KR20090027560A - 전동차용 팬터그래프의 파손 감지시스템 - Google Patents

전동차용 팬터그래프의 파손 감지시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동차용 팬터그래프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 패터그래프 중에서 파손 또는 변형된 일부의 팬터그래프를 보다 신속하고 간편하게 감지할 수 있는 전동차용 팬터그래프의 파손 감지시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의한 전동차용 팬터그래프의 파손감지시스템은, 팬터그래프의 전기적 충격 상태를 감지하는 아크감지유닛; 팬터그래프의 기계적 충격 상태를 감지하는 충격 및 변형감지유닛; 팬터그래프의 위치 변위를 감지하는 변위감지유닛; 팬터그래프로 공급되는 전압 상태를 감지하는 전압감지유닛; 아크감지유닛, 충격 및 변형감지유닛, 변위감지유닛, 전압감지유닛에서 감지된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 신호처리부; 및 신호처리부의 디지털 데이터를 연산처리하여 각 팬터그래프의 상태를 판정하는 주처리부;를 포함한다.
전동차, 팬터그래프, 파손, 감지, 변위, 아크, 충격

Description

전동차용 팬터그래프의 파손 감지시스템{SYSTEM FOR DETECTING THE DAMAGE OF ELECTRIC RAIL CAR'S PANTOGRAPH}
본 발명은 전동차용 팬터그래프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 패터그래프 중에서 파손 또는 변형된 일부의 팬터그래프를 보다 신속하고 간편하게 감지할 수 있는 전동차용 팬터그래프의 파손 감지시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전동차는 팬터그래프(pantograph)를 통하여 전차선으로부터 인가되는 전원을 이용하여 구동하는 차량으로, 견인 및 승차효율을 극대화하기 위하여 동력을 분산설치하는 방식으로 운행되고 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 운전실이 구비되어 있는 제어차(TC)가 앞쪽과 뒤쪽에 각각 배치되고, 추진장치가 장착된 구동차(M1,M2)와 추진장치가 장착되지 않은 부수차(T,T1)를 혼합하여 양쪽 제어차들(TC) 사이에 배치하여 운행된다.
상기 제어차(TC)는 동력장치는 없고, 운전실을 구비하여 전동차를 제어하는 차량을 말하고, 상기 구동차(M1,M2) 중 제1구동차(M1)는 동력장치를 구비하며, 제2구동차(M2)는 동력장치와 집전장치를 구비한 차량이다. 또한, 부수차(T)는 부수차 량이며, 부수차(T1)은 보조전원장치를 가진 차량을 의미한다.
상술한 바와 같은 전동차에서 팬터그래프(pantograph)(20)는 동력차의 지붕에 적어도 1개 이상(일반적으로 2개)이 설치되어 전차선(전력공급선)(10)으로부터 전력을 공급받는 장치이다. 상기 팬터그래프(20)는 대략 마름모형상의 링크부재로 이루어지며, 공기압 및 탄성력 등을 이용하여 상승 및 하강하도록 구성된다. 상기 팬터그래프(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전차선(10)과 접촉하면서 전기를 공급받는 습판체(1), 상기 습판체(1)를 지지하는 상부프레임(2) 및 하부프레임(3), 상기 습판체(1)의 상승 및 하강을 위한 주베어링(4) 및 실린더(5), 및 팬터그래프를 전동차의 지붕에 고정시키기 위한 기본프레임(6)을 구비하는 구조를 가진다. 또한, 상기 팬터그래프는 상승된 상태에서 전력공급선에 접촉된 상태를 일정하게 유지하도록 탄성력을 부여하는 스프링 등을 가질 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 가지는 팬터그래프(20)는 제어차(TC) 내의 운전자가 총괄적으로 상승 또는 하강을 제어할 수 있도록 하는 구조를 가진다. 즉 제어차 내에 팬터그래프 총괄 상승스위치 및 총괄하강스위치 만을 구비하는 구조를 가진다. 따라서, 제어차 내의 운전자가 상기 총괄 상승스위치를 작동하게 되면, 모든 구동차(M2)들에 구비된 모든 팬터그래프들이 상승하게 된다. 또한, 총괄하강스위치를 작동하게 되면, 모든 구동차(M2)의 모든 팬터그래프들이 하강하게 된다.
한편, 전동차의 운행 도중에 전차선(10) 또는 팬터그래프(20)측에 손상이 발생하여 누전이 발생하면, 전차선으로 전원을 공급하는 변전소에서는 그 전원차단기의 차단에 의해 전원이 자동으로 차단되므로 전동차의 운행이 중지된다.
이런 경우, 종래의 전동차는 모든 팬터그래프를 하나의 스위치(총괄상승스위치 또는 총괄하강스위치)로 승하강하도록 구성되어 있으므로 일부의 팬터그래프에 파손 또는 변형 등이 발생할 경우 그 대처에 많은 시간이 소요된다.
즉, 파손 또는 변형이 발생된 팬터그래프를 찾기 위해서는 기관사는 변전소에서 전차선(10)으로 다시 전원을 공급한 상태에서 총괄하강스위치를 통해 모든 팬터그래프를 하강시키고, 승무원이 직접 팬터그래프(20)가 장착된 구동차(M2)로 이동하여 각 구동차(M2)의 팬터그래프 회로차단기(PanVN)를 차단하여 개별적으로 부동처리를 한 후, 제어차(TC)의 운전실로 돌아와 상기 총괄상승 스위치 또는 총괄하강스위치를 작동시켜 각 구동차(M2)의 팬터그래프의 파손 여부를 확인하는 절차를 순차적 및 반복적으로 수행해야 한다. 특히 승객이 많거나 전동차가 지하구간에 정차한 경우에는 조치시간이 과다하게 소요된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 운행 중 또는 활선작업 상태에서 각 팬터그래프의 동적 거동상태를 개별적으로 측정함으로써 파손 또는 변형된 팬터그래프의 확인 내지 감지를 보다 신속하고 간편하게 할 수 있는 전동차용 팬터그래프의 파손 감지시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
전차선과 접촉하면서 전기를 공급받는 습판체, 전동차의 지붕에 상기 습판체를 지지하는 프레임을 포함하는 전동차용 팬터그래프의 손상감지시스템으로서,
상기 팬터그래프의 전기적 충격 상태를 감지하는 아크감지유닛;
상기 팬터그래프의 기계적 충격 상태를 감지하는 충격 및 변형감지유닛;
상기 팬터그래프의 위치 변위를 감지하는 변위감지유닛;
상기 팬터그래프로 공급되는 전압 상태를 감지하는 전압감지유닛;
상기 아크감지유닛, 충격 및 변형감지유닛, 변위감지유닛, 전압감지유닛에서 감지된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 신호처리부; 및
상기 신호처리부의 디지털 데이터를 연산처리하여 각 팬터그래프의 상태를 판정하는 주처리부;를 포함한다.
상기 아크감지유닛은 전동차의 지붕 측에 설치되고, 팬터그래프와 전차선의 이선 시 발생하는 아크의 자외선 영역을 감지하는 포토센서인 것을 특징으로 한다.
상기 충격 및 변형감지유닛은 팬터그래프의 습판체에 설치되고, 가속도센서인 것을 특징으로 한다.
상기 변위감지유닛은 상기 팬터그래프의 습판체에 설치되고, 레이저변위계, 기울기센서, 자이로센서, 압력감지센서, 3차원 가속도센서 중에서 어느 하나 또는 2이상의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 주처리부에 접속되고, 전동차의 지붕측에 설치된 영상카메라를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 주처리부에 접속되고, 전동차의 외측에 설치된 위성안테나를 더 포함할 수 있다.
이상과 같은 본 발명은, 운행 중 또는 활선작업 상태에서 팬터그래프의 전기적 충격 상태 뿐만 아니라 기계적 충격상태, 위치 변위, 전압 상태 등과 같은 동적 거동상태를 개별적으로 측정함으로써 파손 또는 변형된 팬터그래프의 확인 내지 감지를 보다 신속하고 간편하게 할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 전동차용 팬터그래프의 파손감지시스템은 팬터그래프(20)의 전기적 충격 상태를 감지하는 아크감지유닛(11), 팬터그래프(20)의 기계적 충격 상태를 감지하는 충격 및 변형감지유닛(12), 팬터그래프(20)의 위치 변위를 감지하는 변위감지유닛(13), 팬터그래프(20)로 공급되는 전압 상태를 감지하는 전압감지유닛(14)를 포함한다.
팬터그래프(20)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전동차 중에서 제2구동차(M2)에 설치된다. 그리고, 팬터그래프(20)는 전차선(10)과 접촉하면서 전기를 공급받는 습판체(1), 상기 습판체(1)를 지지하는 상부프레임(2) 및 하부프레임(3), 상기 습판체(1)의 상승 및 하강을 위한 주베어링(4) 및 실린더(5), 및 팬터그래프(20)를 전동차의 지붕에 고정시키기 위한 기본프레임(6)을 구비하는 구조를 가진다. 또한, 상기 팬터그래프(20)는 상승된 상태에서 전차선(10)에 접촉된 상태를 일정하게 유지하도록 탄성력을 부여하는 스프링 등을 가질 수 있다.
한편, 본 발명이 적용되는 팬터그래프(20)는 도 1 및 도 2에 예시된 구조에 한정되지 않고, 그외에도 집전을 위한 습판체의 상승 및 하강 제어가 용이하고, 전차선의 높이 변화에 대응하여 그 상하방향의 탄성을 가지며, 전차선 및 전기시설물의 파손을 최소화할 수 있도록 적당한 항복강도를 가진 다양한 구조의 팬터그래프도 이용될 수 있을 것이다.
아크감지유닛(11)은 전동차의 운행 중에 전차선(10)과 습판체(1)의 이선(separation) 시에 아크의 발생을 감지하는 구성으로, 전동차(M2)의 지붕 측에 설치되어 전차선(10)과 습판체(1) 사이의 이선에 의해 발생된 아크의 자외선 영역 을 감지할 수 있는 포토센서의 일종일 수 있다.
충격 및 변형감지유닛(12)은 팬터그래프(20)의 습판체(1) 또는 프레임(2, 3, 6)측에서 발생하는 기계적인 충격 또는 습판체(1)의 비틀림 등과 같은 변형 등을 감지할 수 있는 구성으로, 팬터그래프(20)의 습판체(1)의 내부 또는 습판체(1)를 지지하는 프레임(2, 3, 6) 등에 설치되어 그 충격 및 변형 상태를 감지할 수 있는 가속도센서가 적용될 수 있다.
변위감지유닛(13)은 팬터그래프(20)의 위치 변위를 감지하기 위한 구성으로, 팬터그래프(20)의 습판체(1), 프레임(2, 3, 6), 팬터그래프(20)에 인접한 지붕측에 설치될 수 있다. 또는 상기 습판체(1)의 내부에 설치될 수 있다. 변위감지유닛(13)은 습판체(1)가 정해진 위치 내에 있는지를 검출할 수 있는 레이저변위계, 습판체(1)의 기울기를 감지하는 기울기센서 또는 자이로센서, 습판체(1)를 지지하는 프레임(2, 3, 6)의 압력 상태를 감지하는 압력감지센서, 습판체(1)의 3축 가속도 성분을 검출하는 3차원 가속도센서 중에서 어느 하나 할 수 있다.
전압감지유닛(14)은 팬터그래프(20)로 공급되는 전압 상태를 검출하는 일반적인 전압감지센서의 일종이다.
상기 아크감지유닛(11), 충격 및 변형감지유닛(12), 변위감지유닛(13), 전압감지유닛(14)에서 감지된 신호는 신호처리부(15)에서 디지털 데이터로 변환된 후에 주처리부(16)로 전송되고, 주처리부(16)는 신호처리부(15)의 디지털 데이터를 연산처리하여 각 팬터그래프의 상태를 판정하며, 이를 운전석의 기관사에게 알려준다.
한편, 본 발명은 전동차의 지붕 측에 설치된 영상카메라(17) 또는 위성안테 나(18)를 더 포함할 수 있다.
영상카메라(17)는 주처리부(16)에 접속되어 있고, 이 영상카메라(17)는 팬터그래프(20) 내지 전차선(10)에 대한 실시간 영상정보를 주처리부(16)로 전송함으로써 운전석의 기관사로 하여금 경험적, 직관적 판단정보를 제공할 수 있다.
그리고, 위성안테나(18)는 주처리부(16)에 접속되어 있고, 전동차의 속도발전기와 연동하여 전동차의 위치정보를 운전석의 기관사에게 실시간적으로 알려줄 수 있다.
아래의 표 1은 각 팬터그래프(20)의 상태 판정을 위한 알고리즘의 결과를 예시한 것으로, 이러한 알고리즘의 결과는 전동차 또는 팬터그래프의 설치 조건, 그외 외부 조건 등에 의해 다양하게 변경될 수 있다.
[표 1]
충격 및 변형 아크 변위 전압 팬터그래프의 예상상태 및 조치사항
유 유 유 정상 파손, 정밀 점검요망
무 유 유 정상 파손, 정밀 점검 요망
유 무 유 정상 파손, 정밀 점검 요망
무 무 유 정상 피로누적, 정밀 점검 요망
유 유 무 정상 주의 요망, 정밀 점검 요망
무 유 무 정상 주의 요망, 정밀 점검 요망
유 무 무 정상 주의 요망, 정밀 점검 요망
무 무 무 정상 양호
유 유 유 이상 파손, 부동처리 요망
무 유 유 이상 파손, 부동처리 요망
유 무 유 이상 파손, 부동처리 요망
무 무 유 이상 파손, 부동처리 요망
유 유 무 이상 파손, 부동처리 요망
무 유 무 이상 파손, 부동처리 요망
유 무 무 이상 파손, 부동처리 요망
무 무 무 이상 절연구간
도 1은 일반적인 전동차의 편성도이다.
도 2는 전동차용 팬터그래프의 일례를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동차용 팬터그래프의 파손감지시스템을 도시한 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
11: 아크감지유닛 12: 충격 및 변형감지유닛
13: 변위감지유닛 14: 전압감지유닛

Claims (6)

  1. 전차선과 접촉하면서 전기를 공급받는 습판체, 전동차의 지붕에 상기 습판체를 지지하는 프레임을 포함하는 전동차용 팬터그래프의 손상감지시스템으로서,
    상기 팬터그래프의 전기적 충격 상태를 감지하는 아크감지유닛;
    상기 팬터그래프의 기계적 충격 상태를 감지하는 충격 및 변형감지유닛;
    상기 팬터그래프의 위치 변위를 감지하는 변위감지유닛;
    상기 팬터그래프로 공급되는 전압 상태를 감지하는 전압감지유닛;
    상기 아크감지유닛, 충격 및 변형감지유닛, 변위감지유닛, 전압감지유닛에서 감지된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 신호처리부; 및
    상기 신호처리부의 디지털 데이터를 연산처리하여 각 팬터그래프의 상태를 판정하는 주처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동차용 팬터그래프의 파손감지시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아크감지유닛은 전동차의 지붕 측에 설치되고, 팬터그래프와 전차선의 이선 시 발생하는 아크의 자외선 영역을 감지하는 포토센서인 것을 특징으로 하는 전동차용 팬터그래프의 파손감지시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충격 및 변형감지유닛은 팬터그래프의 습판체의 내부에 설치되고, 가속도센서인 것을 특징으로 하는 전동차용 팬터그래프의 파손감지시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변위감지유닛은 상기 팬터그래프의 습판체의 내부에 설치되고, 레이저변위계, 기울기센서, 자이로센서, 압력감지센서, 3차원 가속도센서 중에서 어느 하나 또는 2이상의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전동차용 팬터그래프의 파손감지시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주처리부에 접속되고, 전동차의 지붕측에 설치된 영상카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동차용 팬터그래프의 파손감지시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주처리부에 접속되고, 전동차의 외측에 설치된 위성안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동차용 팬터그래프의 파손감지시스템.
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