자동장력조정장치 검토

자동장력조정장치 검토

 

 

1. 장력조정장치 구비조건

전선류는 온도변화에 따라 신축하게 된다. 외기 온도가 상승하면 전차선이 신장하여 장력이 감소하기 때문에 전선의 늘어짐이 생긴다. 이러한 개소에 팬터그래프가 진입하면 가선진동이 커지고 이선과 아크가 생겨 전차선과 팬터그래프 습동판의 마모를 촉진하며 이로 인해 전차선의 단선 사고를 유발할 가능성도 있다. 이와 같은 현상을 방지할 수 있도록 전차선의 장력을 일정하게 유지하는 장치를 장력조정장치라고 하며 전기적, 기계적으로 충분한 강도를 갖는 것이 필요하며 다음과 같은 조건이 요구된다.

(1) 전차선의 장력에 충분히 대응할 수 있는 기계적 강도를 가질 것

(2) 전기적 절연 내력을 유지할 것

(3) 금구, 애자 등의 접속 결합 개소에 관해서는 기온저하에 의한 장력의 증대외에 열차, 풍압 등에 의한 기계적 동요와 진동에도 충분히 견딜 수 있을 것 등이다.

장력조정장치에는 온도 변화 등에 대한 전차선의 장력을 자동적으로 조정하는 자동식과 사람의 손에 의해 조정하는 수동식으로 크게 구별된다. 이를 위해 본 선로의 전차선과 조가선에는 활차식 자동장력조정 장치를 설치하고 기타의 측선 등에는 Wire Turnbuckle 이나 조정용 스트랩으로서 수동조정이 가능한 설비로 시설하고 있다. 즉, 전차선의 장력조정장치의 종별과 사용구분의 특성은 활차식 자동장력조정장치의 조정거리는 조정장치의 효율, 억제저항, 전선의 이동 등에 의한 곡선 당김 및 진동방지 장치의 이동범위 등에 의해 한쪽의 장력장치의 조정범위 한도를 800m로 하고 있으므로 인류구간의 길이가 800m 이하인 때는 한쪽에만 그리고 800m를 넘어 1,600m 이하인 경우에는 양측에 설치하며 Spring식 자동장력 조정장치는 그 조정거리를 길게 하면 조정장치가 대형으로 되어 Spring의 탄성이 세기 때문에 장력 변화가 크고 동절기에는 표준장력보다 크게 되어 장력을 일정하게 유지하기에는 약간의 어려운 점이 있기 때문에 조정거리를 대략 300m로 하고 있으며 300m를 넘어 600m 이하의 경우에는 양측에 설치한다. 최근에는 일본 전기철도와 같이 New Spring Type(NS)을 사용중에 있다. 기술의 발달과 함께 빔하스팬선, 검수차내등 짧은 길이의 전선을 조정 할 수 있는 스프링 바란서 능력을 훨씬 뛰어넘는 장력조정거리 800m 이상의 본선용으로 사용할 수 있도록 스트로크(Stroke) 능력이 월등한 제품을 일본을 주축으로 제작되고 있다.

 

2. 자동장력 조정장치의 종류

(1) 활차식 자동장력 조정장치

활차식 자동장력 조정장치는 온도변화에 따라 전차선과 조가선의 이도 및 장력이 변화하며 활차의 회전으로 중추가 상하로 움직여 전차선과 조가선의 신축을 조정하여 이도를 시정시킴으로서 전선의 장력을 항상 표준장력으로 유지될 수 있는 구조로 되어 있다. 이 구조의 주된 구성 요소로는 활차부와 중추부 그리고 장력을 전달하는 로프부로 구성되어 있으며 그 동작은 확실하고 정확하기 때문에 현재 전차선의 장력조정에는 가장 많이 사용되고 있는 자동장력 조정방식이다. 여기서 사용되는 활차의 활차비는 3:1, 4:1, 5:1등이 있으며 환경과 기후조건 및 가선 장치의 구성 조건 등에 따라 선택되어 진다. 그리고 이 활차식 자동장력 조정장치에는 현재 우리철도에서 설치 사용하고 있는 조가선과 전차선을 일괄하여 1조의 활차로 두 선을 함께 조정하는 일관 조정방식과 구라파 등지에서 널리 사용되고 있는 조가선과 전차선을 따로따로 개별적으로 자동장력 조정 할 수 있도록 한 방법 등의 두 가지 방식이 있다.

(2) Spring식 자동장력 조정장치

Spring식 자동장력 조정장치는 Spring의 탄성을 이용하여 가선의 장력을 조정하는 것이며 주로 역구내에선 상하선 건넘선과 짧은 측선 등에 사용되고 있으며 우리철도에서는 스펜선 비임 개소에 사용하고 있으나 일본을 비롯한 외국의 경우에 새로운 Type의 장력장치를 개발하여 본선 구간에는 활발히 사용되고 있다. NS Type(New Spring Type)장력장치는 가선선종 및 Section 길이에 적합한 제품을 선정하여야 하므로 일반 활차식 장력장치와 달리 형식 선정에 충분한 검토가 필요하여 장소에 따라 일괄용, 개별용을 적의 선정하여야 한다.

(3) 수동장력 조정장치

수동장력 조정장치는 역구내의 짧은 측선 또는 자동장력 조정장치와 조합하여 사용되며 종류로는 와이어 턴버클과 조정용 스트랩이 있으나 주로 와이어 턴버클만을 사용한다.

 

3. 일괄식과 개별식 장력 장치의 비교

장력조정장치에는 인력에 의하지 않고 자동적으로 조정되는 자동식과 인력에 의해 조정되는 수동식으로 대별되며 자동식 장력조정장치로서는 활차식, 플리블록타입(pully block type)과 스프링식이 사용되고 있으며, 상기 구비조건을 만족시키는 개별식 장력조정장치는 파동전파속도가 크기 때문에 고속구간에 적합한 특성을 보인다. 국내에서는 경부고속철도 이외의 기존선 구간에서는 사용실적이 없는 것과, 가격이 고가라는 단점이 있으나 over-lap 구간에서 가선장력을 균일하게 유지시켜 주기 때문에 전차선과 조가선의 장력이 서로 다른 System인 고속 운전 구간에 적합하다. 일괄 장력조정 방식은 전차선의 단선 사고 시 조가선의 장력부담이 커지게 되며 또한 온도의 급변 등이 야기될 때에는 전차선과 조가선의 이도 불균형의 야기 등 여러면에서 전차선의 집전특성과 안전성의 저하를 가져올 수 있다.

 

4. 활차식 및 스프링식 자동장력조정장치 비교

구 분	일 괄 식	개 별 식
속도특성	220[km/h]	350[km/h]
경 제 성	100[%]	200[%]
사용개소	일본, 한국	경부고속전철, 프랑스, 유럽
장 점	ㆍ설치가 간단하고, 유지보수가 편리 ㆍ국내 다년간 사용 실적이 있음. ㆍ설치비가 저렴 ㆍ국내생산 가능	ㆍ고속구간에 적합 ㆍ전차선 단선시 조가선에 파급이 없음. ㆍ온도 급변시 전차선과 조가선의 이도를 일정하게 유지
단 점	ㆍ온도급변시 전차선과 조가선이도 불균형	ㆍ설치가 복잡하다. ㆍ설치비 증대

구 분	활 차 식	스 프 링 식
형 상
유 지 보수성	불리함	양호함
장 점	• 재료비가 저렴함. • 사용실적이 풍부함. • 장력장치의 효율이 좋음.	• 부속설비가 간단하고 무보수화에 기여함. • 베어링, 와이어로프 교환, 주유 등 불필요로 유지 보수비 절감 • 순회점검, 주상작업 등 불필요로 안전사고 발생 없음.
단 점	• 주기적인 보수로 유지 보수비 증대 • 시설이 복잡하여 유지 보수가 어려움.	• 초기 투자비가 증가함. • 장력변화율이 크다.
사용 실적	호남선, 경부선, 독일(ICE) 등	일본 신간센, 전라선, 대만고속철도 등
선정	◉	◉
적 용	일반 토공구간	터널, 교량, 옹벽, 방음벽

5. 검토 의견

상기 장력장치 검토결과 토공구간은 초기 투자비가 감소하고 수도권전철 등에 적용하여 신뢰성이 입증된 활차식을 선정하고 교량, 터널, 방음벽, 옹벽외측구간은 설치가 쉬워 시공성이 좋으며 유지보수성, 무보수화를 감안하여 스프링식으로 선정한다.