직류전철 변전소에서 사용하는 정류기의 정류방식

직류전철 변전소에서 사용하는 정류기의 정류방식

 

 

1. 개요

가. 한전에서 수전한 일반 교류전기를 차량이 필요로 하는 직류전력으로 변환하는 장치를 정류기라 한다.

나. 정류기방식은 직류전력공급의 신뢰성, 유지보수, 에너지 절약, 공사비 절감 등 종합적으로 검토하여 정류기방식을 선정해야 한다.

2. 정류 방식의 기본이론

가. 다이오드식

1) 다이오드는 부하측에 한쪽방향의 전류(순방향)만을 흐르도록 하는 소자로서 교류를 직류로 변환시켜 부하에 전류를 흐리는 방식이다.

2) 전압과 상이 일정하면 출력 직류전압은 일정하다. 임의로 출력을 조정할 수 없다.

나. 싸이리스터식

1) 다이오드 특성에 덧붙여서 어떤 제어 신호에 의해서 전류 도통을 제어함으로서 출력을 조정할 수 있다.

2) 게이트 시그널에 의해서 전류 흐름을 통제 할 수 있다. 따라서, 출력 직류 전압의 크기를 조절할 수 있으므로 전압 강하 시 강하된 만큼 보상할 수 있다.

3) 싸이리스터는 순 방향 전압 이면서 동시에 Gate Signal이 있을 때만이 도통한다.

[그림 1] 단상 전파 브릿지 정류회로(저항부하시)

3. 다이오드식과 싸이리스터식의 비교(특성 비교)

구분	다이오드식	싸이리스터식
정류소자	Dicde	Thyrister
급전거리	3Km정도	4.5Km정도
변압기용량	적다	크다
정류기용량	적다	크다
직류모선	공통	분리
출력전압특성	1. 부하 증가 시 감소	1. 부하 증가 시 감소 2. 전압강하 보상	운영 차이
부하분담조정	불가	가능
급전거리	3Km정도	4.5Km정도
전차선 전력손실	적다	많다	용량이 동일시
고장전류차단	HSCB	HSCB/싸이리스터
회생전력회수	1. 전차선을 통해 인근차량에 공급가능 2. 회생 가능(회생 인버터 설치시)	1. 전차선을 통해 인근차량에 공급가능 2. 회생가능(Double Converter 설치시)
고조파함유	낮다	높다.
고조파대책수립	필터 불필요	필터 필요
변전소 면적	900[mm2]	1200[mm2]
유지관리	간단 저비용	복잡 고비용
국내적용	1. 서울 1-4, 5~8호선 2. 대구, 인천	1.부산 1,2호선

4. 종합 비교 검토

가. 다이오드식 장.단점

1) 출력제어가 불가능 부하변동 심할 경우 전압강하의 증가로 장애 사고 발생의 우려.

2) 설비가 간단하고 운전방식이 단순 관리비가 적게 든다.

나. 싸이리스터식 장. 단점

1) 전력공급의 안정성과 신뢰성이 높고 에너지 절약(전력 회생회수)이 높으며, 급전거리를 길게 할수 있어 공사비 절감효과.

2) 출력 전압 조정으로 고조파가 발생되어 필터설치 등 대책이 필요하며 고조파는 왜형율을 크게 하고 전자 장애를 일으킨다.

3) 급전거리가 긴만큼 선로 용량이 커지고 규격도 커지며 전력 손실도 크다는 단점.

4) 필터 교체 설비 복잡함으로 운영요원 전문화가 필요, 향후 유지 관리비 지속 증대.

5. 결론

싸이리스터 방식은 신기술, 진보 방식이지만 설비가 복잡하고 외 자재이므로 유지관리상 경제적 부담이 크고 전문화 된 운영요원의 확보등 해결해야 할 과제가 많다. 또한 고조파 발생 문제 해결을 위한 유지 관리비도 상당하여 다이오드 방식을 선호하고 있다. 현재 부산 지하철이 싸이리스터방식이며, 서울, 대구, 인천 등은 다이오드 방식이다.