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전기철도와 평행한 매설배관에서 누설전류에 의한 간섭현상의 수치해석적 연구
Numerical Analysis of the Interference of the Buried Pipeline due to the Stray Current from the Parallel Electric Railway 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.12 no.4, 2008년, pp.8 - 13  

정찬웅 (서울산업대학교 철도전문대학원) ,  최규형 (서울산업대학교 철도전문대학원)

초록
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전기철도의 궤도 누설전류는 주변 시설물 뿐 만 아니라 궤도 및 부속물의 전식을 일으킬 우려가 있다. 최근에는 누설전류의 영향을 감소시키기 위한 많은 노력이 기울여지고 있다. 본 연구에서는 수치해석 방법을 통하여 궤도와 매설배관의 이격거리, 토양비저항, 배관의 피복저항율, 궤도의 접지저항 등의 요인에 따른 간섭영향을 정량적으로 평가하였다. 이러한 정량적 연구결과를 토대로 주요 변수에 따른 간섭현상의 변화 방향을 예상할 수 있었으며 향후 대책의 수립과 수치해석에 있어서 각 변수의 민감도를 예상할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The stray current interference problem could induce the corrosion of near-by structure and rail itself. Many efforts has been concentrated on the reduction of the interference. In this work the influences of separation distance, soil resistivity, pipe coating resistance, leak resistance of rail were...

주제어

#stray current   #interference   #rail   #numerical method   #BEM  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 전기철도에서의 누설전류 발생에 의한 전기부식은 레일의 접지저항이외에도 철도와 배관의 거리, 토양비 저항, 배관의 피복상태 등 아주 다양한 원인들에 의하여 영향을 받을 것이나 이러한 요인들에 대한 정량적인 평가는 충분히 이루어지지 못하였다. 본 연구에서는 수치해석 방법을 통하여 이러한 인자들이 간섭현상에 미치는 영향들을 정량적으로 평가하고자 하였다.
  • 누설전류에 의한 간섭영향은 여러 환경변수에 의하여 영향을 받게 된다. 이 연구에서는 배관과 레일의 이격거리, 토양비저항, 배관의 피복손상율을 중요한 인자로 보고 이러한 인자에 따른 누설전류의 영향을 상대적으로 비교하고자 하였다.
  • 이러한 누설전류에 의하여 인접배관에 유기되는 간섭을 살펴보기 위해 철로와 평행한 매설배관에 대한 영향을 살펴보았다. 철로와 평행한 매설배관의 특성은 아래의 Table 2와 같다.

가설 설정

  • 피복이 1%의 피복손상율을 갖는 것으로 하였으며, 손상부 내부의 저항율은 토양비저항의 10%로 하였다. 손상부는 직경3 cm의 손상부가 균일하게 분포한 것으로 가정하였다. 피복저항은 토양비저항에 따라 변화하는데 100 Ω·m의 토양에서 231 Ω·m2의 피복저항을 나타낸다.
  • 간섭의 정량적 해석은 5 km의 직선궤도와 이와 평행한 매설배관을 모델로 하여 수행하였다. 전동차가 5 km 선로의 중심에 있고 변전소가 구간의 오른쪽 끝에 위치하는 경우를 가정하였다. 별도의 변전소 접지는 고려하지 않았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전기철도의 궤도 누설전류로 인해 어떤 결과가 초래될 수 있는가? 전기철도의 궤도 누설전류는 주변 시설물 뿐 만 아니라 궤도 및 부속물의 전식을 일으킬 우려가 있다. 최근에는 누설전류의 영향을 감소시키기 위한 많은 노력이 기울여지고 있다.
변전소의 전류차단장치는 무엇을 할 수 있는가? 새로운 설비기술로는 초고속의 전류차단장치와 고전압 감시장치를 이용한 무접지식 전원공급장치의 보급이 두드러진다[2]. 변전소의 전류차단장치는 전류의 흐름을 감지하여 비정상적인 전류흐름이 감지될 때 고속으로 전류를 차단하여 위험한 수준으로 전압이 상승하기 전에 전류를 차단할 수 있다. 또한 고성능의 과전압차로 운용하다가 고장발생 시에만 순간적으로 접지시키는 방식으로 변화하고 있다.
전기철도로부터 유출된 전류에 의하여 인접한 배관에 미치는 간섭영향을 평가한 결과는 어떠한가? 전기철도로부터 유출된 전류에 의하여 인접한 배관에 미치는 간섭영향을 수치해석적 방법으로 평가하여 환경요인들이 간섭의 정도에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 이격거리에 따른 감소형태는 sigmoidal 커브를 따라 감소하였는데 700 m의 거리에서 최대값의 10% 수준으로 감소하였다. 토양비저항의 영향은 비저항의 0.88승에 비례하여 간섭전류가 증가하는 것으로 나타났다. 배관의 피복저항율과 간섭전류의 크기는 반비례하는 관계를 나타냈다. 그러나, 피복손상율을 고려한 노출면적당 전류는 손상율이 증가할 때 오히려 약간 감소하였다. 레일의 누설저항과 간섭전류의 크기는 반비례하는 관계를 나타나 레일의 누설저항을 크게 유지해야 함을 알 수 있었다.
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