집전판의 종류와 특성

집전판의 종류와 특성

 

1. 집전용 재료의 요구특성

현재 일본에서 가장 많이 사용하고 있는 집전판은 그림에 나타낸 바와 같이 가늘고 긴 형상으로 재래선, 신간선 모두 같은 형태이다. 전차의 팬터그래프 1대에는 선로방향으로 직류구간에서 4열, 교류구간에서 2열로 배열되어 있다.

집전판 형상

집전판 재료에 요구되는 조건은 상당히 엄격하며, 다음과 같은 사항을 들 수 있다.

(1) 기계적인 강도가 있을 것

(2) 전기저항이 낮을 것

(3) 내열성이 좋을 것

(4) 내아크성이 좋을 것

(5) 트로리선을 마모시키지 않을 것

(6)집전판 자체의 마모가 적을 것

(7) 소모품으로서 가격이 저렴할 것

이들 조건은 거의 그대로 트로리선 재료에 요구되는 조건이기도 하다.

 

2. 팬터그래프 집전판 종류

이러한 엄격한 조건 중 몇 개를 만족하여 지금까지에 집전판으로 사용되어 온 재질을 표에 분류된다. 각각 일장일단이 있지만, 일본과 같이 전철의 운행 대수가 많은 경우에는 다수의 팬터그래프 통과에 의한 트로리선의 마모가 문제이므로 현재 일본에서는 대부분이 소결합금 집전판이 사용되고 있다.

 

소결합금 집전판의 제조는 대략 다음과 같은 흐름으로 되어 있다. 우선 베이스다 되는 동분이나 철분에 내마모성이나 운활성을 향상시키는 성분의 분말을 혼합한다. 그것을 압축성형한 후에 구워서 굳힌다. 그리고 팬터그래프에 장착라기 위한 나사구멍을 내고, 마지막으로 기름 등을 흠뻑 젖게 한다.

집전판의 분류

분류	종류	경도 HB	충격치 kgm/cm2	밀도 g/cm3	저항률 μΩ-㎝	특징
금속계	동 강	30 150	10	8.9 8	1.7 15	강도가 크고 가격이 저렴 트로리선의 마모가 큼
소결 합금계	동계 철계	50 50	1.0 1.0	8 8	30 40	트로리선 집전판 모두 마모는 중
탄소계	순수탄소 메탈라이즈드 탄소	90	0.01 0.02	1.7 2.7	3,000 900	트로리선 마모가 적음 강도가 낮고 비저항이 큼

트로리선의 마모경감에는 탄소계 집전판이 가장 바람직하다. 그러나, 순수 탄소 집전판은 기계적 강도가 작고, 전기저항이 크기 때문에 최근의 고속화나 집전전류의 증대에 대응할 필요가 있다. 그래서 탄소에 금속을 혼합하여 강도와 도전성을 향상시킨 메탈라이즈드 탄소가 개발되어 점점 사용 선로구간이 확대되고 있다.

 

메탈라이즈드 탄소 집전판에는 탄소가루를 소결 후에 금속을 함침하는 타입과 탄소분말과 금속분말을 혼합하여 소결하는 타입이 있다. 최금에는 직류 전철화 구간에서도 사용 가능한 탄소계 집전판이 개발되었으며, 그 특성예를 표1.2에 보여준다.

 

탄소계 집전판을 나사구멍 가공이 곤란하기 때문에 그림과 같은 방법으로 팬터그래프에 장착되고 있다.

   

 최근의 탄소계 집전판의 특성예

 

집전판종류	밀도 g/cm3	저항률 μΩ-㎝	굽임강도 MPa	샤르피충격치 kJ/m2
함침형 A	3.5	3.1	115	3.6
함침형 B	3.0	2.7	120	4.2
혼합형 C	3.7	1.8	105	2.5
혼합형 C	3.8	1.2	110	5.1

그림 탄소계 집전판의 단면과 장착방법