동작 특성에 따라 궤도회로 장치는 신호기 장치, 선로전환기 및 기타 안전과 관련된 장치의 직접 또는 간접 제어를 위해 설치되며, 주로 열차의 검지, 지상에서 차상으로 제어정보 전송, 궤도 깨짐 검지 및 귀선 전류 전송에 사용된다. 특히 귀선 전류는 신호시스템, 전력시스템 및 전차선 및 궤도회로장치와 관련이 있다. 신호시스템에서 가장 중요한 구성 요소 중 하나인 귀선 전류는 선로변 유지보수자의 안전 및 전철화에 따른 철도 관련 전기시스템의 보호를 위해 적합하게 처리되어야 한다. 따라서, 과전류 상태로 인한 귀선 전류 불평형과 시스템 유도 장애 및 고장을 방지하기 위해서는 귀선 전류의 정확한 분석이 필요하다. 또한, 귀선전류 고조파에 의해 오동작이 발생하면 열차 운행 중단 등의 문제가 발생될 수 있다. 본 논문에서는 이러한 귀선 전류 측정 및 분석 방법을 제시하고 고속열차 운행에 따른 호남고속철도 노선에서의 귀선전류 고조파 시험 결과를 제시하고 있다.
동작 특성에 따라 궤도회로 장치는 신호기 장치, 선로전환기 및 기타 안전과 관련된 장치의 직접 또는 간접 제어를 위해 설치되며, 주로 열차의 검지, 지상에서 차상으로 제어정보 전송, 궤도 깨짐 검지 및 귀선 전류 전송에 사용된다. 특히 귀선 전류는 신호시스템, 전력시스템 및 전차선 및 궤도회로장치와 관련이 있다. 신호시스템에서 가장 중요한 구성 요소 중 하나인 귀선 전류는 선로변 유지보수자의 안전 및 전철화에 따른 철도 관련 전기시스템의 보호를 위해 적합하게 처리되어야 한다. 따라서, 과전류 상태로 인한 귀선 전류 불평형과 시스템 유도 장애 및 고장을 방지하기 위해서는 귀선 전류의 정확한 분석이 필요하다. 또한, 귀선전류 고조파에 의해 오동작이 발생하면 열차 운행 중단 등의 문제가 발생될 수 있다. 본 논문에서는 이러한 귀선 전류 측정 및 분석 방법을 제시하고 고속열차 운행에 따른 호남고속철도 노선에서의 귀선전류 고조파 시험 결과를 제시하고 있다.
Depending on the operating characteristics, track circuit is installed for the purpose of direct or indirect control of the signal device, point switch machine and other security device. These are mainly used for train detection, transmission of information, broken rail detection and transmission of...
Depending on the operating characteristics, track circuit is installed for the purpose of direct or indirect control of the signal device, point switch machine and other security device. These are mainly used for train detection, transmission of information, broken rail detection and transmission of return current. Especially, the return current is related to signal system, power system and catenary line, and track circuit systems. It is one of the most important component shall be dealt for the safety of track side staff and for the protection of railway-related electrical system according to electrification. Therefore, an accurate analysis of the return current is needed to prevent the return current unbalance and the system induced disorder and failure due to an over current condition. Also, if the malfunction occurred by the return current harmonics, it can cause problems including train operation interruption. In this paper, we presented measurement and analysis method at return current and it's harmonics by high speed train operation on the honam high speed line.
Depending on the operating characteristics, track circuit is installed for the purpose of direct or indirect control of the signal device, point switch machine and other security device. These are mainly used for train detection, transmission of information, broken rail detection and transmission of return current. Especially, the return current is related to signal system, power system and catenary line, and track circuit systems. It is one of the most important component shall be dealt for the safety of track side staff and for the protection of railway-related electrical system according to electrification. Therefore, an accurate analysis of the return current is needed to prevent the return current unbalance and the system induced disorder and failure due to an over current condition. Also, if the malfunction occurred by the return current harmonics, it can cause problems including train operation interruption. In this paper, we presented measurement and analysis method at return current and it's harmonics by high speed train operation on the honam high speed line.
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문제 정의
특히 철도안전법과 관련된 시설물검증시험의 하나로서 신규 노선 및 개량 노선에서 궤도회로에 대한 귀선전류가 적합한지 여부를 확인하는 시험을 시행하여 합격하여야 한다. 본 논문에서는 호남고속철도 개통 전 시설물성능검증시험의 일환으로 시행된 귀선전류 및 귀선전류 고조파 시험을 바탕으로 측정 방법 및 기준을 제시하고, 이에 따른 시험 결과를 토대로 영향 분석을 하였다.
본 논문은 귀선전류 및 귀선전류 고조파에 의한 궤도회로의 유도장애, 시스템 고장을 예방하기 위해 측정 및 분석 방법 뿐 아니라 실제 현장에서의 시험결과를 바탕으로 적합함을 확인하였다. 특히 최근에 신설되는 철도 노선의 운행을 위해서는 궤도회로에 대한 귀선전류 및 귀선전류 고조파가 적합함을 확인하여야 하기 때문에 본 논문에서 제시한 시험방법 및 결과는 향후 신설되는 철도 노선의 운행 확인을 위한 귀선전 류 및 귀선전류 고조파 시험 방법 및 분석에 기여할 것이다.
가설 설정
국내 철도 노선은 거의 전철화가 되어 있으며, 이러한 전철화 구간을 통과 시 전차선을 통해 공급된 전류를 차량에서 소모한 후 변전소로 귀환하는 전류를 귀선 전류라고 한다. 전기철도 차량에 의해 발생되는 귀선전류는 유지보수자의 안전과 전력계통 및 신호시스템의 보호를 위해 적정하게 관리되어야 한다. 또한 전철화 노선의 궤도회로 구성품 중 임피던스 본드의 용량, 변전소, 급전 구분소 등 철도 전력 계통 시스템들의 위치 설정과 밀접한 관련을 가지는 것이 귀선전류이다.
제안 방법
270km/h 운행시에도 170km/h 운행시와 동일하게 열차가 정상상태일 때 2회, 비정상상태일 때 1회, 총 3회 귀선전류를 측정하였으며, 이러한 귀선전류의 측정결과에 대해서는 다음의 표 3 및 그림 6, 7, 8에 나타내었다. 측정된 귀선전류의 최대값은 좌우측 레일에서 측정된 최대 전류 측정값을 합한 값으로서 표 3 및 그림 6, 7, 8에서 보여주듯이 좌우측 레일에서 측정된 값의 합이 거의 동일함을 알 수 있었다.
귀선전류 고조파 영향의 경우 궤도회로를 운행하는 전기차량에 의하여 발생한 고조파 성분이 임피던스 본드의 귀선을 통하여 인접 궤도회로에 영향을 미치게 되어 궤도회로가 부정낙하되는 현상이 발생할 수가 있다. 따라서 이러한 부정낙하 발생을 예방하기 위한 귀선전류 고조파의 영향 분석 시험은 변전소 인근의 임피던스 본드를 대상으로 귀선전류 고조파를 측정하였다. 시험 결과를 보면 각각의 사용주파수에서 열차 정상상태와 비정상상태 모두 귀선전류 고조파 전류의 측정값이 표 1에서 제시된 제한치를 초과하지 않았기 때문에 적합하다는 결론을 얻을 수 있었다.
귀선전류 및 귀선전류 고조파 시험은 측정개소 인근에 위치한 임피던스 본드에 그림 1 및 그림 2와 같이 계측시스템을 구성하여 계측용 데이터 수집 프 로그램이 설치된 노트북 컴퓨터에 연결하였다. 또한 좌우측 레일에 흐르는 귀선전류의 불평형을 동시에 측정하기 위하여 임피던스 본드와 레일 사이의 좌/우측을 구분하여 측정하였다. 특히 귀선전류가 최대치를 나타낼 것으로 예상되는 변전소 및 전력구분소의 임 피던스 본드 귀선케이블에서 귀선전류 및 귀선전류 고조파 측정을 수행하여 궤도회로장치에 대한 귀선전류의 한계치를 초과하는지 여부와 고조파 간섭 및 영향 여부를 확인하였다.
열차가 정상상태일 때 2회, 비정상상태일 때 1회, 총 3회 귀선전류를 측정하였으며, 이러한 귀선전류의 측정결과에 대해서는 다음의 표 2 및 그림 3, 4, 5에 나타내었다. 측정된 귀선전류의 최대값은 좌우측 레일에서 측정된 최대 전류 측정값을 합한 값으로서 표 2 및 그림 3, 4, 5에서 보여주듯이 좌우측 레일에서 측정된 값의 합이 거의 동일함을 알 수 있었다.
또한 좌우측 레일에 흐르는 귀선전류의 불평형을 동시에 측정하기 위하여 임피던스 본드와 레일 사이의 좌/우측을 구분하여 측정하였다. 특히 귀선전류가 최대치를 나타낼 것으로 예상되는 변전소 및 전력구분소의 임 피던스 본드 귀선케이블에서 귀선전류 및 귀선전류 고조파 측정을 수행하여 궤도회로장치에 대한 귀선전류의 한계치를 초과하는지 여부와 고조파 간섭 및 영향 여부를 확인하였다.
호남고속철도 노령변전소 인근의 임피던스 본드에서 차량이 해당 구간을 170km/h 및 270km/h로 통과 할 때 궤도회로 장치에 대한 고조파 간섭 및 영향 여부를 확인하였으며, 궤도회로 기준 주파수(2040Hz, 2400Hz, 2760Hz, 3120Hz) 별로 중심주파수(F0) 및 측면주파수(F0±25Hz)에서 고조파 제한치 초과 여부 를 확인하였다. 각 속도 별로 차량 정상상태 2회 및 비정상상태(추진제어장치 1계 차단) 1회 측정하였으며, 측정 결과 모두 제한치를 초과하지 않았기 때문에 적합하다고 판단된다.
대상 데이터
호남고속철도 노선 중 귀선전류가 최대치를 나타낼 것으로 예상되는 변전소 및 전력구분소 부근 중 측정 이용이한 노령 변전소 인근 임피던스 본드 각 2개소에서 KTX 열차를 대상으로 귀선전류 및 귀선전류 고조파를 측정하였다. 열차운행모드는 시험개소 각각 차량 정상상태 및 비정상상태(추진장치 1계 차단)에 대하여 열차운행속도 170km/h 2회, 270km/h 2회, 비정상상태에 대하여 170km/h 1회, 270km/h 1회 시험하였다.
성능/효과
본 논문에서 제시한 귀선전류 시험의 경우 분석결과 정상상태와 비정상상태 열차 모두 최대값이 430A에 훨씬 못 미치기 때문에 궤도회로에 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있었다. 귀선전류 고조파 영향의 경우 궤도회로를 운행하는 전기차량에 의하여 발생한 고조파 성분이 임피던스 본드의 귀선을 통하여 인접 궤도회로에 영향을 미치게 되어 궤도회로가 부정낙하되는 현상이 발생할 수가 있다.
따라서 이러한 부정낙하 발생을 예방하기 위한 귀선전류 고조파의 영향 분석 시험은 변전소 인근의 임피던스 본드를 대상으로 귀선전류 고조파를 측정하였다. 시험 결과를 보면 각각의 사용주파수에서 열차 정상상태와 비정상상태 모두 귀선전류 고조파 전류의 측정값이 표 1에서 제시된 제한치를 초과하지 않았기 때문에 적합하다는 결론을 얻을 수 있었다. 하지만 귀선전류 고조파 시험 및 분석방법에 있어서 다양한 노선조건이나 향후 운영계획 등을 고려할 경우, 충분한 시간과 체계적인 분석이 필요하며 종합적으로 적합여부를 판단하고 측정된 고조파가 비교적 클 경우에는 해당 주파수에서 노이즈의 지속시간을 같이 검토하여 적합성 여부를 분석해야 한다
열차가 하행(T1)으로 170km/h 속도로 운행할 때 노령변전소 인근 임피던스 본드에서 측정된 귀선전류의 측정값은 표 2에 나타내었고, 그림 3, 4, 5와 같이 열차 진행방향에 따른 귀선전류와 반대 선로(T2, 상행)의 귀선전류 최대 측정값을 중성부, 좌·우측 레일 로 구분하여 그래프로 보여주고 있다. 측정결과에서 알 수 있듯이 귀선전류 최대값이 430A보다 모두 낮게 측정되었고 좌/우측 불평형이 총 귀선전류의 10% 미만이므로 적합함을 알 수 있다.
다만, 시험을 위해 배정된 차량이 호남고속철도 차량이 아닌 KTX-I 차량이었기 때문에 시험 환경이 실제 운행 환경과 완벽히 일치하지 않을 수 있다. 하지만, 본 시험과 유사한 내용을 확인 하는 시험이 차량 분야에서 시행되었으며, 호남고속철도 차량 제작사에서 제공한 유도장애시험 결과를 분석하여 종합 판단한 결과, 적합하다고 판단된다.
후속연구
본 논문은 귀선전류 및 귀선전류 고조파에 의한 궤도회로의 유도장애, 시스템 고장을 예방하기 위해 측정 및 분석 방법 뿐 아니라 실제 현장에서의 시험결과를 바탕으로 적합함을 확인하였다. 특히 최근에 신설되는 철도 노선의 운행을 위해서는 궤도회로에 대한 귀선전류 및 귀선전류 고조파가 적합함을 확인하여야 하기 때문에 본 논문에서 제시한 시험방법 및 결과는 향후 신설되는 철도 노선의 운행 확인을 위한 귀선전 류 및 귀선전류 고조파 시험 방법 및 분석에 기여할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
귀선 전류란?
국내 철도 노선은 거의 전철화가 되어 있으며, 이러한 전철화 구간을 통과 시 전차선을 통해 공급된 전류를 차량에서 소모한 후 변전소로 귀환하는 전류를 귀선 전류라고 한다. 전기철도 차량에 의해 발생되는 귀선전류는 유지보수자의 안전과 전력계통 및 신호시스템의 보호를 위해 적정하게 관리되어야 한다.
전기철도 구간에서 고조파 확인 시험 결과, 어떠한 경우에 고장이 날 수 있는가?
이러한 시험의 한 분야로서 전기철도 구간에서 철도 차량 운행에 따라 발생되는 귀선전류 시험과 귀선전류 고조파에 의해 궤도회로 사용주파수에 영향을 줄 수 있는지 확인하기 위한 궤도회로 고조파 확인 시험이 요구 된다. 궤도회로 장치의 종류에 따라 시험기준은 다르나 고속철도에서 사용되는 궤도회로의 경우 귀선전류 시험에서 시험 기준인 430A를 넘을 경우나 좌/우측의 귀선전류 불평형이 총 귀선전류의 10%이상인 경우 궤도회로의 시스템 유도장애 및 시스템 고장 등을 유발할 수 있다.
귀선전류는 전철화 노선의 궤도회로 구성품 중 무엇과 밀접한 관련을 갖는가?
전기철도 차량에 의해 발생되는 귀선전류는 유지보수자의 안전과 전력계통 및 신호시스템의 보호를 위해 적정하게 관리되어야 한다. 또한 전철화 노선의 궤도회로 구성품 중 임피던스 본드의 용량, 변전소, 급전 구분소 등 철도 전력 계통 시스템들의 위치 설정과 밀접한 관련을 가지는 것이 귀선전류이다. 국내 일반 및 고속 철도 노선은 대부분 AF 무절 연 궤도회로가 설치되어 있기 때문에 귀선전류의 불평형 및 과전류상태가 발생하면 시스템 유도장애나 고장 등이 발생할 우려가 있다.
참고문헌 (8)
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