전기,철도 기술자료/전차선

전차선의 마모(Wear)

양 회장 2017. 5. 18. 17:21


전차선의 마모(Wear)

 

(1) 전기적 마모(용착마모)와 기계적 마모(절삭마모)

전차선은 Pantograph 습판과 직접 접촉하여 전기를 공급하기 때문에 전기적, 기계적으로 전차선이 마모가 된다. 전기적 마모는 Pantograph와 전차선의 불완전 접촉 또는 이선 등에 의하여 발생하는 Arc의 전기적 원인에 따른 것이다.

전차선의 구배변환점, 경점개소, 장력부적정개소, 습동면의 요철이 문제가 된다. 기계적 마모는 Pantograph의 습판과 전차선간의 기계적 마찰 및 충격에 따라 발생되는 것이며 Pantograph의 압상력이 크고 습판의 재질의 강도가 크면, 기계적 마모가 많으며 마찰 계수에 비례하고 고속으로 될수록 적게된다.

일반적으로 전류가 작은 교류구간에서는 전기적 마모보다 기계적 마모가 크고 직류구간에서는 반대로 된다.

 

(2) 전차선 마모의 일반적 경향

() Pantograph 압상력

Pantograph의 압상력이 크게되면 전기적 마모는 감소하고 반대로 기계적 마모는 증가한다. 압상력의 증가에 따라 이선이 감소하는 경우에는 기계적 마모가 증가하여도 전체적으로 감소한다.

() 집전전류

전차선의 마모는 집전전류의 대소에 그다지 영향을 받지 않는다. 그러나 직류구간에서는 이선이 자주 발생하면 마모가 촉진된다.

() 운전속도

전차선은 저속구간에서는 심하게 마모되고 습동면도 거칠어진다. 고속구간에서는 Pantograph와 전차선의 접촉력의 변동과 이선이 중대하기 때문에 국부 마모가 발생하기 쉽다.

() 접촉력의 변동, 이선

경점 부근에서 Pantograph 통과 시에 접촉력이 크게 되는 전차선 개소는 마모가 빠르고 특히 이선하기 직전 후 부근이 빨리 마모하는 경우가 있다. 이선과 접촉이 반복적으로 발생하는 전차선 개소의 마모는 극히 빠르고 아크발전에 따른 전차선 표면이 변색되고 이 과정이 반복되면 마모가 많게된다.

() Pantograph의 구조와 개수

Pantograph가 경량이고 추종이 좋게되면 전차선의 마모가 작게 되고, 개수가 많으면 기계적 마모가 증가하게 된다.

() 집전판의 특징

집전파의 재질의 경도가 맞고, 각이 없고, 유활성이 좋은 집전판이 전차선의 마모를 작게 한다.

() 전차선의 온도

전차선의 온도가 90에 가깝게 되는 것은 문제가 없지만 온도가 높게 되면, 온도상승에 따라 산화피막의 생성이 촉진된다. 집전전류가 작을 때 산화피막의 존재는 전차선의 마모에 보호효과(일종의 활효과)가 있다.

그러나 집전전류가 크면 전기접촉 불량에 따라 아주 작은 이선이 발생하기 쉽게되고 마모 증대의 원인이 된다. 온도상승에 따라 전차선의 구성이 변화하여 Overlap 건넘선 등을 지날 때 전차선의 마모가 증대 되기도 한다.

() 궤도조건, 차량동요

궤도의 정비상태가 좋지 않다든지, 차량의 동요가 크면 마모가 증가한다.

 

(3) 전차선의 허용이선 한도

마모된 전차선의 항장력이 표준장력에 안전율을 곱한 값에 도달했을 때의 전차선의 마모량을 허용마모한도라고 하고, 이때의 전차선의 직경을 허용잔존직경이라고 한다.

전차선은 Pantograph의 습동에 따라 전기적, 기계적으로 마모하기 때문에 그 잔존 단면적은 점차적으로 감소하고 점차선의 항장력이 저하하기 때문에 단선의 우려가 있다. 전차선은 허용마모 한도에 달할 때까지 사용하는 것이 경제적이기 때문에 그선종 및 단면적을 선정하는 경우에는 집전 특성 외에 전차선의 허용잔존직경에 걸리는 항장력과 전류 용량도 검토되어야 한다.


전차선의 마모한도                                                                            110㎟    잔존직경


전차선의 종류

마모한도

잔존직경

잔존면적

170

8.5

87.45

110

7.5

67.59


전차선(170)의 잔존직경과 잔존면적 및 항장력


(4) 전차선의 경점

전차선의 접속개소나 곡선당김금구, 진동방지금구의 취부개소는 다른 부분에 비교하여 전차선의 중량이 증가된다. 이 부분을 Pantograph가 통과할 때 전차선으로부터 충격을 받아 이선이 발생된다. 이와 같이 전차선에서 부분적으로 중량이 큰 개소를 전차선의 경점 이라고 한다. 전차선이 일정한 모양의 가요성을 가져야 하는 것은 중요한 요소이다. 이 때문에 전차선의 접속개소를 가능한 적게 하고, 가선 금구의 경량화를 도모할 필요가 있다.

() 전차선 이선 관리상의 요주의 개소

1) Air section, Booster setion, Air joint 개소 등(특히 역행개소)

2) 역행개소의 급전분기 및 Double ear 등의 경점개소 부근

3) 전차선의 교차개소의 굴곡개소

() Overlap 구간의 이선

1) Overlap 구간의 경우에는 다수의 Pantograph가 통과할 때 마다 이선개소가 일정하지 않기 때문에 Arc spot이 발생한 전차선 습동면을 Pantograph가 마찰하며 통과하기 때문에 상호 번갈아 Arc spot을 만들거나, 뛰어넘으면 그 곳의 마모는 빨리 진행되고 특히 큰 Arc spot이 발생하는 직류 역행구간에는 단시간에 마모가 된다.