CaKo250 전차선로 가동브래킷
CaKo250 전차선로 가동브래킷
1. 개 요
전차선로용 가동브래킷은 전기차에 직접 전력을 공급하는 전차선을 현수하는 조가선을 직접 지지하는 지지물이다. 지지점에서 전차선과 조가선간 수직거리인 가고(system height)를 만들어 주고, 편위를 주는 곡선당김금구를 설치하는 설비이기 때문에 전차선로 가선 특성에 직접적인 영향을 주는 중요한 역할을 하고 있다.
현재 사용되고 있는 가동브래킷의 종류는 크게 수도권 전철구간 및 일반철도노선에 사용되고 있는 일반철도용 가동브래킷과 고속철도용 가동브래킷으로 나눌 수 있다.
가동브래킷은 온도변화에 따라 자동장력장치과 연동하여 전주 및 하수강 등에 애자를 이용하여 회전할 수 있도록 설치된다. 대부분의 가동브래킷은 진동방지파이프, 상부파이프, 경사주파이프, 보강재 등으로 이루어져 있고, 곡선당김금구(steady arm)가 진동방지파이프에 설치되어 있다. 압축형(I-type; pull- off)은 전차선 편위를 전주방향으로 적용할 때 사용하고 인장형(O-type; push off)은 반대로 적용할 때 사용한다. 편위를 적용하고 지지점의 압상량을 제한할 수 있는 곡선당김금구, 조가선을 지지하는 가동브래킷 및 장간애자로 구성.
2. 곡선당김금구
곡선당김금구의 역할은 팬터그래프의 집전판이 균일하게 마모되도록 하기 위하여 전차선에 적정한 편위를 주기 위함이다. 우리의 경우나 일본의 경우에는 스토퍼(stopper) 를 설치하여 곡선당김금구가 최대로 압상하여도 진동방지파이프와 곡선당김금구가 접촉하지 않도록 스토퍼를 설치하여 전차선의 압상을 제한하고 있다. 한편, 경부고속철도 및 프랑스의 경우는 스토퍼를 설치하지 않고, 충분한 여유의 압상량을 두어 진동방지파이프와의 접촉을 피하고 있다.
1) 곡선당김금구 형상
현재 기존선에 사용하는 곡선당김금구의 최대 압상량은 100mm이고, 경부고속철도에 사용하고 있는 곡선당김금구의 최대 허용압상량은 200mm이다. 곡선당김금구의 압상량의 경우, 팬터그래프의 최대 허용압상량을 130mm까지 허용하고 최대 압상량을 200mm를 확보할 수 있도록 고려하였다. 그리고, 팬터그래프가 최대 200mm 까지 압상하여도 곡선당김금구와 간섭이 없도록 형상을 설계.
전차선과 암지지금구간 직선거리를 기존에 900mm에서 950mm로 늘리고, 전차선과 암지지금구간의 수직거리를 189mm로 상향 조정하여 설치.
2) 곡선당김금구 구조 설계 및 해석
(1) 하중조건 : 전차선 위치에서 300N의 힘을 암지지금구와 평행하게 작용하였다. 한국철도표준규격의 인장 내하중 조건을 참조하여 기존의 곡선당김금구와 동일한 조건에서 동일한 하중을 가하였을 때 기존 곡선당김금구의 최대응력 이하의 응력을 갖는 직경 선택.
(2) 구속 조건 : 기존의 곡선당김금구의 경우 파이프 중간부위에서 약 257MPa 정도의 최대 응력이 작용.
기존의 곡선당김금구 파이프(φ=27, t=4.5)를 사용하였을 때 최대 약 271MPa 정도의 응력이 작용.
무게는 기존의 곡선당김금구가 1610g 인데 비해 개발된 곡선당김금구는 1430g으로 약 200g 경량화.
3) 공인 기관 시험
곡선당김금구 성능시험
항목 | 하중점 | 시험기준 | 시험결과 |
인장하중 | 전차선과 곡선당김금구의 선단 구멍간 | 2,942N에서 3분간 유지후 이상유무 | 이상없음 |
압축내하중 | 전차선과 곡선당김금구의 선단 구멍간 | 1,961N에서 3분간 유지 후 이상유무 | 이상없음 |
이어의 비틀림 내하중 |
| 49Nm에서 3분간 유지후 이상유무 | 이상없음 |
이어의 미끌림 내하중 |
| 981N에서 3분간 유지후 이상유무 | 이상없음 |
내진동 시험 |
| 2×106회 이상에서 이상유무 | 이상없음 |
3. 장간애자
1) 장간애자는 지지물과 전기가 흐르는 전차선로를 절연시키는 역할을 하는 애자로써, 세라믹제 애자, 유리애자, 고분자제 애자 등이 시공되었고 최근에는 모두 고분자애자로 설계.
2) 가동브래킷용 Type-m 장간애자
형상 치수 설계
취부길이(㎜) | 유효 절 연거리 ( ㎜ ) | 날 개지름(대 / 소) ( ㎜ ) | 날개수 (개) |
744 | 529 | φ 162 / φ 135 | 10 |
장간애자 성능 기준 설정
특성 | 단위 | 정격 | |
치 수 | 표면누설거리 | ㎜ | 1,250 이상 |
기계적성능 | 굽힘 파괴하중 | ㎏-m | 350 이상 |
인장내하중 | ㎏-1min | 6,000 이상 | |
전기적성능 | 건조섬락전압 | ㎸ | 230 이상 |
주수섬락전압 | ㎸ | 180 이상 | |
50%충격섬락전압 | ㎸ | 380 이상 | |
전파장애전압 | 상용주파 대지간 | rms ㎸ | 25 |
최대 전파장해전압 | ㎶ at 1000㎑ | 10 | |
3) 공인 기관 성능 시험
시험항목
시험항목 | 인정시 험 시 료 수량 | 검수시 험 시 료 수량 | 시료상태 | 시료구분 (파괴시험: ○) | 한국철도 표준규격 적용항 |
겉모양 검사 | 전수량 |
| - | - | 4.1.2 1)항 |
치수 검사 | 3개 |
| 완제품 | #1 ~ #3 | 4.1.2 2)항 |
접착성 검사 | 3개 |
| 완제품 | # 1 ~ # 3( ○ ) | 4.1.2 3) 항 |
굽힘 파괴하중 시험 |
| 2개 | 완제품 | # 4 ~ # 5( ○ ) | 4.2.2 3) 항 |
인장 내하중 |
| 2개 | 완제품 | #4 ~ #5 | 4.2.2 4)항 |
건조섬락전압시험 | 3개 |
| 완제품 | #4 ~ #6 | 4.2.2 5)항 |
주수섬락전압시험 | 3개 |
| 완제품 | #4 ~ #6 | 4.2.2 6)항 |
50 % 충 격 섬락 전압시 험 | 3개 |
| 완제품 | #4 ~ #6 | 4.2.2 7)항 |
아연도금시험 | 3개 |
| 완 제 품 (시편) | # 1 ~ # 3( ○ ) | 4.2.2 8) 항 |
전파장해전압시험 | 3개 |
| 완제품 | #4 ~ #6 | 4.2.2 10)항 |
X-선 투과시험 | 3개 |
| 완제품 | # 1 ~ # 3( ○ ) | 4.2.2 11) 항 |
수분침투 시험 | 3개 |
| 완제품 | # 7 ~ # 9( ○ ) | 4.2.2 12) 항 |
염색용액침투 시험 | 3개 |
| 완 제 품 (시편) | # 10 ~ # 12( ○ ) | 4.2.2 13) 항 |
수분확산 시험 | 3개 |
| 완 제 품 (시편) | # 10 ~ # 12( ○ ) | 4.2.2 14) 항 |
경년변화 시험 | 3개 |
| 완 제 품 | # 13 ~ # 15( ○ ) | 4.2.2 18) 항 |
시험결과 정리
시험항목 | 인정시험 시료수량 | 검수시험 시료수량 | 시료구분 (파괴시험 : ○) | 시험결과 |
겉모양 검사 (역학) | 전수량 |
| - | 합격 |
치수 검사 (역학) | 3개 |
| #1 ~ #3 | 합격 |
접착성 검사 (역학) | 3개 |
| #1 ~ #3(○) | 합격 |
굽힘 파괴하중 시험(역학) |
| 2개 | #4 ~ #5(○) | 합격 |
인장 내하중 (역학) |
| 2개 | #4 ~ #5 | 합격 |
건조섬락전압시험 (전기) | 3개 |
| #4 ~ #6 | 합격 |
주수섬락전압시험 (전기) | 3개 |
| #4 ~ #6 | 합격 |
50% 충격섬락전압시험(전기) | 3개 |
| #4 ~ #6 | 합격 |
아연도금시험 (역학) | 3개 |
| #1 ~ #3(○) | 합격 |
전파장해전압시험 (전기) | 3개 |
| #4 ~ #6 | 합격 |
X-선 투과시험 (역학) | 3개 |
| #1 ~ #3(○) | 합격 |
수분침투 시험 (역학) | 3개 |
| #7 ~ #9(○) | 합격 |
염색용액침투 시험 (역학) | 3개 |
| #10 ~ #12(○) | 합격 |
수분확산 시험 (역학) | 3개 |
| #10 ~ #12(○) | 합격 |
경년변화 시험 (역학) | 3개 |
| #13 ~ #15(○) | 합격 |
4. 가동브래킷
1) 형상 설계 및 금구류 개발
개발된 곡선당김금구를 이용하여 곡선당김금구가 200mm 이상 압상할 수 없도록 스토퍼를 설치한 암지지금구를 설계하였고, 터널구간 가고 850mm 및 일반구간 가고 1,200mm를 적용할 수 있는 가동브래킷 개발.
[ 기존 가동브래킷]
[ 개발 가동브래킷 변경 금구 ]
[진동 방지 파이프 길이 축소]
일부 구간에서 기존의 가동 브래킷의 파이프가 처지는 문제가 발생되었다. 파이프 내부로 설치하는 애자금구의 지름과 파이프의 사이즈간의 공차가 커서 아래 그림과 같이 상부 파이프가 처지는 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제는 KS 규격품인 상부파이프와 장간애자의 금구의 제작공차로 인하여 발생하는데, 장간애자의 제작도면에 공차의 여유를 줄여 이러한 문제가 재발되지 않도록 하였다.
[ 기존 가동 브래킷 처짐]
2) 시작품 제작
제작은 I 형, O형 및 F형을 제작하였으며, 제작한 모델을 성능 시험 의뢰에 시험편으로 사용. 제작한 모델은 가고 1,200mm, 건식게이지(G) 3.5형의 I형, O형 및 F형 타입.
3) 공인 기관 형식시험
하중 시험 기준 및 시험 결과
시험항목 | 시험기준 | 시험결과 | |
l형 G=3.5 L=1200 | 수직하중 | 2,059N에서 3분간 유지 후 이상 없음 | 이상 없음 |
수평하중 | -3,138N에서 3분간 유지 후 이상 없음 | 이상 없음 | |
곡선당김지지금구 | -1,961N에서 3분간 유지 후 이상 없음 | 이상 없음 | |
시험항목 | 시험기준 | 시험결과 | |
O형 G=3.5 L=1200 | 수직하중 | 2,059N에서 3분간 유지 후 이상 없음 | 이상 없음 |
수평하중 | +3,138N에서 3분간 유지 후 이상 없음 | 이상 없음 | |
곡선당김지지금구 | +1,961N에서 3분간 유지 후 이상 없음 | 이상 없음 | |
F형 G=3.5 L=1200 | 수직하중 | 2,059N에서 3분간 유지 후 이상 없음 | 이상 없음 |
수평하중 | +5,590N에서 3분간 유지 후 이상 없음 | 이상 없음 | |
곡선당김지지금구 | +3,236N에서 3분간 유지 후 이상 없음 | 이상 없음 | |
조임 토크 시험 기준 및 시험 결과
시험 항목 | 시험 기준 | 시험결과 | |
l형 G=3.5 L=1200 | M16 볼트(Ncm) | 9,807 Ncm 이상 | 10 780 Ncm에서 이상 없었음 |
M16 U볼트(Ncm) | 9,807 Ncm 이상 | 10 290 Ncm에서 이상 없었음 | |
M12 볼트(Ncm) | 7,845 Ncm 이상 | 8 330 Ncm에서 이상 없었음 | |
O형 G=3.5 L=1200 | M16 볼트(Ncm) | 9,807 Ncm 이상 | 10 094 Ncm에서 이상 없었음 |
M16 U볼트(Ncm) | 9,807 Ncm 이상 | 10 290 Ncm에서 이상 없었음 | |
M12 볼트(Ncm) | 7,845 Ncm 이상 | 8 134 Ncm에서 이상 없었음 | |
F형 G=3.5 L=1200 | M16 볼트(Ncm) | 9,807 Ncm 이상 | 10 486 Ncm에서 이상 없었음 |
M16 U볼트(Ncm) | 9,807 Ncm 이상 | 10 486 Ncm에서 이상 없었음 | |
M12 볼트(Ncm) | 7,845 Ncm 이상 | 8 280 Ncm에서 이상 없었음 | |
출처 - 한국철도시설공단