22년 04월 14일 - 전철전력
전철전력
- 철도의 전력은 전동차 운전에 사용되는 전기동차용 전력과 역사의 조명, 신호, 통신, 터널환기나 배수펌프 등 부대설비에 전력을 공급
전기철도 송변전
정의 - 전기철도 송변전 설비는 전기차 및 부대설비에 전력을 공급하기 위한 설비
- 송전선로, 변전소, 급전구분소 및 보조급전구분소로 나눔
- 변전소는 한전으로부터 수전한 3상 154[kV]를 단상 55[kV] 전력으로 변환하여 전기차와 부대설비에 전기를 공급
도시철도 송변전
- 도시철도의 변전소는 전력회사로부터 공급받은 수전전력을 필요한 전압으로 변환하여 전차선과 역사 내의 전기실로 공급
- 변전소의 수전전압은 교류 22.9[kV]를 사용
전기동차용 전력
- 전동차용 전력은 22.9[kV]에서 정류용 변압기에 의해 강압되고 정류기에서 교류를 직류로 변환하여 전차선에 직류 1500[V]를 급전
- 교류를 직류로 변환 → 정류기(컨버터)를 이용해 순변환한다
철도 전력계통
전력 수전(수급)하는 과정
송전 설비
정의 - 송전설비는 발전소에서 생산된 전력을 송전용변전소 또는 송전용변전소에서 배전용변전소로 전력을 수송하기 위한 설비
- 전기철도의 부하는 단상부하, 변동부하, 고조파를 포함하는 대용량의 부하
- 전력계통에서 전압 불평형과 고조파의 변동을 발생시킬 수 있기 때문에 이러한 문제에 대처하기 위하여 전철변전소는 단락용량과 송전용량이 충분한 한전의 변전소로부터 전용선에 의하여 수전을 해야함
- 단락용량 - 단락전류에 의한 용량 (안전상 차단기의 차단용량이 더 커야함)
- 송전용량 - 전력을 송전할 수 있는 용량 (송전선로로 보낼 수 있는 최대전력)
수전 설비
(기본 수변전 계통도 도면사진)
-
수전설비는 변전소 전원 인입측에 설치한 피뢰기, 동력조작 단로기 후단에 설치한 MOF용 변류기와 계기용 변압기, 접지형 계기용 변압기, 보호 계전기용 변류기, 수전차단기 후단에는 변전소 내 무효/유효전력계, 최대전력과 역률을 계측하기 위해 설치한 변류기, 수동 조작단로기는 차단기 및 각종 기기 점검보수 시 주회를 차단하기 위한 것이다.
### 전기기기의 설명
피뢰기(LA) - 뇌전류(이상전압)를 대지로 방전시켜 속류를 차단 (변전소 내 기기를 보호)
전력수급용 계기용 변성기(MOF)
- 전력량을 적산하기위해 고전압을 저전압, 대전류를 소전류로 변성
(계기용)변류기(CT) - 대전류를 소전류로 변류
계기용 변압기(PT) - 고전압을 저전압으로 변성
접지형 계기용 변압기(GPT) -
단로기(DS) - 무부하 전류 개폐, 회로의 접속 변경, 기기를 전로로부터 개방
* 아크를 소호하는 기능이 없으므로 **차단기**로 **차단** 후 **단로기 개방**해야함차단기(CB) - 부하 전류 및 고장 전류를 차단
변전 설비
(기본 수변전 계통도 도면사진), 변압기 1/2차측 사진, 스코트 결선 변압기회로도
정의 - 변압기측 설비는 급전용 변압기 1차측에서 2차측의 급전회로의 모선
- 주변압기 전/후단에는 동력조작 단로기 및 차단기를 설치하여 급전회로에서의 애자 절연파괴, 단선 등에 의한 지락 사고 발생 시 또는 주변압기 이상발생 시 변압기 1/2차측 차단기를 동작시켜 전원을 차단 함으로써 기기를 보호
- 주변압기는 SCOTT 결선방식의 변압기를 사용하며 1차측에 3상 교류 154[kV]의 전원이 가압되면 2차측에는 단상 2조(M상, T상)의 55[kV] 전원이 인출되어 각 방면별로 급전
급전 설비
(기본 수변전 계통도 도면사진)
정의 - 교류를 직류로 변성한 전력을 급전선로를 통하여 전차선로에 공급하는 설비
- 직류를 변성한 전력을 직류 모선에서 방면별로 직류 고속도차단기(HCB)를 거쳐 급전선로에 공급
전차선로 설비
정의 - 전차선로는 궤조면상 일정한 높이로 시설되어 전기차량의 판타그래프와 접촉, 습동하여 전기차량의 모터에 필요한 전원을 공급하기 위한 전선
- 전차선은 전차선로의 가장 중요한 설비
- 집전장치와 직접 접촉하는 전차선
- 궤도면상의 일정한 높이로 수평하게 지지하기 위한 조가선
- 변전소로부터 전기를 공급하는 급전선
- 지지하기 위한 지지물(비임, 전주 등)
- 전기차량에 공급한 전력을 변전소에 되돌려 보내기위한 귀선로로 구성
배전 설비
(기본 수변전 계통도 도면사진)
정의 - 3상 교류 22.9[kV]의 전력을 6.6[kV]로 강압하여 역사 전기실에 배전하는 설비
- 고압용 전력은 22.9[kV] 모선에서 교류 차단기를 거쳐 고압 변압기에 의해 6.6[kV]로 강압하고 변압기의 2차측의 차단기를 거쳐 고압모선에 인도되고 고압모선에 방면별로 배전용 차단기를 거쳐 배전
역사전기 설비
- 조명용 전등설비, 터널설비, 외등설비 등의 전등설비
- 비상 조명설비, 공기조화(공조설비), 급 배수(수도설비), 위생(환경설비), 엘리베이터 등의 시설에 전력을 공급하는 동력설비
- 배기팬과 소방펌프 등의 비상전원을 공급하는 비상 동력설비
- 일반 콘센트와 비상 콘센트 등으로 구성
- 정전시 비상용의 조명 및 변전설비의 감시 제어용인 직류 전원으로서 축전지설비
- 신호용, 통신용 전원 등에 정전압, 정주파수를 위한 장치(CVCF), 무정전전원공급장치(UPS) 등의 특수부하에 대한 전원인 특수 전원설비
- UPS는 정전이 없는 무정전을 의미 하는 것 CVCF는 부하에 양질의 전압과 주파수를 공급하지만 정전시 보상이 어려움
원방 감시 제어설비
- 도시철도 변전소의 대부분이 무인 변전소로 전력계통의 핵심인 전력 중앙 감시
- 제어 설비는 최신 컴퓨터 설비로 구성하여 각 변전소 및 전기실에 설치된 모든 기기를 컴퓨터로 감시 및 제어
- 차단기의 투입 및 개방은 물론 전력계통에 이상 발생 시 정확한 정보를 수잡하여 장애의 원인을 분석하고 현장의 부하량을 계측해 적절한 전력 계통 운용에 목적
전력공급방식
교류공급방식 (패스)
직류공급방식
- 한전에서 전력을 수전 받는 22.9[kV]의 교류 전기를 도시철도 변전소 변압기에서 1200[V] 강압하여 정류기를 통해 직류 1500[V]의전원으로 만들어 전차선로에 직접 공급하여 전동차에 보내주는 방식으로 변압기와 정류설비가 변전소에 고정설비로 장착
- 직류방식의 특징은 전압이 낮기 때문에 기기의 절연이 쉽다.
- 직류의 전압이 낮은 경우에만 적용
- 터널이나 교량 등에서도 절연거리가 짧게 할 수 있다.
- 활선작업이 용이하고 통신선로에 대한 유도장해가 거의 없다.
- 수송인원이 많고 고밀도 주행의 경우 전차선로의 전류가 된다.
- 전압강하가 생기고 전력손실이 증가되는 등 급전에 문제점이 일어나기 쉽다.
- 경제적으로도 불리해진다.
- 전압이 낮기 때문에 작은 저항에 의해서도 사고전류를 제한하는 경우가 많아 선택 차단이 곤란하다.
- 직류의 전압이 낮은 경우에만 적용
지상설비 직/교류 급전방식 특징 비교
| 구분 | 교류 25[kV] 60[Hz] | 직류 1500[V] | |
|---|---|---|---|
| 전력설비 | 변전소 | 변전소간격이 30~50[km] 정도이고 변압기만 설치하면 되므로 지상설비가 저렴함 | 변전소간격이 5~20[km] 변압기와 정류기가 필요하며 지상설비가 고가임 |
| “” | 전차선로 | 고전압 소전류로 전선을 가늘게 할 수 있고 전선 지지 구조물도 경령화 됨 | 저전압 대전류로 전선이 굵어지고 전선지지 구조물도 중량으로 됨 |
| “” | 전압강하 | 전압강하가 적어 직렬콘덴서로 간단히 보상할 수 있음 | 전압강하가 커서 변전소, 급전소의 증설이 필요함 |
| “” | 보호설비 | 정상 운전전류가 작아서 사고(고장)전류 판별이 용이함 | 정상 운전전류가 커서 사고전류의 선택차단이 어려움 |
| 부대설비 | 통신유도장해(장애) | 유도장해(장애)가 커서 AT방식 등으로 장해방지 유도대책이 필요함(케이블화) | 특별한 대책이 필요없음 |
| “” | 터널과 구름다리의 높이 | 고전압으로 절연이격거리가 커야하므로 터널 단면은 크고 구름다리 등이 높아야함 | 저전압으로 교류에 비해 터널단면, 구름다리 등 높이를 줄일 수 있음 |
차상설비 직/교류 급전방식 특징 비교
| 구분 | 교류 25[kV] 60[Hz] | 직류 1500[V] |
|---|---|---|
| 차량가격 | 전력변환장치가 복잡하고 직류방식에 비해 고가임 | 교류에 비해 저가임 |
| 급전전압 | 차량내의 변압기로 고전압의 사용 가능함 | 고전압 사용이 불가함 (기술력한계) |
| 집전장치(Pantagraph) | 집전전류가 작아 소형경량으로 제작가능하고 전차선과의 접촉이 양호함 | 집전전류가 커서 대형으로되어 |
| 전차선과의 접촉이 좋지않음 | ||
| 기기보호 | 교류 소전류 차단과 사고전류의 선택차단이 용이함 | 직류 대전류이므로 사고전류 선택차단이 어려움 |
| 속도제어 | 변압기 탭절환(전환)으로 속도제어가 쉬움 (전압 및 주파수로 속도제어) | 속도제어가 어려움 (전압/저항/계자로 속도제어) |
| 점착특성 | 점착성능이 우수하여 소형으로 큰 하중 견인이 가능함 | 점착성능이 좋지 않아 대출력이 필요함 |
| 부속기기 | 변압기를 통해 여러 전원 확보가 쉬움 | 전원설비가 복잡함 |
| 공해 | 유도작용에 의한 잡음(고조파 발생)으로 TV, 라디오 등 무선통신설비에 장해를 줌 | 땅 속의 관로 및 선로 등에 전식(전기부식) 우려가 있음 |
그 외 전력설비 직/교류 급전방식 특징 비교
| 구분 | 교류 25[kV] 60[Hz] | 직류 1500[V] |
|---|---|---|
| 전압불평형 | 단상부하에 따른 3상전원 불평형이 발생하기 때문에 이에대한 대책이 필요 | 교류처럼 3상이 없어 불평형의 문제가 없음 |
| 절연이격 | 공칭전압이 높기 때문에 절연이격이 크고 터널 등의 단면이 커짐 | 공칭전압이 낮기 때문에 절연이격이 낮은 상태로 유지가능 |
| 궤도회로 | 상용주파수의 궤도회로를 이용 할 수 있음 | 상용주파수의 궤도회로를 이용 할 수 없음 |
| 전차선로 | 트로리선과 큰 용량의 급전선이 필요 | 트로리선과 부급전선이 설비되고 통신유도장해 방지를 위한 단권변압기를 설비 |
전차선로의 구성
급전선
- 정의 - 도시철도 변전소의 실리콘 정류기(-)축 부근 단로기에서 레일의 임피던스 본드까지 연결되는 전선
- 규격 - 600[V] IV 500SQ를 사용
조가선
- 정의 - 가공 전차선에 주로 사용하는 전선
- 규격 - 아연도금 강연선(ST 90[SQ], 135[SQ])
- 전차선을 같은 높이로 수평하게 유지시키기 위하여 드로퍼, 행거 등을 이용
- 지상부 카테너리 전차선 방식의 경우 전차선을 조가할 목적
전차선
- 정의 - 변전소의 직류 고속도차단기 2차측(부하측)에서 공급된 전력(+)을 전동차의 집전장치인 판타그래프와 접촉하면서 전동차에 필요한 전력을 공급해주는 전력선
- 규격(재질) - 열차의 진동, 충격 및 굴곡에 강하며 또한 내마모성이 크고 열에 쉽게 녹지 않는 재질로 사용
철도차량공학 - 우송정보대학
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[전력공학] 6. 페란티 현상과 송전용량 및 전력계통의 연계
발전소 (화력 발전소 / 원자력 발전소 등)
└→ 송전용 변전소(765/345[kV])┌→ 공장 / 철도(55[kV]) → 전차선(교류 25[kV] or 직류 1500[V])
└→ 배전용 변전소(154[kV]) → 전봇대 변압기(22.9[kV]) → 수용가(380/220[V])https://blog.daum.net/yrchoi12/11895013
변압기
궤도
급전선
전기기기 요점정리
전기철도_급전계통의_이상전압_특성_분석에_관한_연구.pdf
KRSA-3116-R0(고속도+차단기(DC+1,500V)).pdf