[논문]고전압임펄스궤도회로(HVITC)와 AF 궤도회로간의 간섭에 대한 연구

이희진; 이종우

doi:10.7782/jksr.2015.18.3.232

초록
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고속철도 차량기지에는 고전압임펄스(HVITC)와 AF 궤도회로를 사용하고 있다. HVITC는 열차의 위치검지 및 궤도 절손검지 기능을 하고, AF궤도회로는 열차제어 정보를 전송하여 고속열차의 이상 유무를 검지하는 출발 전 시험에 사용한다. 두 궤도회로는 별도로 구성되어 있고, 같은 레일을 사용하여 제어신호를 스위칭에 의해서 전송하고 있다. AF 궤도회로는 루프케이블을 궤도 안쪽에 설치하는 방법으로 구성할 수 있다. 그러면 스위치를 제거할 수 있고, 상시 시험용 제어신호를 전송할 수 있다. 이 경우에 두 궤도회로는 상호간섭이 발생할 수 있다. 본 논문에서는 두 궤도회로를 동시에 동작하는 경우에 발생되는 간섭을 두 회로의 모델링을 통하여 규명하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Two types of track circuits are used in high speed railway car depots: one is High Voltage Impulse Track Circuit(HVITC); the other is AF track circuit. HVITC detects train occupation of blocks and broken rail; the AF track circuit is used for train onboard control system pretesting before departure....

Two types of track circuits are used in high speed railway car depots: one is High Voltage Impulse Track Circuit(HVITC); the other is AF track circuit. HVITC detects train occupation of blocks and broken rail; the AF track circuit is used for train onboard control system pretesting before departure. This testing is used to transmit train control information through the AF track circuit. The two systems are switched in turns for testing. We propose a system in which the AF track circuit is replaced by a loop cable that is installed on the inside rail; as such, engineers do not need to switch the systems. In cases in which the two systems run simultaneously, mutual interference may occur. In this paper, we identified this mutual interference by modeling of the two circuits.

주제어

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문제 정의

본 논문에서 AF 궤도회로와 HVITC를 동시에 동작할 경우에 발생하는 간섭 문제를 규명하였다. AF 및 HVITC를 모델링하여 자기 및 상호 인덕턴스를 유도하였으며, 그 값을 이용하여 상호 간섭을 규명하였다.
본 논문에서는 HVITC와 AF 케이블 루프간의 간섭에 대해 연구하였고, 두 회로를 모델링 하여 Magnetic coupling에 의한 상호 간섭을 수리적으로 규명하였다.

가설 설정

을 운반한다. 루프 와이어에 전류가 단면에 걸쳐 균일하게 분포되어 있음을 가정한다. 루프 2에 의해 둘러싸인 표면을 관통하는 총 자속을 계산한다.

제안 방법

본 논문에서 AF 궤도회로와 HVITC를 동시에 동작할 경우에 발생하는 간섭 문제를 규명하였다. AF 및 HVITC를 모델링하여 자기 및 상호 인덕턴스를 유도하였으며, 그 값을 이용하여 상호 간섭을 규명하였다. 본 논문의 구성은 2장에서 제안된 궤도회로 시스템의 구성소개, 3장은 궤도회로 시스템 모델링, 4장 시뮬레이션 및 5장 결론으로 구성되어 있다.
AF 케이블 루프의 송신기 출력 전압은 9가지로(15V, 30V, 45V, 60V, 75V, 90V, 105V, 120V, 135V) 고정되어있고, 송신기 전압이 60V 이상일 때 HVITC의 부정 낙하 현상이 발생하였으므로, V₂ 전압을 50V와 200V 설정하여 비교 하였다.
궤도와 AF 케이블 루프 각각의 자기 및 상호인덕턴스를 계산하기 위한 궤도길이, 폭 및 케이블의 반지름을 Table 1과 같이 설정 하였고, 레일의 종류는 50kg/m, AF 케이블 루프의 케이블은 SCNV-S을 사용하였다.
본 논문에서 시뮬레이션에 사용한 입력 Parameter들은 Table 3과 같으며, 현장 설치 상황에 따라 달라지며, 결과 값에 다르게 영향을 줄 수 있다. 시뮬레이션은 Matlab을 이용하였고, HVITC Parameter는 고정으로 하고 AF 케이블 루프의 주파수를 2040Hz~3120Hz에서 V₂ 전압을 50V, 200V로 변환함으로써 HVITC의 수신부에 얼마만큼의 간섭이 발생하는지를 비교하였다.
시뮬레이션을 위해 HVITC의 V₁에 정펄스와 부펄스의 비율이 3:1인 특수한 형태의 입력을 Fig. 10과 같이 공급하며, HVITC의 주파수 특성은 low pass filter(100Hz)를 이용하여 생성하였다. Fig.
바이탈 회로인 HVITC로 전환하지 않을 경우에 차량점유 검지를 실패하여 사고로 이어질 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 HVITC와 AF 궤도회로를 병용하는 방법을 제시하였다.

대상 데이터

UM71C 궤도회로는 Fig. 2와 같이 송신기(CEU), 방향계전기, 거리조절기(LF430), 정합트랜스(TAD430), 동조 유니트(Tuning Unit), 양극자 블록(DB), 공심 유도자(Air Coil Inductor), 보상 콘덴서(Compensation Capacitor), 수신기 및 궤도 계전기 등으로 구성되어 있다. 이 설비는 고속철도에서 사용하고 있고, 송신/수신 장치를 신호 기계실에 설치하여 차상신호(열차운행정보)를 연속적으로 전송하는 기능과 열차점유를 검지하는 기능을 수행한다.
궤도회로를 도통하는 전류의 전기적 단락 회로를 이용한 열차검지와, 그 전류를 반송파로 사용하여 열차주행에 필요한 정보를 변조하여 싣는다. 궤도회로에 사용하는 주파수는 가청주파수(AF: Audio Frequency)를 사용하며, 역 구내의 경우는 고압 임펄스를 이용한다.
AF 및 HVITC를 모델링하여 자기 및 상호 인덕턴스를 유도하였으며, 그 값을 이용하여 상호 간섭을 규명하였다. 본 논문의 구성은 2장에서 제안된 궤도회로 시스템의 구성소개, 3장은 궤도회로 시스템 모델링, 4장 시뮬레이션 및 5장 결론으로 구성되어 있다.

성능/효과

AF 케이블 루프 송신기의 전압이 60V 이상에서 고전압임펄스궤도회로(HVITC)의 궤도계전기가 부정 낙하하는 현상이 현장에서 발생하였으며, 부정 낙하하는 원인은 AF 궤도회로의 송신 전압이 높아짐에 따라 AF 케이블 루프의 간섭이 증가하여, 정펄스와 부펄스의 비율이 3:1 이하로 되는 것이 원인으로 분석되었다.
5mA 이상이다. AF 케이블 루프의 모든 주파수에서 송신기의 전압이 50V일 때는 AF 케이블 루프에 의한 HVITC 궤도계전기의 부정 동작에 영향을 주지 못할 정도의 간섭이 발생하며, 200V일 때는 부정 동작에 영향을 주는 간섭이 발생함을 확인하였다.
Fig. 12와 Fig. 13에서 V₂의 전압이 50V일 때는 정펄스와 부펄스의 비율이 약 3:1을 나타내나, V₂의 전압이 200V일 때는 약 2:1 정도의 비율을 나타냄을 확인할 수 있다.
Fig. 14와 Fig. 15에서 V₂의 전압이 50V일 때는 정펄스와 부펄스의 비율이 약 3:1을 나타내나, V₂의 전압이 200V일 때는 약 2:1 정도의 비율을 나타냄을 확인할 수 있다.
Fig. 16와 Fig. 17에서 V₂의 전압이 50V일 때는 정펄스와 부펄스의 비율이 약 3:1을 나타내나, V₂의 전압이 200V일 때는 약 2:1 정도의 비율을 나타냄을 확인할 수 있다.

후속연구

본 연구는 HVITC와 고속철도에서 사용하는 UM71C 궤도회로 시스템을 기준으로 HVITC의 영향에 대하여 분석하여, 이종 시스템을 설치하였을 때에 나타나는 spectrum 영역에 대해서 조사할 필요가 있으며, 이러한 방법은 다른 시스템에도 적용이 가능하다.
향후 연구 범위를 차량까지 확대하여 HVITC에 영향을 주지 않는 범위에서, 차량에서 ATC 연속정보를 정상적으로 수신할 수 있는 AF 케이블 루프의 송신 전압의 범위를 정하는 연구가 필요하며, 구내에 적용할 AF 궤도회로 시스템, PF 궤도회로 등등 서로 다른 궤도회로들을 이중으로 구성할 때 활용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	궤도회로란?	궤도회로(Track circuit)는 레일을 전기회로의 일부로 사용하여 회로를 구성하고, 차량의 차축에 의해 레일 사이를 단락함에 따라 유무를 검지하여 신호기, 선로전환기, 연동장치, 기타의 신호기기를 직접 또는 간접으로 제어할 목적으로 설치된 궤도를 이용한 전기회로이다[1].
	궤도회로에 사용하는 주파수는 무엇인가?	궤도회로를 도통하는 전류의 전기적 단락 회로를 이용한 열차검지와, 그 전류를 반송파로 사용하여 열차주행에 필요한 정보를 변조하여 싣는다. 궤도회로에 사용하는 주파수는 가청주파수(AF: Audio Frequency)를 사용하며, 역 구내의 경우는 고압 임펄스를 이용한다.
	HVITC와 AF 궤도회로를 병용하는 방법을 제시하는 이유는 무엇인가?	고속열차를 시험하기 위해서는 운용자가 수동으로 HVITC를 AF 궤도회로로 절체를 하여야 한다. 운용자가 고속열차 시험 후에 다시 HVITC로 전환하여야 한다. 바이탈 회로인 HVITC로 전환하지 않을 경우에 차량점유 검지를 실패하여 사고로 이어질 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 HVITC와 AF 궤도회로를 병용하는 방법을 제시하였다.

참고문헌 (6)

T.H. Lee (2008) Study on the operating characteristics of high voltage impulse track circuit, in Proceeding of the Autumn Conference for Railway, The Korean Society for Railway, Korean, pp. 1279-1284.
J.K. Kang (2011) A study on compatibility of measurement system in track circuits, Ph.D. Thesis, Soongsil University.
I.K. Hwang (2011) The influence of detection time for information signal upon length of track circuit in AF track circuit by using magnetic coupling, Master's. Thesis, Seoul National University of Technology.
M.S. Kim, J.W. Lee (2009) A study on the distance between track circuits using identical frequency in railway track circuit system, Journal of the Korean Institute of Electrical Engineers, 58(11), pp. 2168-2174.
C. Paul. (2010) Inductance: Loop and Partial, John Wiley & Sons, New Jersey, pp. 184-194.
Alexandre Robichaud (2013) Theoretical analysis of resonant wireless power transmission links composed of electrically small loops, Progress In Electromagnetic Research, 143, pp. 485-501.

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