전원위상이 다른 전차선 구간을 전기적으로 구분하기 위한 절연구분장치 중에서 특히, 지하구간에 설치된 교/직 절연구분장치는 강체가선 및 조가선 가선이 혼합된 특수한 가선구조로 되어 있어, 전동차 팬터그래프와 습동하는 절연재에 불규칙한 파상마모 현상이 발생한다. 본 논문에서는, 이와 같은 절연구분장치 절연재의 마모현상에 대하여, 현장 측정을 통하여 마모정도 및 마모형태를 조사하고, 전기철도 운행 및 유지보수에 미치는 영향을 분석하였다. 그리고. 절연재 이상마모에 영향을 미칠 수 있는 요인으로서, 절연구분장치의 설치높이 편차와 팬터그래프 압상력에 대응한 절연구분장치의 변위에 대한 실험적 분석을 수행하였고, 절연구분장치와 팬터그래프간에 작용하는 접촉력에 대한 이론적 분석을 통하여 그 발생원인을 규명하였다. 이와 같은 실험적, 이론적 분석을 토대로, 효과적인 절연구분장치 개량방법을 제시하였다.
전원위상이 다른 전차선 구간을 전기적으로 구분하기 위한 절연구분장치 중에서 특히, 지하구간에 설치된 교/직 절연구분장치는 강체가선 및 조가선 가선이 혼합된 특수한 가선구조로 되어 있어, 전동차 팬터그래프와 습동하는 절연재에 불규칙한 파상마모 현상이 발생한다. 본 논문에서는, 이와 같은 절연구분장치 절연재의 마모현상에 대하여, 현장 측정을 통하여 마모정도 및 마모형태를 조사하고, 전기철도 운행 및 유지보수에 미치는 영향을 분석하였다. 그리고. 절연재 이상마모에 영향을 미칠 수 있는 요인으로서, 절연구분장치의 설치높이 편차와 팬터그래프 압상력에 대응한 절연구분장치의 변위에 대한 실험적 분석을 수행하였고, 절연구분장치와 팬터그래프간에 작용하는 접촉력에 대한 이론적 분석을 통하여 그 발생원인을 규명하였다. 이와 같은 실험적, 이론적 분석을 토대로, 효과적인 절연구분장치 개량방법을 제시하였다.
As a section insulator dividing the electric railroad catenaries with different phases, the AC/DC section insulator which divides AC and DC railroad catenary have the complex structure, and suffer irregular abrasion on the surface or insulator rods when it is installed at the underground railroad. T...
As a section insulator dividing the electric railroad catenaries with different phases, the AC/DC section insulator which divides AC and DC railroad catenary have the complex structure, and suffer irregular abrasion on the surface or insulator rods when it is installed at the underground railroad. This paper intended as an investigation of the irregular abrasion of section insulators, provides the field measurements of abrasion level along insulator length and the abrasion patterns. The height variation of insulator parts and the balding length of insulators against pantograph's contact force are analysed experimentally, and the irregular abrasion mechanism is clarified with the help of theoretical analysis on the interaction between pantographs and section insulators. On the basis of experimental and theoretical analysis, the countermeasures to reduce the irregular abrasion are provided too.
As a section insulator dividing the electric railroad catenaries with different phases, the AC/DC section insulator which divides AC and DC railroad catenary have the complex structure, and suffer irregular abrasion on the surface or insulator rods when it is installed at the underground railroad. This paper intended as an investigation of the irregular abrasion of section insulators, provides the field measurements of abrasion level along insulator length and the abrasion patterns. The height variation of insulator parts and the balding length of insulators against pantograph's contact force are analysed experimentally, and the irregular abrasion mechanism is clarified with the help of theoretical analysis on the interaction between pantographs and section insulators. On the basis of experimental and theoretical analysis, the countermeasures to reduce the irregular abrasion are provided too.
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문제 정의
특히, 지하구간용 교직 절연 구분 장치에서는 절연재의 절연내력이 열화되는 현상과 더불어, 파상형 마모현상이 발생하면서 특정 부위의 절연재에서 마모가 급속히 진행되어 수명이 단축되는 현상이 발생하고 있다. 본연구에서는, 이와 같은 절연재 이상마모 현상에 대하여, 일차적으로 절연 구분 장치 구조 및 운영환경을 분석하고, 현장실측을 통하여 마모 발생정도 및 발생형태를 조사하여 전기철도 운영 및 유지보수에 미치는 영향을 분석한다. 그리고, 이러한 현상에 영향을 미치는 요인들로써, 절연 구분 장치의 설치높이 편차와 팬터그래프 압상력에 대응한 절연구분장치 변위등을 실험적으로 분석한다.
제안 방법
본연구에서는, 이와 같은 절연재 이상마모 현상에 대하여, 일차적으로 절연 구분 장치 구조 및 운영환경을 분석하고, 현장실측을 통하여 마모 발생정도 및 발생형태를 조사하여 전기철도 운영 및 유지보수에 미치는 영향을 분석한다. 그리고, 이러한 현상에 영향을 미치는 요인들로써, 절연 구분 장치의 설치높이 편차와 팬터그래프 압상력에 대응한 절연구분장치 변위등을 실험적으로 분석한다. 또한 절연재 이상마모의 발생원인을 체계적으로 규명하기 위하여, 교/직 절연구분장치의 구조적 특성에 따른 팬터그래프와 절연구분장치와의 진동 및 접촉력변동 현상에 대한 이론적 분석을 병행한다.
그리고, 이러한 현상에 영향을 미치는 요인들로써, 절연 구분 장치의 설치높이 편차와 팬터그래프 압상력에 대응한 절연구분장치 변위등을 실험적으로 분석한다. 또한 절연재 이상마모의 발생원인을 체계적으로 규명하기 위하여, 교/직 절연구분장치의 구조적 특성에 따른 팬터그래프와 절연구분장치와의 진동 및 접촉력변동 현상에 대한 이론적 분석을 병행한다. 마지막으로, 이상과 같은 실험적, 이론적 분석을 토대로 효과적인 절연구분장치 개량 방안을 제시한다.
일정하게 유지할 수 있다. 또한 조가선 측과 FRP 연결금구를 하나로 연결하여 상 . 하 진동을 억제하는 기능을 함으로써 파상마모를 줄이는 효과도 기대할 수 있으나, 설비가 복잡해져 유지보수에 부담으로 작용하는 문제가 있다.
팬터그래프 통과시 압상력에 의해 변위되는 설 연구분 장치의 구간별 압상량에 대한 측정 결과를 그림 6에 보인다 압상량은 스프링 저울을 사용하여 팬터그래프의 압상력과 같은 크기의 힘(6kgf)을 가하여 측정하였다. 측정결과, FRP 절연봉 3경간마다 설치된 R-bar 브래키트 지지 점이 고정점으로 작용하고 있는반면, 브래키트 지지점과 브래키트 지지점 중간에서는 압상량이 최대 10[cm]까지 나타나고 있어 탄성도가 높음을 알 수 있다 또한 구간별로도 압상량에 차이가 있어 절연구분장치 전경간에 걸쳐 장력 및 탄성도에 변동이 있음을 알 수 있다.
대상 데이터
교류전차선과 직류전차선의 연결 개소에, 절연성능이 뛰어난 FRP 절연봉으로 구성된 절연본체를 삽입하여 무전압 절연구간(neutral section)을 형성하고(표 1), 교류와 직류계통간의 전기적 절연을 확보하도록 되어 있다. 절연본체는 길이 2[m], 두께 30[mm]의 실리콘계 FRP 절연봉 37개를 직렬로 연결하여 총 74[m]에 이르며, 전차선과 같은 높이로 설치되어 팬터그래프가 습동하면서 통과할 수 있도록 되어 있고, 전차선과는 별도의 지지금구를 이용하여 독립적으로 지지되어 있다. 표 1에 FRP 절연 봉의 주요성능을 보인다.
성능/효과
(1) 지하구간에 설치된 절연구분장치 지지구조는 강체가 선방 식과 조가선 현수방식 이 혼합된 구조로서, R-bar 브래키트에 의한 고정형 지지점간의 거리가 6m에 달하여 지지점간의 변위 량이 많으며, 이로 인해 팬터그래프와 절연구분장치간에 진폭이 큰 상하 진동 현상을 발생시킨다.
(3) FRP 절연봉의 이상마모는 팬터그래프 습동판에 불균일한 마모를 발생시키고, 심할 경우 팬터그래프가 손상되는 사고가 발생할 수 있다.
결론적으로, 지하구간용 교/직 절연 구분 장치에서는 고정형 지지점간 거리가 길고 변위량이 크기 때문에 진동발생폭이 커지고, 절연구분장치와 팬터그래프 간의 접촉력이 크게 변동됨에 따라 절연재의 이상 마모가- 촉진되는 것으로 분석된다. 이는, 일반적 인 강체 가선 방식 전차선에서 지지점간의 가선 변위량이 매우 작기 때문에(수 mm 정도) 접촉력의 변동이 매우 작게 나타나는 현상과 대비된다[12].
이상과 같이, 절연구분장치 지지구조를 지하 구간 의전 차선과 같은 강체가선방식으로 함으로써, 절연 구분 장치의 구간별 압상량 편차를 최소화하고 절연구간 전체에 걸쳐 기계적 균일성을 확보함으로써 이상 마모를 최소화할 수 있다. 또한 조가선 관련 설비가 제거됨으로써 설비가 간단해지고 높이조정이 용이해져 유지보수 효율을 높일 수 있다.
측정결과, FRP 절연봉 3경간마다 설치된 R-bar 브래키트 지지 점이 고정점으로 작용하고 있는반면, 브래키트 지지점과 브래키트 지지점 중간에서는 압상량이 최대 10[cm]까지 나타나고 있어 탄성도가 높음을 알 수 있다 또한 구간별로도 압상량에 차이가 있어 절연구분장치 전경간에 걸쳐 장력 및 탄성도에 변동이 있음을 알 수 있다.
후속연구
또한 절연재 이상마모의 발생원인을 체계적으로 규명하기 위하여, 교/직 절연구분장치의 구조적 특성에 따른 팬터그래프와 절연구분장치와의 진동 및 접촉력변동 현상에 대한 이론적 분석을 병행한다. 마지막으로, 이상과 같은 실험적, 이론적 분석을 토대로 효과적인 절연구분장치 개량 방안을 제시한다.
이와 같이 교/직 절연구분장치를 개량함으로써, 부품 교체주기를 연장하여 유지보수의 효율성을 높이고, 고가로 수입 되는 외자재를 절약하여 예산을 절감하며, 전기철도 운행안전성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
참고문헌 (15)
JR 교본연구회 공저, “철도기술자를 위한 전기개론 전차선로 시리즈(3) 전차선 장치”, 일본철도전기기술협회, 1998.
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