전기철도기사 시험에 꼭 나오는 포인트가 보이는 핵심 요점 정리 7. 전차선로의 특성 및 영향

7. 전차선로의 특성 및 영향

 

1. 전기적 특성

1) 부하의 특성

①큰 견인력으로 주행해야 하므로 대용량의 부하전력이 요구된다.

②시동, 정지가 빈번하게 반복되므로 그 크기는 시공간적으로 변한다.

③전차선로는 주로 3상 전력계통으로부터 단상의 전력으로 변환하여 급전하고 있으므로

전압의 불평형을 초래할 수 있다.

④전철 구동 시스템에는 컨버터와 인버터가 포함되어 있으며, 이것은 위상제어 및

펄스폭 변조방식에 의하여 제어되기 때문에 고조파를 발생 시킨다.

2)최대의 선로 전압강하가 발생하는 조건

①변전소 부하가 최대 일때

②직류구간(병렬급전): 변전소 중간부분에서 전기차가 기동 최대전류를 발생 시킬때

③교류구간(단독급전): 급전 최말단부분에서 전기차가 기동 최대전류를 발생 시킬 때

 

2. 기계적 특성

1) 이선율

※☆이선율☆: ①직류구간: 0.5%(최대5%) ②교류구간: 3%(최대10%) ③ 고속전철: 1%

※☆이선현상: 팬터그래프의 이동에 따라 순간적으로 이탈이 발생하는 현상☆

 

2) 탄성률

※☆가선특성☆

탄성률이 작을수록, 경간이 작을수록, 전차선과 조가선의 장력이 클수록 좋다

 

 

3) 도플러 계수(α)

4) 증폭계수(Υ)

3. 팬터그래프와 전차선의 상호작용

1)☆파동 전파속도(전기차의 최대 허용속도: 파동 전파속도의 80%)☆

팬터그래프는 움직이면서 전차선을 파동, 변형시켜 동요하게 하고, 이로 인한 파동은

전차선로를 따라 전파되며 이를 파동 전파속도라 한다.

정상적인 집전이 일어날 수 있는 최대속도를 알수 있다

 

 

2) 전차선의 압상량

(1) 정적 압상량

정적 압상량은 팬터그래프의 접촉력과 탄성률의 평균값에 기초하여 계산

① 경간 중앙에서의 전차선 압상량

4. 전압강하

1) 직류 전압강하

(1) 합성저항

2) 교류 전압강하

(1) 대지귀로 자기 임피던스(Z)

Z = Zs(외부임피던스) + Zi(전선고유의 내부임피던스) [Ω/Km]

(2) 선로 임피던스(ZL)

ZL = ZT + ZN - 2ZTN +ZB [Ω/Km]

ZT: 전차선의 자기 임피던스 [Ω/Km], ZN: 부급전선의 자기 임피던스 [Ω/Km]

ZTN: 전차선과 부급전선의 상호 임피던스 [Ω/Km], ZB: 흡상변압기의 누설 임피던스 [Ω/Km]

 

5. 전류용량과 온도상승

1) 전기저항의 온도에 대한 계산

Rt = R20{ 1 + α(t - 20) } [Ω/Km]

α: 저항 온도계수, Rt: 온도 t[℃]에서의 저항 [Ω/Km], R20: 온도 20[℃]에서의 저항 [Ω/Km]

 

2)☆순시 전류용량☆ (주위온도 20[℃]에서) (S: 전선의 단면적[mm2], t: 통전시간[sec])

급전선의 지락 및 단락 사고시 급전선의 성능이 손상되지 않도록 하기 위한 보호장치의

동작허용전류 (보호장치 동작시간을 2～3초로 가정한 값)

 

 

3) 온도상승

(1) 온도상승의 제한

①☆트롤리선의 허용온도☆: 90℃ ②급전선 등의 나전선의 허용온도: 100℃

(2) 온도 상승요인

①전기차 주행시에 주전동기 전류에 의한것.

②정차시의 냉․난방 콤프레셔 등의 보조기기 전류에 의한 것.

(3) 직류 급전방식의 온도상승 개소

①변전소 급전 인출구의 급전선 ②급전 분기선 ③급전 분기점 근방의 트롤리선

6. 순환전류의 발생, 영향 및 대책

1) 순환전류

변전소로부터 송출된 전류가 급전선, 급전 분기장치를 통하여 전기차에 집전 시키기

까지의 사이에 주회로(전차선) 이외의 전선, 가선금구 등에 흐르는 전류

2)☆순환전류 사고방지 대책☆

①충분한 이격거리 ②전기적으로 절연(절연방식)

③저저항으로 완전하게 접속(균압방식)

 

☞균압 접속방법 ①무효 인류개소의 균압선 접속방법: M-T ②건널선 개소의 균압선 접속방법: T-M-M-T ③에어 조인트의 균압선 접속방법: T-M-M-T ④일반개소의 균압선 접속방법: 250～300m마다 T-M-T(A형)

 

7. 귀선로의 대지 누설전류와 레일 전위

1) 귀선용 레일로부터 누설되는 전류

①레일과 대지와는 저저항 절연을 통하여 접속하고 있기 때문에 저저항을 통하여 전류가

(누설전류) 대지로 유출되고, 누설전류는 대지 및 지하 매설 금속관을 통하여 흐른다.

②귀선로의 전기저항이 높고 대지로 누설되는 전류가 증가하면, 직류 급전방식의 경우

전식의 원인이고, 교류 급전방식의 경우는 통신선 등에 전자유도장해를 일으킴

③레일은 부하점(전기차의 위치)에서 +전위(대지전위보다 높음)가 되고,

교류는 흡상점, 직류는 변전소 부근에서 -전위(대지전위보다 낮음)가 된다.

④부하점과 변전소의 중앙점 근처에서는 레일전위와 대지전위가 동등하게 되는데

이점을 중성점이라고 한다.

⑤중성점으로부터 부하측에는 레일로부터 대지로 누설되는 전류가 유출되고,

중성점으로부터 변전소측에는 레일로부터 대지로 누설되는 전류가 유입된다.

2)☆귀선용 레일의 전위☆

①부하전류가 큰 만큼 높다. ②레일의 고유저항이 큰(레일의 단면적이 작은)만큼 높다.

③레일의 대지 절연저항이 큰(레일의 누설 어드미턴스가 작은)만큼 높다.

④부하점과 변전소 또는 흡상선과의 거리가 큰(레일 통전거리가 긴)만큼 높다.

3)☆귀선로에 요구되는 성능☆

①대지 누설전류가 작도록 시설하고, 전식․통신 유도장해․레일전위의 상승등을

경감 시킬수 있을것.

②귀선로용 전선은 전기차 전류에 대응한 전류용량․필요한 기계적 강도 및

내식성을 가질것.

③임피던스 본드등에 단자 취부 및 가공전선의 지지는 탈락,손상이 없도록 시설할것.

④교․직류방식의 접속점에는 귀선전류의 흐름에 따른 궤도회로지장․자기교란현상이

발생하지 않도록 시설할 것.

8. 전식 및 전식방지

1) 전식과 원인

직류 전차선로의 레일에 근접하고 있는 지중 매설금속체에 누설전류가 흘러 전류 유출

부분이 부식되는 것으로 귀선의 부절연 부분으로부터 대지에 유출하는 누설전류가 원인

2)☆전식의 방지☆

①대지에 누설전류를 작게 하는 방법(누설저항을 크게)

②금속체에 유입하는 전류를 작게 하는 방법

③지중 매설금속체와 레일을 전기적으로 접속하는 방법(직접,선택,강제 배류방식)

 

※본드: 길이가 30m 이상이 되도록 연속하여 귀선용 레일에 용접하거나 레일의

이음매에 시설하여 귀선저항을 작게함 (전식방지)

 

※☆직류 전철방식에서 귀선로의 전식방지 대책☆ ①누설저항을 크게 ②누설전류를 작게 ③귀선저항을 작게 ④보조귀선을 설치 ※보조귀선의 설치목적 직류 전차선로의 귀선로 전기저항이 높아 전압강하 및 레일전위가 상승되는 것을 억제

 

9. 전자유도 및 유도방지

1) 유도장해

①상용주파수의 유도전압에 의하여 인체에 위험을 주는 장해

②통신기기의 소손을 발생하는 장해 ③잡음전압에 따라 발생하는 통신장해

2) 유도장해의 원인

교류 전차선로에서 트롤리선에 흐르는 전류와 부급전선에 흐르는 전류의 불평형 때문에

유도전압을 유기하여 통신지장의 원인됨.

3) 유도방지대책

①유도전압의 제한 ②흡상변압기,부급전선의 설치(교류 급전회로의 대책)

③케이블화나 전차선과 이격을 크게 하는것(통신선측 대책)

④휠터를 설비하여 전차선의 고조파를 억제(전기차에 대하여)