KR100711737B1 - 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템 - Google Patents

활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템 Download PDF

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조용현
권삼영
이기원
박영
박현준
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명은 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 활선조건에서 전차선로 및 판토그래프에 대한 가속도, 변위, 변형률, 힘, 온도 등의 상태를 측정 가능하도록 하고, 이 측정된 데이터를 무선으로 송수신할 수 있도록 하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템에 관한 것으로서, 전차선로에 부착되는 전차선로 센서부; 전차선로 측정부 케이스에 수납되어 상기 전차선로 센서부에 의해 측정된 전차선로 상태신호를 처리하여 무선 송신하는 전차선로 측정부; 및 상기 전차선로 측정부의 송신신호를 수신받아 분석 및 저장하는 지상 신호처리부;를 구비하여, 본 발명에 따른 활선조건에서 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템은, 활선조건에서 전차선로 및 판토그래프에 대한 가속도, 변위, 변형률, 힘, 온도 등의 상태량을 실시간으로 안정되게 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.
활선조건, 전차선로, 판토그래프, 상태량, 텔레메트리

Description

활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템 {Real time measuring system for states of railway overhead lines and pantograph under live electric conditioning}
도 1은 본 발명에 따른 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템을 전차선로에 적용했을 때의 전기적인 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템을 전차선로에 적용 설치한 상태도.
도 3은 본 발명에 따른 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템을 판토그래프에 적용했을 때의 전기적인 블록 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명
10, 112.. 전차선로 센서부 20.. 전차선로 측정부
22.. 전차선로 신호처리부 24.. 입출력 모듈
30, 116.. 무선 송신부 32.. 배터리
40, 120.. 무선 수신부 42, 122.. 지상 신호처리부
60.. 전차선 62.. 센서
70, 72, 74.. 가동 브래킷 76.. 곡선당김금구
78.. 설치용 앵글 80.. 전차선로 측정부 케이스
82.. 전차선로 배터리 케이스 84.. U자형 볼트
본 발명은 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 활선조건에서 전차선로 및 판토그래프에 대한 가속도, 변위, 변형률, 힘, 온도 등의 상태를 측정 가능하도록 하고, 이 측정된 데이터를 무선으로 송수신할 수 있도록 하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템에 관한 것이다.
전기 철도차량은 동력원으로 전기에너지를 이용하고 있다. 전동차로 전기에너지를 공급하기 위해서 철로 옆에 전철주가 있고, 여기에 가동 브래킷이 설치되고 이 가동 브래킷에 조가선이나 전차선 등의 전차선로가 가설되게 된다. 그리고 전동차에는 전차선로와 접촉되는 판토그래프가 설치되게 된다.
이러한 전차선로와 판토그래프는 고전압(교류 25kV)의 전기가 흐르고, 가선과의 기계 전기적인 인터페이스 성능이 차량 시스템과 시설물의 안전성에 지대한 영향을 미치게 되기 때문에 전차선로 또는 판토그래프에 대한 안전성과 신뢰성이 절실히 요구되고 있다.
이와 같이 집전장치는 차량의 성능에 직접적으로 영향을 주는 장치이기 때문 에 단품시험, 완성차시험, 본선 시운전 시험 등과 같은 기준을 마련하여 철저하게 시험을 실시하고 있다.
전차선로 및 판토그래프의 정적 또는 동적 상태를 정확히 감시하기 위해서는 열차가 운행되는 활선조건에서 전차선로 및 판토그래프의 동적 및 정적 상태량을 측정하여야 한다.
그러나, 활선조건의 전차선로와 판토그래프에는 전술한 바와 같이 고전압(교류 25kV, 직류 1500V) 대전류의 전기가 흐르고 있기 때문에 각종 센서 예컨대, 가속도계, 스트레인게이지, 써머커플 등의 센서를 전차선로 또는 판토그래프에 직접 설치하는 것이 용이하지 못하고, 설치후에도 사고의 우려가 있어 매우 위험하다는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 전차선이나 조가선 또는 판토그래프에 설치하게 되는 각종 센서나 이 센서로부터 측정되는 신호를 처리하는 신호처리부 등에 대하여 절연을 확보하기가 어려워 노이즈 발생을 방지할 수 없기 때문에 측정신호를 정상적으로 수집할 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 활선조건에서 전차선로 및 판토그래프에 대한 가속도, 변위, 변형률, 힘, 온도 등의 상태량을 실시간으로 측정할 수 있도록 하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전술한 바와 같이 각종 센서에 의해 측정된 전차선로 또는 판토그래프 상태량을 무선으로 송수신할 수 있도록 하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 활선조건에서 전차선로 또는 판토그래프와 신호처리부 각 구성요소 사이에 등전위를 확보할 수 있도록 함으로써 고전압 고전류에도 각종 센서의 측정신호를 정상적으로 송수신할 수 있도록 하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템은, 전차선로에 부착되는 전차선로 센서부; 전차선로 측정부 케이스에 수납되어 상기 전차선로 센서부에 의해 측정된 전차선로 상태신호를 처리하여 무선 송신하는 전차선로 측정부; 및 상기 전차선로 측정부의 송신신호를 수신받아 분석 및 저장하는 지상 신호처리부;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전차선로 센서부는, 전차선과 조가선이 외력에 의해 발생되는 가속도를 측정하는 가속도계; 전차선과 조가선의 변위를 측정하는 변위계; 전차선과 조가선의 변형율을 측정하는 변형율계; 전차선과 조가선이 받는 하중을 측정하는 하중계; 및 전차선과 조가선의 온도를 측정하는 온도계;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전차선로 측정부는 전차선로 배터리 케이스에 수납되어 동작 전원을 공급하는 전차선로 배터리;를 더 구비하고, 상기 전차선로 배터리는 태양전지 또는 지상의 충전기를 통해 충전되는 것을 특징으로 한다.
상기 전차선로 배터리 케이스와 전차선로 측정부 케이스는 설치용 앵글을 이용하여 가동 브래킷에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 조가선과 전차선로 배터리 케이스, 전차선로 측정부 케이스, 설치용 앵글, 전차선이 서로 등전위를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 판토그래프에 설치되는 판토그래프 센서부; 및 판토그래프 측정부 케이스에 수납되어 상기 판토그래프 센서부에 의해 측정된 판토그래프의 상태신호를 처리하여 무선 송신하는 판토그래프 측정부;를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 판토그래프 센서부는, 판토그래프가 외력에 의해 발생되는 가속도를 측정하는 가속도계; 판토그래프의 압상력에 의한 변위를 측정하는 변위계; 판토그래프의 변형율을 측정하는 변형율계; 판토그래프가 받는 하중을 측정하는 하중계; 및 판토그래프의 온도를 측정하는 온도계;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 판토그래프 측정부는 판토그래프 배터리 케이스에 수납되어 동작 전원을 공급하는 판토그래프 배터리;를 더 구비하고, 상기 판토그래프 배터리는 태양전지 또는 지상의 충전기를 통해 충전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전차선과 통전되는 판토그래프의 프레임, 판토그래프 배터리 케이스, 판토그래프 측정부 케이스, 상기 판토그래프 배터리 케이스와 판토그래프 측정부 케이스가 설치 지지되는 지지부재가 서로 등전위를 형성하는 것을 특징으로 한 다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정시스템의 전기적인 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 상태 측정 시스템을 전차선로에 적용 설치한 상태도이다.
본 발명에 따른 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이, 전차선 또는 조가선 등의 전차선로에 설치되는 다수의 센서(62)로 이루어지는 센서부(10)와 이 센서부(10)로부터 측정되는 전차선로에 대한 정적 또는 동적 상태량을 입력받아 신호 처리하는 전차선로 측정부(20), 이 전차선로 측정부(20)에서 신호처리된 신호를 무선 송신하는 무선 송신부(30), 상기 각 장치에 동작 전원을 공급하기 위한 전차선로 배터리(32), 상기 무선 송신부(30)로부터 송신되는 신호를 수신받는 무선 수신부(40) 및 이 무선 수신부(40)에서 수신된 신호를 처리하여 소정의 메모리에 저장하거나 다른 단말장치로 전송하는 등의 신호처리를 담당하는 지상 신호처리부(42)를 구비하여 이루어진다.
상기한 센서부(10)는 전차선이나 조가선 등의 전차선로가 판토그래프 또는 외부의 어떤 요인에 의하여 이동하게 될 때의 가속도나 그 변위를 측정하거나 전차선로의 변형률, 전차선에 작용하는 하중, 전차선 또는 조가선의 온도 등을 측정하기 위한 것으로서, 이와 같은 각종 상태량을 정확하게 계측할 수 있도록 충분한 절 연저항을 확보하면서 전차선 또는 조가선에 부착 설치되게 된다. 그리고, 이 센서부(10)로부터 측정된 측정신호가 신호처리부(22)로 전달되는 센서 케이블은 꼬임선의 형태를 갖고 있으며 잡음 차폐 특성을 가져야 한다.
상기한 전차선로 측정부(20)는 신호처리부(22)와 입출력 모듈(24)로 구성되는데, 신호처리부(22)는 센서부(10)로부터 입력되는 각종 측정신호를 무선 송신 포맷에 맞도록 신호 처리하기 위한 것이고, 입출력 모듈(24)은 센서(10)로부터 측정신호를 입력받거나 신호처리부(22)에 의하여 신호 처리된 신호를 무선 송신부(30)로 출력하기 위한 것이다. 상기 무선 송신부(30)는 진동에 강하고 60Hz의 고조파 성분(Harmonic)에 의한 전기잡음과 간섭이 없는 주파수 대역으로 통신을 하는 것이 바람직하다.
상기한 전차선로 측정부(20)는 전차선로 측정부 케이스(80)에 수납되게 되고, 상기 전차선로 배터리(32)는 전차선로 배터리 케이스(82)에 수납되게 된다. 상기한 전차선로 측정부 케이스(80)와 전차선로 배터리 케이스(82)는 잡음 차폐에 강한 스틸 재질을 갖는 것이 바람직하다. 이는 신호처리부(22)와 무선 송신부(30) 등이 전기적 잡음에 노출되지 않도록 하고, 물리적인 충격과 비 등 기후의 변화로부터 측정시스템을 보호하기 위한 것이다. 여기서 상기 전차선로 배터리(32)는 태양전지 또는 지상의 충전기를 통해 충전될 수 있다.
상기한 상기 전차선로 측정부 케이스(80)와 전차선로 배터리 케이스(82)는 도 2에 도시한 바와 같이 설치용 앵글(78)에 장착되어 가동 브래킷(70, 72, 74)에 고정 설치되게 된다. 상기 설치용 앵글(78)과 각 가동 브래킷(70, 72, 74)은 “U" 자형 볼트(84)를 통해 체결되게 된다.
그리고, 고전압 대전류의 상태에서 전술한 바와 같은 측정시스템을 보호하기 위하여 전차선이나 조가선 등의 전차선로와 설치용 앵글(78)에 설치되는 전차선로 측정부 케이스(80), 전차선로 배터리 케이스(82) 그리고 전차선로 측정부 케이스(80)에 수납되는 신호처리부(22)와 무선 송신부(30) 등이 모두 등전위를 가지도록 구성되게 된다. 즉, 전차선(60)과 조가선 사이, 전차선(60)과 곡선당김금구(76) 사이, 설치용 앵글(78)과 전차선로 측정부 케이스(80)의 사이, 조가선과 전차선로 배터리 케이스(82)의 사이, 전차선로 측정부 케이스(80)와 전차선로 배터리 케이스(82)의 사이, 전차선로 측정부 케이스(80) 내의 신호처리부(22)와 입출력모듈(24) 및 무선 송신부(30)의 사이는 등전위를 위해 공통접지선이 설치되게 된다.
상기한 설치용 앵글(78)과 전차선로 측정부 케이스(80) 및 전차선로 배터리 케이스(82) 사이에는 각각 저항을 최소화하기 위하여 녹 제거 등 표면처리를 실행한 후 전차선로 측정부 케이스(80)와 전차선로 배터리 케이스(82)를 설치용 앵글(78)에 설치하게 된다
한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정시스템은, 전동차에 설치되는 판토그래프에도 적용하는 것이 가능한데, 도 3에 판토그래프에 설치되는 판토그래프 상태 측정시스템의 전기적인 블록구성도를 나타내었다.
본 발명에 따른 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정시스템은, 판토그래프의 정적 또는 동적 상태를 측정하기 위한 다수의 센서로 이루어지는 센서부(112)와 이 센서부(112)의 측정신호를 처리하는 판토그래프 측정부(114), 각 장치에 동작 전원을 공급하기 위한 판토그래프 배터리(18),및 이 판토그래프 측정부(114)에 의해 처리된 신호를 지상 신호처리부(122)로 무선 송신하는 무선송신부(116)를 판토그래프를 지지하는 지지부재에 고정 설치하고, 지상에는 상기 무선송신부(116)로부터 무선 송신되는 신호를 수신받는 무선 수신부(120)와 이 무선 수신부(120)를 통해 수시된 센서부(112)의 측정신호를 처리하는 지상 신호처리부(122)를 구비하여 구성할 수 있다.
상기 센서부(112)와 판토그래프 측정부(114), 무선 송수신부(116, 120) 그리고 지상 신호처리부(122)는 전술한 바와 같이 전차선로에 적용 설치한 센서부(10)와 신호처리부(22), 무선송신부(30) 그리고 지상 신호처리부(42)와 유사한 기능을 수행하게 되므로 그 상세한 설명은 생략한다.
그리고, 전차선(60)과 통전되는 판토그래프의 프레임, 판토그래프 배터리 케이스, 판토그래프 측정부 케이스, 상기 판토그래프 배터리 케이스와 판토그래프 측정부 케이스가 설치 지지되는 지지부재는 서로 등전위를 형성하도록 구성되게 된다.
전술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 관한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다. 예컨대, 본 발명에 따른 상태 측정 시스템은 지게차나 포크레 인에 장착하여 가속도, 변위, 변형률, 힘, 온도 등의 동적 또는 정적 상태량을 측정하도록 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 활선조건에서 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템은, 활선조건에서 전차선로 및 판토그래프에 대한 가속도, 변위, 변형률, 힘, 온도 등의 상태량을 안정적으로 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 각종 센서에 의해 측정된 전차선로 또는 판토그래프 상태량을 무선으로 송수신할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 활선조건에서 전차선로 또는 판토그래프와 신호처리부 각 구성요소 사이에 등전위를 확보할 수 있도록 함으로써 고전압 고전류에도 각종 센서의 측정동작이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하고, 각 측정신호를 정상적으로 송수신할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템에 있어서,
    상기 전차선로에 부착되는 전차선로 센서부;
    전차선로 측정부 케이스에 수납되어 상기 전차선로 센서부에 의해 측정된 전차선로 상태신호를 처리하여 무선 송신하는 전차선로 측정부; 및
    상기 전차선로 측정부의 송신신호를 수신받아 분석 및 저장하는 지상 신호처리부;를 구비하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전차선로 센서부는,
    전차선과 조가선이 외력에 의해 발생되는 가속도를 측정하는 가속도계;
    전차선과 조가선의 변위를 측정하는 변위계;
    전차선과 조가선의 변형율을 측정하는 변형율계;
    전차선과 조가선이 받는 하중을 측정하는 하중계; 및
    전차선과 조가선의 온도를 측정하는 온도계;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전차선로 측정부는 전차선로 배터리 케이스에 수납되어 동작 전원을 공급하는 전차선로 배터리;를 더 구비하고,
    상기 전차선로 배터리는 태양전지 또는 지상의 충전기를 통해 충전되는 것을 특징으로 하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전차선로 배터리 케이스와 전차선로 측정부 케이스는 설치용 앵글을 이용하여 가동 브래킷에 설치되는 것을 특징으로 하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템.
  5. 제 4에 있어서,
    조가선과 전차선로 배터리 케이스, 전차선로 측정부 케이스, 설치용 앵글, 전차선이 서로 등전위를 형성하는 것을 특징으로 하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    판토그래프에 설치되는 판토그래프 센서부; 및
    판토그래프 측정부 케이스에 수납되어 상기 판토그래프 센서부에 의해 측정된 판토그래프의 상태신호를 처리하여 무선 송신하는 판토그래프 측정부;를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 판토그래프 센서부는,
    판토그래프가 외력에 의해 발생되는 가속도를 측정하는 가속도계;
    판토그래프의 압상력에 의한 변위를 측정하는 변위계;
    판토그래프의 변형율을 측정하는 변형율계;
    판토그래프가 받는 하중을 측정하는 하중계; 및
    판토그래프의 온도를 측정하는 온도계;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 판토그래프 측정부는 판토그래프 배터리 케이스에 수납되어 동작 전원을 공급하는 판토그래프 배터리;를 더 구비하고,
    상기 판토그래프 배터리는 태양전지 또는 지상의 충전기를 통해 충전되는 것을 특징으로 하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    전차선과 통전되는 판토그래프의 프레임, 판토그래프 배터리 케이스, 판토그래프 측정부 케이스, 상기 판토그래프 배터리 케이스와 판토그래프 측정부 케이스가 설치 지지되는 지지부재가 서로 등전위를 형성하는 것을 특징으로 하는 활선조건에서의 전차선로 및 판토그래프 상태 측정 시스템.
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