[논문]고속철도 AF궤도회로경계구간 케이블길이 변화에 따른 전기특성 분석연구

최재식; 김희식; 박주훈; 김범곤

doi:10.5762/kais.2015.16.7.4849

초록
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본 논문은 2004년 경부고속선 개통이후 UM71C AF궤도회로 현장 구성품(BU, SVaC, DB)들이 선로내측 자갈도상에 설치되어 있기 때문에 겨울철 고속차량 낙빙 및 시설분야 장비작업으로 인한 파손사례가 자주 발생되어 시설물 보호를 위한 개선대책일환으로 선로내측에 설치된 구성품을 선로외측으로 이설할 경우 케이블 길이 변화에 따른 임피던스 특성변화와 보상콘덴서 추가구성을 위하여 MATLAB Simulink를 이용하여 시뮬레이션을 시행하였고 또한 고속선 현장실증시험을 통하여 시뮬레이션과 동일한 결과를 얻었다. 향후 궤도회로사구간에 대한 보완과 구성품내부 임피던스 재설계 연구를 통하여 실제 현장에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

It has been often occurred for the outside components(BU, SVaC, DB) of UM71c AF track circuits to be broken down caused by some pieces of falling ice in the winter time or by infrastructure repairing equipments while facility maintenance works since 2004, opening of Kyeongbu High Speed Rail Express....

It has been often occurred for the outside components(BU, SVaC, DB) of UM71c AF track circuits to be broken down caused by some pieces of falling ice in the winter time or by infrastructure repairing equipments while facility maintenance works since 2004, opening of Kyeongbu High Speed Rail Express. In this paper, we proposed that we could move the outside components of UM71c track circuit out of wayside from present place. Then we can assure that the life time of those components would be extended. So we simulated the electrical characteristics by changing cable length using MATLAB Simulinks and we designed the compensation capacitor. Also, we obtained the same results as those of simulation by field demonstration test on site. The design specifications obtained from this field verification test could be applied in the absent section of track circuit, if only have a little more intensified research to compensate changed electrical characteristics and to redesign inner impedance of the track circuit.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 궤도회로 경계구간 케이블길이 연장에 따른 전기적인 특성 시뮬레이션과 현장실증시험을 통하여 케이블 길이가 증가할 경우 콘덴서를 병렬로 연결하여 궤도회로 수신전압을 보상할 수 있다고 판단되었다. 반면 현장측정결과 케이블 길이가 연장될 경우, 궤도회로경계가 중첩되는 사구간이 증가되었다.
본 연구의 목적은 현재 사용중인 고속선 UM71C궤도회로의 구성품(DB, BU,SVAC 등)이 선로내측에 설치되어있어, 겨울철 혹한기 차량하부 얼음 낙빙에 따른 궤도회로 구성품 설비의 보호와 장비차량 기계작업 및 보선수작업으로부터 구성품 파손방지 및 고장에 따른 열차안전을 위하여 구성품을 선로 외측으로의 이설이 요구되었다.

제안 방법

이러한 필요에 따라 구성품을 이설 시 케이블 길이변화에 따른 궤도경계점의 전기적 특성의 변화로 인한 송수신 전압의 변화가 발생하므로 시뮬레이션을 통해 이론적인 궤도회로 선로정수의 재 산출과 케이블 길이를 반영하여 시뮬레이션과 현장계측 비교분석을 통하여 케이블의 길이변화에 따른 전기특성을 검증하였다.
이를 구현하기 위하여 MatLab Simulink를 이용하여 궤도회로 경계구간을 구현하였으며, 9.8[m]의 중복단락 구간을 SVaC를 중심으로 양쪽으로 설치하는 분포정수회로를 구성하였으며, 양단에 BU의 기존 파라미터를 이용하여 필터회로를 구성하였다. Fig 9는 궤도회로 전기특성 시뮬레이션 구현회로를 나타낸 것이다.
케이블 길이 변화에 따른 전기적인 특성 시뮬레이션을 통하여 알아보기 위하여 MatLab을 이용하여 0.8[m] 케이블 길이로 궤도 중심에 설치되었을 경우의 임피던스와 설치케이블 길이를 선로외측으로 안전거리를 감안하여 6m로 연장하였을 때 각 BU점에서의 임피던스 변화를 살펴보았다.
케이블 길이 연장에 따른 궤도회로 전기특성을 분석하기위하여 고속선 광명역구내에서 케이블의 길이를 연장시키면서 궤도회로 수신측의 전압특성값을 측정하였다. 아래 Fig 14는 6m케이블을 사용하여 궤도회로구성품(BU)를 접속하는 작업이며 Fig 15는 케이블의 길이를 연장했을 때 그리고 콘덴서를 추가했을 때의 전기특성값을 측정하였다.

성능/효과

따라서 케이블의 길이가 6[m]로 변화하였을 때 임피던스 최고점 주파수를 기존과 동일하게 하기위해 BU의 병렬콘덴서 값을 조정하여 대역 통과필터의 통과주파수를 조정할 수 있었다.
Table 1은 고속선 현장에서 궤도회로의 기능상태를 나타내는 기준레벨과 케이블의 길이를 연장했을 때 그리고 콘덴서를 추가했을 때의 수신전압을 나타낸 것으로 케이블과 콘덴서를 추가하기 전의 전압값이 382[mmV]였으나 6[m]케이블을 연장했을 때는 338[mmV]로 44[mmV]감소하였으며, 콘덴서를 추가했을 때 22[mmV]로 증가하였다. 표에서 알수 있듯이 케이블의 길이가 증가할 경우 궤도회로 수신전압값이 감소했다가 콘덴서 값을 증가했을 때 비례해서 수신전압도 상승하였다.

후속연구

반면 현장측정결과 케이블 길이가 연장될 경우, 궤도회로경계가 중첩되는 사구간이 증가되었다. 궤도회로 사구간이 늘어나면 길이가 짧은 열차의 경우 궤도회로 경계구간에서 열차점유가 안되는 현상이 일어날 수 있기 때문에 정상적인 AF궤도회로 기능확보를 위하여 향후 궤도회로 사구간의 길이를 단축하는 추가적인 연구가 필요 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	UM71C 궤도회로란 무엇인가?	프랑스 CSEE사에서 제작하여 한국고속철도(KTX)에 설치된 UM71C 궤도회로는 비 전철구간, AC전철구간, DC전철구간 등 모든 궤도구간에서 사용할 수 있는 ATC용 궤도회로로 궤도구간의 구분시에 무절연 방식을 채택하여 좀 더 기능적이고 열차의 진동을 방지할 수 있는 시스템이다. 궤도구간의 구분시에 사용되는 전기적절 연접속(Electrical Separation Joint)은 인접궤도구간과의 중첩을 유도하여 열차검지를 연속적으로 한다.
	UM71C 무절연 궤도회로는 크게 어떻게 구분되는가?	궤도구간의 구분시에 사용되는 전기적절 연접속(Electrical Separation Joint)은 인접궤도구간과의 중첩을 유도하여 열차검지를 연속적으로 한다. UM71C 무절연 궤도회로는 크게 실내설비와 선로변설비로 구분된다. Fig 1은 UM71C 무절연 AF궤도회로의 블록다이어그램을 나타낸 것이다.
	무절연 AF 궤도회로는 궤도구간을 전기적으로 구분하기 위해 어떠한 요소를 사용하는가?	무절연 AF 궤도회로는 궤도구간을 전기적으로 구분한다. 이를 위하여 무절연접속부를 사용한다. 무절연접속부는 궤도구간의 전기적인 구분을 위하여 일종의 LC 공진회로로서 동작한다.

참고문헌 (9)

Jae SIk Choi, A study on the analysis of electrical characteristic at the both of terminal jointless audio frequency track circuit, a master's thesis, the university of seoul, 2002.
Seung Jin Han, Young Woon Chung, Ki Ha Cheon, Key Seo Lee, Young Soo Park, Kwang Kyun You, A study on the electrical characteristics of track circuits, Journal of the summer conference 1996 Korean Institute of Electrical Engineers.
Gang Yell An, Keun Su Yoo, Kyoung Il Choi, Jae Young Park, Jong Hyun Baek, Young Kyu Kim, Analysis on turning unit BA on the interface section between high speed line and conventional line, Journal of the autumn conference 2009 Korean Society for Railway.
Young Kyu Kim, Jong Hyun Baek Chang Keun Ryu, A study on the track circuit characteristic in electrified classical line, Journal of the summer conference 2004 Korean Institute of Electrical Engineers.
Ki Bum Park, Jae young Park, Mun Sung Jang, Myoung Sub Lim, Hwan Kim, A study on the internal modeling of track circuir(UM71C) on HSL, Journal of the summer conference 2006 Korean Institute of Electrical Engineers.
Ki Bum Park, Tae Hoon Lee, A Internal signal modeling for a defect diagnosis of track circuit on HSL, Journal of the autumn conference 2006 Korean Society for Railway.
Ki Bum Park, Tae Hoon Lee, Gi Chun Lee, A study on the improvement for a defect diagnosis of track circuit on HSL, Journal of the autumn conference 2007 Korean Society for Railway.
Joung Youl Kim, Seok Kyun Shin, Youg Hoon Joung, Key Seo Lee, Gil Young Lee, Ki Bum Park, Tae Hoon Lee, Gi Chun Lee, A study on the improvement for a defect diagnosis of track circuit on HSL, Journal of the spring conference 2000 Korean Society for Railway.
Ki Bum Park, Sang Hwan Ryu, Young Kyu Kim, A study on the on-board Measuring system of track circuit for improving of maintenance efficiency on HSL, Journal of the spring conference 2006 Korean Society for Railway.

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