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임피던스 측정을 통한 레일절손 검지에 관한 연구
Study on Detection of Broken Rail Using Impedance Measurement 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.20 no.2 = no.99, 2017년, pp.190 - 195  

김재희 (Korea Railroad Research Institute) ,  안치형 (Korea Railroad Research Institute)

초록
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본 논문에서는 임피던스 측정을 통한 레일절손을 검지하는 방법에 대해서 제시하도록 한다. 일반적으로 레일절손은 궤도회로를 통해 실시간으로 판단을 하나 궤도회로를 사용하지 않고 레일의 임피던스를 측정함으로 인해서 절손유무와 절손위치를 추정하였다. 레일의 한쪽에 병렬공진을 발생시켜 전기적으로 절연을 함으로써 다른쪽 레일의 임피던스가 측정되도록하였다. 측정된 임피던스가 인덕턴스 성분을 가지면 레일의 절손이 존재하지 않으며, 캐패시턴스 성분을 가지면 레일의 절손이 발생하게된다. 전송선로모델을 이용하여 제시한 구조를 모델링하였으며, 모델링을 통해 임피던스 값에 따라 절손위치가 추정가능함을 보였다. 실제 60m 레일 모형에 대해서 제안한 방법으로 임피던스를 측정하였으며, 임피던스 값에 따라 절손유무가 판단이 되는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes a method to detect rail broken through impedance measurement. In general, broken rails are detected in real time using the track circuit, but the proposed method not only detects the broken rails but also estimates positions of broken areas by measuring the rail impedance. To ele...

주제어

#레일절손   #임피던스   #검지  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 검측차, 광케이블, 궤도회로 등의 각 방법에 대한 개요도를 그림 1에 도시하였다. 본 논문에서는 기존의 레일절손검지 방법이 아닌 선로의 임피던스 측정을 통한 레일절손을 검지하는 방법에 대해서 제시하고자 한다.
  • 본 논문에서는 레일절손을 검지하기 위하여 궤도회로를 사용하지 않고 레일의 임피던스를 측정하는 방법에 대해서 제시를 하였다. 일반적으로 무선통신기반의 열차제어시스템의 경우 궤도회로를 사용하지 않기 때문에 레일절손을 실시간으로 측정하는 방법이 필요하다.

가설 설정

  • 레일이 절손되었을 경우 절손된 지점의 캐패시터는 상당히 작게된다. 따라서 본 시뮬레이션에서는 절손 캐패시터를 0.1pF으로 가정을 하였다. 또한 현실적으로는 레일의 저항성분과 레일 주변의 손실 매질에 의해 한 성분이 고려되어야 하나, 본 등가회로 모델에서는 손실부분은 무시를 하였다.
  • 따라서 표준궤간인 1,435mm를 사용하고 레일의 단면의 반경을 40mm라 가정을 하면 전송선로의 특성임피던스는 513Ω이 계산이 된다.
  • 캐패시터에 의한 손실은 62Ω으로 가정을 하였고 이는 등가회로 모델상에서 임피던스 측정지점의 왼쪽에 병렬로 62Ω의 저항을 연결한 것과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CBTC시스템은 무엇인가? CBTC(Communication Based Train Control, 무선통신기반 열차제어) 시스템은 열차제어를 위하여 무선통신을 이용하여 지상과 차상간의 통신을 하는 시스템을 말하며, 열차의 위치는 지상에 설치된 트랜스 폰더를 이용하여 인식한다[1]. 이러한 CBTC 시스템은 기존의 궤도회로를 사용하지 않는 장점을 가지고 있어, 효율성과 유지보수성이 좋은 장점이 있는 반면에 실시간으로 레일의 절손을 감지 할 수 없다는 단점이 있어 열차운행중 레일의 절손이 발생하게 되면 열차의 탈선사고등이 발생할 우려가 있다.
CBTC 시스템의 장단점은 무엇인가? CBTC(Communication Based Train Control, 무선통신기반 열차제어) 시스템은 열차제어를 위하여 무선통신을 이용하여 지상과 차상간의 통신을 하는 시스템을 말하며, 열차의 위치는 지상에 설치된 트랜스 폰더를 이용하여 인식한다[1]. 이러한 CBTC 시스템은 기존의 궤도회로를 사용하지 않는 장점을 가지고 있어, 효율성과 유지보수성이 좋은 장점이 있는 반면에 실시간으로 레일의 절손을 감지 할 수 없다는 단점이 있어 열차운행중 레일의 절손이 발생하게 되면 열차의 탈선사고등이 발생할 우려가 있다. 따라서 CBTC 시스템을 사용하더라도 레일절손을 검지할 수 있는 시스템이 필요하다.
궤도회로를 사용하지 않고 절손을 검지하는 방법이 필요한 이유는 무엇인가? 검측차를 이용하는 방법은 실시간으로 절손을 검지할수 없는 단점이 있고 광케이블을 이용하는 방법은 인프라에 부착되는 구조물이 많기 때문에 활용성이 높지 않다. 궤도회로를 사용하여 레일절손을 판단하게되면 절손의 정확한 위치 추정이 어려우며, 정확한 위치추정을 위해서는 일정구간마다 다수의 궤도회로를 설치해야 하기 때문에 설치비용과 유지보수비용이 많이 드는 단점이 있다[3]. 검측차, 광케이블, 궤도회로 등의 각 방법에 대한 개요도를 그림 1에 도시하였다.
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참고문헌 (5)

  1. J.Y. Song, S.K. Ryou, S.H. Oh, K.S. Kim, S.H. Lee (2012) A study on function realization of RF-CBTC manless system, Annual Conference of the Korean society for railway(Autumn), Gyeongju, pp. 1443-1452. 

  2. R.H. Cho, C.Y. Park, H.S. Lee (2010) The technology development on monitoring system of the broken rail using optical time domain reflectometer, Technical note of Daewoo Engineering, 26(1), pp. 70-89. 

  3. D.H. Park, S.C. Rho, K.K. Yoo (2015) A study on characteristics of AF track circuit using the S-BOND, Annual Conference of the Korean Society for Railway(Spring), Mokpo, pp. 1573-1578. 

  4. David M. Pozar (2005) Microwave Engineering 3rd ed., Chap. 2, Wiley, NY, USA, pp. 49-90. 

  5. David K. Cheng (1989) Field and Wave Electromagnetics., Chap. 9, Addison-Wesley, USA, p. 447. 

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