KR102174434B1 - 강체전차선 모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
강체전차선 모니터링 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 강체전차선 모니터링 시스템은 강체전차선의 처짐이나 온도상승을 정확하고 신속하게 파악할 수 있고, 아크 발생과 전차선의 마모를 방지하여 전차선의 손상을 미연에 방지할 수 있으며, 강체전차선에서 발생하는 자기장의 영향을 받지 않으면서도 강체전차선의 변형이나 온도변화를 정확히 감지하여 전차선로의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 간단한 구조 변경으로 강체전차선의 변형과 온도변화를 감지하여 설치 및 유지 비용을 절감할 수 있다.
Description
본 발명은 강체전차선 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강체전차선의 처짐이 발생되는 지점이나 온도가 상승하는 지점을 용이하게 파악하여 아크 발생과 전차선의 마모를 방지함으로써 전차선의 손상을 미연에 방지할 수 있는 강체전차선 모니터링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전기철도는 다른 교통수단에 비하여 신속하고 정확하며 안정적인 장점으로 인해 많은 사람이 이용하고 있으며, 더욱이 최근에 고속철도가 널리 이용되면서 안전하고 편리한 대중교통수단으로서 각광을 받고 있다.
고속철도의 개통과 더불어 21세기 신교통 수단으로 주목받고 있는 전기철도는 최근 전기철도의 고속화, 대용량화 및 운전 시간 간격의 단축으로 인해 전차선로의 성능과 신뢰도 그리고, 안전성 향상의 필요성이 요구되고 있다.
여기서 전차선로는 선로를 운행하는 전동차의 집전장치와 접촉하여 전력을 공급하기 위한 전차선 등의 선로와 이에 부속하는 설비를 총칭하는 것으로 정의될 수 있다.
전동차의 주행 시 필요한 전력은 전차선로 및 차량의 팬터그라프(pantograph)의 집전장치를 통하여 공급받게 되는데, 전동차에 전기를 공급하는 전차선로는 전기를 급전하는 방식에 따라 분류되고 있다.
구체적으로, 상기 전차선로는 가공식(Overhead Catenary System)과 제3 궤조식(Third Rail System)으로 구분될 수 있고, 가공식 전차선로는 다시 강체 조가 방식과 현수 조가 방식으로 구분된다.
여기서 현수 조가 방식은 조가선을 이용하여 전차선을 가선하는 방식으로 일반적으로 지상 구간에 적용되고 있는데, 전차선과 조가선 및 드로퍼선을 함께 가선해야 하고, 장력 조절 장치 등 주변 장치가 필요하기 때문에 소요 가선고가 높고, 복잡하여 터널 구간에 적용이 어려운 단점이 있다.
즉, 현수 조가 방식 전차선로를 터널 구간에 적용하기 위해서는 터널 단면적이 대폭적으로 증가하여야 하기 때문에 건설비가 과다하게 소요되며, 또한 설치공간이 협소하므로 일상점검 및 유지보수가 용이하지 못한 단점이 있다.
상기 제3 궤조식은 급전용 레일을 노면 상 또는 측면에 설치하여 전력을 공급하는 방식으로, 터널과 같이 협소한 공간상에 설치될 수 있는 이점이 있으나, 급전용 레일이 지면에 배치되는 특성상 감전의 위험이 커 일부 특수한 구간에만 적용되고 있다.
한편, 상기 강체 조가 방식은 전차선을 강체에 일체화시켜 브래킷과 같은 별도의 구조물을 이용해 설치하는 것으로, 조가선이 요구되지 않고, 별도의 장력 유지 장치가 필요치 않으므로 터널 등 공간이 협소하여 설치가 어려운 구간에 적용되고 있다.
실제로 강체전차선의 높이는 강체와 전차선을 포함한 높이가 약 90 내지 120mm 정도이며, 저전압(DC 750V 또는 1500V)에서 지지물 및 전기적 이격을 고려한 전차선의 집전 접촉과 터널 상부 천장 사이의 소요 높이는 약 500mm 정도에 불과하다.
따라서, 강체식 전차선로는 설치 소요공간이 작으므로 신설 터널에서 건설비용을 대폭 경감할 수 있으며, 터널 내부에서의 유지보수 작업에 있어서도 매우 유리한 장점이 있다.
강체전차선은 Rigid Bar 를 줄여 R-Bar 라고 표현하는데, 이중 단면의 형상이 T 자와 유사한 형태의 강체전차선은 특별히 T-Bar 라고 불리우고 있다. 상기 R-Bar가 T-Bar에 비하여 시공성, 집전 성능이 우수하여 많이 사용되고 있지만, 국내에서는 DC 구간에는 T-Bar 를 적용하고, AC 구간에는 R-Bar 를 적용하고 있다.
상기 강체전차선은 전동차에 전력을 공급할 수 있는 도체의 역할을 해야하기 때문에 가벼운 알루미늄 합금 재질을 주로 적용하고 있으며, 주변 온도 변화에 따라 팽창과 수축이 발생하므로 이러한 팽창과 수축을 허용하면서 연결 지지되어야 한다.
한편, 상기 강체전차선은 중간에 볼트 풀림이나 용접 부위 이상으로 처짐이 발생하면 철도차량이 지나가면서 전차선의 손상이 집중될 수 있고, 특정 부위에서 산화에 의한 저항이 상승하면서 온도가 올라가면 그 부분에서 전차선의 마모량이 증가할 수 있다. 특히, 철도 차량의 팬터그라프와 접촉 이상으로 인해 아크가 발생하면서 온도가 상승할 수 있는데 아크가 발생되는 지점은 지속적으로 아크가 발생하기 때문에 전차선의 손상이 집중될 수 있다.
전차선의 손상을 방지하기 위해서는 이러한 처짐이 발생하거나 온도가 상승하는 지점을 지속적으로 모니터링하는 것이 필요하지만, 강체전차선은 일반적으로 긴 구간에 걸쳐 설치되기 때문에 육안에 의한 감시가 용이하지 않으며, 일반적인 센서를 사용하는 경우에는 강체전차선을 흐르는 전류에 의해 발생하는 자기장으로 인해 간섭이 발생하여 정확한 센싱이 이루어지지 않을 수 있다.
따라서, 강체전차선의 처짐이 발생되는 지점이나 온도가 상승하는 지점을 용이하게 파악하여 아크 발생과 전차선의 마모를 방지함으로써 전차선의 손상을 미연에 방지할 수 있는 강체전차선 모니터링 시스템의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 실시 예들은 강체전차선의 처짐이나 온도상승을 정확하고 신속하게 파악하고자 한다.
또한, 아크 발생과 전차선의 마모를 방지하여 전차선의 손상을 미연에 방지하고자 한다.
또한, 강체전차선에서 발생하는 자기장의 영향을 받지 않으면서도 강체전차선의 변형이나 온도변화를 정확히 감지하여 전차선로의 신뢰성을 향상시키고자 한다.
또한, 간단한 구조 변경으로 강체전차선의 변형과 온도변화를 감지하여 설치 및 유지 비용을 절감할 수 있는 강체전차선 모니터링 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 강체전차선과, 상기 강체전차선을 고정 또는 슬라이딩 가능하게 지지하는 지지클램프와, 터널의 벽면 또는 지상에 설치된 서포트에 고정 또는 회전 가능하게 연결되며, 상기 지지클램프를 고정하여 지지하는 지지브래킷과, 상기 강체전차선의 변형 또는 온도변화를 감지하도록 상기 강체전차선을 따라 구비되는 광섬유 센서 및, 상기 광섬유 센서를 상기 강체전차선 상에 고정시키는 고정부를 포함하는 강체전차선 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
상기 고정부는 상기 강체전차선을 따라 일정 간격으로 상기 광섬유 센서를 고정시키는 고정용 클립을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 고정용 클립은 탄성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 고정용 클립은 주석도금된 금속 재질 또는 스테인레스스틸로 이루어질 수 있다.
상기 고정부는 상기 강체전차선을 따라 연속적으로 형성되어 상기 광섬유 센서를 고정시키는 거치홈을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 광섬유 센서는 라만 산란광을 이용한 DTS(Distributed Temperature Sensor)일 수 있다.
상기 광섬유 센서는 브릴루앙(Brillouin) 산란광을 이용하여 강체전차선의 변형 또는 온도변화를 감지할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 강체전차선의 처짐이나 온도상승을 정확하고 신속하게 파악할 수 있다.
또한, 아크 발생과 전차선의 마모를 방지하여 전차선의 손상을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 강체전차선에서 발생하는 자기장의 영향을 받지 않으면서도 강체전차선의 변형이나 온도변화를 정확히 감지하여 전차선로의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 간단한 구조 변경으로 강체전차선의 변형과 온도변화를 감지하여 설치 및 유지 비용을 절감할 수 있는 강체전차선 모니터링 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 강체전차선의 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신축이음장치의 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지클램프의 분해사시도와 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지브래킷의 평면도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 강체전차선이 전동차와 연결된 상태를 도시한 정면도
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정용 클립의 사시도
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정용 클립을 적용하여 광섬유 센서를고정한 상태를 도시한 단면도
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정용 클립을 적용하여 광섬유 센서를고정한 상태를 상측에서 바라본 사시도
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정용 클립을 적용하여 광섬유 센서를고정한 상태를 하측에서 바라본 사시도
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거치홈에 광섬유 센서과 고정된 상태를 도시한 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신축이음장치의 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지클램프의 분해사시도와 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지브래킷의 평면도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 강체전차선이 전동차와 연결된 상태를 도시한 정면도
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정용 클립의 사시도
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정용 클립을 적용하여 광섬유 센서를고정한 상태를 도시한 단면도
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정용 클립을 적용하여 광섬유 센서를고정한 상태를 상측에서 바라본 사시도
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정용 클립을 적용하여 광섬유 센서를고정한 상태를 하측에서 바라본 사시도
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거치홈에 광섬유 센서과 고정된 상태를 도시한 단면도
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 강체전차선의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신축이음장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지클램프의 분해사시도와 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지브래킷의 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 강체전차선이 전동차와 연결된 상태를 도시한 정면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정용 클립의 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정용 클립을 적용하여 광섬유 센서를고정한 상태를 도시한 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정용 클립을 적용하여 광섬유 센서를고정한 상태를 상측에서 바라본 사시도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정용 클립을 적용하여 광섬유 센서를고정한 상태를 하측에서 바라본 사시도이다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 강체전차선 모니터링 시스템은 크게 강체전차선(50)과, 상기 강체전차선(50)을 고정 또는 슬라이딩 가능하게 지지하는 지지클램프(200)와, 터널의 벽면 또는 지상에 설치된 서포트()에 고정 또는 회전 가능하게 연결되며, 상기 지지클램프(200)를 고정하여 지지하는 지지브래킷(300)과, 상기 강체전차선(50)의 변형 또는 온도변화를 감지하도록 상기 강체전차선(50)을 따라 구비되는 광섬유 센서(70) 및, 상기 광섬유 센서(70)를 상기 강체전차선(50) 상에 고정시키는 고정부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 강체전차선(50)은 전동차(1) 상부에 설치된 팬터그라프(2)와 전기접촉을 통해 전류를 공급하는 전차선(54)과 상기 전차선(54)과 결합되는 강체(52)로 이루어진다. 이러한, 강체전차선(50)에 의해 이송된 전류는 전동차(1) 상부에 설치된 팬터그라프(2)를 통해 전동차 운행을 위해 공급되며, 레일(60)이 귀선으로 활용된다.
상기 강체전차선(50)으로는 전술한 R-bar와 T-bar가 모두 적용될 수 있으며, 본 실시 예에서는 R-bar를 예로 들어 설명한다.
일반적으로 강체전차선(50) R-BAR는 400m를 단위 유닛으로 하여 연결 설치되며, 10m 마다 구비되는 지지브래킷(300)과 지지클램프(200)에 의해 전동차(1)의 팬터그라프(2)가 닿는 높이에 설치될 수 있다. 이때, 상기 강체(52)는 상부 양측에 돌출부(52a)를 구비하며, 상기 돌출부(52a)를 지지클램프(200)가 지지하게 된다.
그리고, 강체전차선(50)의 중앙지지점에는 전동차(1)가 지나가면서 강체전차선(50)이 밀리는 현상을 방지할 수 있도록 흐름방지장치(미도시)가 설치되며, 이웃하는 강체전차선(50) 사이에는 강체전차선(50)의 신축 시 변형으로 인한 길이 변화를 흡수하고 팬터그라프(2)와의 전기적 접촉을 유지시킬 수 있도록 신축이음장치(100)가 설치된다.
이러한 신축이음장치(100)의 구조를 좀더 자세히 살펴보면, 상기 강체전차선(50)의 각 단부에는 상기 접속블록(110)이 고정 설치된다. 상기 접속블록(110)은 상기 강체전차선(50) 단부의 폭 방향 양측에 2개가 설치될 수 있다. 그리고, 이웃하는 강체전차선(50)의 단부에도 그에 대응되도록 폭 방향 양측에 2개가 설치될 수 있다.
상기 접속블록(110)은 용접 또는 볼트체결 등에 의해 상기 강체전차선(50)에 고정결합되는데, 이때, 상기 접속블록(110)은 상기 강체전차선(50)에 접촉되어 전기적 연결을 유지하게 된다.
그리고, 상기 접속블록(110)에는 적어도 하나의 상기 연결바(120)가 삽입관통된다. 상기 연결바(120)의 일단은 일측의 접속블록(110)에 삽입되고, 타단은 해당 접속블록(110)과 이웃하는 타측의 접속블록(110)에 삽입된다.
이와 같이 이웃하는 접속블록(110)에 연결바(120)의 일단과 타단이 각각 삽입관통되어 연결됨으로써, 서로 이웃하는 접속블록(110)이 전기적으로 연결되며, 그로 인해 분리된 2개의 강체전차선(50)이 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 서로 이웃하는 접속블록(110)을 연결하는 연결바(120)는 3개씩 구비될 수 있는데, 상기 강체전차선(50)의 폭 방향 다른 측에 고정된 접속블록(110)을 연결하는 3개의 연결바(120)까지 합하여 모두 6개의 연결바(120)가 분리된 강체전차선(50)을 전기적으로 연결할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것이 아니며, 설치되는 상기 연결바(120)의 갯수는 필요에 따라 달라질 수 있다.
상기 연결바(120)는 전기전도성이 좋은 금속성 재료로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 구리로 된 구리바가 상기 연결바(120)로 사용될 수 있다.
그리고, 상기 접속블록(110)은 삽입관통된 상기 연결바(120)를 따라 이동가능하게 구비된다. 따라서, 상기 강체전차선(50)의 신장과 수축 시, 상기 강체전차선(50)에 고정 설치된 상기 접속블록(110)은 상기 연결바(120)를 따라 이동하게 되며 이때, 상기 접속블록(110)이 상기 연결바(120)의 어느 위치에 있던지 강체전차선(50)간의 전기적 연결은 계속 유지될 수 있다.
상기 연결바(120) 중앙에는 상기 강체전차선(50)의 신장 시, 상기 이웃하는 접속블록(110)이 서로 접촉하여 충돌하는 것을 방지하기 위한 센터스톱퍼(122)가 구비될 수 있다.
상기 센터스톱퍼(122)는 상기 연결바(120)에 의해 관통된 상태로 연결바(120) 중앙에 고정되며, 상기 센터스톱퍼(122)는 연결바(120)의 중앙을 표시하는 마커로서도 기능한다.
따라서, 일반적으로 서로 이웃하는 강체전차선(50)의 신축량이 동일한 경우 상기 센터스톱퍼(122)를 중심으로 연결바(120) 양측의 접속블록(110)은 서로 대칭되는 거리에 위치하게 된다.
그리고, 상기 연결바(120) 단부에는 복수의 연결바(120)들을 등전위로 유지시키고, 상기 강체전차선(50)의 축소 시, 상기 접속블록(110)이 연결바(120)로부터 이탈하는 것을 방지하기 위한 단부스톱퍼(124)가 구비될 수 있다.
상기 단부스톱퍼(124)는 연결바(120) 단부에 내측으로 형성된 볼트탭(미도시)과 상기 단부스톱퍼(124)에 형성된 볼트홀(미도시)을 일치시켜 놓은 상태에서 볼트체결함으로써 연결바(120) 단부에 고정될 수 있다.
한편, 상기 강체전차선(50) 사이에는 황동 재질의 접촉날(154)이 개재되어 중간에 단절된 전차선(52) 대신 기계적 연속성을 유지하게 되며, 상기 강체전차선(50)이 단절된 부분에서는 상기 접촉날(154)이 전차선(52) 대신 전동차(1)의 팬터그라프(2)에 접촉하게 된다.
상기 접촉날(154)은 2개가 일측 강체전차선(50)에 삽입 고정되고, 다른 2개가 타측 강체전차선에 삽입 고정되며, 서로 다른 측에 삽입된 접촉날(154)이 번갈아 겹치도록 교번 설치된다.
이와 같이 구성된 신축이음장치(100)는 상기 강체전차선(50)의 축소 시, 서로 이웃하는 강체전차선(50)은 서로 멀어지게 되고, 상기 강체전차선(50)에 고정설치된 접속블록(110)은 상기 연결바(120)를 따라 이동하게 되는데, 서로 이웃하는 접속블록(110)이 서로 멀어지는 방향으로 이동한다.
반대로, 상기 강체전차선(50)의 신장 시, 서로 이웃하는 강체전차선(50)은 서로 가까워지게 되며, 서로 이웃하는 접속블록(110)은 상기 연결바(120)를 따라 서로 가까워지는 방향으로 이동한다.
이와 같이 강체전차선(50)이 신장과 수축을 반복하더라도 분리된 양쪽의 강체전차선(50)은 신축이음장치를 구성하는 접속블록(110) 및 연결바(120)에 의해 계속하여 전기적, 기계적 연속성을 유지할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 지지클램프(200)는 몸체(210)와, 일측은 상기 몸체(210)에 연결되고, 타측은 지지브래킷에 연결되는 주축(220) 및, 상기 몸체(210) 양 측부에 착탈 가능하게 결합되며, 강체전차선(50)을 슬라이딩 가능하게 지지하는 지지부(230)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 몸체(210)는 강체전차선(50)의 재질과 동일한 알루미늄 재질로 이루어지며, 소정의 너비를 갖는 플레이트 형태로 이루어질 수 있다. 상기 몸체(210) 중앙부에는 상기 주축(220)이 고정 결합될 수 있다. 그리고 상기 주축(220) 일측에는 홀딩 플레이트(240)가 구비되며, 상기 홀딩 플레이트(240) 상에 결합되는 볼트(242)와 너트(244)를 통해 지지클램프(200)가 후술할 지지브래킷(300)에 고정 결합될 수 있다.
본 실시 예에서 상기 지지부(230)는 상기 강체전차선(50)을 슬라이딩 가능하게 지지하도록 이루어지지만, 필요에 따라 상기 강체전차선(50)을 고정된 상태로 지지할 수 있는 지지부(230)로 선택적으로 교체하여 적용하는 것도 가능하다. 여기서 상기 지지부(230)는 몸체(210)와 마찬가지로 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 도 3에 도시된 것처럼 상기 지지부(230)는 상기 몸체(210) 양 측부에 각각 2 개가 결합될 수 있으며, 이때 다수의 고정볼트(212)와 와셔(214)에 의해 볼트결합된다. 물론, 상기 지지부(230)는 상기 고정볼트(212)를 해체함으로써 상기 몸체(210)로부터 다시 분리할 수 있다.
상기 지지부(230)는 홈부(232)를 구비하는데, 상기 홈부(232) 내부에는 상기 강체전차선(50)의 돌출부(52a)와 맞닿아 슬라이딩 가능한 플라스틱 재질의 습동부(234)가 구비될 수 있다.
상기 습동부(234)는 강체전차선(50)의 온도변화에 따른 수축 또는 신장 시, 강체전차선(50)이 원활하게 움직이도록 하는 역할을 수행하는데, 상기 강체전차선(50)과 맞닿아 슬라이딩이 가능한 플라스틱 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 테플론 베어링(teflon bearing)으로 이루어질 수 있다.
테플론 베어링은 마찰 저항이 적기 때문에 상기 홈부(232) 내부에 구비시킴으로써 상기 강체전차선(50) 신축 시 돌출부(52a)가 맞닿은 상태에서 매끄럽게 움직일 수 있게 해준다. 여기서, 상기 습동부(234)는 강체전차선(50) 돌출부(52a)의 저면과 측면을 감싸는 구조로 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성된 지지부(230)는 상기 몸체(210) 양 측부에 결합되며, 강체전차선(50)을 슬라이딩 가능한 상태에서 지지하게 된다.
한편 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 지지브래킷(300)은 크게 고정부재(310), 장간애자(320) 및, 앵글부재(330)로 구성될 수 있다.
이러한 지지브래킷(300)은 지상 구간 또는 터널 구간에 설치된 서포트(10)에 설치되어 강체전차선(50)을 지지하는 것으로, 강체전차선(50)이 설치되는 주위여건과 토목공사 시 발생된 오차에 따라 강체전차선(50)의 수평변위와 수직변위를 조절할 수 있도록 구성된다.
여기서 상기 서포트(10)는 상기 지지브래킷(300)을 소정의 높이에서 지지할 수 있도록 지상 구간이나 터널 구간에 설치되는 구조물로서, H-빔을 지상 구간이나 터널 구간에 설치하는 것으로 구성될 수 있다. 도 5에는 상기 서포트(10)가 터널 구간에 설치된 상태를 도시하고 있는데 상기 고정부재(310)는 하나의 고정판(311)과, 두 개의 고정봉(312)들로 구성되어 있다.
상기 고정판(311)은 서포트(10)의 일면에 밀착되는 평판형으로 이루어질 수 있고, 그 네 모서리 부분에는 상기 고정봉(312)이 관통하는 구멍이 형성되어 있다.
상기 각각의 고정봉(312)은 'ㄷ'자 형상으로 형성되며, 그 양단이 고정판(311)에 형성된 구멍에 삽입된 후 너트에 의해 체결됨으로써 고정되도록 구성되어 있다.
따라서 고정판(311)을 서포트(10)의 일면에 배치하고, 상기 서포트(10)의 일면에 대향하는 서포트(10)의 타면에서 고정봉(312)의 양단이 고정판(311)의 구멍에 삽입되도록 고정봉(312)을 위치시킨 다음, 고정판(311)을 관통한 고정봉(312)의 양단에 너트를 체결함으로써 고정부재(310)를 서포트(10)에 고정시킬 수 있다.
상기 고정부재(310)의 고정판(311)에는 장간애자(320)의 상면과 저면에 대면하며 관통홀이 구비된 두개의 돌출편(311a)들이 형성되고, 상기 장간애자(120)의 일단에 수직방향으로 관통하는 또 다른 관통홀이 형성된다.
그리고 상기 돌출편(311a)의 관통홀과 장간애자(320)의 관통홀이 일치되도록 고정부재(110)와 장간애자(120)가 배치된 상태에서 관통홀을 관통하도록 베어링볼트(318)를 끼움으로써 장간애자(320)가 회전가능하게 설치될 수 있다.
한편, 상기 장간애자(320)는 서포트(10)로부터 연장되게 설치되어 전차선(54)을 따라 흐르는 고압의 전기가 서포트(10)를 비롯한 기타 구조물들로 전달되지 않게 절연함과 더불어 강체전차선(50)을 지지하는 역할을 수행한다. 전술한 바와 같이 상기 장간애자(320)는 그 일단이 고정부재(310)에 회전 가능하게 지지되고, 나머지 타단은 외팔보 형태로 연장된다.
그리고, 상기 앵글부재(330)는 일단이 상기 장간애자(320)에 고정되고, 나머지 타단이 장간애자(320)의 길이방향으로 연장되게 설치되며, 길이 방향으로 길게 절개된 형상을 갖는 다수개의 위치조절용 홀(331)들이 구비되어 있다.
여기서, 상기 위치조절용 홀(331)은 앵글부재(330)를 수직하게 관통하며, 상호 일정한 간격을 유지하도록 형성되어 있는데, 상기 위치조절용 홀(331)을 통해 상기 지지클램프(200)가 지지브래킷(300)에 고정 설치될 수 있다.
구체적으로 상기 지지클램프(200)의 홀딩 플레이트(240)를 원하는 위치의 위치조절용 홀(331)에 올려놓은 상태에서 볼트(242)와 너트(244)를 통해 체결하면 상기 지지클램프(200)가 앵글부재(330)에 고정될 수 있다.
한편, 상기 앵글부재(330)의 타단에는 유지 및 보수 시 고전압의 전기로부터 작업자의 안전을 확보하기 위한 접지봉연결구(350)가 설치된다. 상기 접지봉연결구(350)는 'ㄷ'자 형상으로 절곡된 봉으로서, 그 양단이 앵글부재(330)에 고정된다. 따라서 앵글부재(330)와 접지봉연결구(350)의 사이에 형성된 공간으로 미도시된 접지봉을 위치시킴으로써 접지하게 된다.
본 실시 예에서는 상기 장간애자(320)가 상기 고정부재(310)에 회전 가능하게 결합된 경우를 제시하였지만, 필요에 따라 상기 장간애자(320)를 고정부재(310)에 용접에 의해 접합시켜 고정형으로 구성하는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 강체전차선(50)의 변형 또는 온도변화를 감지할 수 있도록 광섬유 센서(70)가 상기 강체전차선(50)을 따라 포설되며, 상기 광섬유 센서(70)를 상기 강체전차선(50) 상에 고정시킬 수 있도록 고정부가 구비된다.
여기서, 상기 고정부는 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 상기 강체전차선을 따라 일정 간격으로 상기 광섬유 센서를 고정시키는 고정용 클립(400)으로 이루어질 수 있다.
상기 고정용 클립(400)은 적어도 일부가 상기 강체전차선(50)의 고정될 수 있는 형태로 이루어질 수 있으며, 또 다른 일부는 상기 광섬유 센서(70)를 거치할 수 있는 형태로 이루어질 수 있다.
상기 고정용 클립(400)은 본체부(410)와 상기 강체전차선(50)의 돌출부(52a)에 고정될 수 있는 고정홈(420)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 본체부(410)는 상기 강체전차선(50)의 상부면과 평행을 이루도록 일정 길이 연장되며, 상기 본체부(410) 양측으로는 상기 돌출부(52a)에 걸쳐져 고정될 수 있는 고정홈(420)이 대칭되게 형성된다.
상기 고정홈(420)의 폭은 상기 돌출부(52a)의 폭에 대응되도록 형성되어 상기 돌출부(52a)에 끼워졌을 때, 상기 고정용 클립(400) 전체가 돌출부(52a)의 일정 위치에 단단히 결속되도록 잡아주는 역할을 수행한다.
상기 양측 고정홈(420) 하방으로는 일정 길이 연장된 거치부(430)가 형성되는데, 상기 거치부(430)는 끝단이 강체(52) 측으로 절곡된 형태로 이루어져 상기 거치부(430)에 의해 상기 광섬유 센서(70)가 강체(52)에 밀착되도록 거치되어 고정될 수 있다.
이와 같은 형태로 이루어진 상기 고정용 클립(400)은 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 지지브래킷(300)에 의해 고정 지지되는 지지클램프(200)를 중심으로 양쪽에 2 개가 설치되고, 약 10m 간격으로 설치되는 지지브래킷(300)의 사이사이 즉, 중간 지점에 하나가 더 설치될 수 있다.
물론, 상기 고정용 클립(400)의 설치 간격은 전술한 기재에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 설치되는 수를 늘리거나 줄이는 것이 가능하다.
상기 고정용 클립(400)을 설치할 때에는 상기 고정용 클립(400) 양측을 잡고 벌린 후 상기 고정홈(420)을 상기 강체전차선(50)의 돌출부(52a)에 끼워 고정시키는데, 이때, 상기 거치부(430)에 광섬유 센서(70)를 거치한 후 강체(52)에 밀착되도록 고정시킨다.
상기 고정용 클립(400)의 설치를 용이하게 하기 위해 상기 고정용 클립(400)은 탄성 재질로 이루어질 수 있는데, 그와 함께, 적당한 강성을 유지하여 강체전차선(50)에 고정시킨 후 복원력에 의해 광섬유 센서(70)를 강체(52)에 밀착시켜 거치시킬 수 있는 재질로 구성하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 고정용 클립(400)은 주석도금된 금속 재질 또는 스테인레스스틸로 이루어질 수 있다. 알루미늄 재질로 이루어진 강체전차선(50)과 접촉하면서 부식이 이루어지지 않으려면 알루미늄과 전위차가 적은 금속 재질로 이루어져야하며 따라서 위와 같은 재질로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 광섬유 센서(70)는 상기 강체전차선(50)을 기준으로 한쪽에만 포설되는 것도 가능하지만, 하나가 파손되는 경우를 대비하여 양쪽 모두에 포설될 수 있다.
한편, 상기 광섬유 센서(70)는 라만 산란광을 이용한 DTS(Distributed Temperature Sensor)일 수 있다.
빛은 투명한 유전 재료를 통과할 때 열정 동요에 의해서 발생하는 유전성의 비균질성에 의하여 일부의 빛이 산란된다. 빛이 유전 재료인 광섬유 내를 통과할 때에는 레일레이(Rayleigh), 브릴루앙(Brillouin), 라만(Raman) 산란 등 자연적으로 다양한 산란이 발생한다.
이와 같은 광 산란은 광통신에서는 빛의 전송 손실을 가져오는 유해한 부분이나, 광섬유의 재료적인 성질로 모든 부분에서 빛이 산란되므로 이 정보를 이용하여 광섬유 전체를 광센서로 사용할 수 있는 유익한 부분이 되기도 한다.
특히, DTS는 상기 광섬유 센서(70)에 레이저 펄스를 주입하고 되돌아오는 라만 산란광의 강도와 시간을 측정하여 분포온도와 거리를 계산하게 되는데, 온도측정은 라만 산란광의 강도와 온도의 관계식을 이용하여 수행하고, 거리측정은 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer) 원리 즉, 되돌아오는 빛의 경과 시간을 측정하여 거리로 환산함으로써 행할 수 있다.
또한, 상기 광섬유 센서(70)는 브릴루앙(Brillouin) 산란광을 이용하여 강체전차선(50)의 변형 또는 온도변화를 감지할 수 있다.
브릴루앙 산란광은 광섬유 센서(70)에 가해지는 온도와 변형율에 따라 브릴루앙 주파수가 선형적으로 변하는 성질을 이용하는 것으로서 이러한 브릴루앙 산란을 이용하여 이상 온도 상승점 및 이상 변형점을 검출할 수 있다.
브릴루앙 산란광을 이용한 이상 온도 상승점 및 이상 변형점 검출은 다음과 같은 수학식1에 기초하여 수행될 수 있다.
ν B0 : 초기 브릴루앙 주파수
ΔT : 온도 변화
Δε : 변형율 변화
CT : 브릴루앙 온도계수
Cε : 브릴루앙 변형율 계수
구체적으로, 브릴루앙 산란을 이용한 광섬유 센서(70)는 광섬유 내에 입사된 광이 광섬유 코어 내를 투과하면서 발생하는 브릴루앙 산란광을 측정함으로써 측정량 및 측정 위치의 정보를 얻는다.
본 실시예에서는 특히 브릴루앙 산란을 측정하는 방법 중 지속파 형태의 펌프(Pump)광과 프로브(Probe)광을 사용하여 위치 선택적으로 유도 브릴루앙 산란을 발생시키는 방법인 브릴루앙 상관영역 측정법(Brillouin optical correlation domain analysis; BOCDA)이 사용될 수 있다.
BOCDA 시스템은 높은 공간 분해능, 빠른 샘플링 속도, 측정 지점의 임의 선택 등 많은 장점이 있다. BOCDA 시스템은 SOCF(synthesis of optical coherence function)라고 불리는 광원의 주파수 변조를 이용한 위치 선택 방식을 사용하는데, 직접 전류 변조를 통해 광원의 주파수를 사인파 형태로 변조시킨다.
그리고, 변조된 광파를 커플러를 이용해 양 방향으로 나눈 후, SSBM(single-sideband modulator)을 이용한 측파대 발생 방식에 의해 Δν의 주파수 offset을 갖는 프로브광과 펌프광을 발생시킨다.
두 광파는 측정하고자 하는 광섬유(sensing fiber)를 양방향으로 진행하면서 유도 브릴루앙 산란(SBS : Stimulated Brillouin Scattering)을 발생시킨다. 광원의 파동 변조에 의해 두 광파의 주파수가 같은 사인파 형태로 변하고 있기 때문에 그 주파수 차이에 해당하는 파워 스펙트럼을 시간에 따른 평균을 통해 관찰해 보면, 광섬유 센서(70)의 위치에 따라 주기적으로 변하는 형태로 나타나게 되며, 특정 지점에서만 위치 선택적으로 유도 브릴루앙 산란을 발생시킬 수 있게 된다.
주기적으로 형성되는 주파수 차이의 peak를 상관점(correlation peak)이라 부르며, BOCDA 시스템의 브릴루앙 주파수 측정은 이러한 상관점에서 이루어진다. 광원의 주파수 변조가 사인파 형태로 주기성을 갖기 때문에 상관점은 공간에 주기적으로 나타나는데, 이러한 상관점의 주기가 시스템의 측정 범위가 된다.
측정하고자 하는 위치의 변경은 변조 주파수를 변경함으로써 가능하며, 시스템의 성능을 결정하는 파라미터인 공간 분해능, 측정 범위 등의 값은 모두 광원의 변조 파라미터에 의해 결정된다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거치홈에 광섬유 센서과 고정된 상태를 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 상기 고정부는 이전 실시예와 달리 상기 강체전차선(50)을 따라 연속적으로 형성되어 상기 광섬유 센서(70)를 고정시키는 거치홈(58)으로 이루어질 수 있다.
상기 거치홈(58)은 상기 강체전차선(50)을 이루는 강체(52)의 일측 또는 양측에 형성될 수 있는데, 상기 강체전차선(50)과 별도의 부재를 용접 등에 의해 부착하는 것도 가능하지만 상기 강체전차선(50)을 제조할 때, 일체로 형성시키는 것도 가능하다.
상기 거치홈(58)의 입구는 상기 광섬유 센서(70)의 외경보다 약간 작게 형성되어 상기 광섬유 센서(70)를 상기 거치홈(58)에 고정시킬 때는 억지 끼움 방식으로 끼워서 거치시킬 수 있다.
지금까지 설명한 본 발명의 실시 예들에 따른 강체전차선 모니터링 시스템은 강체전차선의 처짐이나 온도상승을 정확하고 신속하게 파악할 수 있고, 아크 발생과 전차선의 마모를 방지하여 전차선의 손상을 미연에 방지할 수 있으며, 강체전차선에서 발생하는 자기장의 영향을 받지 않으면서도 강체전차선의 변형이나 온도변화를 정확히 감지하여 전차선로의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 간단한 구조 변경으로 강체전차선의 변형과 온도변화를 감지하여 설치 및 유지 비용을 절감할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
50 : 강체전차선 100 : 신축이음장치
200 : 지지클램프 300 : 지지브래킷
400 : 고정용 클립
200 : 지지클램프 300 : 지지브래킷
400 : 고정용 클립
Claims (7)
- 전류를 공급하는 전차선 및 상기 전차선과 결합되고 상부 양측에 돌출부를 구비하는 강체를 포함하는 강체전차선;
상기 강체전차선을 고정 또는 슬라이딩 가능하도록 상기 돌출부를 지지하는 지지클램프;
터널의 벽면 또는 지상에 설치된 서포트에 고정 또는 회전 가능하게 연결되며, 상기 지지클램프를 고정하여 지지하는 지지브래킷;
상기 강체전차선의 변형 또는 온도변화를 감지하도록 상기 강체전차선을 따라 상기 강체에 밀착되어 고정되며 상기 강체전차선의 양쪽에 각각 구비되는 광섬유 센서; 및
상기 광섬유 센서를 상기 강체전차선 상에 고정시키는 고정부;를 포함하고,
상기 고정부는 상기 강체전차선을 따라 일정 간격으로 상기 광섬유 센서를 고정시키고 상기 지지클램프를 중심으로 양쪽에 설치되는 고정용 클립으로 이루어지며,
상기 고정용 클립은 본체부와, 상기 본체부 양측으로 상기 돌출부에 걸쳐져 고정될 수 있도록 대칭되게 형성된 고정홈과, 상기 양측 고정홈 하방으로 연장된 거치부를 포함하는, 강체전차선 모니터링 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 고정용 클립은 탄성 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강체전차선 모니터링 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 고정용 클립은 주석도금된 금속 재질 또는 스테인레스스틸로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강체전차선 모니터링 시스템. - 삭제
- 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 광섬유 센서는 라만 산란광을 이용한 DTS(Distributed Temperature Sensor)인 것을 특징으로 하는 강체전차선 모니터링 시스템. - 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 광섬유 센서는 브릴루앙(Brillouin) 산란광을 이용하여 강체전차선의 변형 또는 온도변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 강체전차선 모니터링 시스템.
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