KR200316354Y1 - 객차 전용 전력 공급 장치 - Google Patents

객차 전용 전력 공급 장치 Download PDF

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KR200316354Y1 KR20-2003-0006648U KR20030006648U KR200316354Y1 KR 200316354 Y1 KR200316354 Y1 KR 200316354Y1 KR 20030006648 U KR20030006648 U KR 20030006648U KR 200316354 Y1 KR200316354 Y1 KR 200316354Y1
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Abstract

본 고안은 열차의 객차 전력 공급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전철화된 철도에서 발전차를 대신하여 전차선으로부터 직접 전력을 공급받기 위한 장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 고안은, 객차의 지붕위에 설치되어 전차선(340)(catenary)으로부터 전력을 집전하기 위한 집전 장치(310); 상기 객차 내부에 위치하며, 상기 집전 장치(310)로부터 전달된 전력을 상기 객차내 편의 시설을 구동하기에 적합한 전압으로 변환시키는 객차전용 변압기(330); 및 상기 집전 장치(310) 및 상기 변압기(330)사이에 위치하여, 전차선(340)으로부터 공급된 과잉전류를 차단시켜 상기 객차전용 변압기(330)를 보호하는 차단 장치(320)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

객차 전용 전력 공급 장치{APPARATUS SUPPLYING POWER FOR PASSENGER COACH}
본 고안은 열차의 객차 전력 공급에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전철화된 철도에서 발전차를 대신하여 전차선으로부터 직접 전력을 공급받기 위한 장치에 관한 것이다.
열차는 안정성과 빠른 수송력 및 많은 수송량 때문에 현재 널리 사용되고 있는 교통수단이다. 현재 일반적으로 사용되는 열차의 형태는 디젤 엔진으로 구동되는 견인차가 객차 또는 화물차를 견인하는 방식(경부선등 일반 화물 및 승객 수송 열차), 철도 궤도를 따라 추가적으로 배치된 전차선(catenary)으로부터 전기에너지를 공급받아 견인차를 구동시키고 이에 따라 객차 또는 화물차가 견인되는 방식(중앙선 일부 구간 및 태백선 전구간으로 현제 서울(청량리)에서 강릉까지 노선이 모두 전철화되어 있음), 또는 견인차와 객차의 구별없이 모든 또는 일부의 차량이 전차선으로부터 공급된 전력으로 구동되는 방식(도시 철도 및 지하철)이 있다.
이 때 필요에 따라서는 견인차(100) 외의 피견인차량(101 내지 105)에도 에너지가 필요한 경우가 있을 수 있다. 주로 승객이 탑승하는 객차의 경우가 그러한데, 승객의 열차 사용을 위한 여러 편의 시설, 즉 조명장치, TV, 전화, 음향시설,급수 및 화장실에 필요한 장치 등을 구동시키기 위한 것이다.
도 1a 은 종래의 전기 열차에서의 객차에 전기 에너지가 공급되는 회로 구성도를 나타낸다. 이를 위해 종래의 일반 열차에서는 객차 전용 전력을 공급하기 위해 별도의 디젤 엔진(E)을 이용하여 발전하는 발전차(105)를 별도로 구비하고 있다.
그러나 이러한 디젤 엔진을 이용한 별도의 발전차는 그 구입비용 및 유지 및 보수 비용이 별도로 들고, 이를 위해 별도의 차량을 확보해야하므로 발전차 자체의 견인을 위한 에너지도 부가적으로 소모되며, 무엇보다도 에너지 자체의 특성에 의해 대기오염의 문제가 있어 환경친화적이지 못하다.
또한, 일부 외국의 경우에는 견인차로 공급되는 전기 에너지를 구동에너지로 사용할 뿐 아니라 이를 변압기(T)로 적절한 전압으로 변환시켜 객차로 공급하여 그 편의시설을 위한 전력으로도 사용하게 하기 위한 장치들을 견인차 내에 구비시킨 이른바 여객 전용 견인차가 개발되어 사용되고 있다. 이러한 회로 구성은 도 1b 에 나타나 있다.
그러나 이러한 여객 전용 전기 견인차는 시스템이 복잡하여 차량가격이 비싸고, 그 유지 비용이 많이 들며, 무엇보다도 여객용 및 화물용 견인차를 공동으로 사용하고 있는 우리나라에서는 여객용 견인차를 화물용으로도 사용해야 하므로 효율적이지 못하다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 발전차 없이 전차선으로 공급되는 전력을 이용하여 객차내 편의시설에 전원을 공급하여, 발전차 구입 및 유지비용을 줄이고 환경친화적이며 화물용 및 여객용의 공용으로 사용하기에 적합한, 전차선을 이용한 객차 전원 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1a 는 종래의 전기 열차에서의 객차에 전기 에너지가 공급되는 회로 구성도,
도 1b 는 견인차에서의 전력을 변압기로 변환하여 객차로 공급하는 구성을 가진 종래의 전력 공급 계통의 회로 구성도,
도 2 는 본 고안의 일 실시예에 따른 객차 전력 공급 장치가 포함된 전기 기관차의 전체 구성을 나타내는 도면,
도 3 은 본 고안의 일실시예에 따른 전력 공급 장치가 부착된 전력 공급 객차의 구성을 나타내는 도면,
도 4 는 본 고안의 일 실시예에 따른 이러한 여러 차단 장치(320)들의 예시적인 구성도를 나타낸다.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20, 101 : 견인차 21 내지 25, 102 내지 105 : 객차
201 내지 205 : 부하 300 : 차체
310 : 집전 장치 320 : 차단 장치
330 : 변압기 340 : 전차선
350 : 분전반 410 : 이레스터
420 : 프라이머리 커트아웃 430 : 퓨즈부 부하개폐기
440 : 배전용 차단기 450 : 차단기
460 : 지락 계전기 470 : 과전류 계전기
본 고안의 이러한 목적은, 객차의 지붕위에 설치되어 전차선(340)(catenary)으로부터 전력을 집전하기 위한 집전 장치(310); 상기 객차 내부에 위치하며, 상기 집전 장치(310)로부터 전달된 전력을 상기 객차내 편의 시설을 구동하기에 적합한 전압으로 변환시키는 객차전용 변압기(330); 및 상기 집전 장치(310) 및 상기 변압기(330)사이에 위치하여, 전차선(340)으로부터 공급된 과잉전류를 차단시켜 상기 객차전용 변압기(330)를 보호하는 차단 장치(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 객차 전원 공급 장치에 의해 달성된다.
또한 본 고안의 일 실시예에 따라, 상기 집전 장치(310)는 판토 그라프(pantograph)인 것을 특징으로 한다.
또한 본 고안의 일 실시예에 따라, 상기 차단 장치(320)는 과전류 계전기(OCR) 및 지락 계전기(GR)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 고안의 일 실시예에 따라, 상기 차단 장치(320)는 상기 변압기(330)의 2차측에 설치되어 과전류를 검출하여 차단하는 배전용 차단기(MCB)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 고안에 대해 상세히 설명한다. 이때 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 동일한 부호를 사용하였으며, 본 고안을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2 는 본 고안의 일 실시예에 따른 객차 전력 공급 장치가 포함된 전기 기관차의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 에 의하면, 전기 기관차는 견인차(20), 일반 객차(21 내지 24), 및 객차전력 공급 장치가 부착된 객차, 즉 전력 공급 객차(25)를 포함한다.
견인차(20)은 종래의 견인차와 동일한 것으로서 전차선을 통해 공급되는 전력(일반적으로 25000V-300Kw)을 집전 장치로 집전하고 이를 이용하여 구동 모터를 구동시켜 차량을 구동시키는 원리로 이루어진 일반적인 전기 구동 견인차를 포함한다. 단 이 때 객차로 전력을 공급하기 위한 어떠한 장치도 포함하지 않으며, 그 결과 피견인차(21 내지 25)들과는 전기적으로 분리되어 있다.
객차(21 내지 24)들도 기존의 객차와 동일한 것으로서 TV, 라디오, 방송시설, 조명등 각종 편의시설들(201 내지 204)을 위한 배전 시설이 갖추어져 있고, 이들은 전기적으로 서로 연결되어 있다.
전력 공급 객차(25)는 일반 객차 중에서 본 고안에 따른 전력 공급 장치가 부착되도록 선택된 객차로서, 객차의 편의시설에 필요한 전력의 양 및 전력 공급 장치로서 부착되는 변압기등 규격 및 용도에 따라 수개의 전력 공급 객차(25)가 구비될 수도 있지만, 일반적으로는 하나의 전력 공급 객차(25)로 다른 모든 전기적으로 연결된 객차에 전력을 공급하며 그 위치는 전력 배송의 편의를 위해 견인차(20)의 바로 뒤 차량 또는 마지막 차량이 전력 공급 객차로 선택된다.
도 3 은 본 고안의 일실시예에 따른 전력 공급 장치가 부착된 전력 공급 객차의 구성을 나타내는 도면이다.
본 고안에 따른 객차 전용 전력 공급 장치는 전차선(340)(catenary)으로부터 전력을 집전하기 위해 객차 지붕에 위치한 집전 장치(310), 상기 집전 장치로부터 전달된 전력을 상기 객차내 편의 시설을 구동하기에 적합한 전압으로 변환시키는 객차전용 변압기(330), 및 집전 장치 및 변압기사이에 위치하여, 전차선으로부터 공급된 과잉전류를 차단시켜 변압기를 보호하는 차단 장치(320)을 포함한다.
집전 장치(310)는 외부 전력을 객차로 끌어들이기 위한 장치로서 종류가 다양하다. 도체를 지상 높이 가설하는 방식으로는 2가닥의 선위에 얹은 작은 트로프(좌우 차류은 절연되어 있음)로부터 전선을 끌어 낸 것, 전선을 단순한 봉으로 긁고 지나가는 것, 전선을 수전체를 긁는 것, 앵글을 도체로 하여 팔(lever)로 집전하는 것 등과 같은 것이 있고, 도체를 지하에 설치한 것으로는 궤도 중앙에 트로프(trough)를 설치한 것, 일정 간격으로 은견식(隱見式)의 스터드(stud)를 설치해 차량을 전자석을 빨아 올려 스케이트(skate)로 집전하는 것등이 있다.
이들 가운데 제 3 궤조를 슈(shoe)로 긁으며 집전하는 방식이 현재도 일반적으로 사용되고, 경동선을 늘여놓고 이것에 트롤리 폴(trolley pole), 판토그라프(pantograph)를 밀어올려서 집전하는 가공도체식이란 방식이 일반적으로 정착된 기술이다. 이중 고속 주행에 잘 견디고, 확실하게 동작하며, 유지 비용이적고, 보수가 쉽고, 전차선과의 접촉력이 균일한 판토그라프가 널리 사용된다.
판토그라프에는 가장 간단한 형태로 직류, 교류가 모두 집전가능한 다이아몬드형, 공기저항을 비교적 적게 받도록 설계된 싱글 암형, 다이아몬드형을 현대적으로 변형시킨 것으로서 다른 판토그라프보다 지붕의 점유 면적을 줄일 수 있는 크로스 암형이 있고, 이중 크로스 암형이 주로 사용된다.
변압기(330)는 전차선으로부터 전달된 25000V 의 전압을 객차내 편의 시설을 구동시키기에 적당한 전압인 440V 로 강압시키는 기능을 한다. 일단 440V로 강압된 뒤에도 편의 시설 기기에 적합한 전압, 예를 들면 220V 또는 110V 로의 추가 변압도 가능하다. 변압기(330)는 객차 내부에 설치되며 일반적으로 객실 복도 예를 들면 일반 B 형의 새마을 객차의 경우 냉난방 배전반이 들어갈 장소에 위치할 수 있다. 변압기로부터 출력된 전압은 분전반(350)을 통해 해당 객차로 보내진다.
차단 장치(320)는 집전 장치(310)과 변압기(330)사이에 위치하여 일반적인 수전설비에서의 사고를 그 내부에서 제거하여 외부로 파급되지 않도록 하는 기능을 하며, 수전설비에서의 고장이나 과부하등 사고로 인해 전력회사의 차단기가 동작하기 이전에 과전류등을 차단하는 역할을 하는 모든 수단을 포함한다.
도 4 는 본 고안의 일 실시예에 따른 이러한 여러 차단 장치(320)들의 예시적인 구성도를 나타낸다.
도 4 에 의하면 이러한 변압기 주변의 차단 장치(320)는,
1) 뇌(雷) 서지, 개폐 서지 등의 이상 전압에서 변압기를 보호하는 어레스터(410),
2) 과전류 계전기나 지락 계전기와 조합해서, 과부하 단락이나 지락사고로부터 변압기를 보호하는 차단기(450),
3) 변류기(CT)에 이하여 과전류를 검출하여 차단기를 동작시키는 릴레이 인 과전류 계전기(OCR)(470),
4) 영상 변류기(ZCT)에 의하여 지락사고를 검출하여 차단기를 동작시키는 릴레이인 지락계전기(GR)(460),
5) 전력 퓨즈부의 개폐기로서 단락사고시에 차단하는 퓨즈부 부하개폐기(LBS)(430),
6) 퓨즈부의 스위치로서 단락시에 퓨즈로 차단하는 프라이머리 커트아웃(PC)(420),
7) 변압기의 2차측에 설치하며 과전류를 검출하여 차단하는 배전용 차단기(MCB)(440) 등을 일부 또는 전부 포함한다.
전술한 실시예들은 본 고안을 구체적으로 예시하기 위한 것일 뿐이므로 본 고안의 사상이 이러한 실시예에만 제한되는 것은 아니다. 따라서 본 고안의 단순한 설계상의 변형 내지 변경은 모두 본 고안의 사상의 범주에 속하는 것으로 볼 수 있다.
전술한 바와 같이 본 고안에 의하면, 별도의 발전차를 구비하지 않고 기존의 전차선으로부터 객차에 필요한 전력을 공급받음으로써, 발전차의 구입, 유지, 견인, 연료비등을 절감할 수 있다.
또한 본 고안에 의하면 객차에 필요한 전력을 위해 디젤 엔진을 사용하지 않으므로 환경친화적인 전력 공급 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 고안에 의하면 기존의 견인차의 내부 구성을 변형하지 않으므로, 화물 및 여객을 겸용으로 사용하고 있는 우리나라 실정에 그대로 적용가능한 객차 전력 공급 장치를 제공한다.

Claims (4)

  1. 전기 열차의 객차로 전원을 공급하기 위한 장치로서,
    상기 객차의 지붕위에 설치되어 전차선(340)(catenary)으로부터 전력을 집전하기 위한 집전 장치(310);
    상기 집전 장치(310)로부터 전달된 전력을 상기 객차내 편의 시설을 구동하기에 적합한 전압으로 변환시키는 객차전용 변압기(330); 및
    상기 집전 장치(310) 및 상기 변압기(330)사이에 위치하여, 전차선(340)으로부터 공급된 과잉전류를 차단시켜 상기 객차전용 변압기(330)를 보호하는 차단 장치(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 객차 전원 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 집전 장치(310)는 판토 그라프(pantograph)인 것을 특징으로 하는, 객차 전원 공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 차단 장치(320)는 과전류 계전기(OCR) 및 지락 계전기(GR)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 객차 전원 공급 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 차단 장치(320)는 상기 변압기(330)의 2차측에 설치되어 과전류를 검출하여 차단하는 배전용 차단기(MCB)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 객차 전원 공급 장치.
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