KR101517059B1 - 전동차의 교직 자동 절환시스템 - Google Patents

전동차의 교직 자동 절환시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동차의 교직 자동 절환시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차상과 지상에 있는 신호장치와 열차종합관리장치인 TCMS를 연계하여 교직 절환을 자동으로 행할 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전동차의 교직 자동 절환시스템은 사구간 전방에 설치되어 전동차가 교직(AC-DC) 사구간이나 직교(DC-AC) 사구간을 통과하려는 경우 차상 신호장치에 절환 필요 사구간 알림 신호를 전송하는 지상 신호장치와, 상기 지상 신호장치로부터 절환 필요 사구간 알림 신호를 수신하는 경우 TCMS에 출력을 주는 차상 신호장치, 및 상기 차상 신호장치로부터 출력이 있는 경우 토글을 발생하여 기존에 가압되었던 7번선(교류 주차단기 제어회로)은 차단하고 8번선(직류 주차단기 제어회로)을 가압하거나, 기존에 가압되었던 8번선은 차단하고 7번선을 가압하는 TCMS를 포함하여 구성된다.

Description

전동차의 교직 자동 절환시스템 {Automatic AC/DC switching system of electric train}
본 발명은 전동차의 교직 자동 절환시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차상과 지상에 있는 신호장치와 열차종합관리장치인 TCMS를 연계하여 교직 절환을 자동으로 행할 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다.
전차선로는 전동차의 동력원인 전기를 공급하는 특수한 전기설비로서 전기적인 특성상 서로 다른 전기와 접속할 경우 두 전기간에 서로 마주치지 않도록 절연을 시켜야 하는데 이 필수적인 설비를 절연구간 또는 사구간이라 한다.
이 사구간 중에 AC/DC 사구간은 직류방식(예를 들어 DC 1,500V)을 사용하는 구간과 교류방식(예를 들어 AC 25,000V)을 사용하는 구간을 전기적으로 구분하기 위하여 설치하고, 이 사구간 통과 시에는 전동차가 동력이 없는 상태로 타력으로 운행하여야 하기 때문에 타행운전을 원활히 하기 위하여 가급적 평탄지 또는 하구배 및 직선구간에 설치한다.
또한, 사구간의 앞에는 사구간을 예고하여 타행 운전을 하도록 하는 표지가 설치되어 있으며, 사구간을 완전히 벗어난 지점에 재가속이 가능한 지점을 알리는 역행 표지가 설치되어 있다.
이와 같은 사구간 통과시 전동차가 사구간에 가까워 오면 사구간 사전 경고신호가 신호음 등으로 운전자에게 통지하여 이를 인지하고, 다시 사구간 경고표시를 확인하여 운전자가 인지한 후, 운전자가 사구간 절환표시를 확인하고 나서 운전자가 직접 교직절환스위치인 ADS(AC-DC switch)를 조작해서 DC에서 AC로 또는 AC에서 DC로 절환한다.
따라서, 전 차량의 주차단기(MCB: main circuit breaker)가 오픈된 상태로 사구간, 즉 절연구간을 통과하게 되고, 그 사구간이 지난 후에 차량에서 가선의 전압이 AC 또는 DC인지를 인지하여 자동으로 주차단기(MCB)가 투입되게 되며, 운전자는 그 가선 변경에 따른 정상운행을 시작하게 된다.
도 1a와 도 1b는 이와 같은 운전자의 ADS 조작에 의한 직교 절환 회로도이다.
기관사가 사구간 절환표시를 확인하고 나서 운전실에서 교직절환스위치(ADS)를 AC에서 DC로 절환하는 경우 7번선은 무가압되어 주차단기 제1계전기(MCBR1)와 주차단기 제2계전기(MCBR2)가 소자된다.
또한, 7번선이 무가압되는 것에 의해 교직절환 교류용계전기(ADAR)가 소자되어 교직절환 교류용계전기 a접점(ADARa)이 오픈(open)되며 이에 의해 구동차인 M차와 M'차에 구비된 주변환장치를 구성하는 PWM 컨버터도 정지한다.
따라서 주전동기가 작동을 하지 않아 전동차는 동력이 없는 상태로 타력으로 운행된다.
한편, 주차단기 제1계전기(MCBR1)와 주차단기 제2계전기(MCBR2)가 소자되면 MCB 트랩코일(MCB-T)이 여자되어 전편성의 주차단기(MCB)는 모두 차단된다.
상기 주차단기(MCB)가 차단되면 가압의 8번선에 의하여 교직절환기(ADCg)가 교류에서 직류 측으로 절환된다.
반대로 기관사가 운전실에서 교직절환스위치(ADS)를 DC에서 AC로 절환하는 경우는 주차단기 제1계전기(MCBR1)와 주차단기 제2계전기 소자(MCBR2) -> 전편성 주차단기(MCB) 차단 -> 교직절환기(ADCg) 직류에서 교류로 절환되는 순서로 진행된다.
이와 같이 종래에는 사구간 통과시 운전자의 수동 조작에 의해 절환하기 때문에 사구간 진입시 기관사의 오조작 등에 의해 고장을 일으키고, 기관사가 조작을 실념(失念)하였을 때 모진이라는 중대한 사고를 일으키는 등의 문제점이 있었다.
한편, 현재 철도차량은 부산 김해 경전철, 인천 2호선과 같은 무인운전 시스템의 차량이 늘어가고 있지만, 아직까지 무인운전 시스템의 차량은 AC전용 또는 DC전용으로 설계가 이루어졌기 때문에 AC/DC 겸용의 전동차에 무인운전 시스템이 적용된 경우가 없었다.
따라서 추후 AC/DC 겸용의 전동차에 무인운전 시스템을 적용할 경우 교직 자동 절환은 반드시 풀어야 할 숙제이다.
국내공개번호 10-1999-0086288(1999년12월15일) 국내공개번호 10-2011-0116811(2011년10월26일)
본 발명은 상술한 문제점과 숙제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차상과 지상에 있는 신호장치와 열차종합관리장치인 TCMS를 연계하여 자동으로 교직 절환을 함으로써 기관사의 오조작에 의한 고장이나 미실행에 의한 모진을 방지할 수 있고 향후 유인운전 시스템에서 무인운전 시스템으로 변경시 발생할 문제에 대해 미리 대처할 수 있는 전동차의 교직 자동 절환시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동차의 교직 자동 절환시스템은 사구간 전방에 설치되어 전동차가 교직(AC-DC) 사구간이나 직교(DC-AC) 사구간을 통과하려는 경우 차상 신호장치에 절환 필요 사구간 알림 신호를 전송하는 지상 신호장치;
상기 지상 신호장치로부터 절환 필요 사구간 알림 신호를 수신하는 경우 TCMS에 출력을 주는 차상 신호장치; 및
상기 차상 신호장치로부터 출력이 있는 경우 토글을 발생하여 기존에 가압되었던 7번선(교류 주차단기 제어회로)은 차단하고 8번선(직류 주차단기 제어회로)을 가압하거나, 기존에 가압되었던 8번선은 차단하고 7번선을 가압하는 TCMS; 를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 지상 신호장치는 전동차가 교교(AC-AC) 사구간이나 직직(DC-DC) 사구간을 통과하려는 경우 절환 불필요 사구간 알림 신호를 차상 신호장치에 전송하고, 상기 차상 신호장치는 절환 불필요 사구간 알림 신호를 수신하여 TCMS에 출력하지 않으며, 상기 TCMS는 출력이 없는 경우 토글을 발생하지 않고 기존에 가압되었던 7번선이나 8번선의 가압을 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절환 불필요 사구 알림 신호와 절환 필요 사구간 알림 신호는 주파수가 서로 다른 신호인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절환 불필요 사구 알림 신호는 기준이 되는 제1주파수 신호이고, 절환 필요 사구 알림 신호는 제1주파수와 다른 제2주파수 신호인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1주파수 신호의 주파수는 68KHz인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 TCMS는 교류전압 검지계전기 a접점과 직류전압 검지계전기 a접점에 각각 연결되어 가선 상태에 따라 교류전압 검지계전기 a접점(ACVRa)이 클로즈되는 경우 7번선의 교류 주차단기 제어회로에 출력을 주고, 직류전압 검지계전기 a접점이 클로즈되는 경우 8번선의 직류 주차단기 제어회로에 출력을 주는 것을 특징으로 한다.
상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 차상과 지상에 있는 신호장치와 열차종합관리장치인 TCMS를 연계하여 교직 절환을 자동으로 행함으로써 기관사의 오조작에 의한 고장이나 미실행에 의한 모진을 방지할 수 있고 향후 유인운전 시스템에서 무인운전 시스템으로 변경시 발생할 문제에 대해 미리 대처할 수 있다.
도 1a와 도 1b는 종래 수동 조작에 의한 교직 절환 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 교직 자동 절환시스템의 블록도이다.
도 3a와 도 3b는 도 2의 절환시스템을 적용한 회로도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명에 따른 교직 자동 절환시스템의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 교직 자동 절환시스템은 지상 신호장치(10), 차상 신호장치(20), TCMS(30), 교류전압 검지계전기(ACVR) 및 직류전압 검지계전기(DCVR)를 포함하여 구성된다.
상기 지상 신호장치(10)는 사구간 전방의 지상에 설치되어 전동차 운행시 교교(AC-AC) 사구간이나 직직(DC-DC) 사구간인 경우에 절환 불필요 사구간 알림 신호로 제1주파수 신호를 발생하여 차상 신호장치(20)에 전송하고, 교직(AC-DC) 사구간이나 직교(DC-AC) 사구간인 경우에 절환 필요 사구간 알림 신호로 상기 제1주파수가 아닌 제2주파수 신호를 발생시켜 차상 신호장치(20)에 전송한다.
여기서는 제1주파수로 68KHz를, 제2주파수로 68KHz가 아닌 임의로 설정된 주파수인 78KHz를 발생한다.
상기 차상 신호장치(20)는 전동차에 탑재되는 것으로, 지상 신호장치(10)로부터 제1주파수 신호를 수신하는 경우 TCMS(30)에 출력을 주지 않고(OUTPUT(0)), 제2주파수 신호를 수신하는 경우 TCMS(30)에 출력을 준다(OUTPUT(1)).
TCMS(30)는 철도차량 전반의 운행상태 파악을 위한 각종 신호정보 수집, 상태의 현시, 그 기록 및 저장을 담당한다.
또한, 철도차량 내 주요 기기의 감시를 집중적으로 행하고 기기의 보수 및 승무원의 운전업무를 지원하며, 고장 발생시 원격 제어하여 운행에 지장이 없게 제어한다.
특히 본 발명에서는 상기 TCMS(30)의 일측에 교류전압 검지계전기 a접점(ACVRa) 및 직류전압 검지계전기 a접점(DCVRa)이 연결되고, 타측에 7번선의 교류 주차단기 제어회로 및 8번선의 직류 주차단기 제어회로가 연결되어, 교류전압 검지계전기 a접점(ACVRa)이나 직류전압 검지계전기 a접점(DCVRa)이 클로즈(close)되는 경우 해당 교류전압 또는 직류전압 주차단기 제어회로에 출력을 준다.
즉, 교류전압 검지계전기 a접점(ACVRa)이 클로즈되는 경우 7번선의 교류 주차단기 제어회로에 출력을 주고, 직류전압 검지계전기 a접점(DCVRa)이 클로즈되는 경우 8번선의 직류 주차단기 제어회로에 출력을 준다.
상기 교류전압 검지계전기 a접점(ACVRa)이나 상기 직류전압 검지계전기 a접점(DCVRa)은 평소에 오픈되어 있다가, 가선에 교류전압이 흐르는지 검지하는 교류전압 검지계전기(ACVR)나, 직류전압이 흐르는지 검지하는 직류전압 검지계전기(DCVR)가 여자되는 경우 클로즈된다.
상기 TCMS(30)는 차상 신호장치(20)로부터 출력이 없는 경우 토글(toggle)이 일어나지 않게 하여 사구간을 통과한 후 기존의 7번선이나 8번선의 가압이 계속 유지되도록 하고, 차상 신호장치(20)로부터 출력이 있는 경우 토글을 발생하여 기존에 가압되었던 7번선은 차단하고 8번선을 가압하며, 반대로 기존에 8번선이 가압되었다면 7번선을 가압하는 스위칭 역할을 수행한다.
도 3a와 도 3b는 도 2의 절환시스템을 적용한 회로도이다.
전동차가 교직 사구간을 진입하는 경우 지상 신호장치(10)는 절환 필요 사구간 알림 신호로 제2주파수인 78KHz 신호를 발생하여 차상 신호장치(20)에 전송하고, 차상 신호장치(20)는 이 78KHz 신호를 발생하여 TCMS(30)에 출력을 준다.
출력을 받은 TCMS(30)는 토글을 발생하여 기존의 7번선은 차단되고 8번선이 가압된다.
따라서 7번선은 무가압되어 주차단기 제1계전기(MCBR1)와 주차단기 제2계전기(MCBR2)가 소자된다.
또한, 7번선이 무가압되는 것에 의해 교직절환 교류용계전기(ADAR)가 소자되어 교직절환 교류용계전기 a접점(ADARa)이 오픈(open)되며 이에 의해 구동차인 M차와 M'차에 구비된 주변환장치를 구성하는 PWM 컨버터도 정지한다.
따라서 주전동기가 작동을 하지 않아 전동차는 동력이 없는 상태로 타력으로 사구간을 통과한다.
상기 주차단기 제1계전기(MCBR1)와 주차단기 제2계전기(MCBR2)가 소자되면 MCB 트랩코일(MCB-T)이 여자되어 전편성의 주차단기(MCB)는 모두 차단된다.
상기 주차단기(MCB)가 차단되면 가압의 8번선에 의하여 교직절환기(ADCg)가 교류에서 직류로 절환된다.
반대로 전동차가 직교 사구간을 진입하는 경우 지상 신호장치(10)는 절환 필요 사구간 알림 신호로 제2주파수인 78KHz 신호를 발생하여 차상 신호장치(20)에 전송하고, 차상 신호장치(20)는 이 78KHz 신호를 발생하여 TCMS(30)에 출력을 준다.
출력을 받은 TCMS(30)는 토글을 발생하여 기존의 8번선은 차단되고 7번선이 가압된다.
이에 따라 주차단기 제1계전기(MCBR1)와 주차단기 제2계전기(MCBR2) 소자 -> 전편성 주차단기(MCB) 차단 -> 교직절환기(ADCg) 직류에서 교류로 절환된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면 지상 및 차상 신호장치(10,20)와 TCMS(30)를 연동하여 자동으로 AC/DC를 절환함으로써 운전자의 오조작 및 미실행에 의한 모진의 문제를 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10: 지상 신호장치 20: 차상 신호장치
30: TCMS ACVRa: 교류전압 검지계전기 a접점
ADCg: 교직절환기 ADS: 교직절환스위치
DCVRa: 직류전압 검지계전기 a접점 MCB: 주차단기
MCBR1,MCBR2: 주차단기 계전기 MCB-T: 주차단기 트랩코일

Claims (6)

  1. 사구간 전방에 설치되어 전동차가 교직(AC-DC) 사구간이나 직교(DC-AC) 사구간을 통과하려는 경우 차상 신호장치에 절환 필요 사구간 알림 신호를 전송하는 지상 신호장치;
    상기 지상 신호장치로부터 절환 필요 사구간 알림 신호를 수신하는 경우 TCMS에 출력을 주는 차상 신호장치; 및
    상기 차상 신호장치로부터 출력이 있는 경우 토글을 발생하여 기존에 가압되었던 7번선(교류 주차단기 제어회로)은 차단하고 8번선(직류 주차단기 제어회로)을 가압하거나, 기존에 가압되었던 8번선은 차단하고 7번선을 가압하는 TCMS; 를 포함하되,
    상기 지상 신호장치는 전동차가 교교(AC-AC) 사구간이나 직직(DC-DC) 사구간을 통과하려는 경우 절환 불필요 사구간 알림 신호를 차상 신호장치에 전송하고,
    상기 차상 신호장치는 절환 불필요 사구간 알림 신호를 수신하여 TCMS에 출력하지 않으며,
    상기 TCMS는 출력이 없는 경우 토글을 발생하지 않고 기존에 가압되었던 7번선이나 8번선의 가압을 유지하는 것을 특징으로 하는 전동차의 교직 자동 절환시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절환 불필요 사구간 알림 신호와 상기 절환 필요 사구간 알림 신호는 주파수가 서로 다른 신호인 것을 특징으로 하는 전동차의 교직 자동 절환시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절환 불필요 사구간 알림 신호는 기준이 되는 제1주파수 신호이고, 상기 절환 필요 사구간 알림 신호는 제1주파수와 다른 제2주파수 신호인 것을 특징으로 하는 전동차의 교직 자동 절환시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1주파수 신호의 주파수는 68KHz인 것을 특징으로 하는 전동차의 교직 자동 절환시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 TCMS는 교류전압 검지계전기 a접점과 직류전압 검지계전기 a접점에 각각 연결되어 가선 상태에 따라 교류전압 검지계전기 a접점(ACVRa)이 클로즈되는 경우 7번선의 교류 주차단기 제어회로에 출력을 주고,
    상기 직류전압 검지계전기 a접점이 클로즈되는 경우 8번선의 직류 주차단기 제어회로에 출력을 주는 것을 특징으로 하는 전동차의 교직 자동 절환시스템.
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