KR101801820B1 - 실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법 - Google Patents

실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법에 관한 것으로; 전차선전류(IC)와 접지 전류(IE) 및 좌측 및 우측 레일에 흐르는 귀선전류(IR)를 측정하는 제1단계; 및 상기 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)가 전류분석수단으로 입력되면, 전류분석수단은 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)간의 상관관계를 비교 분석하는 제2단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전차선 전류, 귀선 전류 및 접지 전류를 분석함으로써 궤도회로를 사용하지 않는 선로에서의 열차 검지 및 레일 이상 상태 확인을 실시간 실행할 수 있으며, 궤도회로를 사용하여 레일의 이상 유무를 검지하는 장치에 비해 설비의 구성을 간소화할 수 있으며 따라서 궤도회로에 비해 설치 및 운영과 유지보수 비용을 최소화하는 효과가 있다.

Description

실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법 {Method for analyzing trackside environment of electric railway}
본 발명은 실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 전기철도 환경을 구성하는 핵심 요소인 전차선 전류와 귀선 전류 및 접지 전류의 관계를 이용하여 전기철도의 레일환경을 분석함으로써 레일의 이상 여부와 열차의 유무 검지 및 선로변 전기 환경의 이상 유무를 사전에 확인할 수 있는 방법에 관한 것이다.
통상적으로 열차는 선로에 설치된 레일 위에서 차륜을 구동하여 이동한다.
열차의 차륜과 직접 접촉하는 레일의 이상 유무 및 열차 유무 검지는 열차 운행 제어의 가장 기본적인 사항으로, 이러한 기능의 실패는 열차 운행 장애뿐만 아니라, 열차 탈선까지 연계되는 대형 사고도 유발할 수 있다.
또한, 전기철도 운행 구간에 있어서 각각의 레일에 흐르는 귀선전류는 공동접지망을 이용함으로써 최소화되고 있지만, 선로변 환경의 이상 또는 접지망의 문제점이 발생하는 경우에는 선로변에 설치된 전기설비의 파손 및 운영, 유지보수 요원의 인명 피해와도 밀접한 관계를 갖는다.
현재까지 열차의 유무 검지 및 레일의 이상에 대한 예방 유지보수 차원의 실시간 검지는 궤도회로를 사용하였다. 궤도회로는 선로에서 열차의 유무를 검지하기 위해 레일과 케이블 및 전기 설비를 통해 선로에 전기적 폐회로를 구성한 후, 송신기를 통해 레일에 전류를 전송한 후, 귀환하는 전류를 수신한다.
만약, 회로가 단락된 경우에는 신호기계실로 전류가 귀환하지 못함으로써 선로에 열차가 있는 것으로 판단한다. 이를 기반으로 열차의 안전한 운행을 위해 ATS(자동열차정지 : Automatic Train Stop), ATP(자동열차방호 : Automatic Train Protection), ATC(자동열차제어 : Automatic Train Control) 등과 같은 추가적인 설비를 설치하여 열차의 운행간격 및 속도를 제어한다. 이러한 궤도회로는 레일로 전류를 전송하기 위해 신호기계실에 전원장치와 신호기계실에서 레일로 전류를 전송하기 위한 전송장치(TX), 신호기계실에서 선로변까지 정보를 전송하기 위한 케이블, 레일의 이음매 부분의 전기 저항 감소를 위한 임피던스 본드(IB), 선로에는 인접 궤도회로와의 절연을 위한 절연 이음매, 궤도회로의 어느 한 곳으로부터 떨어진 동일 극성의 다른 레일 상호간을 접속시키는 점퍼선, 레일로부터 귀환하는 전류를 수신하기 위한 수신장치(RX), 궤도 계전기 등의 복잡한 설비로 도 1에 도시된 바와 같이 구성된다.
이때, 궤도회로의 전류는 매우 낮으며, ATC의 경우에는 열차운행정보도 궤도회로를 통해 함께 전송함으로써 매우 복잡한 형태로 주어진다. 궤도회로의 길이는 운영 노선에 따라 다르며, 고속철도는 1300 ~ 1600m, 일반철도는 600 ~ 800m, 도시철도는 200 ~ 400m의 길이로, 궤도회로와 궤도회로사이에는 이음매를 갖는다. 여기서 관련 이음매가 절연체로 주어지는 경우에는 유절연 궤도회로라 하며, 절연체가 없는 경우에는 무절연 궤도회로라 한다.
이와 같은 궤도회로는 선로에 열차가 없는 경우에는 레일, 케이블과 신호기계실에 연결된 전기설비가 전기적 폐회로를 구성하여 관련 전류는 연속적으로 흐르게 되며 이러한 원리를 이용하여 레일의 이상을 검지하는 역할을 하게 된다. 도 2의 a)는 선로에 열차가 없으며 레일 이상이 없는 경우로서 신호기계실에서 전송된 전류는 그림에 표시된 번호 순서대로 신호기계실로 귀환하게 된다.
그리고, 도 2의 b)는 궤도회로 위에 열차가 있는 경우에는 궤도회로 전류는 열차의 차축을 통해 신호기계실로 귀환하지만 수신장치에서는 전류가 검출되지 않으며, 이를 이용하여 궤도회로내에 열차가 있음을 검지한다.
하지만, 도 2의 c)와 같이 레일에 이상이 있는 경우에는 신호기계실에서 전송된 전류가 레일을 통해 흐르지 않음으로서 신호기계실의 수신장치는 전류를 수신할 수 없게 되며, 이러한 경우에는 열차가 없음에도 불구하고 열차가 있는 것으로 신호설비에 오동작을 표시함으로써 레일의 이상으로 예측한다.
그리고, 이와 같은 궤도회로와 병행하여 전기철도의 선로변 환경 검지는 레일을 통해 변전소로 귀환하는 귀선전류와 접지망의 접지저항을 측정함으로써 선로변 환경에 대한 분석을 실시한다. 일반적으로 귀선전류는 신선 또는 기존 노선의 개량시에 검측을 실시한 후, 관련 검측은 선로변 이상이 발생하는 경우 이외에는 검측을 실시하지 않는다. 접지망의 경우에도 신선 또는 기존 노선의 개량시에 접지저항을 측정하며, 연 1 ~ 2회 유지보수시에만 접지저항을 측정하고 있으며, 이 또한 선로변 이상이 발생하는 경우에만 검측을 실시한다.
특히, 전기 환경에 대한 검측은 안전 및 운행 선로의 차단을 전제로 하여 측정을 실행함으로써 실시간 또는 수시로 검측을 할 수 없는 단점이 있다.
한편, 임피던스본드 등으로 이루어지는 궤도회로를 사용하지 않고 레일의 절손을 검지할 수 있는 방안이 등록특허 제10-0961899호에 제안된 바 있다. 이는 레일의 절손 검지 장치에 관한 것으로, 열차가 이동하는 제1 및 제2레일의 중간에 가공지선으로 전차선전류를 회귀시키는 귀선으로 흐르는 각각의 전류값을 측정하기 위한, 상기 귀선상에 설치되어 상기 제1레일에서 상기 귀선으로 회귀되는 전차선 전류값을 측정하는 전류센서로 이루어지는 제1전류감지수단; 및 상기 제2레일에서 상기 귀선으로 회귀되는 전차선 전류값을 측정하는 전류센서로 이루어지는 제2전류감지수단과; 상기 제1 및 제2전류감지수단을 통해 각각 입력되는 전류값들의 차이를 연산하고 그 전류차이값을 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값과 비교하여 전류차이값이 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값을 초과하면 레일 절손으로 판정하는 비교처리부와, 상기 비교처리부가 레일 절손으로 판정하는 경우 경보정보를 지상의 기기실로 전송하는 경보발령부로 구성되는 레일절손검지수단;으로 구성된다.
그런데, 상기 등록특허는 제1 및 제2레일을 통해 귀선으로 흐르는 전류값을 불평형 전류 허용 기준값과 비교하여 그 입력 전류차이값이 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값을 초과하는지 여부만을 비교하는 구조로서 전차선 전류와 접지전류 등과의 상관관계를 파악하기 어려워 선로변 환경에 대한 분석 및 검토를 통한 전기철도의 안전 여부를 종합적으로 판단하기 어렵다.
참고문헌: 등록특허 제10-0961899호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 전기철도 환경을 구성하는 전차선 전류와 귀선 전류 및 접지 전류의 관계를 이용하여 전기철도의 레일환경을 분석함으로써 레일의 이상 여부와 열차의 유무 검지 및 선로변 전기 환경의 이상 유무를 실시간으로 확인할 수 있는 전기철도 선로변 환경분석 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 궤도회로를 사용하지 않고서도 선로에서의 열차 검지 및 레일 이상 상태 확인을 실시간 실행할 수 있어 설비의 구성이 간단하여 선로변 환경분석을 위한 설비 및 유지보수 비용을 절감할 수 있는 전기철도 선로변 환경분석 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
전차선전류(IC)와 접지 전류(IE) 및 좌측 및 우측 레일에 흐르는 귀선전류(IR)를 측정하는 제1단계; 및 상기 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)가 전류분석수단으로 입력되면, 전류분석수단은 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)간의 상관관계를 비교 분석하는 제2단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법을 제공한다.
이때, 상기 전차선전류(IC)와 접지 전류(IE) 및 좌측 및 우측 레일에 흐르는 귀선전류(IR)는 변전소 또는 급전 구분소에서 측정하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2단계는, 상기 좌측 및 우측레일로 귀선 전류(IR)가 흐르는지 여부를 비교하는 제2_1단계; 상기 좌측 및 우측레일로 귀선 전류(IR)가 흐르면 상기 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR) 값이 정상범위 내인지 여부를 비교하는 제2_2단계; 및 상기 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR)값이 정상범위 내에서 귀선 전류(IR)가 흐르는 것으로 판단되면, 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류의 설정비율 이상인지 여부를 비교하는 제2_3단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제2_1단계는 상기 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR)가 각각 흐르는지 여부는 각 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR)가 "0"보다 크면 귀선 전류(IR)가 좌측 및 우측레일로 흐르는 것으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2_1단계를 수행시 열차가 운행되는 선로에 귀선 전류(IR) 또는 접지 전류(IE)가 없으면 유지보수 센터에 통보하는 제2_4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2_2단계는 상기 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR)값의 차이가 10% 미만이면 정상범위내에서 귀선 전류(IR)가 흐르는 것으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2_2단계를 수행시 좌측 귀선 전류(IR)와 우측 귀선 전류(IR)의 값이 규정에서 제시된 10% 이상의 차이를 갖는 경우에는 유지보수 센터에 통보하는 제2_5단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제2_3단계는 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류의 50% 이상인지 여부를 비교하여 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류의 50% 미만이면 정상적으로 귀선 전류(IR)가 흐르는 것으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2_2단계를 수행시 전차선 전류(IC), 귀선 전류(IR) 및 접지 전류(IE)의 값을 비교하여 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류(IC)의 50% 이상이면 유지보수 센터로 통보하는 제2_6단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전차선 전류, 귀선 전류 및 접지 전류를 분석함으로써 궤도회로를 사용하지 않는 선로에서의 열차 검지 및 레일 이상 상태 확인을 실시간 실행할 수 있으며, 궤도회로를 사용하여 레일의 이상 유무를 검지하는 장치에 비해 설비의 구성을 간소화할 수 있어 궤도회로에 비해 설치 및 운영과 유지보수 비용을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 궤도회로가 없는 선로에서도 궤도회로가 설치된 선로와 같이 열차가 운행하는 동안 실시간으로 열차 검지 및 레일의 이상 유무 확인이 가능하여 현재 궤도회로가 없는 선로에서 레일의 이상 유무를 검지하기 위해 주 1회 또는 월 1회 검측차를 사용하는 방식에 비해 레일 이상 발생시 신속한 대응을 할 수 있는 장점도 있다.
아울러, 본 발명은 귀선 전류가 매우 큰 경우에는 선로변 스탭(Staff) 인명 및 궤도회로 등과 같이 선로에 설치된 다양한 전기설비의 장애를 유발할 수 있는 주요 원인으로 작용함에 따라 귀선 전류와 함께 전차선 전류, 접지 전류를 비교, 분석함으로써 선로변 전기환경에 대한 상세한 분석과 관련 전류로 인한 인명 및 물질적 피해를 사전에 예방 조치할 수 있는 효과도 기대된다.
그리고, 본 발명은 귀선 전류, 전차선 전류와 접지 전류의 관계를 분석함으로써 선로변 설비 전반에 영향을 줄 수 있는 선로 환경, 접지망의 상태, 전력, 전차선, 신호, 레일의 특성을 실시간 확인할 수 있다.
도 1은 일반적인 궤도회로의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 일반적인 궤도회로의 작동 원리를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시간 전기철도 선로변 환경분석을 위한 전차선 전류와 귀선 전류 및 접지전류의 관계를 설명하기 위해 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시간 전기철도 선로변 환경분석을 위한 설비 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시간 전기철도 선로변 환경분석을 위해 열차의 위치에 따른 전류 흐름을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시간 전기철도 선로변 환경분석 과정 흐름도이다.
도 7은 검측차를 이용한 고속선과 일반선의 귀선 전류 및 전차선 전류의 측정 예를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
우선 본 발명은 전기철도에 있어서 변전소에서 전차선을 통해 열차에 공급되는 전차선 전류(IC)가 변전소로 귀환하는 원리를 이용하여 전차선 전류(IC), 귀선 전류(IR) 및 접지 전류(IE)의 비교, 분석을 통해 선로변 환경을 검토하기 위한 것으로, 열차 운행에 필요한 에너지원으로 전기에너지가 사용됨에 따라 전기에너지를 공급하는 변전소에서 전차선을 통해 전력을 열차로 전송하면 관련 전차선 전류(IC)는 열차가 이동하는 동안, 열차의 동력원을 통해 변전소로 귀환하게 된다.
여기서, 귀환하는 전류는 레일을 통해 귀환하는 귀선 전류(IR), 접지망을 통해 귀환하는 접지 전류(IE), 그리고 (-)Feeder 전류 등으로 분류되며 열차의 위치에 따라 측정값이 도 3과 같이 예상된다.
이때, 도 3은 철도 환경에 따른 전차선 전류(IC), 귀선 전류(IR) 및 접지 전류(IE)의 상관 관계를 도식화한 도면으로, 선로변 환경에 따라 정확한 도식이 불가능한 관계로 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 관계를 도 3과 같이 도식화하여 사용하고 있으며, 단지 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류(IC)의 50%를 초과하지 않아야 한다는 내용만이 일반적인 규정으로 제시되어 있으며, 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류(IC)의 50%를 초과하는 경우에는 선로변 환경에 대한 분석, 검토를 통해 전기철도의 안전 여부를 별도로 판단한다.
도 3을 좀 더 구체적으로 설명하면, 열차가 변전소(Substation) 또는 급전구분소(AT; Auto Transformer)에 근접하여 위치하는 경우에는 귀선 전류(IR)의 값이 최대가 되는 반면, 접지 전류(IE)의 값은 최소가 됨으로써 변전소 또는 급전구분소에 근접한 구간의 레일 이상 현상 또는 열차 검지는 귀선 전류(IR)를 통해 쉽게 확인이 가능한 반면에, 열차가 급전구분소 또는 변전소에서 먼 구간에 위치하는 경우에는 귀선 전류(IR)의 값이 감소함으로써 단지 전류의 흐름으로 레일의 이상 유무를 확인해야 한다.
이와 같이 열차의 상대적인 위치에 따라 귀선 전류(IR)의 값의 차이가 발생하는 현상을 보완하기 위해서는 귀선 전류(IR)와 함께 필요시 추가적으로 접지 전류(IE)를 검측함으로써 변전소 또는 급전구분소에서 먼 구간의 레일에 대해서도 선로변 환경을 용이하게 분석, 검토할 수 있는 방안으로 사용될 수 있다.
한편, 열차가 운행하는 선로에 있어서 레일에 이상이 없는 경우에는 귀선 전류(IR)가 정상적인 상태로 변전소로 귀환하는 반면, 레일 절손 등 레일에 이상이 발생하는 경우에는 귀선전류(IR)가 흐르지 않거나, 비정상적인 상태로 변전소로 귀환하거나 또는 대부분 접지망 또는 (-)Feeder 등을 통해 변전소로 귀환하게 된다. 이러한 귀선전류(IR)는 선로 환경, 접지망의 상태, 전력, 전차선, 신호, 레일의 특성에 따라 복잡한 시스템으로 구성되며, 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)를 분석함으로써 선로 환경, 접지망의 상태, 전력, 전차선, 신호, 레일의 상태 등에 대한 운영 및 유지보수의 중요한 자료로도 활용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 가장 중요한 기술 핵심은 각각의 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)를 선별하여 측정하고 이를 분석하는 것으로 전차선 전류(Ic)와 접지 전류(IE) 와의 비교, 좌측레일과 우측레일의 귀선 전류(IR)의 불평형 분석 기능 등을 통해 선로 전반의 전기 및 레일 환경에 대한 원격 실시간 감시 및 사고 예방을 구현할 수 있다. 이는 복잡한 설비로 구성된 궤도회로에 비해 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)의 측정 및 비교를 위한 기능만을 필요로 한다.
이를 위해 도 4에 도시된 바와 같이 변전소(10) 또는 AT에 흐르는 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)를 측정하는 전류센서 등의 전류측정수단(20)과, 상기 전류측정수단(20)에서 측정된 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)를 분석하는 전류분석수단(30)으로 구성함으로써 궤도회로를 사용하지 않는 선로에서의 열차 검지 및 레일 이상 상태 확인을 실시간 실행할 수 있으며, 궤도회로를 사용하여 레일의 이상 유무를 검지하는 장치에 비해 설비의 구성이 매우 간단하다.
따라서, 궤도회로에 비해 설치, 운영 및 유지보수 비용이 최소화된다. 이 경우 상기 전류분석수단(30)은 산업용 컴퓨터 등으로 구성할 수 있다.
도 5는 열차 위치에 따른 귀선전류(IR)의 흐름을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 우선 도 5의 a)는 열차가 운행되지 않는 경우로서, 전차선 전류(IC)는 단권변압기(AT : Auto Transformer)(AT1)(12)을 통하여 변전소(10)로 귀환하며, 레일(14)에는 전류가 흐르지 않는다.
따라서, 선로에 열차가 없음을 검지할 수 있지만, 레일(14)의 이상 여부는 확인할 수 없다.
다음으로 도 5의 b)는 열차(1)가 변전소(10)와 단권변압기(AT : Auto Transformer)(AT1)(12) 구간 사이의 선로를 운행중인 경우로서, 전차선(11)을 따라 흐르는 전차선 전류(IC)의 일부는 AT1 (-) feeder(16)를 경유하여 변전소(10)로 귀환하고, 일부는 레일(14)을 통하여 흐르는 귀선전류(IR)와 접지망(15)을 통해 흐르는 접지 전류(IE)로 분류되어 변전소(10)로 귀환한다.
따라서, 레일(14)을 통해 흐르는 귀선 전류(IR)를 검출함으로써 변전소(10)와 AT1(12) 구간에 열차가 위치함을 검지할 수 있으며, 또한 관련 구간의 레일 이상 여부도 확인할 수 있다.
그리고, 도 5의 c)는 열차(1)가 AT1(12)과 AT2(13) 구간 사이의 선로를 운행중인 경우로서, 전차선 전류(IC)의 일부는 AT1 (-) feeder(16)와 AT2 (-) feeder(17)를 통하여 변전소(10)로 귀환하고, 일부는 레일(14)을 통하여 흐르는 귀선 전류(IR)와 접지망을 통해 흐르는 접지 전류(IE)로 분류되어 변전소(10)로 귀환한다.
따라서, 레일(14)을 통해 흐르는 귀선 전류(IR)를 검출함으로써 AT1(12)과 AT2(13) 구간에 열차(1)가 위치함을 검지할 수 있으며, 또한 관련 구간의 레일(14) 이상 여부도 확인할 수 있다.
이하, 도 6을 참고로 본 발명에 따른 전기철도의 선로변 환경 분석 과정을 설명한다.
우선 변전소 또는 급전 구분소에서 전차선전류(IC)와 접지 전류(IE)를 측정한다.(S100)
그리고, 좌측 및 우측 레일에 흐르는 귀선전류(IR)도 측정한다.(S110)
이때, 변전소 또는 급전 구분소에 흐르는 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)를 전류센서 등을 통해 측정하며, 상기 단계(S100) 및 (S110)는 동시에 수행함도 가능하다.
이 경우 레일의 이상 유무 및 열차의 검지를 위한 귀선 전류(IR) 측정은 좌측레일과 우측레일에 모두 적용하여 귀선 전류(IR)가 좌측과 우측 모두에 흐르는지 확인해야 하므로 좌측 및 우측 레일 모두에 흐르는 귀선전류(IR)를 각각 측정한다.
이와 같이 전류센서 등을 통해 측정된 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)가 전류분석수단으로 입력되면, 전류분석수단은 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)간의 상관관계를 비교 분석한다.(S120 ~ S150)
우선, 상기 전류분석수단은 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR)가 각각 흐르는지 여부를 비교한다.(S120) 이 경우 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR)가 각각 흐르는지 여부는 각 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR)가 "0"보다 크면 귀선 전류(IR)가 좌측 및 우측레일로 흐르는 것으로 판단한다.
다음으로 상기 단계(S120)를 수행하여 귀선 전류(IR)가 좌측 및 우측레일로 흐르는 것으로 판단되면, 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR) 값이 정상범위 내인지 여부를 비교한다.(S130) 이 경우 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR)값의 차이가 10% 미만이면 정상범위내에서 귀선 전류(IR)가 흐르는 것으로 판단한다.
그리고, 상기 단계(S130)를 수행하여 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR)값이 정상범위 내에서 귀선 전류(IR)가 흐르는 것으로 판단되면, 전차선 전류, 귀선 전류(IR) 및 접지 전류(IE)의 값을 비교한다.(S140)
그리고, 상기 단계(S140)를 수행하며 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류에 비해 설정비율 이상인지 여부를 비교한다.(S150) 이 경우 상기 설정비율은 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류의 50% 인지 여부이다.
따라서, 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류의 50% 미만이면 정상적으로 귀선 전류(IR)가 흐르는 것으로 판단한다.
이 경우 선로 환경 또는 관련 구간의 전기환경에 대한 검토를 필요로 하며, 특히 공동접지망을 이용하는 경우에는 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)와의 관계는 전기철도의 선로변 환경 운영 및 유지보수에 많은 중요한 자료를 제공할 수 있다.
특히, 상기 단계(S120)를 수행시 열차가 운행되는 선로에 귀선 전류(IR) 또는 접지 전류(IE)가 없거나 검지할 수 없을 정로도 미세하게 흐르는 경우에는 유지보수 센터에 통보하여 접지망 또는 선로변 전기 시설물에 대한 검토를 할 수 있도록 한다. (S160)
그리고, 상기 단계(S130)를 수행시 좌측 귀선 전류(IR)와 우측 귀선 전류(IR)의 값이 규정에서 제시된 10% 이상의 차이를 갖는 경우에는 유지보수 센터에 통보하여 관련 구간의 점검을 실행할 수 있도록 한다.(S160)
아울러 상기 단계(S150)를 수행시 전차선 전류(IC), 귀선 전류(IR) 및 접지 전류(IE)의 값을 비교하여 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류(IC)의 50% 이상인 경우에는 대부분 접지망의 문제점으로 고려될 수 있으며, 관련 내용은 유지보수 센터로 통보하여 분석을 요청한다.(S160)
이상의 단계들을 통해 전기철도의 선로변 환경 분석을 수행할 수 있을 것으로 기대된다.
도 7은 선로변 환경 분석의 적정성을 확인하기 위해 열차가 운영중인 한국철도공사의 영업선에서 검측차를 이용하여 좌측과 우측레일에 흐르는 귀선전류(IR), 전차선 전류를 모두 측정, 분석하였다. 도 7의 a)는 검측차를 이용한 고속선에서의 전차선 전류 및 귀선전류(IR) 측정 결과를 나타내고 있으며, 도 6의 b는 일반선 구간에서의 귀선 전류 측정 결과를 나타낸다.
먼저, 도 7의 a)의 고속선의 경우에는 좌측과 우축의 귀선전류(IR) 차에 따른 귀선 전류 불평형은 기준치인 10% 미만에서 변화함으로써 귀선전류(IR)의 분포는 적절한 것으로 확인되었고, 이러한 정상적인 귀선전류(IR)의 측정값이 존재한다는 것은 본 발명에서 제시한 좌, 우 레일의 이상이 없음과 열차 유무 검지가 가능함을 쉽게 판단할 수 있다.
다음으로 도 7의 b)의 일반선의 경우에는 일부 구간에서 귀선 전류의 값이 전차선 전류보다 크게 주어진다. 이 구간에서는 상행선뿐만 아니라, 하행선 및 인접 선로에서의 열차 이동이 수시로 주어짐으로서 타 열차에 의한 귀선 전류가 유입된 것으로 추정되며, 변전소와 급전구분소 사이에 여러 대의 열차를 통해 흐르는 귀선전류(IR)가 누적되어 동시에 변전소로 귀환하게 되며, 관련 귀선전류(IR) 값은 열차의 소비전력과 연관되어 증가하게 된다.
이와 같이 일반선의 경우에도 귀선전류(IR)의 측정값이 존재한다는 것은 고속선에서와 같이 이 구간에서도 레일의 절손이 없고 열차가 운행중임을 알 수 있지만, 좌측과 우측의 귀선전류(IR) 불평형이 기준치인 10% 이상으로 주어짐에 따라 관련 선로에 대한 전기적 환경 분석을 필요로 하며, 또한 귀선 전류의 측정값이 일부 지점에서 급격하게 증가함에 따라 관련 구간의 접지망에 대한 검토를 필요로 한다.
결과적으로 변전소 또는 AT에서 귀선전류(IR)를 측정한 후, 전차선 전류(IC)와 접지 전류(IE)를 비교, 분석함으로써 귀선 전류(IR)를 이용하여 선로에서의 열차 검지는 물론 열차운행 선로에서의 레일 이상 유무를 확인할 수 있으며, 추가적으로 선로변 설비 전반에 영향을 줄 수 있는 선로 환경, 접지망의 상태, 전력, 전차선, 신호, 레일의 특성까지도 실시간 확인할 수 있다.
이는 운영 및 유지보수시의 안전과 연관되는 선로 전반의 접지 상태도 함께 확인됨으로써 전기철도 운영 구간의 안전도 함께 확보할 수 있는 장점을 갖는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 열차 10: 변전소
11: 전차선 12: AT1
13: AT2 14: 레일
15: 접지망 16: AT1 (-) feeder
17: AT2 (-) feeder 20: 전류측정수단
30: 전류분석수단

Claims (9)

  1. 전차선전류(IC)와 접지 전류(IE) 및 좌측 및 우측 레일에 흐르는 귀선전류(IR)를 측정하는 제1단계; 및
    상기 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)가 전류분석수단으로 입력되면, 전류분석수단은 전차선 전류(IC), 귀선전류(IR) 및 접지 전류(IE)간의 상관관계를 비교 분석하는 제2단계;로 구성되고,
    상기 제2단계는, 상기 좌측 및 우측레일로 귀선 전류(IR)가 흐르는지 여부를 비교하는 제2_1단계;
    상기 좌측 및 우측레일로 귀선 전류(IR)가 흐르면 상기 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR) 값이 정상범위 내인지 여부를 비교하는 제2_2단계; 및
    상기 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR)값이 정상범위 내에서 귀선 전류(IR)가 흐르는 것으로 판단되면, 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류의 설정비율 이상인지 여부를 비교하는 제2_3단계;로 구성되며,
    상기 제2_3단계는 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류의 50% 이상인지 여부를 비교하여 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류의 50% 미만이면 정상적으로 귀선 전류(IR)가 흐르는 것으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전차선전류(IC)와 접지 전류(IE) 및 좌측 및 우측 레일에 흐르는 귀선전류(IR)는 변전소 또는 급전 구분소에서 측정하는 것을 특징으로 하는 실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2_1단계는 상기 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR)가 각각 흐르는지 여부는 각 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR)가 "0"보다 크면 귀선 전류(IR)가 좌측 및 우측레일로 흐르는 것으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제2_1단계를 수행시 열차가 운행되는 선로에 귀선 전류(IR) 또는 접지 전류(IE)가 없으면 유지보수 센터에 통보하는 제2_4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2_2단계는 상기 좌측 및 우측레일의 귀선 전류(IR)값의 차이가 10% 미만이면 정상범위내에서 귀선 전류(IR)가 흐르는 것으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제2_2단계를 수행시 좌측 귀선 전류(IR)와 우측 귀선 전류(IR)의 값이 규정에서 제시된 10% 이상의 차이를 갖는 경우에는 유지보수 센터에 통보하는 제2_5단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제2_2단계를 수행시 전차선 전류(IC), 귀선 전류(IR) 및 접지 전류(IE)의 값을 비교하여 귀선 전류(IR)와 접지 전류(IE)의 합이 전차선 전류(IC)의 50% 이상이면 유지보수 센터로 통보하는 제2_6단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 전기철도 선로변 환경분석 방법.
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