전기철도
전기철도
1. 전기철도 종류
1) 일반철도
가. 간선철도 : 교통의 기간이 되는 철도로 장거리 및 고속운행이 수행되는 철도
나. 지선철도 : 간선으로부터 분기되는 지방선로로서 수송량이 적고 저속으로 운행되는 철도
2) 도시철도
가. 시가철도 : 노면전차, 트롤리버스(Trolly Bus)등이 이에 속하며 일반 도로상에 시설된다.
나. 도시고속철도 : 도시내의 지하철 및 고가철도 단궤조철도(Mono-rail)등이 이에 속한다.
다. 교외철도 : 도시를 중심으로 교외로 연결되는 철도로 표정속도가 높고 교외간의 수송을 담당한다.
3) 특수철도
가. 전용철도 : 광산철도, 항만철도, 삼림철도 등으로 각 목적에 따라 사용되는 철도이다.
나. 관광철도 : 관광객 수송목적에서 사용되는 철도로 저속 운행되며 일정시기만 운행되는 철도이다.
다. 등산철도 : 강색철도(Cable Car), 삭도(Rope Way)등으로 등산객 수송에 사용되는 철도이다.
2. 전기철도 급전방식
전기철도의 전기방식은 급전되는 전력의 종류에 따라 직류방식과 교류방식으로 분류된다.
우리나라의 경우 철도와 지하철은 급전방식이 다르며 크게 직류 방식과 교류방식으로 나누어지고 도시의 환경에 따라 다음과 같은 방식을 채택하며 도시철도는 직류급전방식을 사용한다.
1) 직류(DC) 급전방식
일반적으로 저속도의 단거리선로나 노면전차에서는 750[V]이하의 전기가 사용되고 수송밀도가 높고 고속으로 주행하는 노선에는 1,500[V] 직류가 많이 사용되며 도시철도도 직류1,500[V]가 사용된다.
가. 직류방식의 장점
(1) 전압이 낮아 절연계급을 낮출 수 있다.
(2) 통신 유도장애가 없다.
(3) 경량 단거리 수송에 유리하다.
(4) 차상설비가 간단하다.
(5) 활선작업을 하기가 쉽다.
나. 직류방식의 단점
(1) 변전소에 정류기를 설치하여야 하므로 건설비가 높다
(2) 전류가 크므로 전선의 동량이 많아지고 전력손실이 커진다
(3) 전압강하가 커지게 되어 변전소 간격을 길게 할 수 없다
(4) 지중관로에 전식의 피해를 준다
(5) 운전전류가 커서 사고전류의 선택차단이 곤란하고 보호방식이 복잡하다.
다. 직류급전 종류
(1) 가공단선식
전차선을 궤도 상부(+)에 가선하고 궤도(-)를 귀선(歸線)으로 하는 급전방식.
(가) 장점 : 가선 구조가 간단하여 설비비 및 보수비가 저렴하다.
(나) 단점 : 누설전류에 의한 전식 피해가 크다.
(2) 가공복선식
정, 부 2본의 전차선을 궤도 상부에 가선하는 방식이다.
(가) 장점 : 가공단선식 보다 전식이 적다.
(나) 단점 : 전차선의 설비가 복잡하다.
(3) 제3궤조방식
전차선 대신 운전용 궤도와 병행으로 급전궤도를 부설하여 집전하는 방식으로 전차선의 단선사고의 우려가 없고, 구조가 간단하다..
2) 도시철도의 급전방식
한전으로부터 AC 22,900[V]의 특별고압을 수전하여 변전소 변압기에서 AC 1,200[V](600V×2)로 강압하고 정류기에서 DC 1,500[V]로변환, 전차선로에 공급하여 운전하는 방식이며, 변전소의 간격은 전압강하 등을 고려하여 4 ～ 10[Km]마다 설치 운용한다.
3) 교류(AC) 급전방식
한전으로부터 수전하는 상용주파수 3상 특고압 전기를 변전소에서 단상 교류전기로 변환하여 전기철도의 전차선로에 공급, 운전하는 방식이다.
급전방식에 따라 직접방식, 흡상변압기 방식, 단권변압기방식으로 구분되며 철도청의 교류25[㎸] 계통 및 고속철도에 사용되며 현재 국내의 도시철도 계통에는 사용하지 않으며 다음과 같은 장, 단점이 있고 중장거리의 철도에 적합하다.
가. 교류방식의 장점
(1) 대용량 중, 장거리 수송에 유리하다.
(2) 에너지 이용율이 높다.
(3) 사고 시 선택 차단이 용이하다.
(4) 전식의 우려가 없다.
(5) 변전소와 변전소 사이의 거리가 장거리이므로 변전소 개소수가 적어 건설비가 적게 든다
나. 교류방식의 단점
- 통신 유도장해 대책이 필요하다.
다. 교류 급전방식의 종류
(1) 흡상변압기 급전방식(BT 급전방식)
권선비 1:1의 특수 변압기를 약 4[Km]마다 설치하여 전차선에 Booster Section을 설치하고, BT의 1, 2차측을 전차선과 부급전선(NF :Negative Feeder)에 각각 직렬로 접속하고, 1차측과 2차측에 흐르는 전류를 같게 하는 것으로 BT와 BT사이에는 중간점에서 레일과 부급전선을 흡상선으로 접속하여 레일에서 대지에 누설되는 전기차의 귀환 전류를 BT작용에 의해 강제적으로 부급전선에 흡상시켜 통신선로의 유도장해를 경감하는 방식이다.
한편, BT급전방식은 통신유도 경감효과는 크지만 부스터 섹숀 부분에서 부하전류를 차량의 판타그래프에서 개폐하므로 아크 발생으로 부하전류가 크고 속도가 고속화되면 운전 및 보수상 문제점이 된다. 변전소 간격은 약 30 ～ 40[Km]로 설치하며, 철도공사 산업선 전철에서 채택하고 있다.
흡상변압기 급전방식(BT 급전방식)
(2) 단권변압기 급전방식(AT 급전방식)
변전소에서 급전선(Feeder)을 선로를 따라 가선하여 약 10[Km] 간격으로 AT를 병렬로 설치 접속하여 변압기 권선의 중성점을 Rail에 접속하는 방식으로서 우리나라의 수도권 전철, 중앙선등에 채택되어 있고 대용량 열차 부하에서도 전압 변동, 전압 불평형이 적어 안정된 전력공급이 가능하며 근접 통신선에 대한 유도장해가 적어 고속전철에도 사용된다.
(가) AT 급전방식의 특징
1) 급전전압이 차량 공급전압의 2배이므로 전압 강하율이 적기 때문에 대전력 공급 측면에서 유리하다.
2) 전압강하가 적으므로 변전소 이격거리가 길다.
3) 철도 변전소의 위치를 전력용 변전소(한전) 근처에 선정이 가능하므로 송전선 건설비가 절감된다.
4) 급전 전압은 차량 전압의 2배이나 중성점이 접지되어 실제 절연레벨은 1/2이 된다.
5) 부하전류는 인접한 양쪽의 AT로 흡상되므로 통신 유도장해가 적고 BT 급전방식과 같은 섹션이 불필요하다.
단권변압기 급전방식(AT 급전방식)
4) 직접 급전방식
가장 간단한 급전회로로 급전용 케이블과 조가선이 설치되지 않고 전차선과 레일만으로 된 것과 레일과 병렬로 별도의 귀선을 설치한 2가지 방식이 있다.
광산계통에서 석탄을 운반하는 탄차로 사용하고 있으며 전기철도에서는 사용하지 않고 있으므로 간단하게 설명한다.
