Last updated on October 5, 2022

일시 : 2022-10-01 22:23

Title : 전철전력

Memo

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

![22년_04월_14일_-전철전력-1.png](22%EB%85%84_04%EC%9B%94_14%EC%9D%BC-_%EC%A0%84%EC%B2%A0%EC%A0%84%EB%A0%A5-1.png)

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**해야함
```
차단기(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

Source & Link

철도차량공학 - 우송정보대학
옵시디언 사용자모임 카페
디지털 가든

네이버 블로그, 다음 티스토리 블로그

https://blog.naver.com/karismaree/120033697344

[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])
교류 전철 급전 방식 중 변전소의 전원 공급방식

https://blog.daum.net/yrchoi12/11895013

급전선의 종류

변압기

철도산업정보센터

궤도

철도산업정보센터

급전선

철도산업정보센터

전기기기 요점정리

노너치버 : 네이버 블로그