직류 강체전차선로 이행장치의 Heavy Simple Catenary 조가방식 適用에 관한 硏究 A Study on the Application of Heavy Simple Catenary System to a DC Rigid Conductor Rail Transition Device원문보기
본 논문은 도시철도 전차선로 설치공간의 협소화에 따라 지하터널구간 강체전차선로와 지상부 Catenary 조가방식 전차선로의 기존 이행구간 시스템을 개선, 적용 시 전차선로시스템에 미치는 영향을 분석하여 시스템을 안정화하는 방법에 관한 연구이다.
국내 도시철도는 1974년 8월 15일 수도권 전기철도가 개통한 이래 40여년이 경과하며, 대중교통의 주요한 수단으로 부각되었다. 건설 시 광역철도인 교류전기철도는 지상부 전기철도로서 Catenary 조가방식 전차선로가 구성되었고, 도시철도구간인 직류전기철도는 지하부 전기철도로 T-Bar방식 강체전차선로로 건설되었다. 또한 추후, 교류구간에서의 지하부 전기철도는 R-Bar방식 강체전차선로가 채택되어 건설되었다. 지상부 커티너리 조가방식 전차선로와 지하부 강체전차선로는 서로 상이한 압상량에 따라 ...
본 논문은 도시철도 전차선로 설치공간의 협소화에 따라 지하터널구간 강체전차선로와 지상부 Catenary 조가방식 전차선로의 기존 이행구간 시스템을 개선, 적용 시 전차선로시스템에 미치는 영향을 분석하여 시스템을 안정화하는 방법에 관한 연구이다.
국내 도시철도는 1974년 8월 15일 수도권 전기철도가 개통한 이래 40여년이 경과하며, 대중교통의 주요한 수단으로 부각되었다. 건설 시 광역철도인 교류전기철도는 지상부 전기철도로서 Catenary 조가방식 전차선로가 구성되었고, 도시철도구간인 직류전기철도는 지하부 전기철도로 T-Bar방식 강체전차선로로 건설되었다. 또한 추후, 교류구간에서의 지하부 전기철도는 R-Bar방식 강체전차선로가 채택되어 건설되었다. 지상부 커티너리 조가방식 전차선로와 지하부 강체전차선로는 서로 상이한 압상량에 따라 팬터그래프의 충격 손상을 방지하고자 각 시스템 사이에 압상량 차이의 완화를 위한 이행구간을 구성하며, T-Bar방식은 이행장치, R-Bar방식은 직접유도장치 및 제한점을 설치하여 압상량 상이에 따른 전동차 팬터그래프의 고장, 손상 등을 방지하고 원활한 팬터그래프 습동으로 각각의 전차선로 시스템에서 다른 시스템으로 안전하게 열차를 운행하도록 설비를 구성하여 사용하고 있다. 도시철도에서 채택 적용하고 있는 직류전기철도의 경우, 이행구간은 74년 국내 개통 이래 현재까지 동일한 이행장치를 구성하여 운영하여 왔다. 이행장치는 지상부의 Simple 또는 Heavy Simple Catenary 전차선로와 지하부의 강체 T-Bar 전차선로 사이에 중간 정도의 압상량을 갖고 있는 Twin Simple Catenary 전차선로를 지지물 경간 조정 속에 구성하여 사용하여 왔다. 이러한 이행장치를 구성하려면 터널내 약 53m 지점에서 터널 외부 약 300~500m의 이행장치 설비 설치 구간이 필요하다. 지하부 전차선 표준높이와 지상 전차선 표준높이 상이에 따른 전차선 높이 완화 구간 및 Twin Simple Catenary 전차선로와 Simple 또는 Heavy simple Catenary 전차선로의 기계적 구분장치인 Air Joint 구간 등이 소요되기 때문이다. 2000년대 초반까지는 전기철도 건설 공간이 상대적으로 여유가 있어 Twin Simple Catenary 전차선로 구성이 문제가 없었으나, 2017년 현재에는 차량기지 건설시 지역 주민의 민원 등 NIMBY(Not In My Back Yard) 현상으로 인해 충분한 기지 면적이 확보되지 않아 지하부 전차선로에서 차량기지 인입 시 선로가 터널 입구에서 바로 교차 분기되기에 전차선로 교차장치 설치구간과 Air Joint 설치구간이 중복되며, 본선 연장선 건설 경우에도 Twin Simple Catenary 전차선로 구성에 필요한 조건이 맞지 않아 어려움이 발생되고 있다. 이에 이행장치 구성 시 Twin Simple Catenary 조가방식 전차선로가 아닌 설치 기준에 부합되는 다른 방식의 전차선로인 Heavy Simple Catenary 조가방식 전차선로 구성을 검토 연구하여 설치 구간 부족에 따른 문제점을 해결해 보고자 하였다. 이를 위해 개선된 이행장치 구성 및 설치 방식에 대한 연구를 하고자 전기철도 전차선의 특성과 가선시스템의 구성 및 종류를 분석하였고, 가선시스템별 정적, 동적 압상량의 수학적 접근방법을 분석하였다. 또한 수학적 계산값과 현차시험결과값을 비교하여 수학적 계산의 신뢰성을 증명하였고, 기존 이행장치에 적용하고 있는 Twin Simple Catenary 조가방식 대신 Heavy Simple Catenary 조가방식을 적용 시 기존 지지물 설치 조건에 적정한지 여부를 증명하기 위해 정적, 동적 압상량을 비교하여 계산하였다. 그리고 가선시스템별 가선전류분포와 허용전류용량을 분석하여 Heavy Simple Catenary 조가방식 적용 시 전기적 성능이 부하에 충분히 대응할 수 있는지 확인하였다.
본 논문에서 밝혀진 이행장치 개선 시스템 적용 안정화의 연구결과는 다음과 같다.
첫 번째로 이행장치의 조가방식별 경간 및 위치에 따른 동적 압상량을 분석하여 경간 20[m]미만에서는 경간중앙 보다 지지점 위치에서 압상량이 커짐을 확인하였다. 이행구간에서 Twin Simple Catenary 조가방식과 Heavy Simple Catenary 조가방식간 압상량 차이는 미미함을 확인하여, 기존 시스템에 Heavy Simple Catenary 조가방식 적용 시 미미한 압상량 차이에서 발생하는 팬터그래프 충격량 증가는 행거이어 및 지지금구에 의한 전차선 높이 조정으로 대응이 가능함을 확인하였다.
두 번째로 조가방식별 전차선로 시스템의 전류분포 및 허용전류를 분석하였다. Heavy Simple Catenary 조가방식 적용시 허용전류용량 분석값 2,583[A]은 서울지하철2호선 러쉬아워 평균부하전류 시뮬레이션값 2,002[A]와 비교하여 충분한 전기적 성능을 가지고 있음을 확인하였다.
위 와 같이 기존 이행장치 시스템에 Heavy Simple 조가방식 적용 시 기계적, 전기적 안정성 여부를 증명하여 시스템 적용의 타당성을 확인하였다.
향후 기존 Twin Simple Catenary 방식과 비교하여 Heavy Simple Catenary 방식 적용 시 건설 및 유지관리 비용 등 경제성 분석과 더불어 T Bar 시스템의 이행장치 설비에 R Bar 시스템의 직접유도장치와 같이 모멘트 완화설비의 개발 및 타당성 검토가 필요할 것으로 사료된다.
본 논문은 도시철도 전차선로 설치공간의 협소화에 따라 지하터널구간 강체전차선로와 지상부 Catenary 조가방식 전차선로의 기존 이행구간 시스템을 개선, 적용 시 전차선로시스템에 미치는 영향을 분석하여 시스템을 안정화하는 방법에 관한 연구이다.
국내 도시철도는 1974년 8월 15일 수도권 전기철도가 개통한 이래 40여년이 경과하며, 대중교통의 주요한 수단으로 부각되었다. 건설 시 광역철도인 교류전기철도는 지상부 전기철도로서 Catenary 조가방식 전차선로가 구성되었고, 도시철도구간인 직류전기철도는 지하부 전기철도로 T-Bar방식 강체전차선로로 건설되었다. 또한 추후, 교류구간에서의 지하부 전기철도는 R-Bar방식 강체전차선로가 채택되어 건설되었다. 지상부 커티너리 조가방식 전차선로와 지하부 강체전차선로는 서로 상이한 압상량에 따라 팬터그래프의 충격 손상을 방지하고자 각 시스템 사이에 압상량 차이의 완화를 위한 이행구간을 구성하며, T-Bar방식은 이행장치, R-Bar방식은 직접유도장치 및 제한점을 설치하여 압상량 상이에 따른 전동차 팬터그래프의 고장, 손상 등을 방지하고 원활한 팬터그래프 습동으로 각각의 전차선로 시스템에서 다른 시스템으로 안전하게 열차를 운행하도록 설비를 구성하여 사용하고 있다. 도시철도에서 채택 적용하고 있는 직류전기철도의 경우, 이행구간은 74년 국내 개통 이래 현재까지 동일한 이행장치를 구성하여 운영하여 왔다. 이행장치는 지상부의 Simple 또는 Heavy Simple Catenary 전차선로와 지하부의 강체 T-Bar 전차선로 사이에 중간 정도의 압상량을 갖고 있는 Twin Simple Catenary 전차선로를 지지물 경간 조정 속에 구성하여 사용하여 왔다. 이러한 이행장치를 구성하려면 터널내 약 53m 지점에서 터널 외부 약 300~500m의 이행장치 설비 설치 구간이 필요하다. 지하부 전차선 표준높이와 지상 전차선 표준높이 상이에 따른 전차선 높이 완화 구간 및 Twin Simple Catenary 전차선로와 Simple 또는 Heavy simple Catenary 전차선로의 기계적 구분장치인 Air Joint 구간 등이 소요되기 때문이다. 2000년대 초반까지는 전기철도 건설 공간이 상대적으로 여유가 있어 Twin Simple Catenary 전차선로 구성이 문제가 없었으나, 2017년 현재에는 차량기지 건설시 지역 주민의 민원 등 NIMBY(Not In My Back Yard) 현상으로 인해 충분한 기지 면적이 확보되지 않아 지하부 전차선로에서 차량기지 인입 시 선로가 터널 입구에서 바로 교차 분기되기에 전차선로 교차장치 설치구간과 Air Joint 설치구간이 중복되며, 본선 연장선 건설 경우에도 Twin Simple Catenary 전차선로 구성에 필요한 조건이 맞지 않아 어려움이 발생되고 있다. 이에 이행장치 구성 시 Twin Simple Catenary 조가방식 전차선로가 아닌 설치 기준에 부합되는 다른 방식의 전차선로인 Heavy Simple Catenary 조가방식 전차선로 구성을 검토 연구하여 설치 구간 부족에 따른 문제점을 해결해 보고자 하였다. 이를 위해 개선된 이행장치 구성 및 설치 방식에 대한 연구를 하고자 전기철도 전차선의 특성과 가선시스템의 구성 및 종류를 분석하였고, 가선시스템별 정적, 동적 압상량의 수학적 접근방법을 분석하였다. 또한 수학적 계산값과 현차시험결과값을 비교하여 수학적 계산의 신뢰성을 증명하였고, 기존 이행장치에 적용하고 있는 Twin Simple Catenary 조가방식 대신 Heavy Simple Catenary 조가방식을 적용 시 기존 지지물 설치 조건에 적정한지 여부를 증명하기 위해 정적, 동적 압상량을 비교하여 계산하였다. 그리고 가선시스템별 가선전류분포와 허용전류용량을 분석하여 Heavy Simple Catenary 조가방식 적용 시 전기적 성능이 부하에 충분히 대응할 수 있는지 확인하였다.
본 논문에서 밝혀진 이행장치 개선 시스템 적용 안정화의 연구결과는 다음과 같다.
첫 번째로 이행장치의 조가방식별 경간 및 위치에 따른 동적 압상량을 분석하여 경간 20[m]미만에서는 경간중앙 보다 지지점 위치에서 압상량이 커짐을 확인하였다. 이행구간에서 Twin Simple Catenary 조가방식과 Heavy Simple Catenary 조가방식간 압상량 차이는 미미함을 확인하여, 기존 시스템에 Heavy Simple Catenary 조가방식 적용 시 미미한 압상량 차이에서 발생하는 팬터그래프 충격량 증가는 행거이어 및 지지금구에 의한 전차선 높이 조정으로 대응이 가능함을 확인하였다.
두 번째로 조가방식별 전차선로 시스템의 전류분포 및 허용전류를 분석하였다. Heavy Simple Catenary 조가방식 적용시 허용전류용량 분석값 2,583[A]은 서울지하철2호선 러쉬아워 평균부하전류 시뮬레이션값 2,002[A]와 비교하여 충분한 전기적 성능을 가지고 있음을 확인하였다.
위 와 같이 기존 이행장치 시스템에 Heavy Simple 조가방식 적용 시 기계적, 전기적 안정성 여부를 증명하여 시스템 적용의 타당성을 확인하였다.
향후 기존 Twin Simple Catenary 방식과 비교하여 Heavy Simple Catenary 방식 적용 시 건설 및 유지관리 비용 등 경제성 분석과 더불어 T Bar 시스템의 이행장치 설비에 R Bar 시스템의 직접유도장치와 같이 모멘트 완화설비의 개발 및 타당성 검토가 필요할 것으로 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.