KR101183174B1 - Method of designing catenary system on AC electric railway system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교류 전기철도 시스템의 전차선로 설계 방법에 관한 것으로서, 특히 복선 각 도체의 도체 데이터를 입력하고, 모든 도체에 대해 임피던스 및 서셉턴스로 이루어지는 선로정수를 계산하는 단계와, 서로 연결된 도체들을 등전위 도체로 분류한 후 소정의 도체군으로 구분하고, 상기 구분된 도체군을 등가 모델링 방식에 의해 등가화한 후 등가 임피던스 및 서셉턴스를 출력하는 단계와, 상기 단계에서 출력된 선로정수에 의해 전력 해석 후에 최적의 전차선로 시스템을 출력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for designing a catenary line of an AC electric railway system, in particular, inputting conductor data of each conductor of a double wire, calculating a line constant consisting of impedance and susceptibility for all conductors, and equipotentially After dividing the conductor into a predetermined group of conductors, equalizing the separated conductor groups by an equivalent modeling method and outputting an equivalent impedance and susceptance, and power analysis by the line constant output in the step Afterwards it is characterized in that the step consisting of outputting the optimal tramway system.

따라서, 본 발명은 신설 철도 구간 또는 기존 전철 구간의 개량 등에 의해 부하 상정 및 전압 강하 검토를 하고, 원활한 열차 운전이 되도록 계획할 필요에 의해 최적의 도체 선종, 굵기, 기하학적 구조, 전기적 성질 등의 도체 데이터를 결정하여 전기 철도의 토공, 터널, 교량구간의 전차선로의 설비를 설계할 수 있다.Therefore, in the present invention, it is necessary to perform load estimation and voltage drop examination by improving a new railway section or an existing train section, and to plan a smooth train operation, so that conductors such as optimal conductor type, thickness, geometry, electrical properties, etc. The data can be determined to design the installation of tram lines in earthworks, tunnels and bridge sections of electric railways.

교류 전기철도 시스템, 전차선로, 선로정수, 5도체군, 토공?터널?교량구간 Alternating current electric rail system, tram line, track constant, 5 conductor group, earthwork tunnel, bridge section

Description

교류 전기철도 시스템의 전차선로 설계 방법{Method of designing catenary system on AC electric railway system}Method of designing catenary system on AC electric railway system

본 발명은 교류 전기철도 시스템의 전차선로 설계 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토공뿐만아니라 터널, 교량 구간의 전차선로 설계 시에도 실제 계통에서 전차선로 시스템을 구성하고 있는 5도체군에 대해 각각의 임피던스 및 서셉턴스를 계산할 수 있고, 이 선로정수에 의해 교류 전기철도 시스템의 여러 현상을 해석 및 예측할 수 있는 교류 전기철도 시스템의 전차선로 설계 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for designing a tramway of an AC electric railway system. More particularly, the present invention relates to a five-conductor group that constitutes a tramway system in a real system not only for earthwork but also for designing a tramway in a tunnel or a bridge section. The present invention relates to a method for designing a catenary line of an ac electric railway system that can calculate impedance and susceptance, and can analyze and predict various phenomena of the ac electric railway system by using this line constant.

전차선로는 교류 전기철도 설비의 주체가 되는 것으로서, 전기차에 전력을 직접적으로 공급하는 중요한 역할을 담당하고 있다. 이러한 전차선로의 설치 목적은 전기차에 양질의 전력을 공급하는 전기차 집전 장치에 전력 공급이 원활히 되기 위한 접전 성능을 갖도록 하는 것이다. Tramway is the main body of AC electric railroad facility, and plays an important role to supply electric power directly to electric vehicle. The purpose of the installation of such a tramline is to have electric contact performance for smooth electric power supply to an electric vehicle current collector supplying high-quality electric power to an electric vehicle.

또한, 전기차는 같은 인장력에 대한 속도가 전압에 비례하기 때문에 전차선 전압이 저하되면 속도가 떨어지고 표정속도를 유지하기 위한 역행 시간이 길어지게 되므로 규정의 운전시간을 유지할 수 없게 된다. 따라서, 전기 철도 시스템에 적합한 전차선로를 설계해야만 시스템의 안정화를 가져올 수 있다. In addition, since the speed of the same tensile force is proportional to the voltage, when the electric vehicle voltage decreases, the speed of the electric vehicle decreases and the driving time for maintaining the expression speed becomes long, so that the driving time of the regulation cannot be maintained. Therefore, it is necessary to design a tramway suitable for the electric railway system to bring about stabilization of the system.

전차 선로의 설계는 전차선로가 일반적인 송전/배전 선로와 달리 도체의 종류 및 굵기, 도체간 기하하적 구조가 다르다는 특성을 고려하여 설계해야 한다.The design of the tram line should be designed in consideration of the characteristics that the tram line is different from the general transmission / distribution line in terms of the type and thickness of the conductor and the geometrical structure between the conductors.

종래에는 예상 부하를 선정하고, 부하전류를 계산하여 전선 규격별 허용 전류와 비교하여 대략 수십 %의 여유가 있는 도체를 선택하여 전차선로를 설계하거나, 토공구간의 임피던스만을 고려하여 전차선로를 설계하였다.Conventionally, the expected load was selected, the load current was calculated, and the conductor line was designed by selecting a conductor with approximately tens of percent margin compared with the allowable current for each wire standard, or the train line was designed considering only the impedance between earthwork zones. .

이와 같이, 단순히 허용 전류만을 고려하고 기하학적인 구조를 고려하지 않거나 교류 전기철도이므로 임피던스와 서셉턴스가 존재하는데 선로정수 중 서셉턴스는 고려하지 않고 임피던스만 고려하여 전차선로를 시공하게 되면, 시공 후 과설계되거나 전압 강하 발생, 고조파 해석의 불일치, 사고시 고장점 표정의 낮은 신뢰성을 유발하는 문제점이 있다. As such, there is an impedance and susceptance because it considers only the allowable current and does not take into account the geometric structure or the AC electric railway, but when the tram line is constructed by considering the impedance without considering the susceptibility among the line constants, There is a problem of designing or causing voltage drop, mismatch of harmonic analysis, and low reliability of fault expression in case of accident.

따라서, 본 발명의 목적은 전기 철도 시스템의 전 구간, 즉 토공, 터널, 교량구간에 대한 전차선로 설계시 도체 종류 및 굵기, 도체간 기하하적 구조를 변경해가면서 5도체군의 등가 임피던스 및 서셉턴스 계산 후 5도체군의 등가 선로정수를 출력하고 전력 해석을 수행한 후 가장 적은 전압 변동 및 양질의 전력을 공급 가능하게 하는 최적의 도체 및 구조를 설계하는 전기철도 시스템의 전차선로 설계 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to change the conductor type and thickness, and the geometrical structure between conductors in the design of tram lines for all sections of the electric railway system, ie, earthworks, tunnels, and bridge sections, and the equivalent impedance and susceptance of five conductor groups. After the calculation, it outputs the equivalent line constant of the 5 conductor group, performs the power analysis, and then provides an electric railway system design method for designing the optimal conductor and structure that can supply the lowest voltage fluctuations and high quality power. will be.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교류 전기철도 시스템의 전차선로 설계 방법은, 다수 개의 도체로 구성된 전기 철도 시스템의 전차선로 설계 방법에 있어서, 복선 각 도체의 도체 데이터를 입력하고, 모든 도체에 대해 임피던스 및 서셉턴스로 이루어지는 선로정수를 계산하는 단계와, 서로 연결된 도체들을 등전위 도체로 분류한 후 소정의 도체군으로 구분하고, 상기 구분된 도체군을 등가 모델링 방식에 의해 등가화한 후 등가 임피던스 및 서셉턴스를 출력하는 단계와, 상기 단계에서 출력된 등가 선로정수에 의해 전력 해석 후에 최적의 전차선로 시스템을 출력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object of the present invention, the catenary line design method of the AC electric rail system according to the present invention, in the catenary line design method of the electric railway system consisting of a plurality of conductors, Computing a line constant consisting of impedance and susceptance for all the conductors, classifying the connected conductors into equipotential conductors and classifying them into predetermined conductor groups, and equalizing the separated conductor groups by an equivalent modeling method. Afterwards, the method comprises outputting an equivalent impedance and susceptance, and outputting an optimal tramline system after power analysis by the equivalent line constant output in the step.

또한, 본 발명은 상기 전력 해석 이후에 복선 각 도체의 도체 데이터를 변경하여 재입력하는 단계를 포함하고, 상기 재입력된 도체 데이터를 불러들여 모든 도체의 선로 정수 계산, 도체 등가화, 각 도체군의 등가 선로정수 출력, 전력 해석 과정을 재수행한 후에 최적의 전차선로 시스템을 출력하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention includes the step of changing and re-entering the conductor data of each conductor of the double-wire after the power analysis, and the re-entry the conductor data to calculate the line constant of all conductors, conductor equalization, each conductor group It is characterized by outputting the optimum tramline system after performing the equivalent line constant output and power analysis process.

그리고, 상기 도체 데이터는 각 도체에 대한 높이, 도체간 거리, 반지름, 투자율과 같은 기하학적 구조, 재질, 크기, 전기적 성질에 대한 데이터인 것을 특징으로 한다.In addition, the conductor data is characterized in that the data on the geometric structure, material, size, electrical properties such as height, distance between conductors, radius, permeability for each conductor.

또한, 상기 등전위 도체로 분류한 후 소정의 도체군으로 구분하는 단계는, 상행 급전선을 제1 도체군, 하행 급전선을 제2 도체군, 상행 전차선과 상행 조가선 을 제3 도체군, 하행 전차선과 하행 조가선을 제4 도체군, 레일, 가공 보호선, 및 접지선을 제5 도체군으로 구분하는 것을 특징으로 한다.The dividing of the equipotential conductor into a predetermined conductor group may include: an ascending feeder as a first conductor group, an ascending feeder as a second conductor group, an ascending tram line and an ascending jog line as a third conductor group, an ascending tram line, and a descending line. The rough wire is divided into a fourth conductor group, a rail, a work protection line, and a ground line by a fifth conductor group.

한편, 상기 전차선로 시스템을 출력하는 단계는, 토공, 터널, 교량의 전기 철도 시스템의 전 구간에 대한 5도체군 등가 선로정수의 전차선로 설계가 이루어지는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the step of outputting the tram line system, characterized in that the tram line design of 5 conductor group equivalent line constant for all sections of the electric railway system of earthworks, tunnels, bridges is made.

상기와 같은 전기 철도 시스템의 전차선로 설계 방법에 따르면, 신설 철도 구간 또는 기존 전철 구간의 개량 등에 의해 부하 상정 및 전압 강하 검토를 하고, 원활한 열차 운전이 되도록 계획할 필요에 의해 최적의 도체 선종, 굵기, 기하학적 구조, 전기적 성질 등의 도체 데이터를 결정하여 전기 철도의 토공, 터널, 교량구간의 전차선로의 설비를 설계할 수 있는 효과가 있다.According to the method of designing the tramway of the electric railway system as described above, it is necessary to examine the load assumption and voltage drop due to the improvement of the new railway section or the existing railway section, and to plan for smooth train operation. By determining the conductor data such as the geometry, geometry, and electrical properties, it is effective to design the facilities of tram lines in earthworks, tunnels, and bridge sections of electric railways.

또한, 본 발명의 교류 전기철도 시스템의 전차선로 설계 방법은 전철화가 완공된 이후에 설계를 변경하여 재시공하는 것이 불가능하므로 5도체군의 임피던스뿐만아니라 서셉턴스도 포함하여 교류 전기철도 시스템의 여러 현상을 해석 및 예측할 수 있어 완공 이후의 문제점들을 미리 파악할 수 있는 효과도 있다. In addition, the method of designing the catenary lines of the AC electric rail system of the present invention cannot change the design after the completion of the electrification, so that the phenomenon of the AC electric rail system including not only the impedance of the five conductor group but also the susceptance is not possible. It can also be interpreted and predicted to identify problems after completion.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 철도 전차선로 시스템의 기하학적인 구조가 도시된 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 철도 시스템의 전차선로 설계 방법이 도시된 순서도이다.1 is a view showing the geometric structure of a railway tramway system applied to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a flow chart illustrating a tramway design method of an electric railway system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 전기 철도 시스템은 14개의 도체로 구성되어 있으나 전차선과 조가선은 드로퍼로 연결되어 있고 상하행 레일과 가공 보호선, 접지선이 공통으로 연결되어 있으므로 도체들을 5개의 도체군으로 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 1, the electric railway system is composed of 14 conductors, but since the tram line and the barbed wire are connected by a dropper, and the up-and-down rail, overhead protection line, and ground line are commonly connected, the conductors may be represented by five conductor groups. .

즉, 전기 철도시스템을 자세히 살펴보면 선로의 수가 많아 복잡하지만 몇몇 도체들은 서로 단락되어 있어서 전기적으로는 하나의 도체처럼 취급할 수 있는데, 보다 구체적으로 살펴보면 전차선과 조가선이 균압선이나 드로퍼에 의해 연결되어 있고 상하행 레일, 상하행 가공보호선, 상하행 접지선이 서로 공동 접지되어 있어 하나의 전기적인 도체군으로 볼 수 있다. In other words, if you look closely at the electric railway system, the number of tracks is complicated, but some conductors are shorted together so that they can be treated as a single conductor. More specifically, the tram line and the rough line are connected by equalization lines or droppers. Up and down rails, up and down overhead protective lines, and up and down ground wires are jointly grounded to each other can be regarded as a group of electrical conductors.

따라서, 첫 번째 도체군은 상행 급전선(1), 두 번째 도체군은 하행 급전선(2), 세번째 도체군은 상행 전차선(4)과 상행 조가선(3), 네번째 도체군은 하행 전차선(6)과 하행 조가선(5)으로 구성되고 다섯번째 도체군은 레일(7, 8, 9, 10), 가공보호선(11, 12), 접지선(13, 14)으로 공동접지 되어있다.Thus, the first conductor group is an ascending feeder line (1), the second conductor group is an ascending feeder line (2), the third conductor group is an ascending chariot line (4) and an ascending jogline (3), and the fourth conductor group is an ascending tank line (6) and It consists of the down-column line (5) and the fifth conductor group is co-grounded by rails (7, 8, 9, 10), overhead protection lines (11, 12), and ground lines (13, 14).

상기한 바와 같이, 실제 현장에서는 도체들이 단락되어 있으므로 5도체의 선로정수를 측정할 수밖에 없고, 이러한 선로정수는 임피던스(Impedance)와 서셉턴스(susceptance)로 구성되어 있다. As described above, since the conductors are short-circuited in the actual field, the line constants of the five conductors cannot be measured, and these line constants are composed of impedance and susceptance.

이러한 전기 철도 시스템의 전차선로 설계 방법을 도 2를 참고하여 살펴보면, 선로정수를 계산하기 위한 선로정수 계산장치는 토공, 터널, 교량구간의 선로정수를 계산할 수 있도록 선로정수를 연산할 수 있는 연산 기능 및 전력 해석 기능을 포함하고 있다.Looking at the design of the tram line of the electric railway system with reference to Figure 2, the line constant calculation device for calculating the line constant calculation function that can calculate the line constant to calculate the line constant of earthworks, tunnels, bridge section And a power analysis function.

이러한 선로정수 계산 장치는 전기 철도 시스템을 구성하고 있는 14개의 도체를 도 1에 도시된 바와 같이 5도체군으로 구분하고, 각 도체에 대한 재질, 크기, 전기적 성질, 기하학적 구조 등의 도체 데이터가 입력된다.(S1)The device for calculating the line constant divides 14 conductors constituting the electric railway system into 5 conductor groups as shown in FIG. 1, and inputs conductor data such as material, size, electrical properties, and geometry of each conductor. (S1)

그리고, 상기 선로정수 계산 장치는 도체 데이터가 저장되어 있는 데이터베이스에서 도체 데이터를 불러들여 전체 도체의 선로정수를 계산한다.(S2, S3)The apparatus for calculating the line constant retrieves the conductor data from a database in which the conductor data is stored and calculates the line constant of all conductors (S2 and S3).

그 후, 상기 선로정수 계산 장치는 모든 도체에 대해 임피던스와 서셉턴스로 구성되는 선로정수를 계산하고, 도체 등가화에 의해 5도체군의 임피던스 및 서텝턴스를 출력한다.(S4)Thereafter, the line constant calculating device calculates a line constant composed of impedance and susceptance for all conductors, and outputs impedance and susceptibility of five conductor groups by conductor equalization (S4).

상기 선로정수 계산 장치는 출력되는 5도체군의 등가 선로정수에 의해 전력 해석 과정을 거치는데, 이때 복선 각 도체의 종류, 굵기, 및 기히학적 구조의 도체 데이터를 변경하여 재입력한다.(S6)The apparatus for calculating the line constant undergoes a power analysis process based on the equivalent line constant of the outputted 5 conductor group, in which the conductor data of each conductor of the double wire type, thickness, and geometric structure are changed and re-input.

그리고, 상기 선로정수 계산 장치는 재입력된 도체 데이터를 불러오고, 모든 도체의 선로 정수 계산, 도체 등가화, 5도체군의 등가 선로정수 출력, 전력 해석 과정을 진행한 후에 최적의 전차선로 시스템을 결정하게 된다.(S7)In addition, the line constant calculating device loads the re-inputted conductor data, calculates the line constants of all conductors, equalizes the conductors, outputs the equivalent line constants of five conductor groups, and analyzes the optimal tram line system. (S7)

이하, 본 발명의 실시예에 따른 전기 철도 시스템의 전차선로 설계 방법에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of designing a tramway of an electric railway system according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도체군의 자기 임피던스가 도시된 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도체군과 도체 사이의 상호 임피던스가 도시된 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도체군과 도체군 사이의 상호 임피던스가 도시된 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 전차선로 임피던스의 등가화 과정이 도시된 도면이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 2개의 도체에 대해 정전용량과 정전유도 계수의 관계가 도시된 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 도체의 대지귀로 영상 및 사이의 거리에 따른 전하 및 전위 계산 구조가 도시된 도면이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 도체의 대지귀로 영상 및 사이의 거리에 따른 전하 및 전위 계산 구조가 도시된 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 토공구간의 전차선로의 단면도이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터널 구간의 전차선로의 단면도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 교량구간의 전차선로의 단면도이다. 3 is a diagram illustrating a magnetic impedance of a conductor group according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a diagram illustrating mutual impedance between a conductor group and a conductor according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating mutual impedance between a conductor group and a conductor group according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a view illustrating an equalization process of the catenary line impedance in an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between capacitance and induction coefficients for two conductors according to the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing a structure for calculating charges and potentials according to an image and a distance between the conductors and ground in the embodiment of the present invention. 8 is a view showing a charge and potential calculation structure according to an image and a distance between ground conductors of a conductor in an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view of a tram line between earthwork sections according to an embodiment of the present invention. , 10 is a cross-sectional view of a tram line in a tunnel section according to an embodiment of the present invention, Figure 11 is a cross-sectional view of the tram line in a bridge section according to an embodiment of the present invention.

1. 모든 도체의 선로정수의 계산1.Calculation of the line constant of all conductors

상기 전차선로 선로정수 계산장치는 모든 도체의 선로정수를 하기한 수학식 1~4를 이용하여 계산한다.The tram line constant calculating device calculates the line constants of all conductors using Equations 1 to 4 below.

먼저, 단위 길이 당 자기 임피던스는 내부 자기임피던스와 외부 자기임피던스의 합이다.First, the magnetic impedance per unit length is the sum of the internal magnetic impedance and the external magnetic impedance.

Figure 112009078016667-pat00001
Figure 112009078016667-pat00001

여기서,

Figure 112009078016667-pat00002
는 도체의 단위 길이 당 내부 임피던스이고,
Figure 112009078016667-pat00003
는 대지 귀환(earth return)을 고려한 도체의 단위길이 당 외부임피던스이며, 직렬 임피던스 행렬의 대각 성분인 자기 임피더스(
Figure 112009078016667-pat00004
)는 아래 수학식 2와 같다.here,
Figure 112009078016667-pat00002
Is the internal impedance per unit length of the conductor,
Figure 112009078016667-pat00003
Is the external impedance per unit length of the conductor taking into account earth return, and the magnetic impedance (diagonal component of the series impedance matrix)
Figure 112009078016667-pat00004
) Is shown in Equation 2 below.

Figure 112009078016667-pat00005
Figure 112009078016667-pat00005

비대각 성분인 상호 임피던스는 수학식 3과 같다.Mutual impedance, which is a non-diagonal component, is represented by Equation 3.

Figure 112009078016667-pat00006
Figure 112009078016667-pat00006

또한 수학식2와 수학식3에 포함된 △R'과 △X'은 대지 귀환효과를 고려한 항으로 각도

Figure 112009078016667-pat00007
와 정수 a의 함수이다. 각 4개의 연속된 항들이 반복되는 형태이고, 전력 주파수에 대해서는 몇 개의 항만 필요하지만, 고주파수와 선간 공간이 넓어질수록 더 많은 항을 필요로 하게 된다. Also, ΔR 'and ΔX' included in Equations (2) and (3) are angles considering the ground feedback effect.
Figure 112009078016667-pat00007
And a function of the integer a. Each of the four consecutive terms is repeated, and only a few terms are required for the power frequency, but as the space between the high frequency and the line becomes wider, more terms are required.

각도

Figure 112009078016667-pat00008
는 자기 임피던스 경우에 Φ=0이 되고 상호 임피던스인 경우에는
Figure 112009078016667-pat00009
가 되며, 정수 a는 수학식 4와 같다.Angle
Figure 112009078016667-pat00008
Φ = 0 in the case of magnetic impedance and in the case of mutual impedance
Figure 112009078016667-pat00009
The constant a is the same as Equation 4.

Figure 112009078016667-pat00010
Figure 112009078016667-pat00010

여기서, D = 두 도체사이의 거리(m)이고,

Figure 112009078016667-pat00011
= 대지 저항(Ωm)이다. Where D = distance between two conductors (m),
Figure 112009078016667-pat00011
= Earth resistance (Ωm).

2. 등전위 도체 분류 및 그룹핑2. Equipotential Conductor Classification and Grouping

등전위 도체는 두 개 이상의 도체가 서로 단락이 된 상태로서, 상기 전차선로 선로정수 계산장치는 등전위 도체 분류 및 그룹핑시, 전차선과 조가선이 드로퍼 로 연결되어 있으므로 등전위 도체로 분류되고 그룹핑한다. 그리고 레일, 가공 보호선, 접지선도 또한 공통으로 연결되어 있으므로 하나의 등전위 도체로 고려한다.The equipotential conductor is a state in which two or more conductors are short-circuited with each other. The catenary track constant calculating device is classified and grouped as an equipotential conductor because the catenary conductor and the coarse conductor are connected by a dropper when classifying and grouping the equipotential conductor. Rails, overhead protective wires and ground wires are also connected in common and are therefore considered to be one equipotential conductor.

또한, 복선의 경우에 도체 그룹은 상행 급전선, 하행 급전선, 상행 전차선 도체군, 하행 전차선 도체군, 레일 도체군으로 그룹 수는 5개가 된다.In the case of a double track, the conductor group is an ascending feeder, an ascending feeder, an ascending chariot conductor group, an ascending chariot conductor group, a rail conductor group, and the number of groups is five.

3. 전차선로 등가 임피던스 모델링3. Equivalent Impedance Modeling

상기 선로정수 계산 장치는 등가 임피던스 모델링시, 등가 도체 모델의 자기 임피던스, 도체그룹과 도체 사이의 상호 임피던스, 도체그룹과 도체그룹 사이의 상호 임피던스를 계산한다.The device for calculating the line constant calculates the magnetic impedance of the equivalent conductor model, the mutual impedance between the conductor group and the conductor, and the mutual impedance between the conductor group and the conductor group during the equivalent impedance modeling.

3-1) 등가 도체 모델의 자기 임피던스3-1) Magnetic impedance of equivalent conductor model

등가 도체 모델의 자기 임피던스는 두 개의 도체가 하나의 가상 도체로 대치되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 두 도체의 자기 임피던스와 상호 임피던스가 하나의 자기 임피던스로 대치된다.The magnetic impedance of the equivalent conductor model is that two conductors are replaced by one virtual conductor. As shown in FIG. 3, the magnetic and mutual impedances of the two conductors are replaced by one magnetic impedance.

이러한 가상 도체의 자기 임피던스는 다음의 수학식 5, 6과 같다.The magnetic impedance of this virtual conductor is expressed by Equations 5 and 6 below.

이때, 만약 Zaa≠Zbb이면(예를 들어 전차선과 조가선으로 구성된 철도 전차선로 시스템)In this case, if Zaa ≠ Zbb (for example, a railway tramway system consisting of a tramline and a jogline)

Figure 112009078016667-pat00012
Figure 112009078016667-pat00012

여기서, Zaa는 도체(a)의 자기 임피던스, Zbb는 도체(b)의 자기 임피던스, Zab는 도체(a, b) 사이의 상호 임피던스이다.Where Zaa is the magnetic impedance of the conductor a, Zbb is the magnetic impedance of the conductor b, and Zab is the mutual impedance between the conductors a and b.

한편, 두 개의 레일 도체의 경우에 Zaa=Zbb이면 On the other hand, if Zaa = Zbb in the case of two rail conductors

Figure 112009078016667-pat00013
Figure 112009078016667-pat00013

3-2) 도체군과 도체 사이의 상호 임피던스3-2) mutual impedance between conductor group and conductor

도 4에 도시된 바와 같이 Zaa≠Zbb(예를 들어, 전차선과 조가선으로 구성된 전차선 도체군)와 Zcc(예를 들dj, 급전선)가 자기 임피던스를 나타내면 하기한 수학식 7과 같다.As shown in FIG. 4, when Zaa ≠ Zbb (for example, an electric vehicle conductor group composed of a tramline and a bare wire) and Zcc (for example, dj, a feeder line) exhibit magnetic impedance, the following Equation 7 is obtained.

Figure 112009078016667-pat00014
Figure 112009078016667-pat00014

여기서, Zac는 도체(a)와 도체(c)로 구성된 상호 임피던스, Zbc는 도체(b)와 도체(c)로 구성된 상호 임피던스이다.Here, Zac is the mutual impedance composed of the conductor (a) and the conductor (c), and Zbc is the mutual impedance composed of the conductor (b) and the conductor (c).

그런데, Zaa=Zbb(예를 들면, 두 레일)와 Zcc(예를 들면, 급전선)가 자기 임피던스를 나타내면 수학식 8과 같다.By the way, if Zaa = Zbb (for example, two rails) and Zcc (for example, a feeder line) represents magnetic impedance, it is expressed by Equation (8).

Figure 112009078016667-pat00015
Figure 112009078016667-pat00015

3-3) 도체군과 도체군 사이의 상호 임피던스3-3) mutual impedance between the conductor group and the conductor group

도 5에 도시된 바와 같이, Zaa≠Zbb와 Zcc=Zdd(예를 들면, 전차선 도체군과 두 개의 레일)이면 수학식 9와 같다.As shown in FIG. 5, if Zaa ≠ Zbb and Zcc = Zdd (for example, a catenary conductor group and two rails), Equation 9 is obtained.

Figure 112009078016667-pat00016
Figure 112009078016667-pat00016

여기서, Z2a는 도체c,d로 구성된 그룹(2)와 도체(a)사이의 상호 임피던스이고, Z2b는 도체c,d로 구성된 그룹(2)와 도체(b)사이의 상호임피던스이다.Where Z 2a is the mutual impedance between the group (2) consisting of conductors c and d and conductor (a), and Z 2b is the mutual impedance between group (2) consisting of conductors c and d and conductor (b).

그런데, Zaa=Zbb와 Zcc=Zdd(예를 들면, 상행선 레일과 하행선 레일)이면 상호 임피던스는 수학식 10과 같다.By the way, if Zaa = Zbb and Zcc = Zdd (for example, an uplink rail and a downline rail), the mutual impedance is expressed by the following equation (10).

Figure 112009078016667-pat00017
Figure 112009078016667-pat00017

상기 전차선로 선로정수 계산장치는 여러 도체들 중에서 등전위 도체로 분류되어 그룹핑된 도체들을 하나의 도체로 등가화한다. 도 6에는 n개의 도체들 중에서 그중 n도체와 n-1도체가 전기적으로 등전위 도체로 분류되어 하나의 도체로 등가화되는 과정이 도시된다.The trajectory line constant calculating device equalizes the grouped conductors classified as equipotential conductors among the various conductors into one conductor. FIG. 6 illustrates a process in which n and n-1 conductors among n conductors are electrically classified as equipotential conductors and equalized into one conductor.

도 6의 (a)에 도시된 n 도체를 일반적인 행렬 관계로 나타내면 수학식 11과 같다.The n conductor shown in FIG. 6 (a) is represented by Equation 11 in general matrix relation.

Figure 112009078016667-pat00018
Figure 112009078016667-pat00018

(n-1)도체와 n도체가 서로 단락되어 있다면 전기적으로 하나의 도체군으로 볼 수 있고 등전위가 되므로 Vn-1=Vn이 된다. If the (n-1) and n conductors are short-circuited with each other, they can be regarded as a single conductor group and become equipotential, so that V n-1 = V n .

따라서 두 도체를 하나의 도체군으로 만들기 위해 Vn-1에 해당하는 임피던스 행요소들에서 Vn에 해당하는 임피던스 행요소들을 빼면 수학식 12와 같이 계산된다.Therefore, subtracting the impedance row elements corresponding to V n from the impedance row elements corresponding to V n-1 to make two conductors into one conductor group is calculated as in Equation 12.

Figure 112009078016667-pat00019
Figure 112009078016667-pat00019

Vn-1 Vn의 두 도체가 하나의 등가 도체가 되면 각각에 흐르는 전류는 하나의 전류로 합해져야 한다. 따라서 이러한 물리적 개념을 행렬 관계로 나타내면 수학식 13이 된다.V n-1 and If two conductors of V n become one equivalent conductor, the current flowing in each must be summed into one current. Therefore, if this physical concept is represented by a matrix relationship, Equation 13 is obtained.

Figure 112009078016667-pat00020
Figure 112009078016667-pat00020

여기서, n행 n열의 요소들을 소거하기 위해 kron의 행렬 축약 공식을 적용한다. 그리고 등가 도체의 자기 임피던스와 등가 도체와 다른 도체들과의 상호 임피던스에 소거된 도체의 정보가 들어가게 되면, 결국 등가 도체의 자기 임피던스와 상호 임피던스는 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.Here, the matrix abbreviation formula of kron is applied to erase the elements of n rows and n columns. When the information on the erased conductor enters the magnetic impedance of the equivalent conductor and the mutual impedance between the equivalent conductor and other conductors, the magnetic impedance and the mutual impedance of the equivalent conductor may be expressed as in Equation (14).

Figure 112009078016667-pat00021
Figure 112009078016667-pat00021

여기서,

Figure 112009078016667-pat00022
here,
Figure 112009078016667-pat00022

Figure 112009078016667-pat00023
Figure 112009078016667-pat00023

Figure 112009078016667-pat00024
Figure 112009078016667-pat00024

Figure 112009078016667-pat00025
Figure 112009078016667-pat00025

4. 전차선로의 등가 서셉턴스 모델링4. Equivalent Susceptance Modeling of Tramway

다수의 도체가 존재하는 경우에 어느 1개 도체의 정전용량은 다른 모든 도체를 접지하여 영전위로 유지하고 그 도체에 전하 Q를 주었을 때의 전위를 V로 하면 C=Q/V에 의해 나타낼 수 있는 값이다.In the case of a large number of conductors, the capacitance of one conductor can be expressed by C = Q / V when the potential at the time when all other conductors are grounded and maintained at zero potential and the charge Q is applied to the conductor is set to V. Value.

또한, 다수의 도체 속에 있는 특정한 2개 도체1, 2 사이의 정전용량은 2개의 도체간 구속전하를 Q(1,2)로 하고 그 사이의 전위차를 V(1,2)로 하면 C(1,2)=Q(1,2)/V(1,2)에 의해 나타낼 수 있는 값이다.In addition, the capacitance between two specific conductors 1 and 2 in a plurality of conductors is equal to C (1 ) when the restraint charge between two conductors is Q (1,2) and the potential difference between them is V (1,2) . , 2) = Q (1,2) / V (1,2 )

지금 공간에 1, 2, 3……n인 n개의 도체가 존재하고, 각 도체가 갖고 있는 전하를 Q1, Q2, Q3, ……Qn이라 하며, 각각의 전위를 V1, V2, V3, ……Vn이라 하면 전위와 전하 사이에는 다음 수학식 15와 같은 관계가 성립한다.1, 2, 3 now in space… ... There are n conductors of n, and the charges of each conductor are Q 1 , Q 2 , Q 3 ,. ... Q n , and each of the potentials is V 1 , V 2 , V 3 ,. ... In the case of V n , the relationship between the electric potential and the electric charge is established.

Figure 112009078016667-pat00026
Figure 112009078016667-pat00026

상기 수학식 15에서 P를 전위계수라 하며, pmm은 도체 m에만 단위 전하를 주었을 때 m 자신의 전위를 나타내고, pmn 은 도체 n에만 단위전하를 주었을 때 도체 m의 전위를 나타낸다. 그리고, 각 도체의 형상과 그 상대적 위치에 따라서 결정되는 정수로서 V와 Q와는 관계가 없고, p는 모두 정의 부호를 가졌으며, pmn=pnm의 관계가 있다.In Equation 15, P is referred to as a potential coefficient, p mm represents a potential of m when unit charge is given only to conductor m, and p mn represents a potential of conductor m when unit charge is given only to conductor n. In addition, it is an integer determined according to the shape of each conductor and its relative position, and has no relation to V and Q. p has a positive sign and a relationship of p mn = p nm .

상기 수학식 15를 전하 Q에 대해 풀면 수학식 16과 같이 된다.When Equation 15 is solved for the charge Q, Equation 16 is obtained.

Figure 112009078016667-pat00027
Figure 112009078016667-pat00027

이때, 수학식 16의 k는 수학식 15의 p에서 수학적으로 산출할 수 있는 계수로서 pmn=pnm의 관계가 있기 때문에 kmn=knm로 된다. In this case, k in Equation 16 is a coefficient that can be mathematically calculated from p in Equation 15, and thus k mn = k nm since there is a relationship of p mn = p nm .

상기 수학식 16에서 V2=V3=……Vn=0으로 하는데, 즉 도체1 이외의 다른 도체는 모두 접지하고 그 전위를 영으로 하면 Q1=k11V1이 되며, k11은 도체 1개의 정전용량을 나타내면 그 부호는 물론 정(+)이 된다. In Equation 16, V 2 = V 3 =... ... If V n = 0, that is, if all other conductors other than conductor 1 are grounded and their potential is zero, Q 1 = k 11 V 1 , and k 11 represents the capacitance of one conductor. +)

또한, 이 경우에 Q2=k21V1이 되고, 도체2에는 정전유도에 의해 부(-)의 전하가 나타나므로 Q2는 부(-)가 되기 때문에 k21도 역시 부(-)가 된다.Further, to be Q 2 = k 21 V 1 in this case, the conductor 2, the portion by the electrostatic induction - since the charge of the indicated Q 2 is a portion (), since a k 21 also portion () - a () do.

즉, knn과 같이 동일 부호를 가진 계수는 모두 정의 부호를 가졌는데 이것을 정전용량계수라고 한다. kmn과 서로 다른 첨자기호를 갖는 계수를 정전유도계수 라고 한다. That is, all coefficients with the same sign, such as k nn , have positive signs, which are called capacitance coefficients. Coefficients with subscripts different from k mn are called electrostatic induction coefficients.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 도체가 2개인 경우에 대해 수학식 16을 적용해 보면 수학식 17이 된다.For example, as shown in FIG. 7, when Equation 16 is applied to the case of two conductors, Equation 17 is obtained.

Figure 112009078016667-pat00028
Figure 112009078016667-pat00028

상기 수학식 15과 도 7을 대비해 보면 각 정전용량은 수학식 18과 같다.In contrast to Equations 15 and 7, each capacitance is represented by Equation 18.

Figure 112009078016667-pat00029
Figure 112009078016667-pat00029

도체의 수가 많은 경우에, 수학식 17을 변형하여 수학식 18과 같이 정전용량을 k의 함수로서 나타낼 수가 있다. 또한 k는 p의 함수로서 나타내며, p는 도체의 형태와 관계 위치를 알면 산출할 수 있다. 즉, 전위계수를 계산하면 정전용량을 상술한 순서에 따라 수학적으로 산출할 수 있게 된다.In the case of a large number of conductors, the capacitance can be expressed as a function of k as shown in Equation (18). In addition, k is expressed as a function of p, and p can be calculated by knowing the shape of the conductor and the position of the relationship. In other words, when the potential coefficient is calculated, the capacitance can be mathematically calculated in the above-described order.

5. 전차선로의 등가 서셉턴스 모델링5. Equivalent Susceptance Modeling of Tramway

등가 서셉턴스 모델링은 등가 임피던스 모델링과 마찬가지로 서로 연결된 도체들이 단락되어 있으므로 등전위라는 개념을 적용한다. Equivalent susceptance modeling, like equivalent impedance modeling, applies the concept of equipotential because the connected conductors are shorted.

서셉턴스는 전위계수(P)로부터 수학적으로 산출(역행렬 계산)할 수 있는 계수이다. 상기 전위계수는 도체들의 기하학적인 구조로부터 영상법을 적용하여 대지 로부터 도체의 높이, 평균등가반경, 도체간의 거리 및 도체와 영상도체와의 거리에 의해 구해진다. 이때 단락된 도체는 등전위이므로 전위(V)가 같다는 가정하에 임피던스 등가화와 동일한 과정으로 등가 서셉턴스를 구할 수 있다. The susceptance is a coefficient that can be mathematically calculated (inverse matrix calculation) from the potential coefficient P. The potential coefficient is obtained by applying the imaging method from the geometric structure of the conductors from the ground by the height of the conductor, the average equivalent radius, the distance between the conductors, and the distance between the conductor and the image conductor. Since the shorted conductor is an equipotential, an equivalent susceptance can be obtained by the same process as impedance equalization under the assumption that the potential V is the same.

도 8에 도시된 바와 같이, 전위(V)와 전하(Q)와의 사이에는 다음 수학식 19와 같은 관계가 성립한다.As shown in Fig. 8, a relationship as shown in the following equation (19) is established between the potential (V) and the charge (Q).

Figure 112009078016667-pat00030
Figure 112009078016667-pat00030

여기서,

Figure 112009078016667-pat00031
here,
Figure 112009078016667-pat00031

상기 수학식 19을 구한 후에 등가화 과정은 수학식 19에서 전차선과 조가선은 등전위이므로 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.After obtaining Equation 19, the equivalence process may be represented as Equation 20 because the tram line and the rough line are equipotential in Equation 19.

Figure 112009078016667-pat00032
Figure 112009078016667-pat00032

등가 도체의 전하는 전차선 전하와 조가선 전하의 합이 되므로, 이들을 행렬 관계로 나타내면 수학식 21과 같다.Since the charge of the equivalent conductor is the sum of the chariot charge and the bare ship charge, it is represented by Equation 21 when expressed in a matrix relationship.

Figure 112009078016667-pat00033
Figure 112009078016667-pat00033

상기 수학식 21에서 3행 열의 요소들을 소거하면 수학식 22와 같은 등가 전위계수를 구한다. When the elements of the third row are deleted in Equation 21, an equivalent potential coefficient as in Equation 22 is obtained.

Figure 112009078016667-pat00034
Figure 112009078016667-pat00034

여기서, here,

Figure 112009078016667-pat00035
Figure 112009078016667-pat00035

결국, 등가 서셉턴스는 수학식 23과 같이 전위계수의 역행렬에 의해 구할 수 있다.  As a result, the equivalent susceptance can be obtained by the inverse of the potential coefficient as shown in Equation (23).

Figure 112009078016667-pat00036
Figure 112009078016667-pat00036

6. 도체 데이터의 재입력6. Reentry of Conductor Data

도체의 기하학적 구조, 재질, 크기 및 전기적 특성들을 재입력하게 된다.The geometry, material, size and electrical properties of the conductor will be re-entered.

표 1은 각 전차선로의 기하학적 구조를 나타낸 것으로서, 이 표1에 의해 단면도를 그리면 도 9 내지 도 11과 같이 되는데, 토공, 터널 및 교량구간의 형태에 따라 조금씩 각 도체들의 위치가 변경된다.Table 1 shows the geometry of each tram line, and when the cross-sectional view is drawn according to Table 1, as shown in FIGS. 9 to 11, the positions of the conductors are changed little by little depending on the shape of the earthworks, tunnels, and bridge sections.

Figure 112009078016667-pat00037
Figure 112009078016667-pat00037

- 각 전차선로의 기하학적 구조 --Geometry of each tramway-

다음 표 2~4는 도체들의 재질, 크기 및 전기적 성질을 나타낸다.Tables 2 to 4 show the materials, sizes, and electrical properties of the conductors.

Figure 112009078016667-pat00038
Figure 112009078016667-pat00038

- 토공구간에서 도체 특성 -            -Conductor Characteristics in Earthwork Section-

Figure 112009078016667-pat00039
Figure 112009078016667-pat00039

- 터널 구간에서 도체 특성 -        Conductor Characteristics in Tunnel Section

Figure 112009078016667-pat00040
Figure 112009078016667-pat00040

- 교량구간에서 도체 특성 -           Conductor Characteristics in Bridge Sections

표 1 내지 표 4에서 제시한 모든 도체 데이터의 입력 값들을 이용하여 전체 도체의 서셉턴스 값을 구하고, 전체 서셉턴스 값을 등전위 도체로 분류 및 그룹핑하여 등가화함으로써 5도체군의 등가 전차선로 임피던스 및 서셉턴스를 구할 수 있다.Using the input values of all conductor data shown in Tables 1 to 4, the susceptance values of the entire conductors are obtained, and the total susceptance values are classified and grouped into equipotential conductors, which are then equalized. Susceptance can be obtained.

본 발명에서 대지 저항율은 100Ωㆍm로 하고, 주파수는 60㎐로 적용할 경우에, 각 구간별 등가 임피던스를 나타내면 하기한 표 5 내지 표 7이 된다. In the present invention, when the earth resistivity is 100? · M and the frequency is applied at 60 Hz, the equivalent impedance for each section is shown in Tables 5 to 7.

Figure 112009078016667-pat00041
Figure 112009078016667-pat00041

- 토공구간에서 등가 축약 임피던스 -           -Equivalent short-circuit impedance in earthwork section-

Figure 112009078016667-pat00042
Figure 112009078016667-pat00042

- 터널구간에서 등가 축약 임피던스 -        Equivalent short-circuit impedance in tunnel section;

Figure 112009078016667-pat00043
Figure 112009078016667-pat00043

- 교량구간에서 등가 축약 임피던스 -           -Equivalent short-circuit impedance in bridge section-

한편, 도체군 등가 서셉턴스를 나타내면 하기한 표 8 내지 표 10과 같다.On the other hand, the equivalent conductor susceptance is shown in Tables 8 to 10 below.

Figure 112009078016667-pat00044
Figure 112009078016667-pat00044

- 토공구간에서 등가 축약 서셉턴스 -         Equivalent abbreviation susceptance in earthworks

Figure 112009078016667-pat00045
Figure 112009078016667-pat00045

- 터널구간에서 등가 축약 서셉턴스 -       Equivalent abbreviation susceptance in tunnel section

Figure 112009078016667-pat00046
Figure 112009078016667-pat00046

- 교량구간에서 등가 축약 서셉턴스 -           Equivalent abbreviation susceptance in bridge section-

이와 같이, 토공, 터널, 교량 구간의 전차선로 설계시 여러 현상들을 파악, 해석 및 예측하기 위해 교류 전기철도 전차선로의 선로정수 값들이 주어야 하는데, 이 선로정수는 임피던스와 서셉턴스로 구성되므로 5도체군에 대한 임피던스와 서셉턴스를 계산하게 되며, 상기 5도체군의 선로정수에 의해 전력을 해석하여 전기 철도 시스템 여러 현상을(즉, 전기 철도 시스템을 통하여 전기 철도 차량에 부가되는 전압과 전압강하의 정도 등) 해석 및 예측할 수 있게 된다.
이때, 복선 각 도체 종류, 굵기 및 기하학적 구조를 변경하여 재입력하고, 재입력된 값들에 대한 5도체군의 등가 임피던스 및 서셉턴스 계산 후 5도체군의 등가 선로정수를 출력하고 전력 해석을 수행하는 과정을 반복한 후 가장 적은 전압 변동 및 양질의 전력을 공급 가능하게 하는 최적의 도체 및 구조를 선택하여 설계함으로써 도체의 기하학적 구조를 고려한 최적의 전차선로 시스템을 설계할 수 있게 된다.
Thus, in order to identify, interpret and predict various phenomena in the design of tram lines in earthworks, tunnels, and bridge sections, the line constants of AC tram lines should be given. The impedance and susceptance for the group are calculated, and the power is analyzed by the line constant of the 5 conductor group to perform various electric railway system phenomena (ie, the voltage and voltage drop added to the electric railway vehicle through the electric railway system). Degree, etc.) can be interpreted and predicted.
In this case, re-entry by changing each conductor type, thickness, and geometry of the double-wire, and after calculating the equivalent impedance and susceptibility of the five conductor group to the re-input values, outputs the equivalent line constant of the five conductor group and performs power analysis After repeating the process, the optimum conductor and structure can be designed considering the geometry of the conductor by selecting and designing the optimal conductor and structure that can provide the lowest voltage fluctuations and high quality power.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.

본 발명은 교류 전기철도 시스템의 전차선로 설계 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토공, 터널 교량 구간의 전차선로 설계시 실제 계통에서 전차선로 시스템을 구성하고 있는 5도체군에 대해 각각의 선로정수를 계산할 수 있고, 이 선로정수에 의해 교류 전기철도 시스템의 여러 현상을 해석 및 예측할 수 있는 교류 전기철도 시스템의 전차선로 설계 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for designing a tramway of an AC electric railway system, and more specifically, to design a tramline in a earthwork and tunnel bridge section, each track constant for each of the five conductor groups constituting the tramway system in an actual system. The present invention relates to a tramline design method for an AC electric railway system that can calculate and analyze and predict various phenomena of an AC electric railway system by using this line constant.

도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 철도 전차선로 시스템의 기하학적인 구조가 도시된 도면, 1 is a view showing the geometrical structure of a railway tramway system applied to an embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 교류 전기철도 시스템의 전차선로 설계 방법이 도시된 순서도,2 is a flowchart illustrating a method for designing a tramway line of an AC electric railway system according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도체군의 자기 임피던스가 도시된 도면, 3 is a diagram illustrating magnetic impedance of a group of conductors according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도체군과 도체 사이의 상호 임피던스가 도시된 도면, 4 is a diagram illustrating mutual impedance between a conductor group and a conductor according to an embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도체군과 도체군 사이의 상호 임피던스가 도시된 도면, 5 is a diagram illustrating mutual impedance between a conductor group and a conductor group according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 실시예에 전차선로 임피던스의 등가화 과정이 도시된 도면, 6 is a diagram illustrating an equalization process of a catenary line impedance in an embodiment of the present invention;

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 2개의 도체에 대해 정전용량과 정전유도 계수의 관계가 도시된 도면, 7 is a diagram illustrating a relationship between capacitance and induction coefficient for two conductors according to an embodiment of the present invention;

도 8은 본 발명의 실시예에 도체의 대지귀로 영상 및 사이의 거리에 따른 전하 및 전위 계산 구조가 도시된 도면, FIG. 8 is a diagram showing charge and potential calculation structures according to an image and a distance between the conductors and ground in an embodiment of the present invention; FIG.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 토공구간의 전차선로의 단면도, 9 is a cross-sectional view of the tram line of the earthworks section according to an embodiment of the present invention,

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터널 구간의 전차선로의 단면도, 10 is a cross-sectional view of the tram line in the tunnel section according to an embodiment of the present invention,

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 교량구간의 전차선로의 단면도이다. 11 is a cross-sectional view of a tram line in a bridge section according to an embodiment of the present invention.

Claims (5)

다수 개의 도체로 구성된 교류 전기철도 시스템의 전차선로 설계 방법에 있어서,In the catenary line design method of an AC electric railway system composed of a plurality of conductors, 복선 각 도체의 도체 데이터를 입력하고, 모든 도체에 대해 임피던스 및 서셉턴스로 이루어지는 선로정수를 계산하는 단계와, Inputting the conductor data of each conductor of the double-wire, calculating a line constant consisting of impedance and susceptance for all conductors; 서로 연결된 도체들을 등전위 도체로 분류한 후 소정의 도체군으로 구분하고, 상기 구분된 도체군을 등가 모델링 방식에 의해 등가화한 후 등가 선로정수를 출력하는 단계와,Classifying the connected conductors into equipotential conductors and classifying the conductors into predetermined conductor groups, equalizing the separated conductor groups by an equivalent modeling method, and outputting an equivalent line constant; 상기 단계에서 출력된 등가 선로정수에 의해 전력을 해석하는 단계와,Analyzing power by the equivalent line constant output in the step; 상기 전력 해석 이후에 복선 각 도체의 도체 데이터를 변경하여 재입력하는 단계와,Changing and re-entering the conductor data of each conductor of the double-wire after the power analysis; 상기 재입력된 도체 데이터를 불러들여 모든 도체의 선로 정수 계산, 도체 등가화, 각 도체군의 등가 선로정수 출력, 전력 해석 과정을 재수행한 후에 최적의 전차선로 시스템을 출력하는 단계를 포함하여 이루어지되,Importing the re-inputted conductor data, calculating the line constants of all conductors, equalizing the conductors, outputting the equivalent line constants of each conductor group, and outputting the optimal catenary system after performing the power analysis process. , 상기 도체 데이터는 각 도체에 대한 높이, 도체간 거리, 반지름, 투자율과 같은 기하학적 구조, 재질, 크기, 전기적 성질에 대한 데이터이고,The conductor data is data on the geometry, material, size, electrical properties such as height, distance between conductors, radius, and permeability for each conductor, 상기 등전위 도체로 분류한 후 소정의 도체군으로 구분하는 단계는, 상행 급전선을 제1 도체군, 하행 급전선을 제2 도체군, 상행 전차선과 상행 조가선을 제3 도체군, 하행 전차선과 하행 조가선을 제4 도체군, 레일, 가공 보호선, 및 접지선을 제5 도체군으로 구분하는 것을 특징으로 하는 교류 전기 철도 시스템의 전차선로 설계 방법.After dividing the equipotential conductor into a predetermined group of conductors, the ascending feeder is the first conductor group, the descending feeder is the second conductor group, the ascending tram line and the ascending tramp line, the third conductor group, the descending tram line and the descending tram line. A method for designing a catenary system for an alternating current electric railway system, wherein the fourth conductor group, the rail, the overhead protective line, and the ground line are divided into the fifth conductor group. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전차선로 시스템을 출력하는 단계는, 토공, 터널, 교량의 전기 철도 시스템의 전 구간에 대한 전차선로 설계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 교류 전기 철도 시스템의 전차선로 설계 방법.The outputting of the tramline system, the tramway design method of the AC electric railway system, characterized in that the tramway design for all sections of the electric railway system of earthworks, tunnels, bridges.
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