트로리선의 파상마모

  

트로리선의 파상마모

 

트로리선의 파상마모는 주로 신간선의 고속주행구간과 재래선의 저속구간으로 발생하고 있다. 신간선에서는 깊이가 최대라도 0.5mm 정도의 얕은 파상이지만, 팬터그래프의 스파크 발생을 증가시키고 있다. 재래선에서 발생하게 된 것은 최근의 일로 파상의 정도가 깊고, 마모속도도 크다.

 

1. 파상마모의 형태

신간선과 재래선의 파상마모상황에 대해 외관에서 비교하면, 표에 나타낸 대로 상당히 대조적이다.

트로리선 파상마모의 외관상황

(1) 신간선

신간선 고속구간에서는 파상마모가 긴 구간에 걸쳐 연속적으로 발생하고 있다. 파장은 약 220mm이다. 열차의 진행방향으로 산부에서 골부로 향해 흑색화되어 있으므로 팬터그래프가 트로리선에 떨어져 아크가 발생한다고 생각할 수 있다. 골부에서 산부로 향할 때에 동색의 광택면을 띠고 있으므로 이 구간에서 팬터그래프가 붙어있다고 생각된다.

 

(2) 재래선

재래선 저속구간에서는 팬터그래프의 정지위치에서 출발하는 방향으로 수십m의 범위에 한해 파상마모가 발생하고 있다. 그 파장은 64mm 정도로 산부가 동색이고, 골부가 아크 손상되어 흑색을 띠고 있다.

 

2. 파상마모의 발생과정

재래선에서 현재 파상마모가 발생하고 있는 장소는 집전전류의 큰 직류구간의 역행장소인데 반해 신간선(교류전기구간)에서는 거의 모든구간에서 발생하고 있으며, 타행구간에서도 발생하고 있다. 또한, 아크흔적이 재래선로에서 골부, 신간선에서는 산부에 있는 등, 재래선과 신간선에서 그 형태가 기본적으로 다르며, 그 발생 메커니즘도 다르다.

 

(1) 신간선

신간선의 트로리선 파상마모의 발생원읜으로 지금까지 밝혀진 것은 다음과 같다.

① 팬터그래프 팬헤드의 후류에 생긴 칼만 볼텍스(Kalman Voltex)의 진동

② 트로리선과 팬터그래프 집전판간의 마찰 진동

③ 가선과 팬터그래프계의 고유진동에 의한 접촉력 변동

④ 팬터그래프 집전판 간격에의 접촉력 변동

 

신간선의 220km/h 전후의 고속구간에서의 파장 약220mm는 팬터그래프의 집전판 간격과 거의 일치하고 있다. 또한, 160km/h 정도의 중속영역이 되면, 이 파장과 함께 1/2, 1/3의 파장성분이 혼재하는 것을 그림5.2와 같이 확인할 수 있다.

 

또한, 파상마모는 타행구간에도 현저하게 나타난다는 것과 골부가 윤이 난다는 것 등으로 트로리선과 팬터그래프 집전판간의 접촉력이 고속 운전시에 격렬히 변동하기 때문에 집전판 간격을 기본으로 한 특정간격의 기계적 마모가 촉진되는 것으로 현재에는 생각되고 있다.

 

(2) 재래선

재래선에서 현재 발생하고 있는 파상마모는 역 등의 열차 출발구간에 현저하게 나타나고 있다. 이 파상마모는 직류전기화 구간의 대부분인 전국적으로 보여지는 현상인데, 특히 1대의 팬터그래프만의 열차나 2대 이상의 팬터그래프가 있어도 모선이 연결되지 않는 열차가 운전되는 선로구간에 많이 발생한다. 집전전류가 작은 교류구간에서는 나타나지 않는다는 것과 저속구간일수록 현저하게 나타난다는 것으로 이선 아크에 의한 트로리선의 손상 및 마모가 요인이라고 생각된다.

접동면 요철의 파워스팩트럼밀도 (東海道신간선,名古屋역 하행방향)

재래선에서는 최근에 고형 윤활제를 팬터그래프에 장착하고 있으나, 그것은 전기전으로는 절연재라고 생각할 수 있다. 그 때문에 초기에는 트로리선의 불규칙적인 요철로 고형 윤활제의 부분만이 접촉하며, 트로리선과 집전판간에서 아크가 발생하여 점점 그림에 나타낸 바와 같이 집전판 간격의 특정장소에서 아크마모가 반복되게 됨으로 파상마모가 형성되는 것으로 생각되고 있다.

재래선의 파상마모 형태

특히, 팬터그래프의 4열의 집전판 배치간격이 일정한 파장에 일치하고 있는 것도 큰 요인이라고 생각할 수 있다.

 

3. 파상마모 대책

지금까지 조사결과로부터 파상마모 대책으로는 팬터그래프에 관한 개선으로 대처할 수 있다고 생각된다.

 

(1) 신간선

신간선에서는 집전판의 폭을 넓히는 것에 따라 트로리선과의 접촉면압을 저하시켜 접촉점을 분산시키는 것이 東北신간선의 일부 선로구간의 실적으로 기대되고 있다.

 

집전판 간격이 균일한 것도 중요한 요소하고 생각할 수 있기 때문에 집전판 배치를 다른 간격으로 한 2종 이상의 팬터그래프를 병용시키는 것도 생각할 수 있지만, 그 효과는 확인되어 있지 않다.

 

(2) 재래선

재래선에 대해서는 표에 나타낸 바와 같이 복수의 대책이 제안되고 있고, 그들 효과를 실제로 조사하는 단계에 있다. 전반적인 트로리선 마모대책도 포함된 탄소계 집전판의 채용이 이루어지고 있으며, 파상마모에도 효과를 인정받고 있다.

   

재래선의 파상마모 대책안

 

번 호	대 책 항 목	목 적
1	팬헤드 폭을 넓게 함	팬헤드 접촉 안정화
2	팬헤드 중앙에도 집전판 설치	집전판열의 동시 이선 방지
3	고압모선으로 연결	이선아크의 발생 억제
4	고형 윤할제를 한쪽 팬헤드만이라도 제거	파상 산부에 팬헤드가 올라가는 것을 방지
5	고형 윤할제를 연하게 함	파상의 산부에 팬헤드가 올라가는 것을 방지