KR101527566B1 - 철도레일 유기전류 차단 장치 - Google Patents

철도레일 유기전류 차단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레일 사이에 위치하고, 전력을 공급받아 자기장을 만드는 급전선로; 및 상기 급전선로를 내부에 포함하고, 상기 레일과 결합된 유기전류 외부 차단부;를 포함하되, 상기 유기전류 외부 차단부는 상기 자기장에 의하여 형성되어 상기 레일에 흐르는 유기전류에 대한 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 철도레일 유기전류 차단 장치를 제공한다. 따라서 본 발명은 유기전류 차단부와 레일과 폐루프를 형성하여 레일에 형성된 유기전류가 폐루프에만 흐르게 하여 레일에 연결된 외부 설비의 손상을 방지하는 효과가 있다.

Description

철도레일 유기전류 차단 장치{Apparatus for blocking the induced current on the rail}
본 발명은 레일에 유도된 유기전류를 감소시키기 위하여 폐루프를 형성하는 철도레일 유기전류 차단 장치에 관한 것이다.
대부분의 대중 승객 수송용 궤도 차량은 동력 시스템을 이용하여 외부로부터 동력을 공급받아 작동한다. 궤도 차량은 동력 집전장치를 구비하고, 상기 집전장치를 통하여 궤도를 따라 형성되는 급전장치(집전장치)로부터 동력 즉, 전력(전기에너지)을 공급받아 움직인다. 상기 급전장치의 이용은 궤도 차량에 한정되지 않고, 일반적인 차량에도 적용된다.
급전선로를 포함하는 급전장치와 집전장치는 전류로부터 유기되는 자기장을 통하여 전력을 교환한다. 급전장치와 집전장치가 전력을 교환하는 과정은 다음과 같다. 도 1을 참고하면, 궤도차량에 전력을 공급하는 무선전력전송 장치(100)의 개념도를 나타낸다. 집전장치(140)는 궤도차량에 포함되어 정류기(150)와 연결되고, 급전장치(130)는 인버터(120)에 의하여 고주파 변환된 전원을 공급받는다. 급전장치(130)는 궤도차량에 있는 집전장치(140)에 전력전류에 의하여 유도된 자기장을 전달하여 집전장치(140)에 전력을 전송하고, 궤도차량은 이를 동력원으로 사용한다. 이 때, 급전장치(130)와 집전장치(140) 사이에는 자기장 유도에 따른 와류손실과 전자기파 발생에 따른 손실이 발생하고, 상기 자기장 유도에 의하여 레일에도 유도전류가 발생하는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 특허등록공보 KR 1087768호는 자기유도 전력전달용 급전장치와 집전장치의 전자기 차폐장치를 제시한다. 도 2를 참고하면, 급전코어(210)와 급전선(220) 상부에 뼈대구조의 접지선(230)이 설치된다. 접지선(230)은 급전코어(210)의 상부에 도로의 길이 방향을 따라 일직선으로 연장되는 긴 금속선(231)과 금속선(231)과 직교된 상태로 일정 간격으로 배치되는 다수개의 짧은 금속막대(233)이 구비된 뼈대구조를 형성한다. 뼈대구조의 접지선(233)의 양 끝 또는 한 쪽 끝 부분이 지면의 어스와 연결되고, 이에 의하여, 급전선로에서 발생되는 전기장이나 전자기파, 고압누설전류 등이 뼈대구조 접지선(230)을 통해 흡수되어 전자기 차폐 및 고압 전기로부터 안전하게 한다.
그러나, 자기유도 전력전달용 급전장치와 집전장치의 전자기 차폐장치 역시, 급전장치(급전선로를 포함)와 집전장치 사이의 자기장에 의하여 레일에 유기되는 전류를 감소시키지 못하는 문제점을 가지고 있다. 또한 레일에 유기되는 전류는 레일과 연결된 다른 설비에 악영향을 줄 수 있다. 도 3을 참조하면, 레일유기전류(330)가 흐르는 양상을 알 수 있다. 레일(320)은 위치를 검지하는 궤도회로장치(350)에 의하여 서로 연결되어 있는데, 레일(320)과 궤도회로장치(350)는 하나의 큰 루프를 이루고, 레일(320)에 유기된 전류(330)는 외부설비에 흐르게 되기 때문이다. 더욱이 궤도차량에 공급하는 전력은 매우 크기 때문에 이러한 미세한 유도전류라 하더라도 안전상의 문제와 궤도회로장치(310)를 포함하는 궤도차량 신호설비에 영향을 미치게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 급전선로에 의하여 유도되는 유기전류를 감소시키는 차단 장치가 요구된다.
본 발명의 목적은 레일에 흐르는 유기전류를 감소시키는 철도레일 유기전류 차단 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시의 일 측면에서, 본 발명은 레일 사이에 위치하고, 전력을 공급받아 자기장을 만드는 급전선로; 및 상기 급전선로를 내부에 포함하고, 상기 레일과 결합된 유기전류 외부 차단부;를 포함하되, 상기 유기전류 외부 차단부는 상기 자기장에 의하여 형성되어 상기 레일에 흐르는 유기전류에 대한 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 철도레일 유기전류 차단 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 유기전류 외부 차단부 사이에 상기 레일과 결합된 적어도 1개 이상의 유기전류 내부 차단부를 더 포함하되, 상기 유기전류 내부 차단부는 상기 자기장에 의하여 형성되어 상기 레일에 흐르는 유기전류에 대한 복수의 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 철도레일 유기전류 차단 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 유기전류 외부 차단부는 상기 레일의 폭보다 더 큰 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 철도레일 유기전류 차단 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 유기전류 내부 차단부는 상기 레일의 폭보다 더 큰 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 철도레일 유기전류 차단 장치를 제공한다.
본 발명은 유기전류 차단부와 레일과 폐루프를 형성하여 레일에 형성된 유기전류가 폐루프에만 흐르게 하여 레일에 연결된 외부 설비의 손상을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 급전선로와 겹쳐지도록 폐루프를 복수개 형성하여, 유기전류의 크기를 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 궤도차량에 전력을 공급하는 무선전력전송 장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 자기유도 전력전달용 급전장치와 집전장치의 전자기 차폐장치의 평면도를 나타내는 도면이다.
도 3은 급전선로에 의한 유기전류가 레일에 유도되는 모습의 개략도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 철도레일 유기전류 차단 장치에 연결된 급전선로와 자기장을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 철도레일 유기전류 차단 장치의 개념도를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 복수의 소폐루프를 형성하는 철도레일 유기전류 차단 장치의 개념도를 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 철도레일 유기전류 차단 장치의 급전선로 자기장을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 철도레일 유기전류 차단 장치는 급전선로(310)를 포함한다.
급전선로(310)는 외부로부터 전력을 전달받아 자기장을 발생시킨다. 급전선로(310)는 급전코어와 급전선을 포함할 수 있다. 급전코어가 급전선으로 권선되어 감아지고 전류(410)가 급전선에 흐르면, 급전선은 권선수 및 급전코어의 자성에 따라 일정 방향의 자기장(340)을 발생시킨다. 자기장의 방향은 오른손 나사 법칙에 의하여 결정된다. 도 4와 같이, 전류(410)가 반시계방향으로 이동하는 경우, 자기장(340)은 오른손 나사 법칙에 의하여 윗면을 향하도록 형성된다.
급전선로(310)는 급전장치의 일부를 이루어 레일(320)사이에 위치하고, 궤도차량의 집전장치에 자기장(340)을 전달한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 철도레일 유기전류 차단 장치의 개념도를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 철도레일 유기전류 차단 장치는 급전선로(310) 및 유기전류 차단부를 포함한다. 유기전류 차단부는 유기전류 외부 차단부(510) 및 유기전류 내부 차단부(511)를 포함한다.
유기전류 외부 차단부(510)는 레일(320)에 연결된다. 유기전류 외부 차단부(510)는 레일(320) 사이에 전기적으로 연결하여 결합되고, 급전선로(310)를 포함시켜 레일(320)과 폐루프(550)를 형성한다.
폐루프(550)는 급전선로(310)에 흐르는 전류(410)에 의하여 자기장(340)을 생성한다. 자기장(340)은 다시 레일(320)에 레일유기전류(330)를 유도하여 흐르도록 한다. 종래기술에 대한 설명에서와 같이 레일유기전류(330)는 레일(320)을 따라 흘러서 외부회로까지 영향을 미친다. 그러나, 폐루프(550)가 형성된 경우, 레일유기전류(330)는 외부에 흐르지 않고 폐루프(550)만을 따라 이동하게 된다. 즉, 레일유기전류(330)가 외부로 흐르지 못하여 전류가 차단(530)된다. 유기전류 차단부(510)는 레일(320)과 폐루프(550)를 형성함으로써, 레일유기전류(330)가 외부로 흐르지 못하게 하고 폐루프(550)만을 순환하도록 할 수 있다.
유기전류 외부 차단부(510)는 레일(320)과 폐루프(550)를 형성하되, 급전선로(310)가 폐루프(550)에 포함되도록 형성할 수 있다. 즉, 유기전류 차단부(510)는 급전선로(310)의 시작 지점과 종료 지점에 위치할 수 있다. 포함된 급전선로(310)의 자기장(340)으로부터 유도된 레일유기전류(330)는 폐루프(550)만을 흐르게 된다.
유기전류 내부 차단부(510)는 전류가 흘러야 하므로, 전도성이 있는 금속으로 구성된다. 대표적으로, 유기전류 외부 차단부(510)는 케이블 또는 단순한 금속부재가 될 수 있다.
유기전류 외부 차단부(510)는 레일(320)의 폭(두께)보다 더 큰 폭(두께)을 가질 수 있다. 유기전류 외부 차단부(510)의 폭이 레일(320)의 폭보다 클수록 폐루프(550) 외부로 빠져나가는 전류(530)의 양이 줄어든다.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 복수의 소폐루프를 형성하는 철도레일 유기전류 차단 장치의 개념도를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 복수의 폐루프(611, 613, 615, 617)를 형성하는 유기전류 내부 차단부(511)가 도시되어 있다.
유기전류 내부 차단부(511)는 급전선로(310)를 가로지르도록 겹쳐지게 레일(320)과 연결되어 위치할 수 있다. 유기전류 내부 차단부(511)는 레일(320)과 복수의 소폐루프(611, 613, 615, 617)를 형성한다. 급전선로(310)에 의해 유도된 자기장(340)은 레일(320)에 레일유기전류(330)를 생성하고 레일유기전류(330)는 전류순환방향(621, 623, 625, 627)에 따라 지속적으로 복수의 소폐루프(611, 613, 615, 617)를 순환한다. 급전선로(310)가 위치한 레일(320)에는 여전히 레일유기전류(330)가 형성이 되기 때문에, 철도레일 유기전류 차단 장치는 레일유기전류(330)를 줄이기 위하여 급전선로(310) 중간에 레일(320) 사이를 전기적으로 연결하도록 유기전류 내부 차단부(511)를 포함한다. 그러면, 각 유기전류 내부 차단부(511)와 레일(320)이 이루는 폐루프(550)의 크기가 작아지고, 크기가 작은 복수의 소폐루프(611, 613, 615, 617)를 통과하는 자기장(340)이 줄어들어서 레일유기전류(330)가 감소하게 된다. 또한, 전체적으로, 유기전류 외부 차단부(510)를 포함하여 구성된 폐루프(550)만을 상정할 때, 폐루프(550) 외부로 흘러나가는 전류도 없어지게 된다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
310 : 급전선로
320 : 레일
330 : 레일유기전류
340 : 자기장
350 : 궤도회로장치
510 : 유기전류 외부 차단부
511 : 유기전류 내부 차단부

Claims (5)

  1. 레일 사이에 위치하고, 전력을 공급받아 자기장을 만드는 급전선로;
    상기 급전선로를 내부에 포함하고, 상기 레일과 결합된 유기전류 외부 차단부; 및
    상기 유기전류 외부 차단부 사이에 상기 레일과 결합된 적어도 1개 이상의 유기전류 내부 차단부;를 포함하되,
    상기 유기전류 외부 차단부 및 상기 유기전류 내부 차단부는 상기 자기장에 의하여 형성되어 상기 레일에 흐르는 유기전류에 대한 복수의 폐루프를 형성하는 것
    을 특징으로 하는 철도레일 유기전류 차단 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기전류 외부 차단부는 상기 레일의 폭보다 더 큰 폭을 가지는 것
    을 특징으로 하는 철도레일 유기전류 차단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유기전류 내부 차단부는 상기 레일의 폭보다 더 큰 폭을 가지는 것
    을 특징으로 하는 철도레일 유기전류 차단 장치.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기전류 외부 차단부는 전도성을 가지 금속을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 철도레일 유기전류 차단 장치.
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