양회장 블로그

단로기

전차선로의 DC 1500[V] 선로개폐를 위해 사용되는 수동 LEVER 조작단로기로서 전력의 무부하 시에만 개로와 폐로를 할 수 있으며 부하전류가 흐르고 있을 때는 절대로 취급해서는 안된다.

단로기의 정격은 DC 1500[V], 3000[A] 이다.

1. 구성과 재질

1) 단로기 본체

(1) 구 성

접촉부, Blade, 지지애자, 단로기 Base, 단자 취부부 및 Lever 조작장치로 구성되어 있다.

(2) 구 조

조작 시의 충격하중 및 단로 시의 전자력에 충분히 견딜 수 있고 최대풍속 35[m/s] 의 풍압하중에도 충분히 견딜 수 있는 강도로 되어 있으며 반복개폐 조작에 의하여 접촉압력의 변화 및 접촉부의 소모가 없도록 구성되어 있다. 

(3) 단로기 Base 재료는 KSD-3503 (일반구조용 압연강재)의 2종 이다

(4) 구분용 단로기는 접지장치를 구비하고 단로기 개방 시 2차측이 접지되는 구조이어야 한다.

(5) 조작장치에는 “자물쇠” (Locking Device)를 구비하여야 한다.

(6) 단자판 취부의 형상은 KSC-2618 (압축단자)에 의한 단자의 취부에 적당한 형상이어야 한다.

단로기 구조

2) 조작장치

(1) 조작 ROD 의 재료는 KSD-3507 (배관용 탄소강관) KSD-3561 (마봉강) 또는 이와 동등 이상품 이어야 한다.

(2) 조작 Handle 의 조작은 수직 조작형으로 하고 하향을 투입방향으로 한다.

(3) 조작장치에는 보조개폐기를 구비하여야 하며 이 개폐기는 2개의 Normal Open 과 2개의 Normal Close 접점이 있어야 한다.

(4) 금속부분으로서 녹이 생길 우려가 있는 부분은 용융 아연도금을 하여야 한다.

(5) 조작장치에는 볼트조임 접지단자 (22-60mm2전선 취부용)를 구비 하여야 한다.

2. 성 능

1) 단로기는 검사없이 3,000회의 개폐동작을 하고 매 1,000회 마다 간단한 검사만을 하여 10,000회 이상 견디어야 하며, 전류조건에 아무 이상이 없어야 한다.

2) 단로기는 각부와 대지간, 동상간의 극간에 상용주파 시험 전압 20[KV], 1분간 충격시험 전압 50[KV] 에 견디어야 한다.

피뢰기

피뢰기는 전차선로와 대지간에 설치하여 뇌와 개폐조작에 의해 전차선로에 이상전압(낙뢰 또는 개폐 시 발생하는 전압)이 가해진 경우에 신속하게 절연강도가 약한 곳을 파괴함으로서 뇌 등이 대지로 방전하여 이상전압이 전차선로의 절연물에 피해를 주지 않을 정도로 경감시켜 전차선로를 보호하는 것과 동시에 방전후에도 가선전압에 의해 계속하여 대지로 흐르는 전류를 차단하여 전차선로의 안전을 도모할 수 있도록 뇌 또는 이상전압의 통로를 특별히 만들어 주는 보호장치이다.

피뢰기는 방전전류가 클수록 이상 전압의 파고치를 경감함으로 방전용량이 크고 더욱이 속류 차단능력이 우수한 것이 필요하다. 피뢰기는 일반적으로 직렬갭과 특성요소로 구성되어 있다.

1. 구비조건

1) 이상전압의 침입에 대하여 신속하게 방전특성을 가질 것

2) 방전 후 이상전류 통전 시의 단자전압을 일정전압 이하로 억제할 것

3) 이상전압 처리 후 속류를 차단하여 자동회복하는 능력을 가질 것

4) 반복동작에 대하여 특성이 변화하지 않을 것

2. 피뢰기의 종류

1) 갭저항형(Gap Resistance Type)

2) 밸브형(Valve Type)

3) 밸브저항형(Valve Resistance Type)

4) 갭레스형(Gapless Type)

3. 피뢰기의 구성

기존 피뢰기는 모두 직렬갭과 특성요소 등으로 구성되는 밸브저항형이 대부분이다. 그러나 특성요소를 기존의 Sic특성요소에서 금속산화물 특성요소로 바꾸어 사용함으로써 그림과 같이 뛰어난 비직선 저항곡선으로 직렬갭이 선로와 절연을(정격전압에 보통 100A전후) 할 필요성이 없어져 직렬갭을 생략하고 금속산화물 특성요소만을 포개어 애자속에 봉입함으로서 기존 피뢰기에 비하여 아주 작게 소형화할 수 있고 가격도 낮출 수 있는 효과를 가져오고 있다.

1) 피뢰기는 본체, 급전선 연결금구 및 접지단자, 지지금구로 구성되어 있다.

2) 구조는 충분한 내구성이 있고 취부가 용이하여야 한다.

3) 피뢰기의 각부는 뇌, 풍압 등에 대하여 기계적인 강도가 충분하여야 한다.

4) 급전선 연결금구 (동선과 Al 선)의 접속부분은 부식을 방지할 수 있도록 해야 한다.

5) 급전선 연결단자는 38[㎟], 접지단자는 22∼38[㎟]까지 연결할 수 있어야 한다.

4. 피뢰기의 정격

피뢰기의 정격전압이란 그 전압을 선로단자와 접지단자에 인가한 상태에서 소정의 단위동작 책무를 소정의 회수로 반복 수행할 수 있는 정격주파수의 상용주파전압의 최고한도를 규정한 값(실효치)를 말한다.

피뢰기의 정격전압은 공칭전압을 1.1로 나눈 것에 1.4배한 것을 말하는데 다음과 같다.

                           22(KV) × 1.4

피뢰기의 정격전압 = -------------------- = 28(KV)   ( 22[㎸]인 경우)

                                  1.1

피뢰기의 정격전압

피뢰기의 정격

☆ 내선규정에서 22.9㎸-Y는 배전선로용을 적용하여 18㎸급 2,500[A]를 선정한다.

5. 갭레스형의 주요특성

1) 방전갭이 없으므로 구조가 간단하고 소형 경량화 할 수 있다.

2) 소손 위험이 적고 피뢰기의 부합된 뛰어난 성능을 기대할 수 있다.

3) 속류가 없어 빈번한 작동에도 잘 견딘다.

4) 속류에 따른 특성요소의 변화가 적다.

5) 직렬갭이 없어 특성요소 만으로 절연되어 있으므로 특성요소의 사고 시 단락사고와 같은 경우로 연결될 수 있다.

피뢰기의 성능

6. 피뢰기의 구성

일반적으로 피뢰기는 그림에서와 같이 직렬갭과 특성요소(비직선저항체)로 되어 있는 단위소자를 필요개수 만큼 포개서 애자 속에 밀봉한 구조를 가지고 있으며 필요에 따라 실드링을 부착한다.

1) 직렬갭(주갭)

직렬갭은 정상전압에서는 방전을 하지 않고 절연상태를 유지하지만 이상과전압 발생 시에는 신속히 이상전압을 대지로 방전해서 이상과전압을 흡수함과 동시에 계속해서 흐르는 속류를 빠른 시간내 차단하는 특성을 가지고 있다.

2) 특성요소

특성요소는 탄화규소입자를 각종 결합체와 혼합하여 모양을 만든후 고온도의 용광로속에서 구워낸 것으로 비저항 특성을 가지고 있어 밸브저항체라고도 한다.

뇌서지 등에 의한 큰 방전전류에 대해서는 저항값이 작아져서 제한전압을 낮게 억제함과 동시에 비교적 낮은 계통전압에서는 높은 저항값으로 속류 등을 차단하여 직렬갭에 의한 차단을 용이하게 도와주는 작용을 한다.

7. 제한전압 및 속류(Follow Current)

1) 제한전압

피뢰기의 방전 중 과전압이 제한되어 양단자 사이에 잔류하는 충격전압이며 방전전류의 파고치 및 파형에 의해 정하며 제한전압의 규정치는 파고치로 표시한다.

2) 속류(Follow Current)

방전현상이 실질적으로 끝난 후 계속하여 전력계통에서 공급되어 피뢰기에 흐르는 전류를 말한다.

8. 피뢰기의 설치 및 접지

1) 설치

전기설비기술기준에서는 “고압 및 특별고압의 전로 중 다음 각호에 열거하는 곳 또는 이에 근접한 곳에는 피뢰기를 시설하여야 한다.”라고 정의하고 있다.

따라서 시설하여야 하는 장소는 다음과 같다.

(1) 발전소․변전소 또는 이에 준하는 장소의 가공전선 인입구 및 인출구

(2) 가공전선로에 접속하는 제32조의 배전용 변압기의 고압측및 특별고압측

(3) 고압 및 특별고압 가공전선로로부터 공급을 받는 수용장소의 인입구

(4) 가공전선로와 지중전선로가 접속되는 곳

일반적인 도시철도 급전선로에서는 피뢰기의 설치간격은 500[m]를 표준으로하여 시설되어 있고 대전도시철도도 여기에 따른다.

2) 접지

피뢰기의 접지는 전기설비 기술기준에서는 제1종 접지공사를 하도록 규정되어 있으며 설치간격은 500[m]를 표준으로 접지저항은 10[Ω]이하로 되어 있다. (직류구간의 피뢰기는 30[Ω]까지 허용하고 있다.)

제1종 접지공사에 사용되는 접지선을 사람이 접촉할 우려가 있는 장소에 시설할 경우에는 다음과 같이 한다.

(1) 접지극은 지하 75[㎝] 이상 깊이에 매설한다.

(2) 접지선을 철주 기타 금속체에 따라 시설할 경우에는 접지극을 지중에서 그 금속체로부터 1[m]이상 떼어 매설한다.

(3) 접지선은 지하 75[㎝]에서 지표상 2[m] 까지의 부분을 합성수지관 또는 이와 동등이상의 절연효력 및 강도가 있는 것으로 덮을 것.

(4) 접지선에는 절연전선(옥외용 비닐절연전선을 제외), 켑타이어 케이블또는 케이블(통신용 케이블 제외)을 사용할 것. 다만, 접지선의 지표상 60[㎝]를 넘는 부분에는 그러하지 아니할 수 있다.

애자(Insulator)

전기계통에서 도체와 부도체간의 절연이 대단히 중요하므로 이 절연을 위하여 자기질로서 강도가 크고 절연성이 우수한 애자를 사용한다.

전차선로의 애자는 가선 및 곡선당김장치, 진동방지장치 등의 부속설비를 전주, 비임, 완철 등에 지지하는 경우 또는 가선구분의 경우에 사용되는 외에 지선 기타 무가압 전선에 사용되고 있다.

이외에도 가동브라켓 등에서 직접 지지물의 절연용으로서도 사용된다. 전차선로에 사용되는 애자는 대기중의 습도, 먼지, 매연, 염해(鹽害)등에 의해 애자표면이 손상되면 그 표면저항이 저하하여 누설전류가 증대됨에 따라 전기적인 파괴를 일으키는 일이 있는데 이 애자의 파손은 바로 전기운전에 지장을 미치므로 그 형상은 가급적 전기의 표면누설(表面漏洩) 거리가 큰 것이 좋다.

전차선로에 사용하는 애자는 원칙적으로 현수애자와 장간애자를 사용한다.

1. 현수애자

현수애자는 공사시공 및 보전관리가 용이할 뿐만 아니라 지지애자와 같이 지지물에 고정시켜 설치되어 있지 않으므로 애자의 휨모멘트를 받지 않아 균열될 염려가 없다.

그리고 애자의 형상을 임의로 선택할 수 있으므로 널리 사용되며 가공전차선의 인류, 전차선의 구분, 급전선 및 부급전선의 지지나 인류 등에 사용하고 있다.

현수애자는 자기부의 외경의 대소에 의해 254[㎜], 180[㎜], 102[㎜]로 분류하는 외에 가선 지지금구부의 형상에 의해 아이, 크레비스, 카프링 등으로 분류한다.

1) 구성과 재질

각 애자의 구성과 재질은 다음과 같으며 사용별 장소에 따라 취급에 주의를 요한다.

애자의 성능표

2) 180㎜ 애자

지상의 카테너리구간에 사용하는 애자로서 차량기지용과 본선용으로 나누어진다.

(1) 구조

(가) 차량기지용

차량기지용 180㎜애자 구조

(나) 본선용

차량기지용과 각 부분의 치수는 비슷하나 애자 아래 부분이 차량기지용과 다르다.

본선용 180㎜애자 구조

3) 254㎜애자

도시철도 차량기지의 장력조정장치, 급전선인류에 사용되는 애자로서 다음과 같다

(1) 구조

254㎜ 애자

4) 254㎜ T-Bar지지애자

도시철도의 본선 지하구간에 사용되는 애자이다.

254㎜ T-Bar지지애자 구조

5) 102㎜ 애자

도시철도의 본선 지하구간에 사용되는 애자이다.

100㎜ 애자 구조도

2. 장간애자

장간애자는 가동브라켓과 조합하여 사용되는 자재로서 뒷장의 지지물에서 자세하게 설명하기로 한다.

3. 애자의 보전상 주의

애자의 섬락파괴는 전기운전에 직접 영향을 미치므로 애자의 관리에는 충분한 주의를 해야 한다.

애자의 관리는 애자 자체의 오손열화에 의하는 것과 자기부분의 균열, 설치부 금구의 이상에 대한 관리로 분리한다.

전기적, 기계적 구분장치의 요구조건

1. 충분한 절연성을 가질 것

(1) 절연이 완전하고 전류가 누설되지 않을 것

(2) 판타그래프 통과 시 아크가 완전하게 소멸되고 아크에 의한 절연파괴가 없을 것

2. 판타그래프의 통과에 지장이 없을 것

(1) 가볍고 집전 상 경점이 되지 않을 것

(2) 판타그래프 통과 시 동요가 적고 적정한 압상량을 가질 것

3. 가볍고 기계적 강도가 클 것

(1) 전차선로에는 상당히 큰 장력이 걸려 있고 열차의 통과 시 진동에 의해 구분장치의 피로가 누적되므로 충분한 기계적 강도가 필요하다.

(2) 전차선, 조가선의 기계적 성능과 상호 협조가 이루어질 것

라. 그 구간을 운전하는 열차의 속도에 대응할 수 있을 것 등이며 기계적 구분장치는 온도변화에 따른 전선의 신축으로 인한 가선의 늘어짐 및 과도한 장력을 방지하기 위하여 전차선을 적절하게 일정한 길이로 인류하도록 설비되어 있다.

구분장치의 종별 및 그 구분사용은 그 구간을 운전하는 열차의 속도에 대응할 수 있는가 등을 고려하여 정하고 있으며 운전속도가 높은 본선에는 직류 및 교류구간 모두 집전상 경점으로 되지 않는 에어섹션을 채용하고 교류구간의 이상(異相)구분용 및 교․직류구분용에는 수지제(FRP)의 데드섹션을 사용하고 있다.

또 건널선 및 측선에 설치하는 구분장치로는 섹션인슈레이터를 채용하고 직류구간에는 수지제(FRP)을 사용하고 교류구간에는 애자형 또는 수지제(FRP)를 설치장소 등에 따라 사용하고 있다.

일반적으로 에어섹션이 열차의 속도에 대한 특성은 가장 좋은 것으로 알려져 있으나 아크에 대한 성능이 문제 시 되고 있다.

4. 전기적 구분장치의 설치위치

구분장치가 시설된 개소에서 전동차가 정차한 경우 양쪽의 전차선을 판타그래프가 단락된 상태에서 어느 쪽이든 가압된 한쪽으로부터 집전할 경우 판타그래프를 사이에 두고 아크전류가 흘러 가끔 전차선의 단선과 조가선의 소선단선을 야기 시키는 경우가 있으며 또한 이로 인하여 단전구간에서 보수작업을 하는 작업원이 감전사고로 다칠 위험이 있다.

이를 피하기 위하여 구분장치의 위치를 전동차가 정차할 가능성이 없는 개소에 설치하도록 전차선로 시설규정에서 규제하고 있으며 근래 수송력증가에 따라 폐색신호기 등의 증설이 시행되고 있어 신호기와 구분장치의 위치관계 규제가 필요하다.

1) 구분장치의 바로 아래에 판타그래프가 정지하는 것을 피한다.

- 구분장치의 바로 아래에 판타그래프가 위치할 경우 단전구간과 급전구간의 단락이 될 수 있으므로 주의한다.

2) 상향구배 역의 출발지점 부근 등의 역행구간을 피한다.

- 전동차의 출발 시나 상향구배에서 역행전류가 증가하므로 아크가 발생될 우려가 많으므로 이를 고려하여야 한다.

- 구분장치가 시설된 개소는 특별한 유지보수가 필요하여 작업원의 점검이 많은 관계로 보수차를 정차해 놓고 작업을 하는데, 구배가 있을 시 보수차의 미끄러짐에 주의해야 한다.

3) 보수의 측면에서 곡선, 터널, 교량상 등을 피한다.

전차선로의 어느 일부에서 지락, 단락 등의 사고가 발생한 경우 또는 작업상 전차선로의 일부분을 정전한 경우에 전 구간 또는 장구간에 걸쳐 급전을 정지하고 전기운전을 정지하는 것은 불합리하다.

이와 같은 불합리한 점을 없애고 열차의 운전계통 사고 시의 구분 및 보수작업의 정전구간 확보 등을 미리 예상하여 사고 발생시에 대하여 전기운전의 영향을 최소한으로 할 수 있도록 전차선을 섹션으로 구획함과 동시에 급전선은 전차선의 각 구획마다 단독으로 급전 또는 급전정지가 가능하도록 급전계통을 분리하여야 한다.

4) 운전계통별, 상하선별, 방면별 분리

급전계통은 원칙적으로 운전계통별, 상하선별, 방면별로 분리하고 그 구분 및 연락은 변전소, 급전구분소 및 보조 급전구분소에서 차단기 또는 개폐기로 행한다.

사고 시에 전기운전에의 영향을 최소한으로 한다는 원칙에서 운전계통별, 상하선별 등으로 구분하고 이들을 분리하며 공히 사고점을 분리하여 건전한 부분에는 타 계통 등으로부터 항상 급전 가능하도록 하여야 한다.

이와 같은 역할을 맡고 있는 것이 구분장치, 차단기 및 단로기 등이다.

5) 주요역내의 본선과 측선의 분리

사고 시에 사고구간의 단선운전 또는 부분운전을 위하여 주요역내의 전차선을 구분장치로 분리, 방면별 또는 상하선별로 타의 급전계통으로 부터도 상호급전 가능하도록 연락용 개폐기 등을 설치하므로서 운전지장 시간을 최소한으로 하는 것이 가능하다.

6) 주요역구내의 본선과 측선의 분리

주요한 역구내의 측선을 본선으로부터 분리하여 적당한 군으로 구분 하므로서 본선 또는 측선의 사고 시에 상호 지장시간을 최소한으로 하는 것이 가능하고 정전작업 구간의 확보가 비교적 용이하다.

7) 검사고 및 전기기관차 차고 구내는 차단기 트립 등의 장해가 비교적 많아 이들이 운전에 미치는 영향 또는 본선계의 사고로 구내의 차량검수, 입출고등에 주는 영향 때문에 본선으로부터 분리할 필요가 있다.

신호기와 전기적 구분장치의 관계위치가 부적당할 경우 신호기의 정지현시에 의하여 정차한 전동차의 판타그래프가 섹션위치에서 정지하게 되면

- 전동차는 기동불능으로 되고 열차운전이 불가능하게 된다.

- 정전작업 또는 사고복구 작업의 경우 편측 정전 시 전동차의 판타그래프가 섹션위치에 걸려 단락되면 전차선의 단선, 용손사고 또는 작업원의 감전사고가 발생한다.

이 때문에 해당구간에 진입하는 전동차를 섹션의 전방에서 정차시킬 필요가 있다든지 그 설치위치에 전동차 판타그래프가 정차할 가능성이 없는 곳에 설치하는 것이 필요하다.

8) 복선구간의 장내신호기 부근에 설치하는 구분장치의 설치위치

복선구간에서 장내신호기 부근에 설치하는 구분장치는 장내신호기의 위치와 일치시키거나 또는 내측에 설치한다.

9) 복선구간의 출발신호기 부근에 설치하는 구분장치의 설치위치

복선구간에서 출발신호기 부근에 설치하는 구분장치는 입환을 행하는 역 끝단의 분기기로부터 열차의 길이에 50[m]를 더한 길이 이상 이격한 위치에 설치한다.

또한 이격거리를 둔 경우, 구분장치와 그 전방의 폐색신호기까지 의 거리가 당해해 선로구간을 운전하는 열차의 전기적으로 접속하는 집전장치간의 거리중 최대의 것에 50[m]를 더한 길이 이하일 때에는 전방의 폐색신호기의 내측에 설치한다.

10) 단선구간의 장내신호기 부근에 설치하는 구분장치의 설치위치

단선구간에서 장내신호기 부근에 설치하는 구분장치는 장내신호기의 외측에 당해 선로구간을 운전하는 열차의 전기적으로 접속하는 집전장치간의 거리 중 가장 큰 것에 50[m]를 더한 길이 이상 이격한 위치에 설치한다.

11) 역 중간의 폐색신호기 부근에 설치하는 구분장치의 설치위치

역 중간에 설치하는 구분장치는 폐색신호기에 일치시키든가 또는 내측에 두도록 한다.

단지 단선구간에서 상․하의 폐색신호기의 외측이 중복하는 경우에는 대향방향의 신호기의 어느 쪽에서나 당해 선로구간을 운전하는 열차의 전기적으로 접속하는 집전장치간의 거리 중 최대의 것에 50[m]를 더한 길이 이상 이격한 외측에 설치한다.

12) 입․출고선에 설치하는 구분장치의 설치위치

입․출고선에 설치하는 구분장치는 입환의 경우 후방의 운전대로부터 차량정지 표지를 확인하기 때문에 주행, 정지 시에도 섹션오버가 되지 않도록 차량정지 표지로부터 1차량 길이만큼 앞쪽에 20[m] 이격한 위치에 설치한다.

장력조정장치의 종류

1. 고정식 장력장치

가. 설치목적

고정식 인류장치는 인류구간의 한쪽을 고정하여 합성 전차선의 이동을 억제하고 장력조정이 원활하도록 하는 장치이며, 전차선의 흐름이 크게 될 우려가 있을 경우에도 사용된다.

이 장치는 연결봉과 대지로부터 절연하기 위한 인류용 애자, 전주 밴드 등으로 구성되어 있다.

고정식 인류장치의 종류에는 조가선과 전차선을 각각 단독으로 인류하는 단독식과 조가선과 전차선을 같이 인류하는 일괄식이 있다.

나. 설치 방법

인류구간의 길이에 대해서는 장력조정장치의 조정거리가 최대 800[m](고속철도 구간의 일반개소는 1,200[m])를 최대로 하고 거리의 산정은 인류전주 상호간으로 하여 전차선의 무효부분(판타그래프가 습동하지 않는 부분)을 포함한 길이로 한다.  인류장치는 전주에 견고하게 시설하여야 하며 주위의 조건 등에 의하여 부득이한 경우는 콘크리트벽 등에 인류 할 수 있다.  전차선의 인류경로는 가능한 직선으로 하고 지지물에 과대한 횡장력이 가해지지 않고, 지선을 잡아주는 방향을 선정하여 콘크리트주 또는 철주 등의 전주에 인류하는 것을 원칙으로 하고 있다.

그러나 콘크리트벽, 터널 및 교량 등에서 전주를 건식 할 수 없는 경우도 있기 때문에 이와 같은 경우에는 적당한 금구를 사용하여 인류하게 된다.

이와 같이 콘크리트벽 등의 구조물에 인류할 때에는 구조물의 강도 검토는 당연한 것으로 구조물 관리자의 허가를 얻는 것은 물론, 필요에 따라 보호망 등의 전기적인 보안 대책을 강구하여야 한다.

다. 종류

종류에는 와이어턴버클과 조정스트랩이 있으며 대전도시철도는 이 두 가지를 사용하고 있다.

(1) 와이어턴버클(Wire Turnbuckle)

와이어턴버클은 조가선 및 전차선 등의 장력을 수동으로 조정하기 위한 금구이다. 나사의 원리를 응용한 것으로 외부 통이 너트, 내부 통이 볼트에 상당하여 인위적으로 내부 통을 신축시킴에 따라 전차선을 손상시키지 않고 조정이 가능한 이점이 있다.

또, 와이어턴버클은 전선의 클립 신장에 대한 보수의 경감을 도모하기 위하여 자동장력조정장치와 조합하여 사용하기도 한다.

철도는 차량기지의 전차선 인류개소에 장력조정장치와 조합으로 사용되며 정비고 입․출창선로의 전차선 인류개소에 설비되어 있다.

(2) 조정스트랩(Adjustment strap)

조정스트랩은 평강에 구멍을 뚫어 가공한 것을 조합시켜 중첩 위치를 변경하는데 따라 조정되는 것이다.

이것은 단독으로 설치할 경우에 가선장력을 일단 장선기 등으로 이동시켜 장력이 없는 상태에서 조정하도록 되어 있다. 또, 비교적 큰 조정을 할 수 있는 구조로 되어 있기 때문에 자동장력장치에 조합하여 사용하고 있다.

2. 자동식 인류장치(Tensioning device)

전선류는 온도변화에 의하여 신축한다. 이 때문에 외기온도가 상승하면 전차선이 늘어나 장력이 감소하기 때문에 전차선의 처짐 현상이 발생한다. 이와 같은 개소에 판타그래프가 진입하게 되면 가선 진동이 증대하여 이선과 아크가 발생하고, 전차선이나 판타그래프 습판의 마모를 촉진하여 전차선의 단선사고를 유발하는 결과로 된다.

또, 외기온도가 낮아질 때에는 장력이 증대하여 전차선이 들어올려지기 때문에 집전할 때 요구되는 등고성을 해치게 되고, 판타그래프의 도약이 심하게 되어 운전에 지장을 주게 된다.

이러한 조가선, 보조 조가선 및 전차선은 온도변화에 따라 신축하는 외에 경년 및 전차선의 마모에 따른 탄성 신장으로 선조가 늘어나서 전차선의 이도 장력에 영향을 주게 된다.

그 결과 이선에 따른 전차선의 집전 성능의 약화, 장력증대에 따른 전차선 단선 등의 위험이 발생하여 전기 운전에 지장을 주기 때문에 온도변화와 주위환경을 고려하여 자동으로 장력을 조정하여주는 자동식이 많이 쓰여 지고 있다.

가. 구비조건

(1) 설치년수 경과에 따라 와이어로프의 단선 또는 파단의 우려가 없을 것

(2) 원활한 동작특성을 가질 것

(3) 전차선의 흐름방지 기구가 갖추어질 것

(4) 급유부가 작고 또한 급유가 용이할 것

(5) 와이어로프의 교환이 용이할 것

(6) 지지물에의 취부가 용이할 것

(7) 전차선의 인류방향으로 용이하게 추종할 수 있을 것

나. 시설방법 및 종류

(1) 시설방법

장력은 온도에 따라 변동하고 그 조정은 고속운전 구간에는 보다 온도변화에 즉시 적응하는 성능이 요구되고, 조정효율이 좋은 것이어야 한다. 이를 위하여 본선로의 전차선 또는 조가선에는 장력조정장치(활차식)를 설치하고, 기타의 측선 등에는 와이어 턴버클이나 조정용 스트랩으로 수동 조정할 수 있도록 설비되어 있다.

또, 종래의 자동장력조정장치는 본선의 조가선 또는 전차선을 주로 사용하였으나, 교차개소에서는 전차선의 고 저차에 따른 판타그래프의 할입을 방지하기 위하여 주요 본선과 교차하는 곳에 대해서도 장력을 자동 조정한다.

활차식 자동장력조정장치의 조정거리는 조정장치의 효율, 억제저항, 전선의 이동 등에 의한 곡선당김 및 진동방지의 이동범위 등에 따라 한쪽 인류로 800[m]가 한도이기 때문에 인류구간의 길이가 800[m] 이하인 경우에는 한쪽에, 800[m]를 넘고, 1,600[m] 이하인 경우에는 양측에 설치한다.

스프링식 장력조정장치는 조정거리를 길게 하면 조정장치가 대형으로 되므로, 현재 사용하는 것은 스프링의 탄성이 강하고 장력 변화율이 커서 동절기에 표준 장력보다 크게 되어 장력을 일정하게 유지하는 데에 다소 난점이 있기 때문에 조정 거리를 300[m] 이하로 하고 있다.

구배 구간에서는 자동장력조정장치를 한쪽에 설치하는 경우에는 그 아래쪽에 설치한다.

구배구간에 있어서 전차선의 흐름이 크게 될 우려가 있을 때면 인류구간의 길이를 800[m] 이하로 하여 한쪽을 고정식으로 인류하는 방법이 있다.

활차비는 활차식은 1:4, 도르레식은 1:3 으로 사용하고 있다.

이 경우 전차선은 자체 중량에 의하여 분산된 힘이 전차선과 평행하여 아래쪽으로 작용하기 때문에 자동장력조정장치의 조정효과를 좋게 하기 위하여 그 아래쪽에 설치한다.

구내 등의 건널선장치의 이동이 크게 될 우려가 있는 경우는 한쪽을 인류하고 이동이 크지 않는 건널선의 반대측에 자동장력조정장치를 설치한다. 장력을 자동조정하는 조가선 및 전차선은 억제저항이 작게 되도록 시설한다.

곡선당김금구, 진동방지장치, 급전분기장치 및 가동 브래킷 등의 억제저항이 크면 자동장력조정장치의 효과가 감소하기 때문에 주의가 필요하다. 특히 스팬선식 진동방지장치의 경우는 전차선의 신축상태를 고려하여 진동방지금구의 취부방향을 가동 범위 내에 들어오도록 하고, 또는 가동 파이프식의 채용으로 적극 전차선의 신축에 대하여 저항으로 되지 않도록 할 필요가 있다.

전차선의 장력을 일정하게 하는 것은 가선의 집전특성을 일정하게 하고, 특히 장대편성의 전차로 초고속 집전을 하는 경우 전차선의 장력을 항상 일정하게 유지하여 레일면의 높이를 균일하게 유지하여야 하기 때문에 자동장력조정장치를 설치하여 완전 자동조정을 할 필요가 있기 때문이다.

(2) 종류

(가) 활차식 자동장력조정장치(Wheel Tension Balancer)

활차식 자동장력조정장치는 활차의 원리를 응용한 것으로 활차부(대 활차, 소 활차)에 각각 와이어로프를 감아 소 활차에 전차선을 인류하고, 대 활차에 중추를 걸어 내린 것이다.

온도변화에 수반되는 전차선의 이도 및 장력이 변화하면 활차가 회전하고, 동시에 중추가 상․하 운동하는 데 따라 전차선이 신축하고 이도를 조정하면 전차선의 장력을 항상 표준장력으로 유지하는 구조로 되어 있다. 이 주된 구성요소가 활차부 및 중추부로 되어 있어 그 동작이 확실하고 정확하기 때문에 현재 가장 많이 사용하고 있는 밸런서이다.

활차비는 1:3, 1:4, 1:5 등이 있으나 대전도시철도는 1:4의 활차비를 선택하여 설치되어 있고 뒤에서 자세히 설명된다.

환경과 기후 조건 및 가선 장치의 구성조건 등에 따라 선택되어진다.

활차식 자동장력조정장치에는 전차선과 조가선을 일괄 조정하는 방식과 개별 조정하는 2가지 방식이 있다.

일괄 조정하는 방식은 설비가 간단하여 보수 유지가 편리하고 일반적으로 많이 사용하는 방식이다. 그러나 전차선의 단선 시 조가선의 장력부담이 너무 커지게 되어 허용인장강도가 부족하게 되며 온도의 급변 등이 야기된 때에는 전차선과 조가선의 이도가 불균형 되는 등 여러 면에서 전차선의 집전특성과 안전성의 저하를 가져올 수 있기 때문에 저속 구간에 적합한 방식이다.

전차선과 조가선을 개별 조정하는 방식은 조가선의 허용인장하중에 부합될 수 있도록 중추 중량을 조정할 수 있으며, 온도의 급변 등에도 전차선과 조가선의 이도를 일정하게 유지할 수 있어 전차선의 고속집전특성과 안전성을 향상시킬 수 있으므로 고속구간에 적합한 방식이다.

그러므로 일본의 신간선, 프랑스의 TGV, 독일의 ICE 등에서는 이 방식을 사용하고 있으며 우리나라의 경부고속전철에도 이 방식을 채택하고 있다.

향후 기존 전철구간에도 운전 속도를 120[㎞/h] 이상으로 향상 될 경우 개별 조정하는 방식으로 개선되어야 할 것이다.

1) 활차식 자동장력조정장치의 주요성능

2) 장력조정장치의 요구조건

- 전차선의 장력에 충분히 대응할 수 있는 기계적 강도를 가질 것

- 금구, 애자 등의 접속결합 개소에서는 기온저하에 의한 장력의 증대 외에 열차, 풍압 등에 따른 기계적 동요, 진동에 견딜 것

- 전기적 절연내력을 가질 것

3) WTB(Wheel Tension Balancer)의 종류

WTB의 종류는 1호, 1호특, 2호, 3호형의 4종류가 있고 전차선의 장력에 따라 용도가 나누어진다.

활차비는 1호, 2호, 3호형이 1 : 4이고, 1호특에 대하여는 온도변화의 폭이 큰 지역에 적용되기 때문에 1 : 3으로 하고 있다. 또 중추로는 콘크리트제와 주철제의 2종류가 있고 1조의 중량을 규정하고 있다.

일반의 경우에는 콘크리트제, 일본신간선의 경우는 주철제를 원칙으로 하고 건축한계를 침범할 우려가 있는 경우 등에는 주철제를 사용하고 있다.

4) 장력장치의 취부방향

-바란사를 전주에 취부 할 때 콘크리트주의 경우는 전주밴드의 방향을 하중방향과 동일하게 향하면 바란사에 편 하중이 걸리는 일은 없으나 철주 등에 취부 할 때에는 꼭 하중방향에 향하지 않는 경우도 있어 내활차측의 로프가 활차의 가장자리에 접촉하면 소선절손 또는 단선의 요인으로 되기 때문에 바란사의 취부 방향은 전차선의 하중방향으로 하여야 한다.

- 구배구간에서는 자동장력조정장치를 한쪽에 설치하는 경우에는 그 아래쪽에 설치한다.

구배구간에 있어서 전차선의 흐름이 크게 될 우려가 있을 때에는 인류구간의 길이를 800[m] 이하로 하여 한쪽을 인류하는 방법으로 하고 있다.

이 경우 전차선은 자체중량에 의하여 분산된 힘이 전차선과 평행으로 아래쪽에 설치하는 것이 필요하다.

- 구내등의 건널선 장치의 이동이 크게 될 우려가 있는 경우는 한쪽을 인류하고, 이동이 크지 않은 건널선의 반대측에 자동장력조정장치를 설치 할 필요가 있다.

- 장력을 자동조정하는 조가선 및 전차선은 억제저항이 작게 되도록 시설한다.

곡선당김금구, 진지장치, 급전분기장치 및 가동브라켓 등의 억제저항이 크면 자동장력조정장치의 효과가 감소하기 때문에 주의가 필요하다.

특히 스팬선식 진지장치의 경우는 전차선의 신축상태를 고려하여 진지금구의 취부방향을 가동범위 내에 들어오도록 하고, 또는 가동파이프식의 채용으로 전차선의 신축에 대하여 저항으로 되지 않도록 할 필요가 있다.

전차선의 장력을 일정하게 하는 것은 가선의 집전특성을 일정하게 하고 특히 장대편성의 전차로 초고속집전을 하는 경우 전차선의 장력을 항상 일정하게 유지하여 레일면의 높이를 균일하게 유지하여야 하기 때문에 자동장력조정장치를 설치하여 완전자동조정을 할 필요가 있기 때문이다.

5) WTB용 와이어로프

- 와이어로프의 사용방법이 가혹하면 소활차의 권취부에서의 만곡피로에 따라 소선이 절손하기 쉽고

- 와이어로프 상호의 접촉이동에 따라 소선이 절손되기 쉽고

- 와이어로프의 윤활유 소진에 따른 부식으로 소선이 절손되기 쉽다.

6) 온도에 따른 전차선의 신축량 및 장력추의 변위량

온도 변화를 10℃±30℃로 하면 연간 60[℃]의 온도 변화를 받아, 1일의 온도변화는 최고, 최저로 20℃～25℃의 변화가 있는 것으로 추정된다.

가) 이 온도변화에 의한 전차선의 신축은 800[m]의 전차선인 경우, 연간 60℃의 온도 변화인 경우

σ: 전차선의 신축량[mm]

a : 선팽창 계수

- 전차선 :  1.7 × 10-5 / ℃

- 조가선 :  1.2 × 10-5 / ℃

- 경 알루미늄 연선 : 2.3 × 10-5 / ℃ 

t : 온도변화[℃]

L : 전선의 길이[mm]

나) 1일 25℃의 온도 변화의 경우

그러므로 장력추의 변위량은

0.34×4 = 1.36[m](여기서 4는 활차비이다.)  

(나) 스프링식 자동장력조정장치( STB : Spring Tension Balancer)

스프링식 자동장력조정장치는 스프링의 탄성을 이용하여 장력을 조정하기 때문에 역구내의 상하 건널선 및 측선에 사용되고 있다.

스프링식 텐션바란사는 강철제 코일상의 스프링재의 신축을 피스톤운동과 연동시켜 전차선의 장력을 조정하는 것으로서 외관이 간단하지만 현재 사용하는 것은 스프링의 탄성 등으로부터 장력을 일정하게 유지하는 데에는 조금 어려운 점이 있으나(장력변동율 +15%), 역 구내에서와 같이 전차선의 이동에 대하여 억제저항이 큰 개소에 적합하고 인류구간의 길이가 600[m]이하의 짧은 구역에 사용되고 있다.

적용장력은 1,000[kgf]이고 조정범위는 300[mm] 이다.

1) 설치위치

- 인류구간 길이가 300[m]이하의 경우는 편측에 설치

- 300[m]를 넘고, 600[m] 이하의 경우는 양측에 설치

(다) 기타 자동장력장치

1) 레버식 텐션밸런서(LTB : Lever Tension Balancer)

레버식 밸런서는 지렛대의 원리를 이용한 것으로 온도변화로 전차선의 장력이 변동하면 레버가 이동하고 이와 동시에 중추가 상․하로 변동함에 따라 전차선의 장력을 적정하게 유지하도록 되어 있다.

2) 유압식 밸런서(OTB : Oil Tension Balancer)

유압식 밸런서는 원통용기에 밀봉된 기름이 외기온도의 변화에 따라 체적의 변화가 발생(기름의 열팽창 및 수축 작용) 되는 것을 이용하며 이것을 피스톤운동으로 전환하여 전차선의 장력을 조정하는 것이다.

조가선의 부식

1. 조가선의 부식 및 마모원인

(1) 대기 노출에 의한 전체 부식

(2) 타 부품과의 접촉부분이 마멸 손상

(3) 접속금구나 지지금구의 가선 진동에 따른 균열, 손상, 열화

2. 아연도강연선의 경년 열화

아연도금강연선은 시간이 흐름에 따라 다음과 같은 부식 단계를 거치게 된다.

․제 1기 : 아연도금층이 소실될 때까지의 시간

․제 2기 : 강선의 부식이 진행되는 기간

연선을 구성하는 외층과 심선의 부식 피해를 비교하면, 당연 외층선이 심선보다 조기에 피해를 받게 된다.

또, 같은 외층에서도 비, 바람이 직접 접촉하는 외면은 심선과 접촉하는 내면보다도 단기간에 제 2단계에 도달한다.

3. 아연도강연선의 아연도금층의 부식(제 1기의 부식)

제 1기의 부식피해는 아연도금층의 피해이기 때문에 제 1기의 진행 중에는 강선의 강도저하를 발생시키지 않는다(도금층의 내용 연수가 문제가 된다).

제 1기는 연선의 사용환경에 지배되고, 사용 환경이 동일하다면 도금의 부착량에 비례하여 내용 연수가 증가한다.

사용환경에 따른 아연의 부착량을 나타낸 것으로 조가선의 아연 부착량을 175[g/㎡]로 하면, 그 아연 내용연수는 공업 지대에서 약 6～8년, 중공업 지대에서는 이보다 짧고 전원 지대에서는 길게 된다.

4. 아연도강연선의 부식(제2기의 부식)

제 1기의 부식으로서 아연도금층이 벗겨지고 강선이 대기중에 직접 노출되면서 제 2기의 부식, 즉 강선의 부식이 일어나는 시기이며 염수, 담수, 대기 중에 대하여 노출연수와 강선의 부식량이다.

5. 아연도강연선의 내식성

아연도강연선의 내식성은 정량적인 명확한 데이터는 없으나 일반적으로 다음과 같이 구분하고 있다.

금속종류별 내식성

A : 부식되지 않음. B : 약간 부식. E : 어느정도 부식. C : 부식.  D : 심한 부식

(1) 부식피해는 사용환경에 따라 큰 영향을 받게 된다. 특히 공업지대 등의 부식피해는 현저하게 증가한다.

(2) 조가선의 대기노출에 의한 전체부식 외에 지지점, 행거 개소, 커넥터 개소 등의 타 부품과의 접촉부분이 가선진동 등에 따라 마멸손상을 발생시킨다. 즉, 사용부위(지지점, 행거점, 접속점 등)의 사이에 따라 그 부식피해에 차이가 있다. 특히 기계적 마모 현상이 가해지는 위치에서는 부식과 마모에 따라 그 피해는 증가 한다.

따라서 전선의 전체 부식상태 확인과 약점 개소의 가닥 절손의 유무 확인(필요에 따라 첨선, 교체 조치)과 연선의 잔존 바깥지름의 측정이 필요하다.

(3) 접속 금구․지지 금구도 대기에 노출되면 부식되며 가선 진동의 누적으로 금구가 균열․손상되어 보다 더 열화된다.

6. 조가선의 중점 점검사항

(1) 선조의 전체 부식상태 확인

(2) 약점 개소의 소선절손 유무 확인

(3) 부식, 손상, 균열 등의 확인  

7. 이종금속의 접촉부식

1). 정의

도시철도의 전차선설비를 시설하다 보면 금구류와 전차선 및 조가선 등을 지지하기 위해서 부득이 하게 두 종류의 금속이 접촉할 수가 있다. 이러한 두 가지 이종금속이 접촉하고 있는 개소가 염분 등 전해질의 용액에 접촉하면 그곳에 국부전지가 형성되어, 그 용액 중에서 금속의 전극 전위에 따라서 마이너스(-) 전위가 높은 금속이 양극으로 되어 용액 중에서 용해하여 부식한다.

접촉 부식량에 의한 부식량은 그 경우의 부식 전류량과 비례 관계가 있고, 그 원인으로 되는 것은 전극의 전위차다.

전극 전위차가 큰 금속, 즉 전위열에서 금속 상호간에 서로 떨어져 있는 정도가 큰 것이 접촉 부식이 심하게 된다.

예를 들면, 알루미늄과 동이 조합된 알루미늄의 부식량은 철과 동이 조합된 경우의 철의 부식량보다 크게 된다.

또, 알루미늄과 동의 슬리브에서 중간 금속으로 주석 합금을 사용하고 있으나, 주석은 알루미늄과 동의 중간의 전위가 되기 때문에 이것이 게제된 것에는 각각의 전위차가 적어 부식이 경감된다.

실제로는 각종 금속체는 표면에 산화 피막이 형성된다든지, 표면이 부식으로 생성된 생성물로 피막되어 있다든지 하는 복잡한 현상을 나타내고 있는 경우가 많아, 꼭 전위차에 비례하지는 않지만 원칙적으로는 이와 같은 경향을 나타낸다.

2). 이종금속의 접촉부식 원인

(1) 수분의 부착, 온도의 영향

이종금속의 접촉부식은 국부전지작용(일종의 전기분해작용)이기 때문에 수분이 없으면 절대 부식은 발생하지 않지만, 대기 중에 노출되어 있으므로 수분의 부착이나 온도에 영향을 받지 않을 수 없다.

(2) 부식환경의 영향(염수 : 해안지구, 아황산수 : 공해지구)

부착수분의 성질, 예를 들면 염수(해안 지방), 아황산 수(공해 지대) 등에 따라 물의 도전성이 높게 되고, 또 그 농도에 따라 부식은 상당히 빨라진다.

(3) 온도조건(20℃가 넘으면 2배가 빠르다)

온도가 높으면 부식이 빨라지고, 온도가 20[℃] 높아지면 부식속도는 약 2배가 된다. 연간 기온이 높은 개소 또는 전류 등에 의하여 온도가 상승하는 개소는 주의가 필요하다.

(4) 분진의 부착

분진이 부착되면 습기를 먹고 또 분진의 성분이 습기에 용해된다.

3) 부식의 방지방법

(1) 이종금속 접촉부위에는 수분이 모이지 않는 구조로 한다.

(2) 이종금속 간 절연한다.

국부전지의 전류를 차단시킴으로서 부식을 방지한다.

(3) 중간금속을 삽입한다.

중간금속을 삽입함으로써 이종금속 상호의 전위차를 감소시켜 부식을 감소시킨다.

(4) 전극 전위가 상호 접근된 것을 선정한다.

(5) 접촉면적을 적게 한다.

상대 전위와의 부식정도

조가선의 진동, 피로특성

1. 조가선의 인장 하중과 만곡 하중

조가선이 가설된 상태에서 적정 하중으로는 주로 경간 중앙부분에 인장하중이 걸리고, 지지점에는 인장하중과 만곡하중이 걸린다.

지지점의 응력은 인장응력과 반곡응력이 합하여진 것이 된다.

조가선은 전차선 등의 중량도 받기 때문에 이도에 대해서는 등가 중량이 크고, 지지점에서의 전선 경사각도가 크게 되기 때문에 일반의 단일전선에 비하여 만곡하중의 조건이 가혹하게 된다.

만곡응력은 지지금구 접촉부의 곡률반지름, 선재의 만곡강성, 사용장력에 따라 다르게 되기 때문에 여기에 적용하는 설계를 할 필요가 있다.

응력 - 물체에 외력이 작용하면 내부에는 저항하는 힘이 생기게 마련이다. 외력에 저항하여 원형으로 돌아가려는 내부에 일어나는 힘을 내력 또는 응력이라 한다.

2. 조가선의 진동, 피로

조가선은 지지점에서 판타그래프 통과 시의 가선진동에 따른 최대 만곡(구부러짐)하중이 발생한다.

판타그래프 통과나 바람에 의한 진동으로 발생하는 응력은 전차선 종별이나 속도 등에 따라 다르게 되지만, 대개 5～10[kg/㎟]의 범위 내로 실측되고 있다.

그런 반면, 가설시의 손상이나 마모 및 부식 등의 발생에 의한 응력 집중을 고려하면 실측 이상의 응력발생이 있는 것으로 보인다.

피로강도는 인장강도에 개략 비례하고, 그 비율은 각 재질에 따라 다르게 된다.

또한, 표준의 피로강도는 거의 완전한 상태의 선재의 특징이고, 선재표면에 손상 등이 있는 경우에는 그것을 기점으로 하여 선재단면의 피로균열이 진행되어 피로강도가 상당히 저하되기 때문에 예리한 손상이 문제가 된다.

또, 전체표면이 부식한 경우도 부식점을 기점으로 하여 피로 균열이 진행되기 때문에 피로 강도는 저하된다

3. 지지점의 보강방법

지지점 전선의 하중을 경감하여 전선의 강도협조를 얻는 데는 지지점의 인장하중을 적게 하는 방법과 만곡하중을 적게 하는 방법 등이 있다.

(1) 지지점의 이중화

이것은 인장 하중을 감소시키는 방법으로 지지점을 이중화하여 각각의 선조에 장력을 걸면 장력은 개략 1/2이 된다.

(2) 지지점의 라인 가이드

조가선에 라인 가이드를 직접 감아 주는 방법으로 선조의 만곡 강성을 크게 하고 소선의 만곡응력을 적게 하는 방법이다.

전차선의 온도상승

전차선의 온도상승의 원인에는 주위온도에 의하는 것, 햇빛에 의하는 것, 전류가 흐르므로 인해 발생하는 주울열에 의하는 것의 3종류가 있다.

전기철도에서는

전차선 최고사용온도 90℃

전차선 최고주위온도 40℃

햇빛에 의한 전차선 최고온도 15℃로 하고 있으므로

90℃ - 40℃ - 15℃ = 35℃

이 계산에 의해 전류에 의한 전차선의 온도 상승분을 35℃로 하여 전차선의 허용전류를 결정하고 있다.

1. 전차선의 전류에 의한 온도상승 원인

(1) 급전분기장치를 전동차가 통과시 생기는 온도상승

(2) 변전소간을 전동차가 통과할 경우 급전선과 전차선에 전류가 분류할때 생기는 온도상승

(3) 에어섹션내에 전동차가 정차할 때 판타그래프 습판에 의해 에어섹션의 양 전차선이 단락되어 이 단락전류에 의해 습판이 과열되며 이로 인해 전차선의 온도가 상승하여 때에 따라서는 단선될 우려가 있다.

이것을 방지하기 위하여 섹션에 구분표지를 설치하여 전동차가 정차하지 못하도록 하여야 한다.

(4) 또한 이러한 원인에 의해 온도 상승하는 것 외에도 미세하나마 전동차의 판타그래프가 전차선에 습동하여 발생하는 마찰열도 있다.

2. 온도상승에 의한 전차선의 장력변화

전동차가 사용하는 전류의 대부분은 급전선을 통해 전동차가 주행하고 있는 부근의 급전분기장치를 통하여 전차선으로 흘러서 전동차에 도달하므로 전차선에 흐르는 시간은 짧으며 급전분기장치간의 전차선 온도상승은 전동차가 어떠한 운전간격으로 운전되기 때문에 그림과 같은 간헐부하전류에 의한 온도 상승으로 되어 냉각시간이 있으므로 전차선이 최고 사용온도에 이르는 것은 좀처럼 드문 일이다.

전차선의 온도상승 상태를 아는 것은 보수상 중요하므로 시온테프, 온도계, 열전대형측정기 등을 사용하여 측정한다.

또한, 온도변화에 따른 전차선 장력은 다음 식에 의해 구할 수 있다.

T = T0 - A․E․a․(t0 - t)

T0 : 당초 가설시의 장력

T : 온도 t℃ 에서의 전차선의 장력

A : 전차선의 단면적

E : 전차선의 탄성계수

a : 전차선의 열팽창계수 t0 : 당초 가설시의 온도

3. 안전전류

전선에 전류가 흐르면 전선의 저항에 의해 다음과 같은 주울열이 발생하게 되는데, 전류가 크게 흐르고 전선의 온도가 어느 한도 이상으로 상승하게 되면 그 전선의 기계적 강도, 절연체의 절연강도, 수명 등 성능이 저하하게 되는데 이 온도의 한도를 전선의 최고 허용온도라 하고, 이에 상당하는 전류를 안전전류라 한다.

W = I²RT(J)

I : 도체에 흐르는 전류[A]

R : 도체의 저항[Ω]

T : 전류의 흐르는 시간[Sec]

4. 허용전류

(1) 전차선의 연속 허용 전류

경동 전차선의 상용 최고온도를 90[℃], 150[℃], 250[℃]로 하고 주위온도40[℃], 온도상승을 50[℃]로 하여 전차선을 단순히 원형으로 가정하고 Luke의 식에 따라 계산한다. 이에 대한 허용전류는 그림과 같다.

전차선의 허용 전류

(2) 단시간 부하전류에 따른 온도상승

경동전차선 110[㎟]에 단시간(간헐) 부하 2,200[A]의 전류를 통전한 경우 약 130[℃]까지 온도가 상승할 가능성이 있다.  이 경우 1[㎧]의 통풍이 있으면 90[℃]로 된다. 따라서 통풍의 효과가 대단한 영향을 미치는 것을 알 수 있다.

전차선의 한 점이 방전으로 가열되거나 접촉부분에서 아크방전이 발생하는 경우 전차선이 단선된다.

단선되는 시점은 접촉점을 흐르는 아크전류 I[A]와 지속시간 t[sec]와의 곱이 750이 되면 단선된다.

전차선(110[㎟])의 단선 시점 : I․t ≥ 750

여기서, I : 아크전류 [A]

             t : 지속시간 [sec]

예를 들면 3,000[A]라면 0.25[sec]에 단선되게 된다.

5. 허용온도

경동선은 100[℃]에서 30분 가열 후에도 항장력이 저하하지 않고 인장강도가 100[%] 그대로 유지되기 때문에 최고 허용온도를 100[℃]로 하여도 좋으나, 장시간 연장 가열할 경우 어느 정도 기계적 강도가 저하하는 경향이 있어서, 반복 가열에 따른 인장 강도 저하와 연결부위의 열화도 고려하여야 할 필요가 있어서, 90[℃]를 최고 허용온도로 하고 있다.

또, 일반적으로 나전선은 온도가 상승하면 항장력이 저하된다. 특히, 전차선은 판타그래프의 습동에 따라 마모가 진행되기 때문에, 전차선의 마모한도에 있어서도 항장력의 저하를 10[%] 이내로 하도록 최고 허용온도는 90[℃]로 하고 있다.

(1) 트 롤 리 선 : 90℃(대기온도 40℃+50℃)

(2) 일반 경동선 : 100℃

6. 유지관리상의 주의점

유지보수 시 가장 취약하고 빠뜨리기 쉬운 다음과 같은 개소는 열차의 안전운전에 막대한 지장을 초래하므로 관심을 갖고 점검해야 하며 특히 전차선은 장력이 크게 걸려 있어 아크전류에 약하므로 아크개소가 있는지 유의하여 점검해야 한다..

1) 전차선, 조가선, 곡선당김금구, 진지장치 등의 교체작업 후에는 수동 편위측정자로 측정한다.

2) 국부마모의 파악 대상개소

(1) 급전분기장치 설치개소

(2) 구배 급변개소

(3) 에어죠인트 설치개소

(4) 역행구간

3) 트로리선의 온도상승개소

(1) 역행구간의 급전분기개소

(2) 에어죠인트 균압선금구 취부개소

(3) 코넥터금구 취부개소

전선의 접속

1. 전선의 접속은 압축접속을 원칙으로 하고 이종전선의 직접접속은 전선의 부식을 일으키므로 반드시 소정의 특수 접속금구를 사용하여야 한다.

2. 접속개소는 지지점으로부터 2[m] 이상 이격하여 설치하여야 한다.

3. 알루미늄선을 직선 슬리브로 접속할 때는 전선접속부분의 산화 피막을 완전히 제거하고 다음과 같이 시공하여야 한다.

(1) 슬리브 내부에 접속용 콤파운드가 충분히 도포되어 있음을 확인한다.

(2) 전선은 바인드선이나 테이프를 감아서 절단기로 절단하여도 소선이 풀리지 않도록 한다.

4. 알미늄선을 분기슬리브 또는 볼트조임 콘넥터로 접속할 때는 전선접속 부분의 산화피막을 완전히 제거하고 다음과 같이 시공하여야 한다.

(1) 분기슬리부 내부의 콤파운드 도포를 확인한 다음 전선의 절단은 직선슬리브 접속에 따른다.

(2) 슬리브가 전선의 굵기에 적합한지 확인하고 소정의 전선절단은 직선슬리브 접속에 따른다.

(3) 분기선에 장력이 걸리든가 분기선이 길 때에는 분기선이 없는 슬리브쪽으로부터 400[㎜] 위치에 본선과 분기선을 알미늄 바인드선으로 5회 이상 감아 전선의 진동을 방지한다.

5. 급전선은 진동방지용 금구를 5[m] 간격으로 설치하여 전선의 진동을 방지하여야 한다.  

6. 조가선

선종별 과장력 적용기준

1). 조가선의 장력이 규정된 장력으로 되고 중추가 소정의 높이로 될 때까지 장력조정장치를 조정하여야 한다.

2) 흐름방지장치가 있는 개소는 그 지점으로부터 시작하여 레일측면에 행거설치 위치를 백색 페인트로 표시하고 위의 조가선에는 직경2.0[㎜], 길이 1200[㎜]정도의 전차선지지용 철선(가행거)을 설치하여야 한다.

3) 곡선반경 6000[m]이상의 직선구간은 조가선이 궤도중심에 오도록 조정하고 곡선구간은 조가선이 전차선의 수직상부에 오도록 하여야 한다.

7. 전차선

1) 가선에 앞서 각 지지점에는 진동방지장치나 곡선당김장치를 설치하여야 한다.

2) 전차선은 인류개소나 바란사개소에 인류하고 가선차의 위에서 조가선에 철선 등의 가행가로 전차선을 묶어 가선을 계속한다.

3) 교차개소는 본선의 전차선이 밑으로 오도록 측선을 먼저 가선 하여야 하고 전차선은 요철이나 꼬임이 없도록 하여야 한다.

4) 장력조정장치에는 장력이 조가선과 전차선에 일괄하여 걸리도록 조정하여야 한다.

5) 가선이 완료되면 흐름방지장치를 설치하고 전차선에 과장력을 걸어주어야 한다.

1. 전차선의 높이

지상부의 전차선 높이는 5,000[㎜]를 표준으로 한다.

2. 전차선의 편위

편위는 직선구간은 좌․우 각각 200[㎜]를 표준으로 하며 곡선구간은 최대 250[㎜]까지를 할 수 있다.

3. 전차선의 구배

구배는 본선에서는 3/1,000이하로 측선에서는 15/1,000이하로 한다.

4. 가고

지지점에서의 전차선과 조가선간의 수직높이는 BEAM구간에서 710[㎜] 가동브라켓 구간에서 960[㎜]를 표준으로 한다.

5. 전차선의 경사   

전차선의 연직면에서 궤도 중심면과 이루는 각도는 10도 이하로 한다.

6. 균압  

전차선의 균압은 필요개소마다 하며 편송한계는 125[m]이다. 그리고 에어섹숀 설치개소, 분기개소, 교차개소, 인류개소 등은 균압을 해야 한다.

7. 급전분기  

급전분기는 동일기능 선로별로 매 250[m] 이내마다 하며 필요에 따라 선로별로 기능을 고려하여 간격을 축소할 수 있다.

8. 안전이격거리  

전차선(급전선)과 상이한 가압부의 이격거리는 0.6[m]이상으로 하고 철구 등 비충전부는 0.3[m] 이상으로 한다.

9. 누설전류  

지상부 전차선로는 1[㎞]당 누설전류는 10[㎃]이하, 지하강체전차선은 100[㎃]이하로 한다.

10. 더블심플카테너리 전차선의 간격

A선과 B선의 간격은 100[㎜]를 표준으로 하고 세퍼레이터의 간격은 20[m]를 넘지 않아야 한다.