양회장 블로그

교류이상구분장치인 PTFE-TYPE (테프론제)

1. 개요

최근 유럽을 중심으로 개발되어 사용되고 있으며 차량의 특성(한국의 경우 더블 팸터그래프)에 맞게 제작된 절연 습동부가 PTFE Type(테프론제)으로 되어 유지 보수성과 속도 향상에 적합하다. 러시아 철도기술연구소인 VNIZht에서 개발 최고열차속도 300㎞/h이상에 사용되고 있으며 다음과 같은 특징이 있다.

2. 특징

가. 습동판에 의한 마모 및 환경 오염을 방지하기 위하여 절연봉 외피를 PTFE(테프론제)를 사용하여 제작.

나. 아크 소호를 위한 아킹혼등의 최적 설계로 인해 최대 1초이하의 아크소호.

3. 설치 일반도

구분장치 설치위치는 곡선당김금구와 경간 1/3 지점 사이에 다음과 같이 설치한다. 

현수애자의 애자련 효율과 열화원인 및 불량애자 검출방법에  대하여 서술하시오.

1. 개요

가. 전선을 철탑 등의 지지물에 연결시킴과 동시에 지지물과 전선 사이를 절연시키기 위해 사용되는 절연지지체를 애자라고 한다.

나. 전철용 애자는 전차선과 곡선당김금구 등을 지지하는 지지애자와 급전선, 전차선, 부급전선 등을 전기적으로 구분하는 구분용 애자로 나눌 수 있는데 이것은 일반적으로 풍설, 심한 기온 변화, 공해물질, 매연, 분진과 염해지역에서의 염분에 의한 오손,

다. 내뢰.외뢰에 의한 이상전압, 특히 전철설비의 고유특성인 진동 등의 가혹한 조건에서 사용되며,

라. 장기간에 걸쳐 사용 중 과대한 스트레스(기계적, 전기적), 취급 부주의 등 여러 가지 원인으로 열화를 초래한다.

2. 애자의 구비조건

가. 선로의 정격전압뿐만 아니라 고장시의 내부 이상전압 발생 시에도 충분한 절연내력을 가질 것.

나. 비, 눈, 안개 등 자연조건하에서도 충분한 전기적 표면저항을 가지고 누설전류가 작을 것.

다. 전선의 무게를 비롯하여 바람, 눈 등 외력이 가해지더라도 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도를 가질 것.

라. 정격전압에 대해서는 코로나 방전을 일으키지 않고 만일 표면에 아크(arc)라든지 코로나가 일어나더라도 그에 의해서 파괴되거나 상처를 남기지 않을 것.

마. 내구력이 있고 가격이 저렴할 것.

3. 현수애자의 애자련의 효율

가. 애자련의 각 애자는 자체의 정전용량 Cm[pF] 외에 애자금구와 철탑(대지), 금구와 전선과의 사이에 각각 Ce[pF], Cd[pF]의 정전용량을 가지고 있다. 각 애자의 전압 분담은 균등하지 않고 전선에 가장 가까운 애자가 가장 분담비가 크고 중간의 것은 낮고 지지물에 가까운 것은 약간 커진다. 이와 같이 각 애자의 분담 전압은 서로 다르기 때문에 그저 애자수를 늘린다고  해서 그 개수에 비례해서 애자련의 절연내력이 증가하는 것은 아니다.

나. 한편, 전압분포가 불평등할 경우에는 분담비가 작은 애자에 비해서 분담비가 큰 애자 쪽이 그만큼 더 열화 되기 쉬우므로 애자 전체로서의 이용률은 저하하게 된다.

다. 인가전압을 증대해 가면 전압 분담비가 큰 전선 측의 애자에 코로나가 발생해서 애자 자체의 외견상의 정전용량이 약간 증가하게 되므로 전압 분포가 개선되어  섬락직전에서는 전압 분포가 거의 균등하게 되고 있다. 이러한 효과를 더 높이기 위해서 전선 측에 초호환(arcing ring) 또는 초호각(arcing horn)을 붙여서 전선에 대한 정전용량(Cd)을 늘리도록 하고 있다. 또 초호환(arcing ring) 또는 초호각(arcing horn)은 선로의 섬락시 애자파괴 방지, 역섬락시 애자파괴 방지하는 데에도 효과가 있다.

4. 애자련의 각 애자 전압분담

가. 애자의 표면이 깨끗한 경우

표류용량의 영향으로 각 애자의 분담전압은 각각의 애자에 대하여 다르게 나타난다. 애자련이 길어지면 분담전압의 불균형은 더욱 커지므로 애자련에 쉴드링을 붙여 전압분담을 고르게 한다.

나. 애자 표면이 더러운 경우

애자 표면이 오손된 상태에서는 표면으로 흐르는 누설전류에 의해 표류용량이 감소되거나 없어져 표면저항의 크기에 비례해 전압분담이 된다.

다. 전압분포가 불평등할 경우

분담비가 작은 애자에 비해 큰 애자 쪽이 그만큼 더 열화되기 쉬우므로 애자 전체로서의 이용률은 저하된다. 따라서 전압분포를 균등하게 하기 위하여 애자금구와 대지간의 커패시턴스를 늘려서 애자금구와 전선사이의 커패시턴스를 같은 정도로 하면 상호간의 작용은 상쇄되어 전압분포는 매우 좋아진다.

5. 애자의 열화 원인

애자는 오래 사용하는 동안에 여러 가지 원인으로 자기 절연층에 균열 또는 관통 구멍이 생겨 절연저항과 절연내력이 저하되어 전기적 특성이 열화되고 인장강도가 저하하여 기계적으로도 열화된다. 이러한 애자의 열화는 그 사용 상태와 설치위치에 따라 다르다. 현수상으로 설치된 현수 애자련에서는 맨 위쪽의 애자가 제일 열화 되기 쉽고, 내장성의 애자련에서는 전선에 가까운 애자가 열화되기 쉽다. 이러한 열화는 대부분이 전기적이며, 기계적인 열화는 매우 드물다.

가. 애자 제조시의 결함

1) 애자 제조상 자기질의 불량

2) 시멘트의 불량

3) 접속 방법의 불완전

4) 자기소성 냉각법의 부적당

나. 온도의 영향

햇빛의 직사에 의하여 고온으로 된 애자가 비에 젖어 급격히 냉각되면 심한 온도의 변화를 받는다. 애자는 팽창계수가 다른 자기, 철, 시멘트 등으로 되어 있으므로 각부에 스트레스가 생기고 애자가 열화 된다.

다. 시멘트의 화학 팽창

시멘트는 오랜 세월이 지남에 따라 공기 중의 수분, 탄산가스를 흡수하여 경화 팽창을 한다. 이 때문에 자기에 스트레스를 주어 열화의 원인이 된다.

라. 자기적 스트레스와 코로나에 의한 영향

선로전압에 의한 전기적 스트레스, 그 밖의 이상전압에 의하여 큰 스트레스를 받으면 자기가 열화한다. 현수애자는 클레버스 부분이 약간 뾰족하고 또한 이것을  2개 이상 연결했을 경우 클레버스 선단과 위쪽 애자 사이의 공기가 스트레스를 받아서 열화한다. 또 해안지방은 바다 바람 때문에 표면에 누설전류가 흐르든지, 코로나 때문에 국부적으로 가열되어 열화되고 나중에는 전기적으로 파괴된다.

6. 열화 검출방법

가. 정전 상태

1) 육안 검사에 의한 방법

열화 진단을 위한 육안 관찰 방법은 소수성(물을 빨아들이지 않는 성질)의  정도, 하우징의 트래킹정도, 하우징의 변형 및 관통, 코아의 노출여부, 씰링부의 열화정도 등에 초점을 두고 있다. 이 방법은 고성능 망원경과 같은  검사 장비를 이용하여 지상 또는 헬기에서 절연물 표면의 손상을 검사하기도 하며 카메라를 이용하여 검사하기도 한다.

2) 절연저항 측정에 의한 방법 - 1000[V] 절연저항계로 측정하여 대체로 1000[MΩ] 이상이면 양호.

나. 활선 상태

1) 분담 전압기의 조사에 의한 방법

가) 캡식 및 네온관식 불량애자 검출기

애자의 캡에 접촉자를 대고 그 애자의 분담전압에 상당하는 방전음 또는 방전관에 의해서 양부를 판단한다.

나) 음향 펄스식 검출기

애자 개개의 분담전압을 정량적으로 측정하며, 애자 중 불량애자가 개재하면 그 애자의 분담전압이 전후의 건전한 애자의 분담전압에 비해서 크게 저하되는 것을 이용하여 애자의 양부를 판단한다.

2) 코로나 방전 모니터링

광 증폭 장비를 이용하면 애자 표면에서 발생하는 방전현상을 감지해 낼 수 있다. 연속적이고 안정화 된 방전현상은 하우징 재료에 상당한 침식을 일으킬 수 있다. 부분방전에 의해 방사되는 대부분의 에너지 파장은 300~380 nm로 UV-A 파장 범위에 해당한다. 이 기법은 밤에만 사용될 수 있고 이 장비를 이용하여 진단할 때 방전 현상이 있어야만 쉽게 검출해 낼 수 있으므로 상당한 불편을 야기한다. 최근에는 낮 시간에도 검출 가능한  코로나 검출 카메라에 대한 연구가 활발하다.

3) 적외선 분석

자연 상태에서 애자가 열화 되면 표면의 누설전류가 증가하게 되어 애자 표면에서 열이 발생하게 되므로, 이를 검출하기 위해 적외선 열분석기가  사용된다. 이를 이용한 경우 지상에서도 애자의 건전상태를 판단할 수 있으며, 애자의 열화된 부분이나 정도까지도 검출해 낼 수 있다.

4) 전위분포 측정법

캡 금구에 접촉자를 대고 고저항을 통한 대지에서의 누설전류를 정류기를 통해 마이크로미터에서 읽어 애자의 양부를 판단한다.

5) 전계측정

애자의 길이 방향으로 전계분포를 측정하여 결함 상태를 검출하는 방법이다. 대체로 전계 분포는 결함이 있는 위치에서 다소 급격한 변화를 갖게 된다. 프로브를 애자의 길이 방향으로 이동하면서 측정하고 이를 컴퓨터를 이용하여 분석하게 된다. 그러나 이 방법은 프로브를 설치하기 위해 애자 근처까지 접근하여야 하는 불편함이 있다.

 가동브래킷의 종류, 장단점, 구성하고 있는 주요자재에 대해 설명하시오.

1. 개요

가. 전차선을 지지하기 위하여 전주에 취부한 외팔보를 브래킷이라 하며, 사용목적에 따라 브래킷은 고정브래킷과 가동브래킷이 있고

나. 가동 브래킷은 브래킷의 본체와 전주의 접합부를 회전축으로 하여 자유로이 좌우로  회전하며,

다. 조가선과 전차선의 온도변화에 의해 신축함으로써 생기는 전선의 이동에 따라 동시에 그 방향으로 이동할 수 있는 구조로 되어 있으며

라. 이 브래킷은 장간애자에 의해 전주와 절연되어 있다.

2. 가동 브래킷의 종류

가동 브래킷의 종류는 I형, O형, F형으로 분류하며 각 전주의 선로 조건에 따라  현장에서 제작하여 설치하는 방식과 표준화하여 공장에서 제작하여 설치하는 방식이 있다.

가. I형(In type)

곡선 당김 금구를 전주 쪽에 설치하는 것을 I형이라 한다.

나. O형(Out type)

곡선 당김 금구를 전주의 반대쪽에 설치하는 것을 O형이라 한다.

다. F형(Flat type)

에어 섹션, 에어 조인트 등 전차선의 평행 개소, 말단개소, 전차선의 무효 부분에 설치하는 것을 말한다.

3. 가동 브래킷의 특성

가. 회전성능

수평방향의 회전가능 각도는 90˚이며, 회전에 의해 전차선 위치 변동이 ± 500mm 미만에서는 조가선 변동이 없어야 한다.

나. 회전억제저항

1) 회전억제저항은 전차선의 수직하중과 횡장력을 받았던 사용상태로 1개소당 3Kg 이하로 한다.

2) 전차선의 이동에 대하여 지지점의 회전억제저항이 작은데 가선 장력의 불균일 방지가능하여야 하고 집전장치(Pantograph)의 집전상태가 양호하여야 한다(가선상태, 용수철 정수가 양호)

4. 가동 브래킷의 장.단점

가. 장점

1) 온도가 변하여도 가선구조가 흐트러지지 않으므로, 고속운전에 적합하다.

2) 장력의 변동이 적다.

3) 하중에 의한 전차선의 경점을 적게 할 수 있다.

4) 조가선을 절연하지 않으므로 지지물 높이가 감소한다.

5) 지지점에서 풍압에 의한 편위의 변화가 적다.

6) 가선이 경량화 된다.

7) 활선 작업의 안전도가 높다.

8) 절연애자(장간애자)가 전주측에 취부되므로 보호설비의 배선이 용이하다.

9) 진동방지 및 곡선당김장치 등은 가동브래킷의 부속품으로 단독 절연할 필요가 없다.

10) 가동브래킷은 경량이므로 가선효율이 양호하게 된다.

나. 단점

1) 허용편위를 초과하면 전차선으로부터 팬터그래프의 이탈이 우려된다.

2) 가동 브래킷은 단주를 사용하므로 기초를 강화시킬 필요가 있다.

3) 복잡한 역구내에서는 사용 곤란하다.

5. 가동 브래킷의 설치

가. 가동 브래킷은 체결금구로 전주, 하수강, 벽체 등에 설치한다. 정거장 구내 등 사람의 접촉이 우려되는 장소에는 절연 브래킷을 설치한다.

나. 가동 브래킷의 지지재는 필요에 따라 압축에 견디는 구조로 한다.

다. 평행 개소에는 2본의 브래킷을 평행틀 또는 2본의 전주에 설치한다.

라. 터널 시․ 종단에 설치하는 터널 브래킷은 터널 시․종점으로부터 5[m] 이내의 위치에 설치함을 원칙으로 한다.

6. 가동 브래킷의 주요자재

가동브래키트의 구조는 주파이프, 지지파이프 및 이에 부속하는 곡선당김, 진동방지장치 등 여러 가지로 구성되어 장간애자로서 절연한다.

가. 수평파이프 : 버팀재

나. 경사파이프 : 주파이프

다. 곡선당김장치 : 곡선구간에 사용

라. 진동방지장치 : 직선구간에 사용

마. 장간애자 : 압축력과 인장력이 작용하는 지점에 사용

7. 가동 브래킷의 구성도

전선종류 및 특성 

 *600V  CV (가교폴리에틸렌비닐시즈 케이블)

  -600V 이하의 상업용 또는 주거용으로 사용되는 배전용 전선  또는 조명용으로 사용된다.     

 *600V  VV(HVV) ((내열성) 비닐절연, 비닐시즈 케이블)

  -600V이하의 상업용, 주거용으로 사용되는 배전용전선 또는 조명용으로 최대 도체 사용온도는

   60도(75도)이다.

 *600V CVV (제어용 비닐절연 비닐시즈 케이블)

  -600V 이하의 제어용 회로에 사용되는 케이블로 사용 온도 60도이다.

*600V CVV-S (정전차폐부제어용 비닐절연, 비닐시즈 케이블)

  -600V 이하의 정전차폐가 요구되는 제어용 회로에 사용되는 케이블로  최대도체 사용온도는 60도이다.

*600V CVV-SB (제어용 비닐절연 비닐시즈 동편조 케이블)

   -600V 이하의 제어용 회로에 사용되는 케이블로 관로 또는 지중포설되며 최대 도체 사용온도는 60도이다.

*600V FR-CVV (제어용 난연비닐절연  난연비닐시즈 케이블)

  -600V 이하의 난연성이 요구되는 제어용 회로에 사용되는 케이블로   관로 또는 지중 포설되며 최대도체 사용온도는  60도이다.

 *600V VCT (비닐 켑타이어 케이블)

  -공장, 광산, 농장에  사용되는 600V 이하 전동공구 리드용 전선으로  사용된다.

 *3300V CV (고압가교 폴리에틸렌 케이블)

  -3300V 이하의 산업용 또는 상업용 배전회로용 전선으로 사용되며  관로 또는 직매등으로 포설된다.

*6600V CV (고압가교 폴리에틸렌 케이블)

  -6600V 이하의 산업용 또는 상업용 배전회로용 전선으로 사용되며  관로 또는 직매등으로 포설된다.

*600V FR-8 (폴리에틸렌절연 비닐시즈 내화전선)

 -화재경보, 비상등, 스프링쿨러 등의 내화성이 요구되는 곳에 사용된다.

*FR - 3 (XLPE 절연, 비닐시즈 내열전선)

 -화재경보 및 비상경보장치의 회로에 사용되는 제어,신호용 전선

*300V EVVF-S, 600V EVVF-H (전원 케이블)

 -단순, 반복적으로 움직임이 많은곳에 사용되며 엘리베이터,  무대이동용 조명 장치 및 관련기기 배선에 사용, 단선, 단락 및 내굴곡성이 우수하다.

*600V KIV (전기기기용 비닐절연전선)

 -600V 이하의 전기기기의 배선에 사용되는 전선으로 도체가 유연한 절연 전선이다.

*600V HKIV (2종 내열 전기기기 빌 절연전선)

 -600V 이하의 일반 공작물이나 전기기기의 배선에 사용되는 전선으로 내열성 가소제를 첨가한 비닐로 절연하며, 최대 도체 사용온도는 75도이다.

*600V IV (비닐 절연전선)

-600V 이하의 일반공작물이나 전기기기의 옥내 배선용으로 사용되는 것으로 사용이 간편하고 색별표시가 다양하고 식별이 용이하다.

*600V HIV (2종 내열 비닐 절연전선)

 -600V 이하의 일반공작물이나 전기기기의 옥내 배선용으로 사용되는 것으로내열성 가소제를 첨가한 비닐로 절연하며, 최대도체 사용온도는 75도이다.

*600V OW (옥외용 비닐 절연전선)

 -600V 이하의 저압가공전선로 전선으로 사용되며,최대도체 사용온도는  60도이다.

*AV (자동차용 저압전선)

 -자동차, 농기계, 자동 전기설비의 내부 배전용전선으로 사용되며, 내유성이 우수하다.

*600V DV (인입용 비닐 절연전선)

  -600V 이하의 가공 인입성용으로 사용되며 내후성이 우수하며 최대사용 도체온도는 60도이다.

*GV (접지용 비닐 절연전선)

  -전기 건축물 규정에 준하는 제1급 및 제2급 접지용으로 사용되며 최대도체 사 용온도는 60도이다.

*TOV (8자형 옥외전화선)

  -단자함에서 옥내까지 인입용에 사용된다.

*TIV (PVC 옥내 전화선)

   -건물 내부에서 사용되는 전화선

*5C,7C,10C(FL, FLSSD)/4C,5C(FB, FBSSD)(CATV FL/FB 타입 고주파 동축케이블)

   -유선방송국에서 가입자까지 영상신호 전송 시스템에 사용되며 사용기능에 따라 간선, 지선 및 인입선으로 구분한다.

*ECX-RG (고주파 동축 케이블)

  -구조 및 특성이 광범위하므로 유무선 송신기, 선박기기 배선, 전자기기 배선에  주로 사용한다.  

*600V CT/RNCT/PNCT (600V 고무절연 켑타이어 케이블)

 -600V 이하의 이동용 전기기구 또는 타워 크레인에 사용되며 내굴곡성이 우수하며 일반 배선용으로 널리 쓰인다.

*WCT/WNCT/WRCT/WRNCT (용접용 케이블)

 -밧데리 및 아크 용접기의 2차쪽네 사용되는 케이블로 리드용, 홀더용이 있다.

*SIS (합성고무 절연전선)

 -원자력 발전소에 널리 사용되며 내구성, 내열성, 내오존성이 우수하다.

*ACSR (강심알루미늄 연선)

 -주로 큰 인장하중을 필요로하며 가공전선로에 사용된다.

*ACSR-AW (알루미늄피복 강심 알루미늄연선)

  -큰인장하중을 필요로하는 가공전선로에 사용되며 내부 강선재가 알루미늄으로  피복되어 있다.

*ACSR -OC (특고압 강심 알루미늄 절연전선)

 -특별고압 가공 전선로에 사용하는 절연전선으로 단심의 아연도금 강선을 중심으로 강심 알루미늄을 동심원으로 압축 연선한 도체위에 가교폴리에틸렌으로 절연한 고압 절연전선이다.

*캡타이어 케이블

  -이동용 전선으로 사용.

  -순고무 30% 이상을 함유한 고무 혼합물로 소선을 피복.

  -내수,내산,내알칼리,내유성을 가진 50% 이상의 순고무 혼합물로 윗 피복.

*MI케이블

   -저압용 케이블.

   -내열성이 뛰어나고 기계적 강도가 크다.

   -내수,내유,내습,내노화성이 뛰어나며 화재 예방용으로 사용.

   -화재 예방이 특히 필요한 문화재 등에 사용.

각종 제한 속도

1. 제동축 비율에 따른 운전속도제한 (운규 제133조)

조성차량의 종별 및 제동축수 비율에 따른 열차의 운전속도는 다음 표에 정한 속도를 넘어서 운전할 수 없다.

속도단위 : km/h