KR100921981B1 - 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항 측정방법 및시스템 - Google Patents

직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항 측정방법 및시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항을 측정하는 시스템에 있어서, 전차선(12)과 레일(13)의 일측 단자에 직렬로 연결되는 직류전원(20)을 구비하는 슬레이브부(25)와, 상기 전차선(12)과 레일(13)의 타측 단자에 직렬로 연결되고 전류량을 조절할 수 있는 전류조절수단(21, 22)을 구비하는 메인부(24)를 포함하되, 상기 슬레이브부(25)에는 폐회로전류값 및 직류전원(20)의 양단자의 전압값을 상기 메인부(24)로 전송하는 데이터송신부(213)가 구비되고, 상기 메인부(24)에는 상기 데이터송신부(213)로부터 데이터를 수신하는 데이터수신부(216) 및 수신된 데이터를 가지고 저항값을 산출하는 산출부(215)가 구비되어 있으며, 상기 메인부(24) 및 슬레이브부(25) 중 어느 하나에는 유입/유출되는 전류값을 측정할 수 있는 전류측정부(212)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 현실적으로 계측기를 사용하여 직접적으로 산출이 불가능한 총 전차선 및 레일의 저항을 기존의 변전소의 직류전원 및 개방 후 전류조절수단을 직렬 연결하여 각 단자에서의 전압값, 전류값 및 옴법칙을 이용함으로써 용이하게 산출할 수 있게 된다.
직류철도급전시스템, 전차선, 레일, 차단기, 합성저항

Description

직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항 측정방법 및 시스템{Method and system for measuring resistance of electric car line and rail of DC rail system}
본 발명은 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항 측정시스템 및 그 측정방법에 관한 것으로, 특히 변전소의 직류전원을 이용하고 다른 변전소의 단자를 개방한 후 저항을 이용하여 전차선 및 레일의 저항을 산출하는 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항 측정시스템 및 그 측정방법에 관한 것이다.
직류철도급전시스템에서 전동차 부하가 전차선과 레일을 따라 이동하게 되어 레일이 귀선회로를 구성하게 된다. 비접지방식의 경우 두 레일은 대지와는 절연이 되어 있지만 상당히 길게 대지와 평행을 이루어 설치되기 때문에 레일전위와 누설전류가 발생하게 된다. 대개 레일전위는 인체에 전기적인 쇼크를 주고 누설전류는 전기분해 작용으로 인해 레일 근방에 매설된 케이블 등에 전식을 일으키는 원인이 되어 설계시 고려되어야 할 중요한 요소가 된다.
여기서 직류철도급전 시뮬레이션을 하기 위해서는 일반적인 직류변전소의 정류기 사양과 함께 전차선과 레일의 저항 및 대지절연저항이 필요하다. 전차선과 레일의 저항은 자재사양에 명시되어 있지만 실제 전차선이 설치되면서 복잡한 구조가 되고 레일 또한 두 레일이 한 세트가 되고 신호장치와 함께 귀선으로 연결되어 계산값보다는 실제 실험에 의한 실험값이 요구되며 대지절연저항은 설치상태, 환경 및 대지의 건조 상태 등에 따라 변하므로 더욱 실험값이 요구되어진다.
그런데 상기의 실험값을 구하기 위해서 1km 내지 2km 떨어진 변전소들 간의 기설치된 복잡한 구조의 전차선 및 레일의 전체 저항을 하나의 계측기로 측정한다는 것은 현실적으로 불가능하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 일측 변전소의 양 단자를 개방하고 타측 변전소의 직류전원을 이용하는 것을 특징으로 하여 복잡한 구조의 전차선 및 레일의 합성저항을 측정할 수 있는 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항 측정시스템 및 그 측정방법을 얻고자 하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에서는 직류철도급전시스템의 전차선및 레일의 저항 측정시스템이 제공된다.
본 발명의 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항 측정시스템은,
전자선과 레일의 일측 단자에 직렬로 연결되는 직류전원을 구비하는 슬레이브부와, 상기 전차선과 레일의 저항의 타측 단자에 직렬로 연결되고 전류량을 조절할 수 있는 전류조절수단을 구비하는 메인부를 포함하되, 상기 슬레이브부에는 폐회로 전류값 및 슬레이브부의 양단자의 전압값을 상기 메인부로 전송하는 데이터송신부가 구비되고, 상기 메인부에는 상기 데이터송신부로부터 데이터를 수신하는 데이터수신부 및 수신된 데이터를 가지고 저항값을 산출하는 산출부가 구비되어 있으며, 상기 메인부 및 슬레이브부 중 어느 하나에는 유입/유출되는 전류값을 측정할 수 있는 전류측정부가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서 전차선과 레일의 일측 단자에 연결되는 직류전원은 일측의 변전소의 전원을 이용하며 직류 1500볼트 정도이다.
한편 전차선과 레일의 타측 단자는 타측 변전소의 단자를 의미하며 타측 변전소의 단자를 개방한 후 상기 전류조절수단을 직류로 연결하여 삽입한다.
여기서 상기 전류조절수단은 다양한 저항을 교체할 수 있는 차단기이거나 저항값을 변동시킬 수 있는 가변저항인 것이 바람직하다.
한편 상기 데이터송신부와 데이터수신부는 유무선통신망으로 상호 연결되어 있다.
또 한편 상기 폐회로에는 직렬로 전류계 등을 구비한 전류측정부가 상기 메인부 또는 슬레이브부에 구비되어 있다. 나아가 상기 메인부 및 슬레이브부에는 전압계 등을 구비한 제1 및 제2 전압측정부가 구비될 수 있다.
또 한편 상기 산출부는 옴법칙(R = V / I)에 따라 측정된 전압값과 전류값을 이용해 전차선 및 레일의 저항을 계산하여 산출한다.
상기 구성에 의하면 현실적으로 계측기를 사용하여 직접적으로 측정이 불가능한 총 전차선 및 레일의 저항을 기존의 변전소의 직류전원 및 개방 후 전류조절수단을 직렬 연결하여 각 단자에서의 전압값, 전류값 및 옴법칙을 이용함으로써 용이하게 산출할 수 있게 된다.
또한 상기 제1 및 제2 전압측정부에 의해 직류전원 및 전류조절수단의 양 단자의 각각의 전압을 측정하여 총 전차선 및 총 레일의 저항을 개별적으로 구할 수 있다.
또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에서는 직류철도급전시스템의 전차선저항 및 레일저항 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항 측정방법은,
전차선과 레일이 직렬로 연결된 일측 변전소의 양 단자를 개방한 후 개방된 양 단자에 전류조절수단을 직렬로 연결하고, 타측 변전소의 양 단자 전압 및 유입/유출되는 전류를 측정하여 옴법칙에 따라 전차선과 레일의 합성저항을 측정하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 전류조절수단의 저항값을 조절하여 원하는 필요전류를 흐르게 할 수 있다. 보통 일반 전동차는 1000A(암페어) 이상을 소비하나 측정의 편의와 과전류 방지를 위해 100A(암페어)가 흐르도록 상기 저항값을 조절하는 것이다.
상기 구성에 의하면 현실적으로 계측기를 사용하여 직접적으로 산출이 불가능한 총 전차선 및 레일의 저항을 기존의 변전소의 직류전원 및 개방 후 전류조절수단을 직렬 연결하여 각 단자에서의 전압값, 전류값 및 옴법칙을 이용함으로써 용이하게 산출할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명한다. 여기서 각 도면에 붙여진 도면부호는 일관성을 유지하고 있으므로 다른 도면이라도 동 일한 부호로 표기된 것은 동일한 구성 및 작용을 가지는 것으로 해석되어야 한다.
[도1]은 종래의 직류철도급전시스템을 나타낸 개략구성도이다. 이하 구체적으로 설명한다.
단자 a-b 및 단자 c-d 사이는 각 구간별 변전소의 직류전원(10)과 내부저항(11)이 연결된다. 그리고 양 변전소간에는 수많은 단위 전차선(12-1, 12-2)과 단위 레일(13-1, 13-2)이 복잡하게 설치되며 전차선과 레일 사이는 전류를 공급받는 전동차(14)가 이동하게 된다. 한편 전동차(14) 상하의 화살표는 전류를 의미하며 하측의 빗금친 부분은 대지(15), 즉 그라운드를 의미한다.
그런데 상기 단위 전차선(12-1, 12-2) 및 단위 레일(13-1, 13-2)은 자재 사양에 자체저항이 명시되어 있으나 [도1]처럼 복잡한 구조로 설치되는 경우에는 총 전차선 및 레일의 저항값을 단순히 계측기로 측정한다는 것은 현실적으로 불가능하다.
[도2]는 본 발명에 있어서 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항 측정시스템을 나타내는 바람직한 일실시예의 개략구성도이다. 이하 구체적으로 설명한다.
먼저 슬레이브부(25)를 구성하는 직류전원(20), 제1 전압측정부(211), 전류측정부(212), 데이터송신부(213)를 설명한다.
단자 c-d간에는 직류전원(20)이 인가되어 있다. [도1]에서처럼 내부저항을 고려할 수 있으나 내부저항값은 충분히 작은 수이고 계측기로 측정가능한 상수일 뿐만 아니라 직류전원을 통하는 폐회로전류값(이하 Ic라고 정의한다)을 알면 내부저항에서의 전압강하량도 알수 있으므로 여기서는 무시한다. 따라서 상기 직류전원(20)은 곧바로 변전소의 상용 전압이라고 볼 수 있다.
제1 전압측정부(211)은 단자 c에서의 전압과 단자 d에서의 전압을 측정한다. 이하에서는 단자 c의 전압을 Vc, 단자 d의 전압을 Vd 라고 정의한다. 결국 직류전원의 전압(Vs)은 Vc와 Vd의 차이값이 될 것이다. 한편 Vd의 전압은 대지(15)와의 전위차를 의미한다.
전류측정부(212)는 하기의 메인부에 구비될 수도 있으며, [도2]의 Ic를 측정하는 전류계(23) 등을 말한다.
데이터송신부(213)는 상기 Vc, Vd, 및 Ic 의 값들을 유무선통신망을 통해 하기하는 메인부(24)에 송신한다.
다음으로 메인부(24)를 구성하는 전류조절수단(21, 22), 제2 전압측정부(214), 데이터수신부(216) 및 산출부(215)를 설명한다.
전류조절수단(21, 22)은 저항(22)을 포함한 차단기(21) 및 가변저항(미도시)이 될 수 있다. 이는 Ic의 전류량을 조절하는 역할을 한다. 즉 측정의 편의를 위해 Ic가 100A가 되도록 저항(22)값을 조절하는 것이다. 한편 Ic의 전류량에 관계없이 단자 a와 b가 단락이 되도록 저항(22)을 0 [ohm]이 되게 할 수도 있다.
제2 전압측정부(214)는 단자 a에서의 전압과 단자 b에서의 전압을 측정한다. 이하에서는 단자 a의 전압을 Va, 단자 b의 전압을 Vb 라고 정의한다. 한편 Vb의 전 압은 대지(15)와의 전위차를 의미한다.
데이터수신부(216)는 유무선통신망을 통해 상기 데이터송신부(213)로부터 Vc, Vd 및 Ic 의 값들을 수신받는다.
산출부(215)는 상기 수신받은 Vc, Vd, 및 Ic 와, 상기 제2 전압측정부(214)가 측정한 Va, Vb 값을 수집하여 옴법칙(R=V/I)을 이용해서 결과값, 즉 전차선 및 레일의 총 합성저항값 및 개별 저항값을 산출한다.
나아가 화면상에 산출된 값을 표시하도록 화면표시부(미도시)를 더 구비할 수 있다.
이하에서는 [도2]를 통해 본 발명에 있어서 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항을 측정하는 바람직한 측정실시예를 설명한다.
우선 총전차선(12)저항을 Rc, 총레일(13)저항을 Rr, 전류조절수단의 저항(22)을 Ri, 직류전원(20)의 전압을 Vs라고 명명하자.
먼저 총 전차선 및 레일의 합성저항인 Rc + Rr 을 구한다.
옴법칙에 의해 Vs = (Rc+Rr+Ri) * Ic 의 식이 구해지고, 결국 합성저항 Rc + Rr = Vs / Ic - Ri 이 될 것이다. 여기서 Vs는 변전소의 상용전압이고 Ic는 상기 전류측정부(212)에서 측정이 가능한 값이며 Ri는 전류조절수단(21, 22)의 임의선택 가능한 상수 저항값이므로 합성저항을 구할 수 있는 것이다. 만약 Ri을 0 [ohm]으로 선택하면 단락과 같은 효과가 있다.
한편 Rc 는 옴법칙을 이용하여 Rc = (Vc - Va) / Ic 로부터 구할 수 있다. Vc와 Va 는 각각 제1 전압측정부(211) 및 제2 전압측정부(214)에서 측정가능한 값이다.
한편 Rr 은 옴법칙을 이용하여 Rr = (Vb - Vd) / Ic 로부터 구할 수 있다. Vd와 Vb 는 각각 제1 전압측정부(211) 및 제2 전압측정부(214)에서 측정가능한 값이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
[도1]은 종래의 직류철도급전시스템을 나타낸 개략구성도이다.
[도2]는 본 발명에 있어서 직류철도급전시스템의 전차선저항 및 레일저항 측정시스템을 나타내는 바람직한 일실시예의 개략구성도이다.
<도면의 중요부분에 대한 부호의 설명>
12 : 전차선 13 : 레일
20 : 직류전원 21 : 차단기
22 : 저항 24 : 메인부
25 : 슬레이브부

Claims (7)

  1. 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항을 측정하는 시스템에 있어서,
    전차선(12)과 레일(13)의 일측 단자에 직렬로 연결되는 직류전원(20)을 구비하는 슬레이브부(25)와,
    상기 전차선(12)과 레일(13)의 타측 단자에 직렬로 연결되고 전류량을 조절할 수 있는 전류조절수단(21, 22)을 구비하는 메인부(24)를 포함하되,
    상기 슬레이브부(25)에는 폐회로전류값 및 직류전원(20)의 양단자의 전압값을 상기 메인부(24)로 전송하는 데이터송신부(213)가 구비되고,
    상기 메인부(24)에는 상기 데이터송신부(213)로부터 데이터를 수신하는 데이터수신부(216) 및 수신된 데이터를 가지고 저항값을 산출하는 산출부(215)가 구비되어 있으며,
    상기 메인부(24) 및 슬레이브부(25) 중 어느 하나에는 유입/유출되는 전류값을 측정할 수 있는 전류측정부(212)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항 측정시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬레이브부(25)에는 직류전원(20)의 양단자 각각의 전압값을 측정할 수 있는 제1 전압측정부(211)와,
    상기 메인부(24)에는 상기 전류조절수단(21, 22)의 양단자 각각의 전압값을 측정할 수 있는 제2 전압측정부(214)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항 측정시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전류조절수단(21, 22)은 가변저항이거나 저항(22)을 교체할 수 있는 차단기(21)인 것을 특징으로 하는 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항 측정시스템.
  4. 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항을 측정하는 방법에 있어서,
    전차선(12)과 레일(13)이 직렬로 연결된 일측 변전소의 양 단자를 개방한 후 개방된 양 단자에 전류조절수단(21, 22)을 직렬로 연결하고, 타측 변전소의 직류전원(20)의 양단자 전압과 폐회로전류를 측정하여 옴법칙에 따라 전차선(12)과 레일(13)의 저항을 측정하는 것을 특징으로 하는 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항을 측정하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전류조절수단(21, 22)은 가변저항이거나 저항(22)을 교체할 수 있는 차단기(21)인 것을 특징으로 하는 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항을 측정하는 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 전류조절수단(21, 22)은 필요전류가 흐르도록 저항(22)값을 조절하는 것을 특징으로 하는 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항을 측정하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 필요전류는 100A(암페어)인 것을 특징으로 하는 직류철도급전시스템의 전차선 및 레일의 저항을 측정하는 방법.
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