 만차 신호보다 많은 때도, 소요공기제동력이 만차의 120%에 상당하는 제동력이 생성될 수 있도록 이 회로는 구성되어 있다.

라. 또한, 이 기능은 응 하중신호를 주제어장치의 추진회로에 보낸다.

 

2. 적용

가. 차량의 하중이 증가함에 따라 제동율이 저하되는 곳을 보상해 주기 위해 대차의 볼스타 스프링 높이의 변화에 따라 하중의 변화를 감지하여 같은 감압량에서도 승객의 증/감에 따라 제동실린더 압력이 자동적으로 증/감 될 수 있도록 응 하중장치를 설치하여

나. 승객의 변화에 관계없이 동일한 감속도가 얻어지도록 되어있다. VVVF 전동차의 제동장치는 응 하중장치를 갖고 있기 때문에 승객이 많아서 차량중량이 무거워지면 같은 감압량이라도 제동력은 크게 된다.

다. 이것은 차량중량이 무거워짐에 따라 대차 스프링의 변위가 커지는 것을 측중변이 검출하여 응하중변에 이 정보를 보내 응하중변이 변환기에 가는 공기를 자동 조정하기 때문이다.

 

 

전력기술관리법에 따른 전기공사 감리원의 수행업무를 기술하시오.

 

1. 개요

가. 감리란 건축주 및 설계자의 의도를 공사의 착공에서 준공에 이르기까지 감독, 지도, 확인, 검토를 시행하여 건설의 원하는 목표를 차질 없이 완수하는 중요한 과정으로서 다음의 FLOW에서 표시하는 부분이다.

                       

기본설계


                                ↓  승인

                       

실시설계


    공사발주   ↓                                ↓    감리시행

       

시  공

              

감  리


                                ↓

                       

준  공


나. 감리의 법적 근거

1) 전력기술관리법에 의한 감리 → 법 제 12조 및 동법시행령 제 20조

2) 건축법에 의한 공사감리 → 법 제 21조 및 동법시행령 제 19조

3) 건설기술관리법에의한 책임감리 → 법 제 27 조 및 동법시행령 제 52 조

 

2. 감리자가 수행하여야할 사항

가. 감리대상

1) 전력기술관리법에 의한 공사감리

동법 시행령상에서 정하는 단서조건의 감리 제외 대상을 제외한 모든 전력시설물 설치 및 보수공사

2) 건설기술관리법에 의한 책임감리

국가, 지방자치단체, 정부투자기관 및 대통령령으로 정하는 기관이 발주하는 일정규모 (공사비 50억원 이상) 이상의 건설공사

3) 건축법에 의한 공사감리

가) 종합공사감리 : 주택건설촉진법에 의한 공동주택

나) 상주공사감리 : 건축법에 의한 상주감리 대상물

다) 일반공사감리 : 기타 건축물

나. 감리자의 수행업무내용

일반적으로 감리자는 공사가 설계도서, 기타관계 서류의 내용대로 시행되고 있는지의 여부를 확인하고 품질관리, 공사관리, 안전관리, 행정관리, 환경관리 등에 대한 기술지도를 하여 발주자의 위탁에 따라 발주자로부터 감독의 권한을 대행하는 것으로서 전력기술관리법에서 정한 감리원의 업무내용은 다음과 같다

1) 공사계획의 검토 

2) 공정표의 검토

3) 발주자, 공사업자 및 제조자가 작성한 시공 설계도서의 검토,확인

4) 공사가 설계도서의 내용에 적합하게 행하여 지는지에 대한 확인

5) 전력 시설물의 규격에 관한 검토,확인

6) 사용자재의 규격 및 적합성에 관한 검토,확인

7) 전력시설물의 자재 등에 대한 시험성과에 대한 검토 확인

8) 재해예방대책 및 안전관리의 확인

9) 설계변경에 관한 사항 검토,확인

10) 공사진척 부분에 대한 조사 및 검사

11) 준공도서의 검토 및 준공검사

12) 하도급에 대한 타당성 검토

13) 설계도서와 시공도면의 내용이 현장조건에 적합한지 여부와 시공 가능성 등에 관한 사전검토

14) 기타 공사의 질적향상을 위하여 필요한 사항으로서 통상산업부령이 정하는 사항

 

3. 결  론

가. 감리자는 설계의 내용을 정확히 파악하여 공사의 품질을 향상시키는 중요한 위치에 있다.

나. 시공과정 중 각종사항의 확인 검토를 통하여 기술검토 및 지도를 시행하는 등 그 업무의 내용과 권한이 법적 지위가 점차 증가되는 실정에 있으나 감리원의 질적 향상이 시급한 현실이며 또한 전력 시설물의 감리에 임하는 감리자의 책임이 막중하다고 할 것이다.

 

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