Depending on the operating characteristics, track circuit is installed for the purpose of control directly or indirectly of the signal device, point switch machine and other security device. These are mainly used for train detection, transmission of information, broken train detection and transmissi...
Depending on the operating characteristics, track circuit is installed for the purpose of control directly or indirectly of the signal device, point switch machine and other security device. These are mainly used for train detection, transmission of information, broken train detection and transmission of return current. Especially, the return current is related to signal system, power system and catenary line, and track circuit systems. It is one of the most important component shall be dealt for the safety of track side staff and for the protection of railway-related electrical system according to electrification. Therefore, an accurate analysis of the return current is needed to prevent the return current unbalance and the system induced disorder and failure due to an over current condition. Also, if the malfunction occurred by the return current harmonics, it can cause problems including train operation interruption. In this paper, we presented measurement and analysis method at return current and it's harmonics by train operation. By the test criteria, we evaluated for safety. Hereafter, it is expected to contribute to the field associated with it.
Depending on the operating characteristics, track circuit is installed for the purpose of control directly or indirectly of the signal device, point switch machine and other security device. These are mainly used for train detection, transmission of information, broken train detection and transmission of return current. Especially, the return current is related to signal system, power system and catenary line, and track circuit systems. It is one of the most important component shall be dealt for the safety of track side staff and for the protection of railway-related electrical system according to electrification. Therefore, an accurate analysis of the return current is needed to prevent the return current unbalance and the system induced disorder and failure due to an over current condition. Also, if the malfunction occurred by the return current harmonics, it can cause problems including train operation interruption. In this paper, we presented measurement and analysis method at return current and it's harmonics by train operation. By the test criteria, we evaluated for safety. Hereafter, it is expected to contribute to the field associated with it.
본 논문은 귀선전류 및 귀선전류 고조파에 의한 궤도회로의 유도장해, 시스템 고장을 예방하기 위해 측정 및 분석 방법 뿐 아니라 실제 현장에서의 시험결과를 바탕으로 적합함을 확인하였다. 특히 최근에 신설되는 철도 노선의 운행을 위해서는 궤도회로에 대한 귀선전류 및 귀선전류 고조파가 적합함을 확인하여야 하기 때문에 본 논문에서 제시한 시험 방법 및 결과는 향후 신설되는 철도 노선의 운행 확인을 위한 귀선전류 및 귀선전류 고조파 시험 방법 및 분석에 기여할 것이다.
제안 방법
귀선전류 고조파 영향의 경우 궤도회로를 운행하는 전 기차량에 의하여 발생한 고조파 성분이 임피던스 본드의 귀선을 통하여 인접 궤도회로에 영향을 미치게 되어 궤도회로가 부정낙하되는 현상이 발생할 수가 있다. 따라서 이러한 부정 낙하 발생을 예방하기 위한 귀선전류 고조파의 영향 분석 시험은 보조 급전 구분소 부근 임피던스 본드를 대상으로 귀선 전류 고조파를 측정하였으며 궤도회로 수신 장치의 수신기 입력전류 허용치인 14mA(궤도의 임피던스 본드에서는 238mA)를 시험기준으로 설정하여야 하나, 약 5% 정도까지는 문제가 발생하지 않는다는 궤도회로 제작사의 의견을 반영하여 300mA의 기준을 설정하여 시험하였다. 시험 결과를 보면 각각의 사용주파수에서 열차 정상상태와 비정상상태 모두 귀선전류 고조파 전류의 측정값이 300mA를 초과하지 않았기 때문에 적합하다는 결론을 얻을 수 있었다.
따라서 본 논문에서는 경춘선 구간에 대한 체계적이고 신뢰성이 높은 귀선전류 및 귀선전류 고조파의 측정 방법 및 기준을 제시하였으며 이에 따른 시험 결과를 토대로 영향 분석을 하였다. 보다 구체적으로는 경춘선 구간에서 차량운행에 따른 궤도회로 임피던스 본드의 귀선전류 최대값 및 좌우측 레일의 귀선전류 불평형 정도를 측정하여 안전성을 평가하였으며, 귀선전류 고조파 영향 분석을 통해 적합성을 확인하였다.
대상 데이터
경춘선 구간 중 귀선전류가 최대치를 나타낼 것으로 예상되는 변전소 및 전력구분소 부근 중 측정이 용이한 상천 보조 급전 구분소 부근 하선에서 운행 중인 ITX(Intercity Train eXpress) 열차를 대상으로 귀선전류 및 귀선전류 고조파를 측정하였다. 열차운행모드는 운행최고속도 역행 (160km/h) 상태로 설정하여 시험하였다.
이론/모형
귀선전류의 시험항목 및 기준은 표 1에 나타낸 것처럼 귀선전류의 측정치가 한국철도표준규격 “KRS-SG-0038 무절연 가청주파수(AF) 궤도회로”에 따라 1000A 이하여야 하며 임피던스본드 귀선 케이블에서 측정된 좌/우측의 귀선전류의 경우 국내에는 규정이 없기 때문에 프랑스 SNCF의 좌/우측의 귀선전류 차이가 총 귀선전류의 10% 이상일 경우 불평형을 해소하기 위해 유지보수를 시행하는 규정을 참고하여 불평형이 총 귀선전류의 10% 이상일 경우에는 좌/우측의 불평형을 기록하였다.
성능/효과
신설되거나 성능에 영향을 줄 수 있는 개량 노선의 경우 종합 시설물검증시험을 수행하여 시설물의 적합성을 확인하여야 하며, 이러한 시험의 한 분야로서 전기철도 구간에서 철도 차량 운행에 따라 발생되는 귀선전류 시험과 귀선전류 고조파에 의해 궤도회로 사용주파수에 영향을 줄 수 있는지 확인하기 위한 궤도회로 고조파 확인 시험이 요구된다. 귀선전류의 시험에서 시험 기준인 1000A를 넘을 경우나 좌/ 우측의 귀선전류 불평형이 총 귀선전류의 10%이상인 경우 궤도회로의 시스템 유도장해 및 시스템 고장 등을 유발하게 되는데 본 논문에서 귀선전류 시험의 경우 분석결과 정상상태와 비정상상태 열차 모두 최대값 1000A에 훨씬 못 미치기 때문에 궤도회로에 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있었다. 귀선전류 고조파 영향의 경우 궤도회로를 운행하는 전 기차량에 의하여 발생한 고조파 성분이 임피던스 본드의 귀선을 통하여 인접 궤도회로에 영향을 미치게 되어 궤도회로가 부정낙하되는 현상이 발생할 수가 있다.
따라서 이러한 부정 낙하 발생을 예방하기 위한 귀선전류 고조파의 영향 분석 시험은 보조 급전 구분소 부근 임피던스 본드를 대상으로 귀선 전류 고조파를 측정하였으며 궤도회로 수신 장치의 수신기 입력전류 허용치인 14mA(궤도의 임피던스 본드에서는 238mA)를 시험기준으로 설정하여야 하나, 약 5% 정도까지는 문제가 발생하지 않는다는 궤도회로 제작사의 의견을 반영하여 300mA의 기준을 설정하여 시험하였다. 시험 결과를 보면 각각의 사용주파수에서 열차 정상상태와 비정상상태 모두 귀선전류 고조파 전류의 측정값이 300mA를 초과하지 않았기 때문에 적합하다는 결론을 얻을 수 있었다. 하지만 귀선전류 고조파 시험 및 분석방법에 있어서 다양한 노선조건이나 향후 운영계획 등을 고려할 경우, 충분한 시간과 체계적인 분석이 필요하며 종합적으로 적합여부를 판단하고 측정된 고조파가 비교적 클 경우에는 해당 주파수에서 노이즈의 지속시간을 같이 검토하여 적합성 여부를 분석해야 한다.
후속연구
본 논문은 귀선전류 및 귀선전류 고조파에 의한 궤도회로의 유도장해, 시스템 고장을 예방하기 위해 측정 및 분석 방법 뿐 아니라 실제 현장에서의 시험결과를 바탕으로 적합함을 확인하였다. 특히 최근에 신설되는 철도 노선의 운행을 위해서는 궤도회로에 대한 귀선전류 및 귀선전류 고조파가 적합함을 확인하여야 하기 때문에 본 논문에서 제시한 시험 방법 및 결과는 향후 신설되는 철도 노선의 운행 확인을 위한 귀선전류 및 귀선전류 고조파 시험 방법 및 분석에 기여할 것이다.
시험 결과를 보면 각각의 사용주파수에서 열차 정상상태와 비정상상태 모두 귀선전류 고조파 전류의 측정값이 300mA를 초과하지 않았기 때문에 적합하다는 결론을 얻을 수 있었다. 하지만 귀선전류 고조파 시험 및 분석방법에 있어서 다양한 노선조건이나 향후 운영계획 등을 고려할 경우, 충분한 시간과 체계적인 분석이 필요하며 종합적으로 적합여부를 판단하고 측정된 고조파가 비교적 클 경우에는 해당 주파수에서 노이즈의 지속시간을 같이 검토하여 적합성 여부를 분석해야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고조파 전류는 무엇에 영향을 미치게 되는가?
최근의 열차제어시 스템은 ICT(Information and Communication Technology)를 적용한 무선통신에 의한 가상폐색 및 이동폐색시스템을 실현하는 열차제어시스템으로 전환되어가는 추세이나 일반 철 도의 경우 AF 무절연 궤도회로가 대부분 설치되어 있기 때 문에 귀선전류의 불평형 및 과전류상태에 의한 시스템 유도 장해, 시스템 고장 등이 보다 심각하게 분석될 필요가 있다 [1,2]. 또한 전기철도차량에서 사용하는 전력변환장치로 인한 부하전류에는 고조파가 함유되어 있어 이 고조파 전류로 인 해 전기차량은 물론 변전소, 신호시스템, 데이터 전송 및 감시시스템에 영향을 주게 된다. 열차운행의 안전을 책임지는 열차제어시스템이 귀선전류의 고조파 영향에 의해 오동작을 일으키는 경우, 열차운행의 중단 등과 같은 문제를 발생시킬 수 있다.
부정 낙하 발생의 원인은 무엇인가?
귀선전류의 시험에서 시험 기준인 1000A를 넘을 경우나 좌/ 우측의 귀선전류 불평형이 총 귀선전류의 10%이상인 경우 궤도회로의 시스템 유도장해 및 시스템 고장 등을 유발하게 되는데 본 논문에서 귀선전류 시험의 경우 분석결과 정상상태와 비정상상태 열차 모두 최대값 1000A에 훨씬 못 미치기 때문에 궤도회로에 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있었다. 귀선전류 고조파 영향의 경우 궤도회로를 운행하는 전 기차량에 의하여 발생한 고조파 성분이 임피던스 본드의 귀선을 통하여 인접 궤도회로에 영향을 미치게 되어 궤도회로가 부정낙하되는 현상이 발생할 수가 있다. 따라서 이러한 부정 낙하 발생을 예방하기 위한 귀선전류 고조파의 영향 분석 시험은 보조 급전 구분소 부근 임피던스 본드를 대상으로 귀선 전류 고조파를 측정하였으며 궤도회로 수신 장치의 수신기 입력전류 허용치인 14mA(궤도의 임피던스 본드에서는 238mA)를 시험기준으로 설정하여야 하나, 약 5% 정도까지는 문제가 발생하지 않는다는 궤도회로 제작사의 의견을 반영하여 300mA의 기준을 설정하여 시험하였다.
귀선 전류란 무엇인가?
열차가 전철화 구간을 운행 시 전차선으로 공급된 전류가 차량을 통하여 변전소로 귀환하는 전류를 귀선 전류로 정의 하며 전력, 전차선, 접지 및 신호 시스템과 밀접한 관계를 갖는다. 전기철도 차량에 의해 발생되는 귀선전류는 선로변 직원의 안전과 전철화에 따른 철도관련 전기시스템의 보호를 위해 취급되어야할 중요한 요소 중의 하나이다.
참고문헌 (9)
Kang-Mi Lee, Kyung-Ho Shin, Duck-Ho Shin, Jae-Ho Lee, "Study on the speed control code design for fixed block TCS", Journal of the Korean Society for Railway, Vol. 15, No. 1, pp.37-41, 2012.
Young-Hoon Kim, Won-Suk Choi, "Analysis of operational Issues for ICT-based On-Board train control system", Journal of the Korean Society for Railway, Vol 14, No. 6, pp.575-583, 2011.
Jong-Hyeon Baek, " Analysis of harmonic frequency for return current on the track circuit in electrical railway system", Journal of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vol 1, No. 5, pp.698-704, 2012.
Jong-Hyeon Baek, Yong-Gyu Kim, Se-Chan Oh, Hyun-Jeong Cho, Gang-Mi Lee, "Analysis on the return current according to the operation of rolling stock in the electric railway section", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol 12, No. 9, pp.4112-4118, 2011.
Yong-Gyu Kim, Chang-Geun Yoo, "Effect of return current according to the application of joint grounding network in the 2 ${\times}$ 25kV power supply method", Journal of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vol 51B, No. 9, pp.509-514, 2002.
Gil-Noh Lee, Yong-Gyu Kim, Jong-Hyeon Baek, Chang-Geun Yoo, "Comparison of return currents according to the grounding type of electric railway system", Journal of the academic conference on information and control 2005, pp.53-55.
Yong-Gyu Kim, Jong-Hyeon Baek, Chang-Geun Yoo, "A study on properties of track circuit according to the electrification of existing line", Journal of the summer conference 2004 of the Korean Institute of Electrical Engineers.
Y.K, KIM and al, "Estimation and Measurement of the traction return current on the electrified Gyoungbu line", 2001 Proceedings of the International Conference on Control, Automation and Systems, pp.1458-1461.
Gil-Noh Lee, Yong-Gyu Kim, Jong-Gi Kim, Hak-Ryeol Kim, "Joint grounding and single grounding interfaces at the track circuit", Journal of the autumn conference 2005 of The Korean Society of Railway.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.