KR102468544B1 - 전기철도의 선로 보호 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기철도의 선로 보호 장치에 관한 것으로서, 특히 전기철도의 레일 상에 손상이 발생됨에 따라 그 보호용 후속 조치를 취하는 작업 간에, 해당 레일 구간의 어느 지점에서 어느 정도 수준의 손상이 발생되었고, 특히 레일 절손이 발생한 경우 그 위치 및 정도를 원거리의 통합상황실에서 신속하게 확인 후 최적의 보호/보완 조치를 신속하게 실행할 수 있도록 하는 전기철도의 선로 보호 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전기철도의 선로 보호 장치는 레일 손상 검지수단 및 레일 절손 탐지수단을 포함하여 구성되고, 상기 레일 절손 탐지수단은 덕트 인입홀이 상부의 중앙에 형성되는 복수의 레일 침목, 덕트 구조물, 자율주행차량 대기위치 마커, 자율주행차량, 카메라모듈, 마커 리딩모듈 및 제어부를 포함하여 구성된다.

Description

전기철도의 선로 보호 장치{Track protecting apparatus for electric railway}

본 발명은 철도의 전기 기술 분야 중 전기철도의 선로 보호 장치에 관한 것으로서, 특히 전기철도의 레일 상에 손상이 발생됨에 따라 그 보호용 후속 조치를 취하는 작업 간에, 해당 레일 구간의 어느 지점에서 어느 정도 수준의 손상이 발생되었고, 특히 레일 절손이 발생한 경우 그 위치 및 정도를 원거리의 통합상황실에서 신속하게 확인 후 최적의 보호/보완 조치를 신속하게 실행할 수 있도록 하는 전기철도의 선로 보호 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기철도의 열차가 운행하는 선로는 열차가 기동하는데 필요한 기동전원을 공급하기 위한 전차선 설비와 열차를 안전하고 효율적으로 운행시키기 위한 신호설비가 함께 설치 운영되고 있다.

그리고 상기 신호설비로는 궤도회로가 있으며, 이는 전차선 전류가 흐르는 레일을 전기회로의 일부분으로 사용하여 열차의 차축(車軸)에 의해 전기회로를 단락 또는 개방함으로써 열차의 유무를 검지하고, 열차의 운행에 필요한 정보를 지상에서 차상으로 전송하는 기능을 하게 된다.

즉, 궤도회로의 원리는 레일을 적당한 구간으로 구분하여 인접 궤도 회로와 전기적으로 절연하기 위하여 궤조 절연(insulated rail joint)을 설치하고, 궤도 회로 내의 레일 이음 부분의 접속 저항을 작게 하기 위하여 레일 본드(bond)로 접속한 다음 송전측에는 전원(energizing battery)을, 착전측에는 궤도 계전기(TR : track or signal relay)를 연결하여 전기 회로를 구성한 것이다. 궤도 회로 내에 열차가 없을 때에는 전원으로부터 흐르는 전류에 의하여 계전기가 여자(relay on)되고, 궤도 회로 내에 열차가 진입하면 차축에 의하여 전기회로가 단락되어 계전기는 무여자(de-energized; relay off) 되며, 궤도 회로 자체가 고장났을 때에도 계전기는 무여자된다. 또 신호기는 계전기의 여자 접점을 통할 때에는 녹색등이 현시되고 무여자 접점을 통할 때에는 적색등이 현시되는데 이것은 열차에 의하여 자동적으로 제어된다.

한편, 상기 궤도회로는 열차의 검지 및 제어가 주기능이지만, 레일의 절손을 미리 검지하여 열차의 안전운행을 도모하는 기능 역시 매우 중요하다.

그러나, 이러한 궤도회로 장치의 경우, 최근 공동접지 시공으로 인하여 우회회로의 경로가 추가되었고, 크로스본드 등의 적정설치 여부에 따라서도 우회회로에 의한 오동작의 가능성이 있으므로, 전차 안전운행과 밀접한 관련이 있는 임펄스 궤도회로 장치에서 점퍼선 철거 및 레일 절손 시 궤도계전기가 낙하되지 않는 현상이 발생되어 전차의 안전운행을 확보하기 곤란하다는 문제점이 지적되었다.

이러한 이유로 한국 등록특허 제10-0961899호인 “레일의 절손 검지 장치 및 그 방법”(이하 “선행기술 1”)이 제안된 바 있다.

그러나, 이러한 선행기술 1의 경우, 임피던스본드를 사용하지 않는 장점은 있으나, 귀선전류 불평형전류를 측정하여 그 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값과 비교하여 귀선전류 불평형 전류 허용 기준값을 초과하는 경우 레일 절손으로 판정하여 경보전송하는 레일절손검지수단을 구비하는 등 궤도회로가 복잡하게 되며, 또한 접지상태가 불안정하여 레일의 절손시에도 귀선전류가 불안정하게 흘러 레일의 절손을 신뢰성있게 검지하기 어려운 문제점이 있었다.

한편, 현재 전기철도의 열차 운행 효율성을 증대시키기 위하여 차상중심 전차제어방식이 대세로, 궁극적으로 지상에 설치되어 있는 설비를 없애고 무선으로 전차제어정보를 주고 받는 방향으로 개발이 진행중이다. 그럼에도 불구하고, 임피던스본드나 신호케이블 등 지상설비가 많이 쓰이는 궤도회로장치는 설치비 및 유지보수비 측면에서 많은 단점이 있으므로 무선을 이용하는 방식으로 대체할 경우, 전차검지 및 전차제어 기능은 만족시킬 수 있게 되나, 종래의 궤도회로가 수행하여 온 주요 안전기능 중 하나인 레일 절손 검지 기능을 해칠 수 있기 때문에 현재는 많은 비용을 감내하더라도 우회회로의 구조적인 문제점을 갖는 임피던스본드를 구비한 궤도회로를 병행하여 구축하고 있는 상황이다. 또한, 현재 고속열차 운행구간 중 폐색구간은 AF궤도회로로 개량이 되었으나, 역구내에서는 여전히 임펄스 궤도회로장치를 사용하고 있기 때문에, 상술한 임피던스본드를 사용하는 궤도회로장치의 문제점으로서 우회회로에 의한 궤도계전기의 오동작과 같은 문제는 여전히 존재하는 실정이다.

이러한 이유로 한국 등록특허 제10-1360951호인 “레일 손상 검지 장치 및 그 방법”(이하 “선행기술 2”)이 제안된 바 있다.

이러한 선행기술 2는 점퍼선 철거 또는 레일 절손과 같은 궤도 레일의 손상시 전차의 안전운행에 이용되는 임펄스 궤도회로장치의 임피던스본드의 1차권선의 양단에 접속된 각 궤도선로(레일, 이하 “레일”이라 함)의 전기신호값 또는 1차권선의 중성점에 접속된 중성선의 전기신호값에 의하여, 임피던스본드의 2차권선의 양단에 접속된 수신기에 인가되는 신호를 차단함으로써 궤도계전기가 낙하되어 임피던스본드의 구조적인 특성과 전철구간에서 사용하는 귀선회로에 의해 만들어지는 우회회로에 의한 궤도회로장치의 오동작 발생이 없이 레일의 손상을 사전에 검지하여 전차의 안전운행을 확보할 수 있도록 한 것이다.

또한, 각 레일의 전기신호값 또는 임피던스본드의 1차권선의 중성점에 접속된 중성선의 전기신호값을 측정비교결과에 의해 레일 손상을 검지함으로써 레일 손상 검지 비용을 절감할 수 있고, 신호설비의 유지보수가 한층 용이할 수 있도록 한 것이다.

그리고 본 출원인은 상술한 선행기술 2의 구성을 토대로 전기철도의 선로에 대한 보호 기능이 보다 잘 제공될 수 있는 기술로서 본 발명을 제안하게 되었다.

한국 등록특허 제10-1360951호(2014.02.11.공고), “레일 손상 검지 장치 및 그 방법” 한국 등록특허 제10-0961899호(2010.06.10.공고), “레일의 절손 검지 장치 및 그 방법”

본 발명의 실시 예는 전기철도의 레일 상에 손상이 발생됨에 따라 그 보호용 후속 조치를 취하는 작업 간에, 해당 레일 구간의 어느 지점에서 어느 정도 수준의 손상이 발생되었고, 특히 레일 절손이 발생한 경우 그 위치 및 정도를 원거리의 통합상황실에서 신속하게 확인 후 최적의 보호/보완 조치를 신속하게 실행할 수 있도록 하는 전기철도의 선로 보호 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치는, 전기철도에서 임피던스본드의 1차권선의 양단에 접속된 각 궤도선로(레일, 이하 “레일”이라 함)의 제1 및 제2 전기신호값 또는 상기 임피던스본드의 1차권선의 중성점에 접속된 중성점의 제3 전기신호값을 측정하는 전기신호 측정부와, 상기 전기신호 측정부의 제1 및 제2 전기신호값의 논리곱연산에 의한 논리값 또는 제3 전기신호값의 논리값을 출력하는 논리연산부와, 상기 논리연산부의 비교결과에 의해 상기 임피던스본드의 2차권선의 양단에 접속된 수신기에 인가되는 신호를 차단하는 차단부와, 상기 차단부가 동작하면 레일 손상으로 검지하는 레일손상 검지부를 포함하는 레일 손상 검지수단과, 상기 레일 손상 검지수단의 레일손상 검지부를 통해 상기 레일에 손상이 있는 것으로 검지되면, 상기 레일을 따라 이동하면서 상기 레일 상의 절손 부분을 탐지하는 기능의 레일 절손 탐지수단을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 레일 절손 탐지수단은, 상기 레일의 침목으로서, 자율주행차량용 주행로의 형성을 위한 상부 개방형 덕트 구조물이 삽입 및 통과되도록 상부 중앙에 덕트 인입홀이 형성되며, 상기 레일의 길이 방향을 기준으로 전후 방향으로 인접한 다른 침목들과 상기 덕트 인입홀을 일렬로 연결하는 상태로 상기 레일의 길이 방향을 따라 간격을 유지하며 연속적으로 설치되는 복수의 침목과, 상기 침목들의 상기 덕트 인입홀들에 순차적으로 삽입 및 통과되도록 설치되어 상기 레일의 길이 방향과 나란한 방향으로 설치되는 상기 덕트 구조물과, 상기 레일 손상 검지수단이 각각 설치되는 상기 레일의 단위 구간(이하 “레일 단위 구간”이라 함)을 기준으로 상기 레일 단위 구간별 설치되되, 상기 레일 단위 구간들의 선단에 일괄 설치되거나 상기 레일 단위 구간들의 후단에 일괄 설치되는 복수의 자율주행차량 대기위치 마커와, 상기 덕트 구조물의 내측에 수납 설치되어 외부로부터의 제어신호에 따라 상기 덕트 구조물의 길이 방향을 따라 자율주행하도록 설치되며, 차체의 상부에 수납 설치되는 동시에 외부의 제어신호에 따라 차체의 상면으로부터 상측으로 승강되도록 설치되는 승강블록을 포함하는 자율주행차량과, 상기 레일의 길이 방향과 수직을 이루는 방향을 좌우 방향으로 정할 때, 상기 승강블록의 좌우 측면에 각각 설치되어 설치된 측면과 마주하는 레일을 대상으로 영상데이터를 획득하는 한 쌍의 카메라모듈과, 상기 승강블록의 좌 측면 또는 우 측면에 설치되며, 상기 자율주행차량 대기위치 마커에 대한 스캔 기능을 수행하는 마커 리딩모듈과, 상기 레일 손상 검지수단의 레일손상 검지부로부터 상기 레일의 손상 검지 신호를 수신하면, 상기 자율주행차량에 자율주행을 명령하는 신호를 무선 전송하고, 상기 자율주행차량으로부터 무선 전송되는 영상데이터를 실시간으로 상기 통합관리서버에 전송하는 제어부를 포함하며, 상기 자율주행차량은 상기 제어부로부터 상기 레일의 손상 검지 신호를 무선 수신하기 위한 무선통신모듈을 포함하며, 상기 무선통신모듈을 통해 상기 레일의 손상 검지 신호가 수신되면 상기 카메라모듈들 및 마커 리딩모듈을 휴면 상태에서 작동모드로 전환시키고, 사전 설정된 거리 이동 시마다 상기 카메라모듈들을 통해 좌우측의 상기 레일들에 대한 영상데이터가 획득되게 하며, 주행거리 감지 기능을 가져 상기 카메라모듈들의 촬영 작동 시마다 획득된 영상데이터에 해당 주행거리를 포함시켜 상기 제어부에 전송하고, 사전 설정된 반환점 위치까지 주행하면 반대로 주행하여 상기 마커 리딩모듈을 통해 상기 자율주행차량 대기위치 마커가 리딩되는 위치까지 주행 후 해당 위치에서 대기하는 것일 수 있다.

본 발명의 실시 에에 따르면, 전기철도의 레일 상에 손상이 발생됨에 따라 그 보호용 후속 조치를 취하는 작업 간에, 해당 레일 구간의 어느 지점에서 어느 정도 수준의 손상이 발생되었고, 특히 레일 절손이 발생한 경우 그 위치 및 정도를 원거리의 통합상황실에서 신속하게 확인 후 최적의 보호/보완 조치를 신속하게 실행할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치를 예시한 블록 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치에서 레일 손상 검지수단이 적용되는 궤도회로장치를 예시한 구성도
도 3은 도 2에서 레일 손상 검지수단의 세부 구성을 예시한 구성도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치에서 레일 절손 탐지수단을 예시한 평면도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치에서 레일 절손 탐지수단의 전기적 구성을 예시한 블록 구성도
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치에서 일부 추가되는 구성을 예시한 블록 구성도

이하의 본 발명에 관한 상세한 설명들은 본 발명이 실시될 수 있는 실시 예이고 해당 실시 예의 예시로써 도시된 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명의 실시에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 기재된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.

따라서 후술되는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

발명에서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”,　＂…모듈“ 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치를 예시한 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치에서 레일 손상 검지수단이 적용되는 궤도회로장치를 예시한 구성도이며, 도 3은 도 2에서 레일 손상 검지수단의 세부 구성을 예시한 구성도이다. 그리고 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치에서 레일 절손 탐지수단을 예시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치에서 레일 절손 탐지수단의 전기적 구성을 예시한 블록 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치는 레일 손상 검지수단(400) 및 레일 절손 탐지수단(500)을 포함하여 구성된다.

먼저, 본 실시 예의 레일 손상 검지수단(400)이 적용되는 궤도회로장치는 크게는 전압 안정기(200), 송신기(210), 송신측 임피던스본드(220, 230), 수신측 임피던스본드(240, 250), 정합용 콘덴서(260), 수신기(270), 궤도 계전기(280)로 이루어진다. 그리고 이러한 궤도회로장치에 대해서는 후술되는 설명들에서 더 언급될 것이다.

레일 손상 검지수단(400)은 전기신호 측정부(410), 논리 연산부(420), 차단부(430) 및 레일손상 검지부(440)를 포함하여 구성된다.

전기신호 측정부(410)는 임피던스본드의 1차권선의 양단에 접속된 각 레일의 제1 및 제2 전기신호값 또는 임피던스본드의 1차권선의 중성점에 접속된 중성선의 제3 전기신호값을 측정한다.

논리 연산부(420)는 전기신호 측정부(410)의 제1 및 제2 전기신호값의 논리곱연산에 의한 논리값 또는 제3 전기신호값의 논리값을 출력한다.

차단부(430)는 논리연산부(420)의 비교결과에 의해 임피던스본드의 2차권선의 양단에 접속된 수신기에 인가되는 신호를 차단한다.

레일손상 검지부(440)는 차단부(430)가 동작하면 레일 손상으로 검지한다.

보다 구체적으로 설명하면, 궤도 회로를 구분하는 각 절연 개소(290, 292, 294, 296)의 임피던스본드(220, 230, 240, 250)는 전차선의 귀선 전류를 흐르게 하고 인접 궤도 회로에 신호 전류의 흐름을 막는 역할을 한다.

즉, 전차선설비에는 대략 1km 내외 간격으로 임피던스본드(220, 230, 240, 250)라는 특수한 설비가 제1 및 제2레일(20, 22)의 중간에 설치되고, 일정한 간격(궤도회로 간격)마다 제1 및 제2레일(20, 22)을 통과하는 전차선 전류를 가공지선(40)으로 회귀시키기 위한 귀선(50)이 설치되며, 귀선(50)은 임피던스본드의 각 중성점을 연결하는 중성선(55)에 연결된다. 이러한 귀선(50)은 전차(100)가 이동하는 제1 및 제2레일(20, 22)의 중간에 전차선(30)을 통해 흐르는 전차선전류를 귀선(50)을 거쳐 귀선전류로 가공지선(40)으로 회귀시키기 위하여 일정 간격으로 설치되어 신호구간을 일정 간격으로 나누는 역할을 한다.

또한, 신호설비에는 궤도회로장치가 있으며 이는 크게는 전압 안정기(200), 송신기(210), 송신측 임피던스본드(220, 230), 수신측 임피던스본드(240, 250), 정합용 콘덴서(260), 수신기(270), 궤도 계전기(280)로 구성되고, 본 실시 예에 따른 레일 손상 검지수단(400)은 수신 임피던스본드(240, 250)의 1차권선(240)의 양단에 접속된 각 레일(20, 22)의 제1 및 제2 전기신호값을 측정하는 전기신호 측정부(410), 이러한 전기신호 측정부(410)의 제1 및 제2 전기신호값의 논리곱연산에 의한 논리값을 출력하는 논리연산부(420), 이러한 논리연산부(420)의 비교결과에 의해 임피던스본드의 2차권선(250)의 양단에 접속된 수신기(270)에 인가되는 신호를 차단하는 차단부(430)를 포함하여 구성된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 레일 손상 검지수단(400)이 적용되는 궤도회로장치는 전차선 전류가 흐르는 레일(20,22)을 전기회로의 일부분으로 사용하여 전차(100)의 차축(110)에 의해 전기회로를 단락 또는 개방함으로써 전차의 유무를 검지하고, 전차의 운행에 필요한 정보를 지상에서 차상으로 전송하는 기능을 하게 된다. 궤도회로장치는 전차의 검지 및 제어가 주기능이지만, 점퍼선의 철거 또는 레일의 절손과 같은 레일의 손상을 미리 검지하여 전차의 안전운행을 도모하는 기능 역시 매우 중요하고, 이와 같은 궤도회로장치가 구성됨으로 인해 전차(100)가 궤도회로 일부분을 점유하였을 경우, 전차선전류는 전차선(30), 제1 및 제2레일(20, 22), 귀선(50), 가공지선(40)으로 순차적으로 흐른다. 이 경우, 제1 및 제2레일(20, 22)이 단선되지 않은 정상상태의 경우 각각의 제1 및 제2 레일(20,22)에 흐르는 전차선전류는 동일한 값을 가지게 되나, 예를 들어 어느 한쪽의 레일인 제1레일(20)이 단선되었을 경우에는 전차선 전류값은 다른 한쪽의 레일인 제2레일(22)로 크게 흐를 수 있다. 이와 같은 경우 전차선전류의 불평형으로 인하여 임피던스본드(220, 230, 240, 250)의 전차선 전류에 균형이 깨지게 되어 전차의 운행은 위험을 초래하게 된다.

이에 따라, 전차의 운행에 있어서 레일의 손상을 미리 검지하는 장치가 매우 중요하게 되며. 상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 레일 손상 검지수단은 레일의 손상이 없는 경우에 전기신호 측정부(410)에서 측정된 수신 임피던스본드(240, 250)의 1차권선(240)의 양단에 접속된 각 레일(20, 22)의 제1 및 제2 전기신호값은 동일한 값을 가지나, 적어도 하나의 레일의 손상이 있는 경우에는 상기 제1 및 제2 전기신호값은 상호 다르거나 흐르지 않게 된다. 이를 논리연산부(420)에서 논리곱하면 다음의 표와 같다.

제1 전기신호값	제2 전기신호값	논리곱
1	1	1
1	0	0
0	1	0
0	0	0

상술한 표 1 에서, 레일에 전기신호가 흐르는 경우 레일의 손상이 없는 경우로 하여 논리레벨값을 1로 하고 그 반대의 경우 즉 레일의 손상이 있어 전기신호가 흐르지 않는 경우에는 논리레벨값을 0으로 하면, 논리연산부(420)에서 논리곱하면 적어도 한 레일의 손상이 있는 경우에 논리연산부(420)는 차단부(430)에서 신호를 차단시키도록 한다.

본 발명에서 전기신호 측정부(410)는 각 레일에 흐르는 전류를 측정하는 CT(current transformer), 전위 또는 전압을 측정하는 PT(potential transformer), 전기신호의 주파수를 측정하는 주파수계(frequency meter) 또는 자력선을 센싱하는 자력선 센서를 적용할 수 있으며, 논리연산부(420)는 전기신호측정부(410)의 전기신호값을 논리곱하는 AND게이트를 사용할 수 있으며, 차단부(430)는 스위치역할을 하는 차단스위치를 적용할 수 있다.

도 3을 참조하면, 전기신호 측정부(410)는 수신 임피던스본드(240, 250)의 1차권선(240)의 양단에 접속된 각 레일(20, 22)의 제1 및 제2 전기신호값을 측정하는 CT, PT, 주파수계, 또는 자력선센서로 구성되며, 논리연산부(420)는 전기신호 측정부(410)의 제1 및 제2 전기신호값의 논리곱연산에 의한 논리값을 출력하는 AND게이트로 구성되며, 차단부(430)는 논리연산부(420)의 비교결과에 의해 임피던스본드의 2차권선(250)의 양단에 접속된 수신기(270)에 인가되는 신호를 차단하는 차단스위치로 구성된다.

이로써, 차단부(430)인 차단스위치가 차단되면, 수신기(270)에 인가되는 신호가 차단되어, 레일의 절손을 감지하게 되어, 궤도계전기(280)가 낙하하게 된다. 즉, 궤도회로장치는 제1 또는 제2레일(20,22)의 절손을 검지함으로써 경보기를 동작시킴으로써 전차 진입을 불허하게 된다. 궤도계전기는 동작에 필요한 직류 전원을 공급하는 수신기에 연결되어 충분한 진폭 및 정확한 비대칭파를 가진 펄스를 점검하는 것으로, 궤도계전기의 코일구조는 V1코일에 입력전류가 0.5mA이상, V2코일에 입력전류가 1.2mA이상일 때 궤도계전기가 낙하되도록 구성되는데, 이는 통상의 궤도계전기를 그대로 사용할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

요약하면, 도 3에 도시한 바와 같이 본 실시 예의 수신 임피던스본드(240, 250)에서 ①은 임피던스본드의 1차 권선(+) 입력, ②는 중성점, ③은 임피던스본드의 1차 권선 (-) 입력, ④는 임피던스본드의 2차측 (+) 출력, ⑤는임피던스본드의 2차측 (-) 출력으로 ④와 ⑤는 수신기(270)에 접속되는 것으로, 전차 궤도 선로에 열차가 없을 때, 즉 평상시에는 ①에서 ③으로 임펄스 신호전류가 흐르나, 레일절손 시 ④와 ⑤로 흐르는 신호 전류값이 차단되어 레일 절손으로 판단되어 최종 궤도계전기가 낙하한다.

레일 절손 탐지수단(500)은 레일 손상 검지수단(400)의 레일손상 검지부(440)를 통해 상기 레일에 손상이 있는 것으로 검지되면, 상기 레일을 따라 이동하면서 상기 레일 상의 절손 부분을 탐지하는 기능을 수행한다.

이러한 레일 절손 탐지수단(500)은 상기 레일에 대한 복수의 침목(510), 덕트 구조물(520), 자율주행차량 대기위치 마커(530), 자율주행차량(540), 카메라모듈(550), 마커 리딩모듈(560) 및 제어부(570)를 포함하여 구성된다.

복수의 침목(510)은 상기 레일의 침목(510)으로서, 각각의 침목(510)은 자율주행차량용 주행로의 형성을 위한 상부 개방형 덕트 구조물(520)이 삽입 및 통과되도록 상부 중앙에 덕트 인입홀(511)이 형성된다. 그리고 복수의 침목(510)은 상기 레일의 길이 방향을 기준으로 전후 방향으로 인접한 다른 침목(510)들과 덕트 인입홀(511)을 일렬로 연결하는 상태로 상기 레일의 길이 방향을 따라 간격을 유지하며 연속적으로 설치된다.

덕트 구조물(520)은 침목(510)들의 덕트 인입홀(511)들에 순차적으로 삽입 및 통과되도록 설치되어 상기 레일의 길이 방향과 나란한 방향으로 설치된다.

자율주행차량 대기위치 마커(530)는 레일 손상 검지수단(400)이 각각 설치되는 상기 레일의 단위 구간(이하 “레일 단위 구간(S)”이라 함)을 기준으로 레일 단위 구간(S)별 설치된다. 그리고 이러한 자율주행차량 대기위치 마커(530)는 레일 단위 구간(S)들의 선단에 일괄 설치되거나 레일 단위 구간(S)들의 후단에 일괄 설치되는 방식으로 설치된다.

자율주행차량(540)은 덕트 구조물(520)의 내측에 수납 설치되어 외부로부터의 제어신호, 다시 말해 후술되는 제어부(570)의 제어신호에 따라 덕트 구조물(520)의 길이 방향을 따라 자율주행하도록 설치된다. 그리고 이러한 자율주행차량(540)은 차체의 상부에 수납 설치되는 동시에 외부의 제어신호, 다시 말해 제어부(570)의 제어신호에 따라 차체의 상면으로부터 상측으로 승강되도록 설치되는 승강블록(541)을 포함한다.

한 쌍의 카메라모듈(550)은 레일의 길이 방향과 수직을 이루는 방향을 좌우 방향으로 정할 때, 승강블록(541)의 좌우 측면에 각각 설치되어 설치된 측면과 마주하는 레일을 대상으로 영상데이터를 획득하는 기능을 수행한다.

마커 리딩모듈(560)은 자율주행차량(540)의 승강블록(541) 좌 측면 또는 우 측면에 설치되며, 자율주행차량 대기위치 마커(530)에 대한 스캔 기능을 수행한다.

제어부(570)은 레일 손상 검지수단(400)의 레일손상 검지부(440)로부터 상기 레일의 손상 검지 신호를 수신하면, 자율주행차량(540)에 자율주행을 명령하는 신호를 무선 전송한다. 또한, 제어부(570)는 자율주행차량(540)으로부터 무선 전송되는 영상데이터를 실시간으로 통합관리서버(1000)에 전송한다.

그리고 자율주행차량(540)은 제어부(570)로부터 상기 레일의 손상 검지 신호를 무선 수신하기 위한 무선통신모듈(542)을 포함하며, 무선통신모듈(542)을 통해 상기 레일의 손상 검지 신호가 수신되면 카메라모듈(550)들 및 마커 리딩모듈(560)을 휴면 상태에서 작동모드로 전환시킨다. 그리고 자율주행차량(540)은 사전 설정된 거리 이동 시마다 카메라모듈(550)들을 통해 좌우측의 상기 레일들에 대한 영상데이터가 획득되게 하며, 주행거리 감지 기능을 가져 카메라모듈(550)들의 촬영 작동 시마다 획득된 영상데이터에 해당 주행거리를 포함시켜 제어부(570)에 전송한다. 또한, 자율주행차량(540)은 사전 설정된 반환점 위치까지 주행하면 반대로 주행하여 마커 리딩모듈(560)을 통해 자율주행차량 대기위치 마커(530)가 리딩되는 위치까지 주행 후 해당 위치에서 대기하게 된다.

상술한 레일 절손 탐지수단(500)의 구성에 의해서, 전기철도의 레일 상에 손상이 발생됨에 따라 그 보호용 후속 조치를 취하는 작업 간에, 해당 레일 구간의 어느 지점에서 어느 정도 수준의 손상이 발생되었고, 특히 레일 절손이 발생한 경우 그 위치 및 정도를 원거리의 통합상황실에서 신속하게 확인 후 최적의 보호/보완 조치를 신속하게 실행할 수 있게 된다.

그리고 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치에서 일부 추가되는 구성을 예시한 블록 구성도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 선로 보호 장치는 강설 예상 시간 및 예상 강설량에 대한 정보를 기상청 서버로부터 수신하는 기상정보 수신부(600)를 더 포함한다. 이에 따라 기상정보 수신부(600)로부터 상기 예상 강설량의 정보가 레일 절손 탐지수단(500)의 제어부(570)에 전송되면, 제어부(570)는 사전에 설정된 임계 강설량과 비교하여 전송된 예상 강설량이 상기 임계 강설량을 초과할 경우, 상기 강설 예상 시간을 전후로 사전 설정된 시간 동안 자율주행차량(540)을 제어하여 카메라모듈(550)을 통해 레일에 대한 눈의 쌓임 정도가 영상데이터로 확보되어 통합관리서버(1000)에 실시간 전송되게 한다.

또한, 레일 간의 연결 부분에 간극이 생기거나 미세하게 어긋하는 등의 위험 요소가 존재하는 지 확인을 위해 제어부(570)는 자율주행차량(540)을 사전 설정된 주기에 따라 주기적으로 주행시키면서 레일 및 그 선로에 대한 보호 점검 작업을 정기적으로 실행 및 그 결과를 통합관리서버(1000)에 통보할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 설명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정하여 저서는 안되며, 후술되는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적인 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

400 : 레일 손상 검지수단 410 : 전기신호 측정부
420 : 논리 연산부 430 : 차단부
440 : 레인손상 검지부 500 : 레일 절손 탐지수단
510 : 침목 511 : 덕트 인입홀
520 : 덕트 구조물 530 : 자율주행차량 대기위치 마커
540 : 자율주행차량 541 : 승강블록
542 : 무선통신모듈 550 : 카메라모듈
560 : 마커 리딩모듈 570 : 제어부
600 : 기상정보 수신부 1000 : 통합관리서버
S : 레일 단위 구간

Claims (2)

1. 삭제
2. 전기철도에서 임피던스본드의 1차권선의 양단에 접속된 각 궤도선로(레일, 이하 “레일”이라 함)의 제1 및 제2 전기신호값 또는 상기 임피던스본드의 1차권선의 중성점에 접속된 중성점의 제3 전기신호값을 측정하는 전기신호 측정부(410)와, 상기 전기신호 측정부(410)의 제1 및 제2 전기신호값의 논리곱연산에 의한 논리값 또는 제3 전기신호값의 논리값을 출력하는 논리연산부(420)와, 상기 논리연산부(420)의 비교결과에 의해 상기 임피던스본드의 2차권선의 양단에 접속된 수신기에 인가되는 신호를 차단하는 차단부(430)와, 상기 차단부(430)가 동작하면 레일 손상으로 검지하는 레일손상 검지부(440)를 포함하는 레일 손상 검지수단(400): 및
   상기 레일 손상 검지수단(400)의 레일손상 검지부(440)를 통해 상기 레일에 손상이 있는 것으로 검지되면, 상기 레일을 따라 이동하면서 상기 레일 상의 절손 부분을 탐지하는 기능의 레일 절손 탐지수단(500)을 포함하는 전기철도의 선로 보호 장치에 있어서,
   상기 레일 절손 탐지수단(500)은,
   상기 레일의 침목(510)으로서, 자율주행차량용 주행로의 형성을 위한 상부 개방형 덕트 구조물(520)이 삽입 및 통과되도록 상부 중앙에 덕트 인입홀(511)이 형성되며, 상기 레일의 길이 방향을 기준으로 전후 방향으로 인접한 다른 침목(510)들과 상기 덕트 인입홀(511)을 일렬로 연결하는 상태로 상기 레일의 길이 방향을 따라 간격을 유지하며 연속적으로 설치되는 복수의 침목(510);
   상기 침목(510)들의 상기 덕트 인입홀(511)들에 순차적으로 삽입 및 통과되도록 설치되어 상기 레일의 길이 방향과 나란한 방향으로 설치되는 상기 덕트 구조물(520);
   상기 레일 손상 검지수단(400)이 각각 설치되는 상기 레일의 단위 구간(이하 “레일 단위 구간(S)”이라 함)을 기준으로 상기 레일 단위 구간(S)별 설치되되, 상기 레일 단위 구간(S)들의 선단에 일괄 설치되거나 상기 레일 단위 구간(S)들의 후단에 일괄 설치되는 복수의 자율주행차량 대기위치 마커(530);
   상기 덕트 구조물(520)의 내측에 수납 설치되어 외부로부터의 제어신호에 따라 상기 덕트 구조물(520)의 길이 방향을 따라 자율주행하도록 설치되며, 차체의 상부에 수납 설치되는 동시에 외부의 제어신호에 따라 차체의 상면으로부터 상측으로 승강되도록 설치되는 승강블록(541)을 포함하는 자율주행차량(540);
   상기 레일의 길이 방향과 수직을 이루는 방향을 좌우 방향으로 정할 때, 상기 승강블록(541)의 좌우 측면에 각각 설치되어 설치된 측면과 마주하는 레일을 대상으로 영상데이터를 획득하는 한 쌍의 카메라모듈(550);
   상기 승강블록(541)의 좌 측면 또는 우 측면에 설치되며, 상기 자율주행차량 대기위치 마커(530)에 대한 스캔 기능을 수행하는 마커 리딩모듈(560);
   상기 레일 손상 검지수단(400)의 레일손상 검지부(440)로부터 상기 레일의 손상 검지 신호를 수신하면, 상기 자율주행차량(540)에 자율주행을 명령하는 신호를 무선 전송하고, 상기 자율주행차량(540)으로부터 무선 전송되는 영상데이터를 실시간으로 통합관리서버(1000)에 전송하는 제어부(570)를 포함하며,
   상기 자율주행차량(540)은 상기 제어부(570)로부터 상기 레일의 손상 검지 신호를 무선 수신하기 위한 무선통신모듈(542)을 포함하며, 상기 무선통신모듈(542)을 통해 상기 레일의 손상 검지 신호가 수신되면 상기 카메라모듈(550)들 및 마커 리딩모듈(560)을 휴면 상태에서 작동모드로 전환시키고, 사전 설정된 거리 이동 시마다 상기 카메라모듈(550)들을 통해 좌우측의 상기 레일들에 대한 영상데이터가 획득되게 하며, 주행거리 감지 기능을 가져 상기 카메라모듈(550)들의 촬영 작동 시마다 획득된 영상데이터에 해당 주행거리를 포함시켜 상기 제어부(570)에 전송하고, 사전 설정된 반환점 위치까지 주행하면 반대로 주행하여 상기 마커 리딩모듈(560)을 통해 상기 자율주행차량 대기위치 마커(530)가 리딩되는 위치까지 주행 후 해당 위치에서 대기하는 것을 특징으로 하는 전기철도의 선로 보호 장치.
   

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