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문제 정의
- 본 논문에서는, 지상 및 지하구간에선시듼 교/직 절연구 분장치 절연체(FRP 절연봉)의 절연저항은 현장에서 측정하여, 절연체의 오손으로 인한 절연열화 상태 및 진행 속도를 분석한다. 또한 지하구간에 설치된 교/직절연구분장치에서 발생하고 있는 전동차 주회로 차단기 자동투입 불량현상에 대하여, 교/직절연구간 통과와 관련이 있는 절 연구분장치의 절연 특성과 전동차 집 전시스템의 구조적 특성의 복합작용으로부터 그 발생 원인을 도출한다.
제안 방법
- 본 논문에서는, 지상 및 지하구간에선시듼 교/직 절연구 분장치 절연체(FRP 절연봉)의 절연저항은 현장에서 측정하여, 절연체의 오손으로 인한 절연열화 상태 및 진행 속도를 분석한다. 또한 지하구간에 설치된 교/직절연구분장치에서 발생하고 있는 전동차 주회로 차단기 자동투입 불량현상에 대하여, 교/직절연구간 통과와 관련이 있는 절 연구분장치의 절연 특성과 전동차 집 전시스템의 구조적 특성의 복합작용으로부터 그 발생 원인을 도출한다. 이상과 같은 현장 측정 결과 및 장애 발생 원인 분석을 토대로, 절연구분장치 절연열화 및 이로 인한 장애 발생에 효과적으로 대응하기 위한 교/직 절연구분 장치 개량 방법을 제시함으로써, 국내 고유의 교/직 절연구분 장치 운영 및 제작기술 확보에 기여하고자 한다.
- 구조변경을 최소화하고 작업을 용이하기 하기 위해서, 절 연구분장치에서 일반적으로 사용되고 있다.아킹 혼arcing horn)과 동일한 구조의 슬라이더(slider)를 이용하여 FRP 절연체의 습동면에 팬터그래프와 접촉하지 않는 비접촉부를 형성함으로써 절연 개소로 작용하도록 한다(그림 8)
- 또한, 그림4는 지하구간의 교/직 절연구분장치에 대해 1주일 경과한 후에 재측정한 것으로서, 절연성능이 특히 중요한 양단으로부터 20[m]까지의 구간에 대해서 측정하였다. 이 중에서 특히 시단으로부터까 지의 구간은, 1주일 전에 세척하여 절연 저항을 완전하게 회복한 다음 재측정하였다. 측정 방법은, 1000[V]/2000[Mfi] 절연 저 항 측정기 (YOKOGAWA SG 8302)를 사용하여 30[cm] 간격에 대해 측정하였으며, 3회 측정하여 평균치를 취하였다.
- 이에 대한 대책으로, 주로 FRP 절연체를 세척하는 방식이 취해지고 있으나, 근본적 인 대책으로는 절연구분장치 구조를 개량할 필요가 있다. 이에 따라, 지하구간의 공간적 제약을 고려하여 절연구분장치 구조변경을 최소화하면서 개량작업으로 열차운행 지장을 주 지 않는 방법으로서, FRP 절연체에 슬라이더를 장착하여 팬 터그래프와 접촉되지 않는 비접촉부를 구성하는 방법을 제시하였다. 이와 같은 절연 개소를 교/직 절연구간 종단으로부터 6m 간격으로 3개소에 설치함으로써, 절연구간에의 전압인가가 완전히 차단될 수 있다는 것을 보였다.
- 이 중에서 특히 시단으로부터까 지의 구간은, 1주일 전에 세척하여 절연 저항을 완전하게 회복한 다음 재측정하였다. 측정 방법은, 1000[V]/2000[Mfi] 절연 저 항 측정기 (YOKOGAWA SG 8302)를 사용하여 30[cm] 간격에 대해 측정하였으며, 3회 측정하여 평균치를 취하였다.
성능/효과
- (1) 교/직절 연구분장치 FRP 절연체의 팬터그래프와의 습동면은 육안으로 확인할 수 있을 정도의 흑색 피막으로 덮여 오손되어 있었으며, FRP 절연체의 대부분 구간에서 절연저항이 절연체기준에 미달되고 절연기능을 수행하지 못하고 있다.
- (2) 지하구간의 공간적 제약을 감안하여 구조변경을 최소화하고, 개량 작업으로 인해 열차 운행에 지장을 주지 않도록 한다.
- (2) 지하구간의 교/직절연구분장치의 경우에는, 지상구간의 교/직절연구분장치에 비해 절연열화 구간 연장이 길고 절연저항 평균치도 낮게 나타나고 있는데, 이는 지하구간에서 발생하는 분진의 영향과 더불어 지상구간에서와 같은 풍우에 의한 자연세척 효과가 없기 때문인 것으로 분 석된다.
- (3) 교/직절 연구간에서의 모든 전동차 V치에서 전압인가 회로가 단절되어야 한다.
- (3) 동일한 FRP 절연체를 1주일 간격으로 측정한 결과, 전체적인 절연 저항은 저하되었으나, 구간별 절연 저항치 분포 는 불규칙하게 변동되었다.
- 교/직절연구분장치 절연체의 절연저항 측정 결과, 절연체의 팬터그래프와의 습동면이 오손되어 절연체 기준에 미달되고 있었으며, 특히 지하구간의 교/직절연구분장치에서 절연저항 저하 현상이 크게 나타났다. 또한, 절연체를 완전히 세척한 후 일주일 경과 후에 재측정한 결과, 절연체기준에 미달될 정도로 절연 열화가 빠르게 진행된다는 것을 확인하였다.
- 교/직절연구분장치 절연체의 절연저항 측정 결과, 절연체의 팬터그래프와의 습동면이 오손되어 절연체 기준에 미달되고 있었으며, 특히 지하구간의 교/직절연구분장치에서 절연저항 저하 현상이 크게 나타났다. 또한, 절연체를 완전히 세척한 후 일주일 경과 후에 재측정한 결과, 절연체기준에 미달될 정도로 절연 열화가 빠르게 진행된다는 것을 확인하였다. 지하구간의 교/직절연구간 통과시 전동차 주회로 차단기 자동순차 투입 불량이 발생하는 현상에 대해서는, 절 연구분장 치의 절연저항 저하와 전동차 집전시스템의 구조적 특성이 결합되어 절 연구간에 순시 전압이 인가되기 때문인 것으로 분 석되었다.
- 이상과 같이, 교/직 절연구분장치 통과시의 주회로 차단기 자동투입 불량은, 교/직절연구분장치를 구성하는 FRP 절연체의 절연열화 현상과, 팬터그래프가 연속해서 배치된 전동차 집 전시스템 구조가 복합적으로 작용하여 발생된다. 한편, 지상구간에 설치된 교/직절연구분장치에서는, 더블팬터그래프 차량이 연속 편성된 열차는 운행되지 않고 있기 때문에 주회로차단기 순차투입 불량 현상이 발생하지 않고 있다.
- 이에 따라, 지하구간의 공간적 제약을 고려하여 절연구분장치 구조변경을 최소화하면서 개량작업으로 열차운행 지장을 주 지 않는 방법으로서, FRP 절연체에 슬라이더를 장착하여 팬 터그래프와 접촉되지 않는 비접촉부를 구성하는 방법을 제시하였다. 이와 같은 절연 개소를 교/직 절연구간 종단으로부터 6m 간격으로 3개소에 설치함으로써, 절연구간에의 전압인가가 완전히 차단될 수 있다는 것을 보였다.
- 제시된 방식은, FRP 절연체의 오손단절효과가 확실하고, 교/직절연구분장치 지지구조를 변경시키지 않으며, FRP 절연체를 그림 8과 같이 슬라이더 가 장착된 개량형 FRP 절연체로 교체하여 설치하는 정도로 개량 작업을 완료할 수 있어 열차 운행의 지장을 초래하지 않는다는 장점이 있다. 이와 같은 특성에 따라, 절연체구조 및 재료가 동일한 지상구간 교/직 절연구분장치 및 교/교 절연구분장치에도 적용이 가능하다.
- 이상과 같은 검토 내용과, 6[m] 마다 R-bar 브래키트가 설치되는 지하구간 교/직절연구분장치의 설치구조(그림1)를 고려하여, 교/직절연구분장치의 FRP 절연체에 절 연구간 양단으로부터 각각 6, 12, 18[m] 의 3개소에 슬라이더와 비접촉부로 구성된 절연 개소를 추가적으로 설치한다 (그림 9).즉, FRP 절연봉 37개를 직렬로 연결하여 절연체를 구성하고, 이를 브래키트와 가선을 이용해 지지하는 교/직 절연구분장치의 구조는 변경하지 않고, 슬라이더와 접속금구를 이용한 절연 개소 를 FRP 절연체에 설치하는 것만으로 개량을 할 수 있다. 이때, 절연 개소에서는 FRP 절연봉의 일부가 절삭되어 있기 때문에 팬터그래프와의 습동면이 전기적으로 연결되어 전압이 인가되는 것이 방지되며, 팬터그래프와의 기계적 습동은 FRP 절연체의 측면에 설치한 슬라이더를 통하여 이루어지도록 함으로써 팬터그래프가 충격을 받지 않고 원활하게 통과할 수 있게 된다.
후속연구
- 또한 지하구간에 설치된 교/직절연구분장치에서 발생하고 있는 전동차 주회로 차단기 자동투입 불량현상에 대하여, 교/직절연구간 통과와 관련이 있는 절 연구분장치의 절연 특성과 전동차 집 전시스템의 구조적 특성의 복합작용으로부터 그 발생 원인을 도출한다. 이상과 같은 현장 측정 결과 및 장애 발생 원인 분석을 토대로, 절연구분장치 절연열화 및 이로 인한 장애 발생에 효과적으로 대응하기 위한 교/직 절연구분 장치 개량 방법을 제시함으로써, 국내 고유의 교/직 절연구분 장치 운영 및 제작기술 확보에 기여하고자 한다.
- 제시한 방식은 지상 구간의 교/직절연구분장치를 포함해, FRP 절연체를 이용하여 절 연구간을 형성하는 교/교절 연구 분장치에도 적용할 수 있으며, 절연구분장치의 절연성능을 향상시킬 것으로 기대된다.
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