[논문]장기간 온도변화에 따른 전차선로 전선류의 노후도 분석

조남희; 오완식; 김재문

doi:10.5370/kiee.2016.65.9.1590

장기간 온도변화에 따른 전차선로 전선류의 노후도 분석
Aging Analysis of Catenary Wires in Accordance with Temperature Changes for a Long Period of Time 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.65 no.9, 2016년, pp.1590 - 1596

조남희 (Dept. of Railroad Electrical System Engineering, Woosong University) , 오완식 (Dept. of Railroad Electrical System Engineering, Woosong University) , 김재문 (Dept. of Transportation System Engineering, Graduate School of Transportation, Korea National University of Transportation)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, catenary wires were analyzed aging through the experiment about a new product and a test sample in accordance with temperature changes from long-term use. In case of the contact wire, the maximum load was reduced within 7% and the tensile strength showed a reduced within 6.7% compared with a new reference standard $110mm^2$. 19 Strands of messenger wire have a little more than a standard value, but result data on tensile test were less than the reference value about stranded wire. Also parts among 49 strands of dropper was found to be smaller than the reference value and it appeared greatly increasing intensity as toward the center of the strand.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 장기간 사용으로 인한 전차선로 전선류의 시료 시험을 통해 노후상태를 정확히 파악하고자 실험을 수행하였다. 이를 위해 신품과 시료를 비교하였으며 성능 변화를 분석하였다.
본 논문은 온도변화가 심한 지역에서 장기간 운용 중인 전차선로 전선류를 한국철도표준규격(KRS)의 시험기준을 적용하여 신품과 시료에 대해 인장시험을 통한 노후도를 분석하였다. 분석을 통해 얻은 결과는 다음과 같다.

제안 방법

드로퍼에 대한 시료는 10 ㎟로 외층연선은 6개 묶음( 1~7, 8~14, 15~21, 22~28, 29~35, 36~42)로 이루어져 있으며, 각 외층연선은 중심부로부터 6개의 소선(7, 14, 21, 28, 35, 42)이며, 중심연선은 6개의 소선(43~49), 중심 소선은 49번으로 표 6과 같이 매핑하여 측정하였다.
본 논문에서는 전차선로 전선류 중 전차선, 조가선, 드로퍼선, 균압선을 대상으로 하였으며, 현장에 사용 중인 시료품과 신품에 대한 인장시험을 통한 비교분석을 실시하였다. 비교분석 시료는 약 20여년 이상 사용된 증산(민둥산)~고한(약 10.
시험방법으로는 한국철도표준규격 KRS PW 0005-15(R)과 KRS PW 0007-15(R)의 기준에 따라 사용품(시료)와 신품으로 나누어서 비교분석 하였다.[4] 다만, 전차선 시료품은 107 ㎟로 하였으며, 신품은 110 ㎟으로 하였다.
[4] 다만, 전차선 시료품은 107 ㎟로 하였으며, 신품은 110 ㎟으로 하였다. 이는 현장에 설치된 전차선은 단종된 상태이며 현재는 관련 규격이 없어 유사한 단면적을 갖는 제품과 비교하였다.
본 논문에서는 장기간 사용으로 인한 전차선로 전선류의 시료 시험을 통해 노후상태를 정확히 파악하고자 실험을 수행하였다. 이를 위해 신품과 시료를 비교하였으며 성능 변화를 분석하였다. 분석을 통해 얻은 결과는 향후 노후화에 따른 유지보수 방법설정과 설비개량을 위한 최적의 시점 선정을 위한 기초자료로 정확한 수명예측이 가능할 것으로 기대된다.

대상 데이터

균압선은 재질은 카드뮴 연동선(CdCu) 95㎟로 시료는 646 소선으로 구성되어 있고 신품은 259개의 소선을 이루어져 있다. 이 경우 외층연선 1~126, 중간층 127~210, 속층 211~252, 중심은 253~259로 매핑시켜 인장시험을 하였다.
본 논문에서는 전차선로 전선류 중 전차선, 조가선, 드로퍼선, 균압선을 대상으로 하였으며, 현장에 사용 중인 시료품과 신품에 대한 인장시험을 통한 비교분석을 실시하였다. 비교분석 시료는 약 20여년 이상 사용된 증산(민둥산)~고한(약 10.7㎞) 사이의 전선류를 대상으로 하였으며 이 구간은 전기기관차 8200대, 8500대, EMU열차가 운행하는 구간으로 일 평균 편도 약 40회, 월 편도 약 1,200회의 열차가 운행 중인 구간이다.
현장에 설치되어 운영 중인 전차선에 대한 홈붙이 경동선(Cu) 재질의 107 ㎟ 시료 2개와 신품 110 ㎟ 1개를 관련 규격에 의해 시험하였다. 시험조건은 표점거리 50.

성능/효과

1) 전차선의 시료 107 ㎟의 경우 신품을 확보할 수 없을 뿐만 아니라 현재 규격이 없으므로 근접하는 110 ㎟ 규격 기준을 토대로 했을 때, 최대하중은 7% 이내 감소하였고 인장강도는 6.7%이내 감소를 보였다.
2) 조가선 19소선은 인장시험 결과 기준을 약간 넘는 정도로 나타났으나 연선에 대한 인장시험은 기준값보다 작게 나타났다. 드로퍼 49소선은 일부의 경우 기준값보다 작게 나타났으며, 중심소선으로 갈수록 강도가 크게 나타나 외부 소선인 경우 온도변화 환경에 인장강도가 작아짐을 확인할 수 있었다.
14N/㎟ 이다. 그러나 인장시험 데이터를 비교했을 때 평균값뿐만 아니라 최소, 최대값이 신품대비 시료 데이터가 현저히 떨어짐을 확인할 수 있다. 표 6은 드로퍼의 신품과 시료의 각 소선에 대한 인장강도 값을 보여준다.
0 mm/min로 하였으며, 표 1에 측정결과를 나타내었다. 기존 107 ㎟ 규격을 기준으로 하였을 때 최대하중은 2%이내 감소하였고 인장강도는 4.5%이내 감소를 보였다. 다만, 전차선의 시료 107㎟의 경우 신품을 확보할 수 없을 뿐만 아니라 현재 규격이 없으므로 근접하는 110 ㎟ 규격 기준을 토대로 했을 때, 최대하중은 7%이내 감소하였고 인장강도는 6.
5%이내 감소를 보였다. 다만, 전차선의 시료 107㎟의 경우 신품을 확보할 수 없을 뿐만 아니라 현재 규격이 없으므로 근접하는 110 ㎟ 규격 기준을 토대로 했을 때, 최대하중은 7%이내 감소하였고 인장강도는 6.7% 이내 감소를 보였다.
2) 조가선 19소선은 인장시험 결과 기준을 약간 넘는 정도로 나타났으나 연선에 대한 인장시험은 기준값보다 작게 나타났다. 드로퍼 49소선은 일부의 경우 기준값보다 작게 나타났으며, 중심소선으로 갈수록 강도가 크게 나타나 외부 소선인 경우 온도변화 환경에 인장강도가 작아짐을 확인할 수 있었다. 균압선 소선은 신품에 비해 강도가 작을 뿐만 아니라 변형률에 따른 응력도가 비선형 특성이 거의 나타나지 않았다.
표 7에서 보듯이 균압선 소선의 인장강도는 소선수가 646개로 이루어진 시료인 경우는 평균 182.64 N/ 이지만, 259개 소선수로 이루어진 신품은 383.55~403.3 N/ 으로 값이 크다는 것을 확인할 수 있다. 이는 시료가 상대적으로 소선수가 많기 때문에 작다는 것을 의미하기도 하지만, 그림 8에서 보듯이 변형률에 따른 응력도가 비선형 특성이 거의 나타나지 않아 쉽게 절단될 수 있음을 의미한다.
표 3은 표 2에 대한 최소값과 최대값, 그리고 각 소선에 대한 평균값을 보여준다. 표에서 보듯이 20년 이상 기후변화가 심한 지역에 설치되어 운영되고 있음에도 불구하고 관련규격을 모두 만족하고 있음을 알 수 있다. 그림 4는 소선시험시 변형률(Strain) 대비 응력도를 보여준다.

후속연구

8)]를 보인다. 따라서 국내에 설치된 전차선로 설비에 대해 온도변화가 심한 지역의 전차선로 전선류의 노후 변화 현황을 확인할 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문을 통해 향후 노후 정도를 사전에 파악할 수 있는 기초자료가 될 것으로 기대된다.
이를 위해 신품과 시료를 비교하였으며 성능 변화를 분석하였다. 분석을 통해 얻은 결과는 향후 노후화에 따른 유지보수 방법설정과 설비개량을 위한 최적의 시점 선정을 위한 기초자료로 정확한 수명예측이 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전철화률 확대란?	최근 3차 국가철도망 구축계획이 발표됨에 따라 국내 전철화 률은 지속적으로 증가할 예정이다. 전철화률 확대는 전기철도 급전계통을 통해 전기 에너지를 동력으로 하는 전기차량에 공급함을 의미한다. 급전계통의 대표적인 설비인 전차선로는 전기차량의 집전장치인 팬터그래프와 접촉 하여 전력을 공급하기 위한 전차선을 비롯한 부속 전기설비를 포함한다.
	외기온도가 상승하면 어떤 문제점이 있는가?	또한 가선 금구류는 충분한 신뢰도를 가져야 하며, 전선류의 온도변화에 따른 신축 영향을 최소화해야 한다. 외기온도가 상승하면 전선류의 장력이 감소하기 때문에 처짐 현상이 발생하고, 이와 같은 개소에 전기차량의 팬터그래프가 진입하게 되면 가선 진동이 증대하여 이선과 아크가 발생하고 전차선이나 팬터그래프 습판의 마모를 촉진하여 전차선의 단선사고를 유발하는 결과가 나타난다.[1]
	전차선은 전기 철도차량과 직접 접촉하여 동력에 필요한 에너지를 전기철도차량에 직접 전달하는데, 이를 위해 필요한 조건은?	한전계통의 일반 전력용 전선로와는 구조, 기능이 다르고 전차선은 전기 철도차량과 직접 접촉하여 동력에 필요한 에너지를 전기철도차량에 직접 전달하게 된다. 따라서 전기차량 부하의 급변동에 대해 충분한 용량을 가져야 하고 전기차량의 진동과 강풍시에도 진동과 동요가 작아야 한다. 또한 가선 금구류는 충분한 신뢰도를 가져야 하며, 전선류의 온도변화에 따른 신축 영향을 최소화해야 한다. 외기온도가 상승하면 전선류의 장력이 감소하기 때문에 처짐 현상이 발생하고, 이와 같은 개소에 전기차량의 팬터그래프가 진입하게 되면 가선 진동이 증대하여 이선과 아크가 발생하고 전차선이나 팬터그래프 습판의 마모를 촉진하여 전차선의 단선사고를 유발하는 결과가 나타난다.

참고문헌 (6)

Yang-Su Kim, Hae-Chul Yu, "Electric Railway Engineering" dongil publisher 2012
Korea Rail Network Authority, KR-Code, 2016
Korea, General Electrical Railroad, K722-4C101-1, K722-4-C104-1, K722-4-C-105-1
Korea Railway Standards KRS PW 0005-06(R) Handdrawn Copper Round Trolley Wire, 2006
Korea Railway Standards KRS PW 0007-15(R) Cadmium Copper Stranded Wire
Gi-chun Lee, Tae-hoon Lee, Jong-woo Lee, "Mechanical Loads of Dropper for High Speed Electric Railway", Journal of the Korean Society for Railway, Vol. 14, No. 3, pp. 222-227, 2011

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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