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고속철도차량의 이선빈도가 귀선전류에 미치는 영향
The Influence on Traction Return Current by Pantograph Detachment Frequency of High-speed Train 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.28 no.9, 2014년, pp.8 - 13  

이성근 (한양대학교 전기공학과) ,  조영만 (한양대학교 대학원 전기공학과) ,  고광철 (한양대학교 전기.생체공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Currently it is major problem of electric railway with increasing drive speed such as the arc generated by the pantograph detachment and the distortion current in the motor-block high speed switching. When physical contact between the pantograph and the catenary line is separated, the pantograph det...

주제어

#Pantograph Detachment Frequency   #Traction Return Current   #EMTP Modeling   #High-Speed Train  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 이러한 방법은 물리적인 이해를 돕고 현상분석에는 용이하나, 전체적인 시스템을 해석할 경우에 직관적인 해석이 어려우며 상황에 따라 변화하는 실측데이터가 요구되는 단점을 가진다. 따라서 본 논문에서는 회로 모델링을 통하여, 이선현상이 일어났을 때 이선빈도가 귀선전류에 미치는 영향을 연구하였다. 시뮬레이션은 EMTP (Electromagnetic transient program)를 이용하여 전차선로와 주 전력변환장치 등 집전시스템의 각 부분을 회로소자와 스위치, TACS(Transient analysis of control system) 소자로 모델링하였다.
  • 본 연구는 EMTP를 이용하여 전차선로 및 주 전력 변환장치 등의 집전시스템과 이선아크현상을 회로모델링하고 이선빈도에 따라 귀선전류에 미치는 영향을 연구하였다. 이선현상의 빈도는 동일 시간 내에서 같은 주기로 1∼3회 발생하는 경우를 가정하였으며 그 결과를 아래와 같이 정리하였다.

가설 설정

  • 이선 발생 전 전차선과 팬터그래프의 거리는 0mm이고, 이선 발생 후에 최대 5mm까지 떨어졌다가 재접촉되는 상황을 고려하였다. 또한 300km/h의 속도로 주행하는 고속철도차량이 1km 주행 시 소요되는 시간은 12초이므로, 철도의 건설기준에 관한 규정에 따라 이선율을 1% 미만을 고려한 0.12초 동안에 이선되었다가 재접촉한다고 가정하였다.
  • 이선현상의 빈도는 동일 시간 내에서 같은 주기로 1∼3회 발생하는 경우를 가정하였으며 그 결과를 아래와 같이 정리하였다.
  • 전차선로의 단권변압기(Auto trans- former, AT)의 간격은 장소에 따라 상이하나, 평균적으로 8∼10km의 간격으로 설비되어 있으므로 10km간격의 구간을 주행하는 상황을 가정하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
이선현상 발생 시 접촉면에서 발생하는 아크로 인하여 어떤 문제가 발생하는가? 이러한 이선현상은 전차선에서 팬터그래프로 전력을 공급하는 도중에 발생하므로 접촉면에서 아크방전을 일으킨다. 이 때 발생되는 아크는 팬터그래프와 전차선을 마모시켜 파손, 수명단축 등의 물리적 문제뿐만 아니라 철도차량 및 내부 회로에서 전기적인 문제를 발생시킨다[1-2]. 또한 철도차량의 주 전력변환장치에서 발생하는 고속 스위칭 동작과 함께 전자파장해(EMI)의 주요 발생원이 된다[3]. 전자파장해는 방사성 잡음과 전도성 잡음으로 구분되며[4], 특히 전도성 잡음의 경우 레일의 임피던스 본드와 연결된 귀선선로를 통해 변전소에 유입됨으로써 기기에 효율을 감소 시키고 과열 및 포화 등 의도하지 않은 악영향들을 미치게 된다.
귀선전류에서 이선이 발생했을 때 전류가 튀는 현상의 크기를 좌우하는 요소는 무엇인가? 주 전력변환장치에 의한 왜형이 발생하고 있는 기존의 귀선전류에서 이선이 발생 할 경우 전류가 튀는 현상이 나타나는데, 이는 기존 파형의 순시값에 따라 그 크기가 달라진다. 특히 기존파형의 순시값이 피크일 때나 주 전력변환장치에 의해 변형된 파형에서 이선이 발생 할 경우에는, 기존 전류의 피크값에 비해 훨씬 큰 이상전류를 발생시킨다.
전기철도가 고속화됨에 따라 어떤 문제가 발생하는가? 철도차량의 주행속도가 증가함에 따라 등고를 유지하던 전차선의 접촉력이 변하여, 물리적으로 팬터그래프와 떨어지는 이선현상이 발생하며 이는 전기철도가 고속화됨에 따라 수반되는 주요 문제점 중 하나이다. 이러한 이선현상은 전차선에서 팬터그래프로 전력을 공급하는 도중에 발생하므로 접촉면에서 아크방전을 일으킨다.
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참고문헌 (11)

  1. Bong-Yi Lee, Jae-Chul Kim, Sung-Ho Han and Su-Gil Lee, "A Study on an arc according to loss of contact between pantograph and catenary" Proceedings of KIIEE Annual Conference pp.367-470, 2005. 

  2. Jae-Moon Kim and Yang-Su Kim, "Transient Characteristic Study on Contact Loss of High Speed Electric Railway Using a Power Line Disturbance Simulator", The Transaction of the Korean Institute of Electrical Engineers P, Vol. 58, No. 4 pp. 427-431, Dec. 2009. 

  3. Sung-Gyen Lee, Young-Maan Cho and Kwang-Cheol Ko, "Analysis on Conductive Noise of High-Speed Train including Pantograph Detachment", Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 27, No.12, pp.87-92, Dec, 2013. 

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  4. Kunihiro Kawasaki, "Methode to Calculate Fluctuations in the Strength of Radio Noise Emitted from Electric Railway Systems", Quarterly Report of Railway Technical Research Institute, Vol. 50, No. 3, Aug. 2009. 

  5. Yangsu Kim, Hae-Chul You, Electric Railway, pp.453-459, Donillbook, 2008. 

  6. Paul W. Smith, Transient Electronics : Pulsed circuit technology, pp.41-46, John Wiley & Sons Ltd, 2002. 

  7. Sung-Joon Cho,, Man-Kyu Jeong, Kwang-Ju Lee, Geon - Tae Park and Du-Sik Kim, "A Study on Propulsion Control System for Korean Train Express(KTX-Sancheon)", Power Electronics Annual Conference, No. 7 pp. 295-296, 2010. 

  8. Young-Maan Cho, "Analysis on the Conductive Noise generated by Pantograph Detachment of High-Speed Train", Hanyang Univ., Master Thesis., 2014. 

  9. T. E. Browne, "Practical Modeling of the Circuit Breaker Arc as a Short line Fault Interrupter", IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol.PAS-97, No. 3 pp.838-847, May 1978. 

    상세보기 crossref

  10. A. D. Stokes and W. T. Oppenlander, "Electric arcs in open air", J.Phys, D: Appl. Phys. Vol. 24, No.1, 1991. 

  11. Liu Y. J., Chang G. W. and Huang H. M., "Mayr's Equation-Based Model for Pantograph Arc of High-Speed Railway Traction System", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 25, No.3, pp.2025-2027, Jul 2010. 

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