KR102681453B1 - 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법에 관한 것으로서, 전력선 통신을 위한 매개체로서 철도차량에 전력을 공급하기 위한 전차선과 상기 전차선을 같은 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선 및 철도차량의 운행을 위한 레일이 기본 시설로 설치되며, 상기 기본 시설에 연계 설치하여 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 구축하기 위한 시공방법에 있어서, (A) 전기 철도에서의 전력선 통신을 위한 신호결합용 지상장치를 설치하는 단계; (B) 전기 철도에서의 전력선 통신을 위한 신호결합용 차상장치를 설치하는 단계;를 포함하고, 상기 (A)단계에서는, (1) 전철변전소로부터 25kV의 전원을 공급받고 철도차량 상부의 집전장치인 팬터그래프와 접촉되어 전기를 공급하는 전차선이나 상기 전차선을 동일한 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선에 연결되어 설치되고 과전압이 인가되는 경우 방전하여 접지로 과전류를 흘려보내기 위한 전차선로용 피뢰기를 시공하는 단계; (2) 상기 전차선로용 피뢰기에 일단이 연결되고 타단이 연결선을 통해 전차선 또는 조가선에 연결되는 컷아웃스위치를 시공하는 단계; (3) 상기 전차선로용 피뢰기에 연결되고 전력선 통신용 데이터를 송수신하기 위한 지상PLC모뎀을 시공하는 단계; (4) 상기 지상PLC모뎀에 연결되고, 주변시설 정보수집 및 실시간 정보 공유를 위한 데이터 송신용 CCTV카메라를 시공하는 단계;를 포함하되, 상기 전차선로용 피뢰기는 전장 250~280mm 및 누설거리 670~720mm를 갖는 폴리머 피뢰기로서, 상부전극 및 하부전극 사이에 산화아연(ZnO) 바리스터소자를 정렬시킨 후 글라스화이바 또는 필라멘트로 와인딩 처리하여 밀봉 및 절연시키고 실리콘고무혼합물을 외면에 사출하여 일체형으로 몰딩 처리함으로써 절연하우징을 갖게 한 구성이며, 상기 실리콘고무혼합물은 피뢰기 측 내마모성과 내유성, 내약품성 및 가스투과성을 보강하도록 하기 위해 실리콘고무 100중량부에 대하여 아크릴로니트릴부타디엔고무 또는 불소고무 30~50중량부, 부틸고무 또는 부틸과 EPDM 복합고무 5~10중량부가 배합되고, 피뢰기 측 열화방지를 위해 실리콘카바이드(SiC) 분말이 실리콘고무 100중량부에 대하여 10~30중량부가 배합되어 혼합 조성된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 철도에서의 전력선 통신을 수행할 시 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있도록 하며 기존에 비해 신호 전달 특성을 향상시킬 수 있도록 한 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기 철도(電氣鐵道)는 전기에서 구동력을 얻어 움직이는 철도로서, 흔히 전철(電鐵)이라 약칭하여 사용하고 있다.
국내 철도산업은 고속철도(KTX)의 상용화를 계기로 전기 철도 확충, 철도부품의 국산화와 지자체를 중심으로 경량전철 도입 등 활발한 연구개발이 이루어지고 있다. 특히 철도신호 및 통신분야인 경우 국내 IT기술이 발달됨에 따라 CBTC(Communication Base Train Control), 무선영상 전송 시스템 개발 등 이를 접목한 새로운 융복합 기술이 대두되고 있다.
한편, 전력선 통신은 고속의 데이터 전송에 대한 수요를 충족할 수 있는 기술로서, 주로 전력회사의 미터 계측용이나 배전 자동화용으로 많이 연구되어 왔으며, 많은 제한적인 이유 때문에 사용이 극히 일부분의 응용에 적용 되어 왔다. 최근에 전력선 통신 기술은 고속 데이터 통신을 위한 새로운 기술로 부각되고 있으며, 디지털 변조 기술의 발전에 따른 통신 속도 및 신뢰성의 향상, 인터넷의 급속한 발전으로 통신 매체로써 전력선이 각광을 받고 있다. 특히 기존의 전력 시설을 활용하기 때문에 비용이 적게 들고 별도의 설치가 없거나 기간이 매우 짧아 새로운 고속 접속망을 구축하는 것보다는 비용측면에서 매우 효율적이다.
부연하여, 전력선 통신(PLC: Power Line Communications)은 전력전달을 위한 전력선을 매체로 통신 신호를 수십 [kHz]에서 수십 [MHz]의 고주파 신호로 변환하여 전송하고 이를 필터를 이용하여 전력 신호와 분리하여 수신하는 방식이다. 도 1에서 보여주는 바와 같이, 데이터를 송신할 PC 측에서 전력선에 데이터를 송신하기 위해 전력선통신 모뎀을 이용하여 통신신호를 변조하여 전력선에 커플링하고, 데이터를 수신할 PC 측에서는 전력선에 흐르는 통신신호의 수신을 위해 전력선통신 모뎀을 이용하여 60[Hz] 전력 신호가 필터링된 신호를 복조하여 받아들인다. 이는 유선 LAN이나 HFC(Hybrid Fiber Coax: 광동축 혼합망) 등의 기타 통신방식과 매체를 달리할 뿐 통신방식에 있어 거의 동일한 형태를 띤다.
이러한 전력선 통신 방법의 기본 원리는 매체에 흐르는 전류 파형에 미약한 고주파 변조 신호를 중첩시켜서 통신하는 방식으로서, 전기 철도의 고압 급전선을 이용한 전력선 통신에 있어서 전송 특성이나 통신망 구성 장치에 대한 연구는 부족한 실정이다.
한편, 전기 철도에서 전력선 통신을 이용하는 전력 전송에 있어서는 일반 전력산업에서의 송전방식과는 달리 AC 25,000V를 단상(전차선)으로 전송하는 방식을 적용하고 있으며, 이에 따라 전기 철도의 전차선을 전력선으로 하여 전력선 통신망을 구축하기 위해서는 PLC 모뎀을 AC 25,000V의 전차선(조가선)에 직접 연결할 수 있는 신호결합기가 필요하고, 이를 철도법에서 규정하는 정도의 특성을 만족하면서 전력선 통신을 위한 특성을 가지도록 구성하는 것은 상당히 어렵다. 특히, 전기 철도의 전차선에 별도의 장비를 부착할 경우 철도 안전법에 따라 애자 등급의 42,000V 내전압에 견딜 수 있는 절연특성이 요구되며 고전압에 적용되는 것이라는 점에서 안정성에 대한 수많은 시험 과정과 시험 시간 등이 필요하여 이를 필수 구성으로 하는 전력선 통신 시스템의 적용이 쉽지 않다. 더불어, 이러한 신호결합기는 고전압에 사용되는 장치이므로 그 개발 중에 안전 사고 발생 가능성이 높고, 어느 정도 특성을 만족하는 제품이 개발된다 하더라도 이를 안전에 극도로 민감한 전기 절도 시스템에 쉽게 적용하기 어려워 이와 같은 신호결합기의 신뢰성이 요구된다.
즉, 고압이 사용되는 전기 철도 분야에 적용하기 위한 전력선 통신 기술의 안전성 확보가 요구된다.
또한, 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 구성하기 위해 설치되는 각종 장치 및 부품 측 내구성을 확보하는 것은 물론 설치시 요구되는 파라미터 조건을 만족시키는 것이 중요하다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 전기 철도에서의 전력선 통신을 수행할 시 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있도록 하며 전력선 통신을 이용하여 주변시설 정보수집 및 실시간 정보 공유를 수행할 수 있도록 한 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 전력선 통신에 있어 신호 전달 특성을 향상시킬 수 있도록 하며, 시스템을 구성하는 장치 및 부품의 기계적 물성 증대 등 내구성을 확보할 수 있도록 한 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 임피던스 정합을 이용하여 신호감쇠율을 개선함으로써 전력선 통신에 따른 최대 신호 전송을 구현할 수 있도록 한 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법은, 전력선 통신을 위한 매개체로서 철도차량에 전력을 공급하기 위한 전차선과 상기 전차선을 같은 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선 및 철도차량의 운행을 위한 레일이 기본 시설로 설치되며, 상기 기본 시설에 연계 설치하여 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 구축하기 위한 시공방법에 있어서, (A) 전기 철도에서의 전력선 통신을 위한 신호결합용 지상장치를 설치하는 단계; (B) 전기 철도에서의 전력선 통신을 위한 신호결합용 차상장치를 설치하는 단계;를 포함하고, 상기 (A)단계에서는, (1) 전철변전소로부터 25kV의 전원을 공급받고 철도차량 상부의 집전장치인 팬터그래프와 접촉되어 전기를 공급하는 전차선이나 상기 전차선을 동일한 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선에 연결되어 설치되고 과전압이 인가되는 경우 방전하여 접지로 과전류를 흘려보내기 위한 전차선로용 피뢰기를 시공하는 단계; (2) 상기 전차선로용 피뢰기에 일단이 연결되고 타단이 연결선을 통해 전차선 또는 조가선에 연결되는 컷아웃스위치를 시공하는 단계; (3) 상기 전차선로용 피뢰기에 연결되고 전력선 통신용 데이터를 송수신하기 위한 지상PLC모뎀을 시공하는 단계; (4) 상기 지상PLC모뎀에 연결되고, 주변시설 정보수집 및 실시간 정보 공유를 위한 데이터 송신용 CCTV카메라를 시공하는 단계;를 포함하되, 상기 전차선로용 피뢰기는 전장 250~280mm 및 누설거리 670~720mm를 갖는 폴리머 피뢰기로서, 상부전극 및 하부전극 사이에 산화아연(ZnO) 바리스터소자를 정렬시킨 후 글라스화이바 또는 필라멘트로 와인딩 처리하여 밀봉 및 절연시키고 실리콘고무혼합물을 외면에 사출하여 일체형으로 몰딩 처리함으로써 절연하우징을 갖게 한 구성이며, 상기 실리콘고무혼합물은 피뢰기 측 내마모성과 내유성, 내약품성 및 가스투과성을 보강하도록 하기 위해 실리콘고무 100중량부에 대하여 아크릴로니트릴부타디엔고무 또는 불소고무 30~50중량부, 부틸고무 또는 부틸과 EPDM 복합고무 5~10중량부가 배합되고, 피뢰기 측 열화방지를 위해 실리콘카바이드(SiC) 분말이 실리콘고무 100중량부에 대하여 10~30중량부가 배합되어 혼합 조성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전기 철도에서의 전력선 통신을 수행할 시 안전성 및 신뢰성을 더욱 확보할 수 있으며, 전력선 통신을 이용하여 주변시설 정보수집은 물론 실시간으로 안전 정보를 공유할 수 있는 개선된 방식의 전기 철도용 전력선 통신 시스템을 구축할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전기 철도에서의 전력선 통신에 있어 신호 전달 특성을 향상시킬 수 있으며, 시스템을 구성하는 장치 및 부품의 기계적 물성 증대 등 내구성을 확보할 수 있어 더욱 안정된 특성을 발휘할 수 있는 전기 철도용 전력선 통신 시스템을 구축할 수 있다.
본 발명에 따르면, 임피던스 정합을 이용하여 신호감쇠율을 개선함으로써 전력선 통신에 따른 최대 신호 전송을 구현할 수 있는 전기 철도용 전력선 통신 시스템을 구축할 수 있다.
도 1은 일반적인 전력선 통신의 원리를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법을 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 나타낸 개략적 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 설명하기 위해 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 위한 신호결합용 지상장치를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 위한 신호결합용 지상장치 측 컷아웃스위치를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 컷아웃스위치에 장착되는 소음저감기를 나타낸 개략적 단면 구성도이다.
도 8은 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 위한 신호결합용 차상장치를 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 위한 신호결합용 차상장치 측 비접촉식 유도성 신호결합기를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법을 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 나타낸 개략적 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 설명하기 위해 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 위한 신호결합용 지상장치를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 위한 신호결합용 지상장치 측 컷아웃스위치를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 컷아웃스위치에 장착되는 소음저감기를 나타낸 개략적 단면 구성도이다.
도 8은 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 위한 신호결합용 차상장치를 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 시공방법에 의해 구축되는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 위한 신호결합용 차상장치 측 비접촉식 유도성 신호결합기를 나타낸 예시도이다.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법은 전력선 통신을 위한 매개체로서 철도차량에 전력을 공급하기 위한 전차선과 상기 전차선을 같은 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선 및 철도차량의 운행을 위한 레일 등이 기본 시설로 설치된다.
상세하게, 도 2를 참조하면, 신호결합용 지상장치 설치단계(S10)와 신호결합용 차상장치 설치단계(S20)를 포함한다.
상기 신호결합용 지상장치 설치단계(S10)는 전기 철도에서의 전력선 통신을 위한 신호결합용 지상장치를 설치하는 단계이고, 상기 신호결합용 차상장치 설치단계(S20)는 전기 철도에서의 전력선 통신을 위한 신호결합용 차상장치를 설치하는 단계이다.
이때, 상기 신호결합용 지상장치와 신호결합용 차상장치는 기본적으로 전차선을 이용한 전력선 통신(Power Line Communication; PLC)을 수행하도록 설치되며, 이를 위해 PLC 통신망을 사용하는 구성을 갖게 한다.
이와 같은 상기 신호결합용 지상장치 설치단계(S10)와, 상기 신호결합용 차상장치 설치단계(S20)의 각각에 대해 도 2 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 신호결합용 지상장치 설치단계(S10)는 전기 철도에서의 전력선 통신을 이용하기 위해 철도 레일을 따라 지상에 설치하는 단계로서, 전력선 통신을 위한 매개체로서 철도차량에 전력(전원)을 공급하기 위한 전차선(10)과 상기 전차선(10)을 같은 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선(20)에 연계하여 설치된다.
상기 전차선(10)은 전철변전소로부터 25kV의 전원을 공급받으며, 이를 철도차량 상부의 집전장치인 팬터그래프와 접촉되어 철도차량으로 전기를 공급하기 위한 구성이다.
상기 전차선(10)은 복수 개의 구간으로 구획되어 제공될 수 있으며, 전기 철도의 레일(30)을 따라 설치된다.
상기 전차선(10)은 임의의 지점에 전차선(10)을 통해 전달되는 신호를 증폭시켜주는 리피터(Repeater)가 제공될 수 있는데, 디지털 신호는 일정 거리 이상 진행하면 출력이 감쇠하는 성질이 있으므로 상기 리피터를 상기 전차선(10)에 연결하여 통신 신호의 출력을 유지토록 구성할 수 있다.
상기 리피터는 각 구간마다 적어도 하나 이상 제공될 수 있고 일정한 간격으로 배치될 수도 있으며, 이를 통해 레일(30)이 장거리로 연장되더라도 통신 신호의 출력 저하 없이 안정된 PLC 통신을 제공하는 역할을 담당한다.
상기 레일(30)의 곳곳에는 철도차량이 안전하게 운행할 수 있도록 안전 정보를 수집하는 다수 개의 정보수집부가 마련될 수 있다.
예를 들면, 상기 정보수집부는 감지장치로서 CCTV카메라나 지장물 감지장치가 설치되는 구성일 수 있는데, 이와 같은 CCTV카메라 등의 감지장치에서 수집된 데이터는 디지털로 변환되어 상기 신호결합용 지상장치(100)를 통해 상기 전차선(10)에 실리고 전차선(10)을 통해 모니터링부로 전송되도록 설치된다.
상기 모니터링부 중 일부는 철도차량에 탑재되고, 다른 일부는 전기 철도의 운행을 관제하는 관제센터나 레일 및 철도차량의 신호를 관리하는 관리지소 등에 각각 설치될 수 있다.
이때, 상기 철도차량에 탑재된 모니터링부를 통해서는 철도차량을 운전하는 기관사, 관제사, 지소관리원 등이 상기 정보수집부의 감지장치를 통해 실시간으로 수집 및 전송되는 데이터를 인식 또는 확인할 수 있다.
상기 신호결합용 지상장치(100) 설치단계(S10)는 다음과 같다.
(1) 전철변전소로부터 25kV의 전원을 공급받고 철도차량 상부의 집전장치인 팬터그래프와 접촉되어 전기를 공급하는 전차선이나 상기 전차선을 동일한 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선에 연결되어 설치되고 과전압이 인가되는 경우 방전하여 접지로 과전류를 흘려보내기 위한 전차선로용 피뢰기(110)를 시공한다.
상기 시공되는 전차선로용 피뢰기(110)는 전차선(10)이나 상기 전차선을 같은 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선(20)에 연결되어 설치되는 것으로서, 과전압이 인가되는 경우 방전하여 접지로 과전류를 흘려보내기 위한 구성요소이다.
일반적으로 전기철도용 변전소와 급전계통, 전동차 등의 전력설비에는 낙뢰와 같은 외부 요인이나, 급전계통 운영에 요구되는 차단기의 동작이나 팬토그라프와 전차선의 이동 접촉, 인버터 등의 전력 변환기 사용에 따른 개폐 과전압 등의 내부 요인에 의해 과도한 과전압이 일상적으로 발생하고 있는데, 이러한 과도과전압(transient overvoltage)은 정상적인 운전전압에 비해 수~수십배에 달하므로 계통에 연계되어 있는 절연선, 애자, 부싱, 변압기, 차단기, 인버터 등의 전력설비와 각종 저압용 기기(전자, 전기, 신호, 통신)의 절연을 위협하게 된다. 이러한 과도과전압에 대한 각종 설비와 기기의 보호를 위해 전압-전류의 비선형 저항특성이 우수한 피뢰기를 사용하고 있다.
본 발명에 있어서는 상기 전차선로용 피뢰기(110)에 대해 전장 250~280mm 및 누설거리 670~720mm를 갖는 폴리머 피뢰기로 구성할 수 있다.
상기 전차선로용 피뢰기(110)는 상부전극 및 하부전극 사이에 산화아연(ZnO) 바리스터소자를 정렬시킨 후 글라스화이바 또는 필라멘트로 와인딩 처리하여 밀봉 및 절연시키고, 실리콘고무혼합물을 외면에 사출하여 일체형으로 몰딩 처리함으로써 절연하우징을 갖도록 제공된다.
이때, 상기 실리콘고무혼합물은 피뢰기 측 내마모성과 내유성, 내약품성 및 가스투과성을 보강하도록 하기 위해 실리콘고무 100중량부에 대하여 아크릴로니트릴부타디엔고무 또는 불소고무 30~50중량부, 부틸고무 또는 부틸과 EPDM 복합고무 5~10중량부가 배합되고, 피뢰기 측 열화방지를 위해 베타 실리콘카바이드(SiC) 분말이 실리콘고무 100중량부에 대하여 10~30중량부가 배합된 혼합 조성일 수 있다.
여기에서, 상술한 혼합 조성을 갖는 실리콘고무혼합물을 사용하는 이유는 실리콘고무의 단독 사용시 우수한 전기절연성과 내열성, 내후성 및 내오존성, 내한성, 넓은 온도 범위에서 우수한 압축복원성의 장점을 제공할 수 있으나, 내마모성과 내유성 및 내약품성이 떨어지고 가스투과성이 높은 단점을 보유하고 있다.
이에, 상기 아크릴로니트릴부타디엔고무 또는 불소고무를 배합함으로써 실리콘고무가 갖는 단점인 내마모성, 내유성, 내약품성을 보강할 수 있으며, 상기 부틸고무를 통해서는 가스투과성을 낮춰 보강할 수 있고 부틸과 EPDM 복합고무를 통해서는 가스투과성을 낮춰줌과 더불어 충격흡수성을 보강할 수 있다.
여기에서, 상기 부틸과 EPDM 복합고무에 있어서는 그 기능성 및 효율을 높이기 위해 총 100중량% 중에서 부틸 55~75중량% 및 EPDM 25~45중량%으로 배합하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 실리콘카바이드(SiC)를 통해서는 우수한 열전도 특성으로 피뢰기 측 산화아연(ZnO) 바리스터소자에 대한 열화방지효과를 제공할 수 있으며, 알파-SiC에 비해 베타-SiC를 적용함이 더욱 효과적이다.
또한, 상기 전차선로용 피뢰기(110)는 산화아연(ZnO) 바리스터소자의 열화기능 상실시 파손되어 피뢰기를 대지로부터 분리하여 줌으로써 사고발생을 방지하기 위한 단로기(111)가 하측에 연결 장착된다.
상기 전차선로용 피뢰기(110)는 정격전압 40~45kV, 정격주파수 60Hz, 공칭전압 25~30kV, 공칭방전전류 10~12kA, 및 동작개시전압 52kV 이상의 특성을 가질 수 있다.
그리고, 상술한 혼합 조성을 갖는 실리콘고무혼합물로 몰딩되는 상기 절연하우징은 상용주파수내전압 40~60kV 및 뇌충격내전압 120~140kV의 특성을 가질 수 있다.
(2) 상기 전차선로용 피뢰기(110)에 일단이 연결되고 타단이 연결선을 통해 전차선(10) 또는 조가선(20)에 연결되는 컷아웃스위치(120)를 시공한다.
상기 컷아웃스위치(120)는 단락 등에 의한 과전류로부터 피뢰기를 보호하고 전차선로를 개폐하기 위한 용도로 제공된다.
상기 컷아웃스위치(120)는 메인몸체가 되는 COS 퓨즈(121)와, 상기 COS 퓨즈를 지지하기 위한 퓨즈홀더(122)와, 상기 COS 퓨즈(121)와 퓨즈홀더(122)를 연결 접속하기 위한 상부접속자(123) 및 하부접속자(124)와, 상기 COS 퓨즈(121) 또는 퓨즈홀더(122)의 하단에 장착 및 교체 가능하게 구비되고 상기 COS 퓨즈 용단시 발생되는 충격파에 의한 단발성 소음을 흡수하여 저감시키기 위한 소음저감기(125)를 포함한다.
이때, 상기 소음저감기(125)는 소음저감실(125a), 제1 소음저감부(125b), 제2 소음저감부(125c), 흡음부(125d)를 포함한다.
상기 소음저감실(125a)은 상기 COS 퓨즈(121) 용단시 발생되는 충격파에 의한 단발성 소음을 유입 및 반대쪽에서 방출시키기 위한 유입구와 방출구가 형성되고, 내부 중공을 갖는 구조체로서 내열 및 내식성을 보유하도록 스테인리스 소재로 구비함이 바람직하다.
상기 제1 소음저감부(125b)는 상기 소음저감실(125a) 내의 소음 유입 초입부분에 형성되고, 미세 공극을 갖는 철솜 또는 철망을 충진하는 구성으로서, 소음에 대해 공명 주파수를 이용하여 소멸 및 감소시키기 위한 구성이다.
상기 제2 소음저감부(125c)는 상기 제1 소음저감부(125b)의 아래쪽에 형성되고, 일정 깊이를 갖는 소음저감홀을 동일 평면상에 다수 형성 및 배열하여 음파의 통로 분지를 통해 소음을 감소시키기 위한 구성이다.
이때, 상기 제2 소음저감부(125c) 측 소음저감홀의 내부에는 각각 소음 반사에 의한 저감효율을 높이도록 소음저감돌기들이 지그재그 방향으로 다수 형성 및 배열될 수 있다.
상기 흡음부(125d)는 상기 제2 소음저감부(125c)의 아래쪽에 형성되고, 다공성 뮬라이트(Al2O3+SiO2 복합재) 소결체를 충진하는 구성으로서, 다공성 구조를 통해 소음을 흡수하여 저감시키기 위한 구성이다.
(3) 상기 전차선로용 피뢰기에 연결되고 전력선 통신용 데이터를 송수신하기 위한 지상PLC모뎀을 시공한다.
(4) 상기 지상PLC모뎀에 연결되고, 주변시설 정보수집 및 실시간 정보 공유를 위한 데이터 송신용 CCTV카메라를 시공한다.
상기 CCTV카메라(140)는 상기 레일(103)이 설치된 주변시설의 정보수집 및 실시간 정보 공유를 위한 데이터 송신용 구성요소로서, 앞서 설명한 정보수집부의 감지장치의 하나일 수 있다.
그리고, 상기 신호결합용 차상장치(200) 설치단계(S20)는 다음과 같다.
(1) 상기 전차선(10)을 통해 공급되는 전원을 철도차량 내부로 공급하기 위한 공지의 팬터그래프(210)가 장착된 상태에서 상기 철도차량 상에 차상변압기(220)를 시공한다.
상기 차상변압기(220)는 전력선 통신시 임피던스 매칭 기능을 수행하는 임피던스 매칭부를 형성하고, 상기 비접촉식 유도성 신호결합기(230)와 결합되어 협대역인 경우와 광대역인 경우의 임피던스 매칭을 수행함으로써 신호 전달 특성을 향상시키는 구성을 갖게 할 수 있다.
(2) 상기 차상변압기(220)의 1차측에 연결되고, 연결된 배전선으로 신호전류를 유도하기 위한 비접촉식 유도성 신호결합기(230)를 시공한다.
상기 비접촉식 유도성 신호결합기(230)는 관통중공을 갖는 원통형몸체의 코어케이스(231)와, 상기 코어케이스(231) 내에 삽입되어 안착 고정되는 중공을 갖는 자성체 코어(232)와, 상기 자성체 코어(232)를 차상PLC모뎀(240)과 연결하기 위해 자성체 코어 상에 구비된 연결단자(233)와, 상기 자성체 코어(232) 상에 권선되는 것으로서 전력선 통신시 최소 결합손실에 의한 신호결합효율을 높이도록 3~5회 권선 처리한 전선(234)을 포함한다.
그리고, 상기 코어케이스(231)의 중공을 관통하여 배전선이 배치된다.
상기 자성체 코어(232)는 전력선 통신시 와전류 손실을 없애 신호 전달 특성을 향상시키기 위해 Fe, Si, B, Cu, Mo, Nb, Ni, Co를 포함하는 스트립(strip) 형태의 합금인 나노크리스탈린 재료를 사용하되, 일정 두께로 적층하여 중공을 갖는 원통형 코어로 제작한 구성일 수 있다.
여기에서, 상기 나노크리스탈린은 온도 안정성과 내식성이 높으며 손실이 작은 장점을 발휘할 수 있다.
여기에서, 상기 자성체 코어(232)는 자성체의 공진 주파수 이상에서 자성체의 기능을 상실하여 신호결합기의 신호 전달 능력이 급격하게 저하될 수 있는데, 나노크리스탈린의 접목에 따라 1MHz~30MHz 이상의 대역에서 공진 주파수를 가지며 높은 투자율과 포화자속밀도(saturation induction) 및 항자력(coercivity)을 제공함으로써 신호 전달 능력의 급격한 저하를 방지할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
(3) 상기 비접촉식 유도성 신호결합기(230)에 연결되고, 지상PLC모뎀(130)과 전력선 통신을 위한 데이터를 송수신하기 위한 차상PLC모뎀(240)을 시공한다.
(4) 상기 철도차량 내부에서 수집 또는 공유되는 데이터 및 신호를 모니터링하기 위한 차상모니터(250)를 시공한다.
상기 차상모니터(250)는 MMI(Man and Machine Interface) 방식을 갖는 구성이 바람직한데, MMI는 데이터를 기관사가 입력하거나 또는 열차운행 관련 정보를 기관사에게 제시하여주는 기관사와 차상신호장치와 인터페이스하는 장치로서 데이터 입력 자판과 기관차 내 현시장치를 포함한다.
한편, 본 발명에서는 임피던스 정합기술을 이용하여 신호감쇠율을 개선함으로써 전력선 통신에 따른 최대 신호 전송을 구현할 수 있도록 하기 위해 임피던스 정합용 코어 설치단계(S30)와 임피던스 정합용 변압기 설치단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
상기 임피던스 정합용 코어 설치단계(S30)는 상기 전차선(10) 또는 조가선(20) 상에 임피던스 정합용 코어를 연결 장착한다.
이때에는 전송매체의 임피던스 특성을 고려하여 결합력을 높이기 위해 1차측:2차측 = 2:3의 권선비를 갖도록 전선을 권선 처리한다.
상기 임피던스 정합용 변압기 설치단계(S40)는 상기 레일(30) 상에 임피던스 정합용 변압기를 설치 또는 연결하여 전력선 통신에서 임피던스 부정합을 방지함으로써 최대 신호 전송을 구현함과 더불어 레일에 고주파 신호를 주입하여줄 수 있도록 한다.
여기에서, 상기 레일은 표면 연마를 통해 접속저항이 '0Ω'이 되게 전처리함이 바람직하고, 상기 임피던스 정합용 변압기는 실제 정합된 비율에 맞는 권선 회전수의 유효성을 확보하도록 가변저항기를 연결 사용함이 바람직하다.
이에 따라, 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법을 통해서는 개선된 방식을 접목함으로써 전기 철도에서의 전력선 통신을 수행할 시 기존에 비해 안전성 및 신뢰성을 더욱 확보할 수 있고, 전력선 통신을 이용하여 전기 철도의 주변시설 정보수집은 물론 실시간으로 안전 정보를 공유할 수 있으며, 전기 철도의 전력선 통신에 있어 신호 전달 특성을 향상시킬 수 있으며, 시스템을 구성하는 장치 및 부품의 기계적 물성 증대 등 내구성을 확보할 수 있어 더욱 안정된 특성을 발휘할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되지 않는다 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등이 이루어질 수 있다 할 것인데, 이는 본 발명의 기술적 권리범위 내에 속한다 할 것이다.
10: 전차선 20: 조가선
30: 레일 100: 신호결합용 지상장치
110: 전차선로용 피뢰기 120: 컷아웃스위치
130: 지상PLC모뎀 140: CCTV카메라
200: 신호결합용 차상장치 210: 팬터그래프
220: 차상변압기 230: 비접촉식 유도성 신호결합기
240: 차상PLC모뎀 250: 차상모니터
30: 레일 100: 신호결합용 지상장치
110: 전차선로용 피뢰기 120: 컷아웃스위치
130: 지상PLC모뎀 140: CCTV카메라
200: 신호결합용 차상장치 210: 팬터그래프
220: 차상변압기 230: 비접촉식 유도성 신호결합기
240: 차상PLC모뎀 250: 차상모니터
Claims (7)
- 전력선 통신을 위한 매개체로서 철도차량에 전력을 공급하기 위한 전차선과 상기 전차선을 같은 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선 및 철도차량의 운행을 위한 레일이 기본 시설로 설치되며, 상기 기본 시설에 연계 설치하여 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 구축하기 위한 시공방법으로,
(A) 전기 철도에서의 전력선 통신을 위한 신호결합용 지상장치를 설치하는 단계; (B) 전기 철도에서의 전력선 통신을 위한 신호결합용 차상장치를 설치하는 단계; 를 포함하고,
상기 (A)단계에서는, (1) 전철변전소로부터 25kV의 전원을 공급받고 철도차량 상부의 집전장치인 팬터그래프와 접촉되어 전기를 공급하는 전차선이나 상기 전차선을 동일한 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선에 연결되어 설치되고 과전압이 인가되는 경우 방전하여 접지로 과전류를 흘려보내기 위한 전차선로용 피뢰기를 시공하는 단계; (2) 상기 전차선로용 피뢰기에 일단이 연결되고 타단이 연결선을 통해 전차선 또는 조가선에 연결되는 컷아웃스위치를 시공하는 단계; (3) 상기 전차선로용 피뢰기에 연결되고 전력선 통신용 데이터를 송수신하기 위한 지상PLC모뎀을 시공하는 단계; (4) 상기 지상PLC모뎀에 연결되고, 주변시설 정보수집 및 실시간 정보 공유를 위한 데이터 송신용 CCTV카메라를 시공하는 단계; 를 포함하고,
상기 (B)단계에서는, (1) 상기 전차선을 통해 공급되는 전원을 철도차량 내부로 공급하기 위한 공지의 팬터그래프가 장착된 상태에서 상기 철도차량 상에 차상변압기를 시공하는 단계; (2) 상기 차상변압기의 1차측에 연결되고, 연결된 배전선으로 신호전류를 유도하기 위한 비접촉식 유도성 신호결합기를 시공하는 단계; (3) 상기 비접촉식 유도성 신호결합기에 연결되고, 지상PLC모뎀과 전력선 통신을 위한 데이터를 송수신하기 위한 차상PLC모뎀을 시공하는 단계; (4) 상기 철도차량 내부에서 수집 또는 공유되는 데이터 및 신호를 모니터링하기 위한 MMI모니터를 시공하는 단계; 를 포함하는,전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법에 있어서,
상기 전차선로용 피뢰기는 전장 250~280mm 및 누설거리 670~720mm를 갖는 폴리머 피뢰기로서, 상부전극 및 하부전극 사이에 산화아연(ZnO) 바리스터소자를 정렬시킨 후 글라스화이바 또는 필라멘트로 와인딩 처리하여 밀봉 및 절연시키고, 상기 피뢰기 측 내마모성과 내유성, 내약품성 및 가스투과성을 보강하도록 하기 위해 실리콘고무 100중량부에 대하여 아크릴로니트릴부타디엔고무 또는 불소고무 30~50중량부, 부틸고무 또는 부틸과 EPDM 복합고무 5~10중량부가 배합되고, 피뢰기 측 열화방지를 위해 실리콘카바이드(SiC) 분말이 실리콘고무 100중량부에 대하여 10~30중량부가 배합되어 혼합 조성된실리콘고무혼합물을 외면에 사출하여 일체형으로 몰딩 처리함으로써 절연하우징을 갖게 한 구성이며,
상기 컷아웃스위치는 메인몸체가 되는 COS 퓨즈; 상기 COS 퓨즈를 지지하기 위한 퓨즈홀더; 상기 COS 퓨즈와 퓨즈홀더를 연결 접속하기 위한 상부접속자 및 하부접속자; 상기 COS 퓨즈 또는 퓨즈홀더의 하단에 장착 및 교체 가능하게 구비되고, 상기 COS 퓨즈 용단시 발생되는 충격파에 의한 단발성 소음을 흡수하여 저감시키기 위한 소음저감기; 를 포함하되, 상기 소음저감기는 상기 COS 퓨즈 용단시 발생되는 충격파에 의한 단발성 소음을 유입 및 반대쪽에서 방출시키기 위한 유입구와 방출구가 형성되고, 내열 및 내식성을 보유하도록 스테인리스 소재로 구비되는 소음저감실; 상기 소음저감실 내의 소음 유입 초입부에 형성되고, 미세 공극을 갖는 철솜 또는 철망을 충진하여 소음에 대해 공명 주파수를 이용하여 소멸 및 감소시키기 위한 제1 소음저감부; 상기 제1 소음저감부의 아래쪽에 형성되고, 일정 깊이를 갖는 소음저감홀을 동일 평면상에 다수 형성 및 배열하여 음파의 통로 분지를 통해 소음을 감소시키기 위한 제2 소음저감부; 상기 제2 소음저감부의 아래쪽에 형성되고, 다공성 뮬라이트(Al2O3+SiO2 복합재) 소결체를 충진시켜 소음을 흡수하여 저감시키기 위한 흡음부; 를 포함하고,
상기 비접촉식 유도성 신호결합기는 중공 구조를 갖는 코어케이스; 상기 코어케이스 내에 삽입되어 안착 고정되는 중공을 갖는 자성체 코어; 상기 자성체 코어를 차상PLC모뎀과 연결하기 위해 자성체 코어 상에 구비된 연결단자; 상기 자성체 코어 상에 권선되는 것으로서, 전력선 통신시 최소결합손실에 의한 신호결합효율을 높이도록 3~5회 권선 처리한 전선; 을 포함하며, 상기 코어케이스의 중공을 관통시켜 배전선을 배치하고, 상기 자성체 코어는 전력선 통신시 와전류 손실을 없애 신호 전달 특성을 향상시키기 위해 Fe, Si, B, Cu, Mo, Nb, Ni, Co를 포함하는 스트립(strip) 형태의 합금인 나노크리스탈린 재료를 사용하되, 일정 두께로 적층하여 중공을 갖는 원통형 코어로 제작한 것을 특징으로 하는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
(C) 상기 전차선 또는 조가선 상에 연결 장착되는 것으로서, 전송매체의 임피던스 특성을 고려하여 결합력을 높이기 위해 1차측:2차측 = 2:3의 권선비를 갖는 임피던스 정합용 코어를 시공하는 단계;
(D) 상기 레일 상에 설치 또는 연결되어 전력선 통신에서 임피던스 부정합을 방지하여 최대 신호 전송을 구현함과 더불어 레일에 고주파 신호를 주입하여주기 위한 임피던스 정합용 변압기를 시공하는 단계; 를 더 포함하되,
상기 레일은 표면 연마를 통해 접속저항이 '0Ω'이 되게 전처리한 상태에서 임피던스 정합용 변압기를 설치하고, 상기 임피던스 정합용 변압기는 실제 정합된 비율에 맞는 권선 회전수의 유효성을 확보하도록 가변저항기를 연결 사용하는 것을 특징으로 하는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법. - 제 1항에 있어서,
상기 부틸과 EPDM 복합고무를 사용시 기능성 및 효율을 높이기 위해 총 100중량% 중에서 부틸 55~75중량% 및 EPDM 25~45중량%으로 배합하고,
상기 실리콘카바이드(SiC)는 우수한 열전도 특성으로 피뢰기 측 산화아연(ZnO) 바리스터소자에 대한 열화방지효과를 높이도록 베타-SiC 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법. - 제 1항에 있어서,
상기 시공되는 전차선로용 피뢰기는 정격전압 40~45kV, 정격주파수 60Hz, 공칭전압 25~30kV, 공칭방전전류 10~12kA, 및 동작개시전압 52kV 이상의 특성을 가질 수 있도록 시공하며,
상기 전차선로용 피뢰기 측 실리콘고무혼합물로 몰딩되는 절연하우징은 상용주파수내전압 40~60kV 및 뇌충격내전압 120~140kV의 특성을 가질 수 있도록 시공하는 것을 특징으로 하는 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템 구축을 위한 시공방법.
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| KR20050007339A (ko) * | 2002-04-29 | 2005-01-17 | 앰비언트 코오퍼레이션 | 고 전류 유도성 커플러 및 전력선용 계기용 변류기 |
| KR20100011727U (ko) * | 2009-05-25 | 2010-12-03 | 주식회사 평일 | 엘보 피뢰기 |
| KR101035495B1 (ko) | 2009-10-09 | 2011-05-20 | 한국철도기술연구원 | 전력선을 이용한 열차 네트워크 데이타 통신 시스템 및 방법 |
| KR20110061478A (ko) | 2009-12-01 | 2011-06-09 | 곽영규 | 전력선 통신을 이용하는 전기 철도 관리 시스템 |
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2023
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