KR20150078151A - 전차선 장력조정장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전차선로에 사용되는 장력조정장치 및 방법에 관한 것으로 철도차량의 팬터그래프(집전장치)와 직접 접촉하여 전기를 공급하는 전차선이 온도변화에 의해 길이가 변화되면 무선 주파수를 사용하여 변형된 전차선 길이 측정 및 주변환경 정보를 감시하는 상부센서 및 탄성체에 가해진 힘을 감지하여 전기적신호로 변환하는 하중센서가 모은 자료를 제어부에 송·수신하게 된다. 신호를 받은 제어부는 조정장치들을 구동하는 모터의 동작을 제어하여 장력조정장치 및 장력 미세조정장치의 구동으로 전차선의 안전한 집전을 할 수 있도록 한다.

Description

전차선 장력조정장치 및 방법 {ELECTRIC CAR LINE TENSION ADJUSTING APPARATUS}
본 발명은 전차선 장력조정장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도차량의 팬터그래프(집전장치)와 직접 접촉하여 전기를 공급해 주는 설비인 전차선과 안정된 집전을 위해 일정한 장력을 유지시켜주며, 온도변화에 따른 전차선 길이변화에 대해 장력장치가 제대로 작동하고 있는지를 측정하고, 이를 조정하기 위한 전차선 장력조정장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 장력조정장치는 팬터그래프(집전장치)가 일정한 높이로 접촉하도록 하고, 전차선의 처짐을 최소화할 수 있도록 양 끝단에 장력을 부가하는 장치이다. 전차선은 철도차량의 팬터그래프(집전장치)와 직접 접촉하여 전기를 공급하는 설비로 양호한 집전을 위해서는 일정한 장력이 유지되어야 한다. 전차선을 조정하는 장치에는 자동식과 수동식이 있는데 온도변화에 따라 길이가 변화하는 전차선, 마모에 따른 탄성 신장으로 전차선의 장력에 영향을 주게 되어 그 결과 전차선의 집전 성능 약화와 더불어 전차선 단선 등의 위험이 발생하여 전기 운전에 지장을 주기 때문에 온도변화와 주위환경을 고려하여 자동으로 장력을 조정하는 자동식이 많이 쓰이고 있다.
전차선 장력을 자동으로 조정하는 장치에는 활차식, 도르레식(고속선), 스프링식이 있다. 활차식 자동장력조정장치는 활차의 원리를 응용한 것으로 활차부에 각각 와이어로프를 감아 걸어 내린 것이다. 활차식은 설비가 간단하고 유지보수가 편리하여 가장 많이 설치되어 왔으나, 전차선의 단선시 조가선 장력 부담이 너무 커지게 되어 허용인장 강도가 부족해지고 온도 변화에 따른 불안정성과 활차 내부 베어링 부분에서 부식이 발견된 점으로 봤을 때 큰 단점이 있다. 스프링식 자동장력조정장치는 활차식의 단점을 보안하기 위한 유지보수 효율화 및 무 보수화를 위해 개발된 것으로 널리 추진되었다. 스프링식은 온도변화에 따른 전차선의 신축, 팽창(길이변화) 발생시 장력장치 내부 스프링에 의한 탄성력으로 일정한 장력을 유지시켜주는 장치이며, 장력장치 동작상태를 장력장치 하부에 설치되어 있는 스트로크의 눈금자를 직원들이 순회점검시 읽고 판단하고 있다. 스프링식 자동장력조장장치의 생명은 스프링의 탄성계수(k)이며 교체시까지 이 값은 변화가 없어야 한다. 만일 탄성계수가 변화하면 장력장치의 기능이 상실되기 때문에 전차선의 장력을 유지하기가 어렵고 자칫 사고로 이어질 수 있는 문제점이 있다. 현재 일부소속에서 장력장치 순회점검결과(온도와 눈금자값)를 기록 관리하고 있으나, 관리가 잘 안 되고 있는 실정이며, 시설물을 과학적으로 관리하기 위해서는 일, 월, 년 단위의 데이터 기록관리 및 변화상태 분석이 필요한데 현실적으로 어렵고 스프링의 탄성계수를 측정하기 위해서 장력장치를 철거하고 분해해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자 발명된 것으로 다음과 같은 목적을 갖는다.
본 발명은 철도차량의 팬터그래프(집전장치)와 직접 접촉하여 전기를 공급하는 전차선의 안정된 집전을 위해 일정한 장력이 유지되어야 함을 목적으로 한다.
또한, 온도변화와 주위 환경을 고려하여 전차선 길이변화에 대해 장력장치가 제대로 작동하고 있는지를 측정하고, 조정하는 전차선 장력조정장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 직접 전기를 공급하는 전차선의 장력을 조절하기 위한 장력조정장치; 조정장치에 의해 조정된 전차선의 장력을 더욱 미세하게 조정하는 장력 미세조정장치; 무선 주파수를 사용하여 전차선 길이 측정 및 주변환경 정보를 감시하는 상부센서와 온도변화로 인해 탄성체에 가해진 힘을 감지하여 전기적신호로 변환하는 하중센서를 통해 모아진 자료를 제어부에 송·수신하는 센서; 센서로부터 신호를 받아 조정장치들을 작동시키는 모터의 동작을 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 구성에 의하여 다음과 같은 효과를 갖는다.
본 발명의 장력조정장치 및 방법은 철도차량의 팬터그래프(집전장치)와 직접 접촉하여 전기를 공급하는 전차선에 일정한 장력을 유지시켜 안정된 집전을 할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
또한 온도변화에 따른 누적된 감시정보는 길이변화의 상관관계 분석이 가능하며 시설물 유지보수를 과학적으로 수행할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 전차선에 연결된 전차선 장력조정장치 및 설치상태를 나타낸 도면.
도 2는 전차선의 변화된 길이를 측정하는 방법을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 두 가지 조정장치의 구동 방식을 나타낸 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략한다.
본 발명은 선로에 구비되며, 전차선이 감겨있는 롤(110)이 구비된 지주(100)와; 지주의 일측에 구비되며, 전차선의 장력을 조절하기 위한 조정장치(300); 조정장치에 의해 조정된 전차선의 장력을 미세하게 조정하는 장력 미세조정장치(500)와; 전차선의 장력을 감지함과 아울러 조정장치들을 제어하는 제어장치(700)로 구성된다.
본 발명을 설명하기에 앞서, 도 1을 참조하여 전차선에 연결된 전차선 장력조정장치 및 설치상태를 간단히 설명한다. 도 1은 선로의 양측에 구비되며, 전차선이 감겨있는 롤(200)이 구비된 지주(100)와 지주(100)의 일측에 구비된 센서가 있다.
센서는 아날로그방식과 디지털방식이 있는데, 전기적·기계적 노이즈 이유로 시스템에서 발생하는 불필요한 신호를 발생하지 않고 정확도를 높이는 디지털방식의 센서를 사용한다.
무선주파수를 사용하여 전차선의 길이측정 및 주변환경정보를 감시하는 상부센서(320)와 온도변화로 인해 탄성체에 가해진 힘을 감시하여 전기적 신호로 변환하는 하중센서(340)를 통해 모아진 자료를 제어부에 송·수신하는 센서가 구비되어 있다.
구체적으로 상부센서는 RFID(Radio Frequency identification)방식의 센서로 안테나가 포함된 판독기, 무선자원을 송·수신할 수 있는 안테나, 정보를 저장하고 프로토콜로 데이터를 교환하는 태그, 서버 및 네트워크로 구성된다.
이는 기본적인 사물인식뿐만 아니라 주변의 환경정보 (온도·습도·오염정보·균일정보)등 자료를 얻을 수 있다.
하부센서는 로드셀(Road cell) 방식의 센서로 탄성체의 변형에 따라 전기적인 저항값이 변화하는 스트레인게이지를 이용하여 탄성체에 가해진 힘을 전기적인 신호로 변환하는 센서를 말한다.
로드셀의 종류는 기둥형·환상형·휨형·전단형 등이 있는데 로드셀의 특성은 사용조건에 따라 다르다.
기둥형 로드셀은 위에서 아래로 하중을 가하는 종류로 2장의 스트레인게이지를 종·횡으로 부착하여 측정하는 방식으로 대용량의 로드셀 제작에 용이하는 장점이 있으나, 정밀도가 낮으며 비스듬하게 가해지는 하중에 대해 오차가 크므로 사용에 주의를 해야한다.
여기서 로드셀은 전차선 와이어에 매달려 부착되어 장력조정장치(500)와 수직으로 연결된 형태이기 때문에 비스듬하게 가해지는 하중에 대한 오차에 대해서 보면 기둥형이 알맞다.
상기의 서술된 두 센서에 의해 무선통신으로 신호를 받은 제어부는 하단에 구비된 모터(400)에 조정장치들이 구동할 수 있도록 명령을 송신한다.
구동명령을 수신받은 모터(400)는 전차선의 장력을 조정하는 장력조정장치(500)를 작동시키고 장력조정장치(500)에 의해 조정된 전차선의 장력을 더욱 미세하게 조정하는 장력 미세조정장치(600)를 작동시킨다.
장력조정장치(500)는 도르레(520)식 방법을 이용하여 작은 힘으로 간편하게 전차선의 장력을 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
도 2는 전차선의 변화된 길이를 측정하는 방법을 나타낸 도면이다. 장력조정장치(500)는 지주(100)에 구비된 가이드(560)와 래크기어(540)가 혼합된 도르레를 총괄하여 일컫는다.
장력조정장치(500)는 또한 하부센서(340)인 로드셀(Road cell)과 연결되어 있다.
상기에 서술되었듯이 로드셀(Road cell)은 전차선의 변형으로 힘을 받아 생기는 탄성변형을 내부에 장착된 스트레인게이지의 저항변화 양을 측정함으로써 힘의 크기를 전기적 신호로 제어부에 보내는 역할을 한다. 롤의 끝 부분과 팬터그래프(집전장치)의 중간지점과의 거리를 L이라 하고, 전차선의 온도변화에 의해 생긴 각도를 θ라 할 때, 전차선의 늘어난 거리 또는 줄어든 H 길이의 값을 삼각함수로 구할 수 있다.
도 3은 전차선에 따른 두 가지 조정장치의 구동 방식을 나타낸 도면이다. 온도변화로 인해 전차선의 처짐 발생을 감지한 상부센서 및 탄성체에 가해진 힘을 전기적 신호로 변환하는 하부센서(340)에 의해 즉시 제어부로 신호를 송신하고, 제어부 또한 모터(400)에 장력조정장치의 구동 명령을 내리게 된다.
모터(400)가 작동하면서 장력조정장치(500)는 가이드(560)의 길이 h₁내에서 A 또는 A'방향으로 상하운동을 하는데 전차선의 늘어난 거리 또는 줄어든 H 길이 만큼 움직인다.
장력 미세조정장치(600)는 피니온기어(640)의 형태로 되어있고 장력조정장치(500)의 래크기어(540) 길이 h₂내에서 맞물려있어 온도변화에 늘어난 전차선 또는 줄어든 전차선의 길이를 B또는 B'의 방향으로 회전운동을 하여 전차선의 길이를 조정한다. 전차선의 안전한 집전을 위해 두 가지 조정장치가 구동되어 오차를 줄인다.
이러한 원리로 본 발명은 전차선에 일정한 장력을 유지시켜 안정된 집전을 할 수 있도록 한다.
이상으로 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 지주 200: 롤
320: 상부센서 340: 하부센서
400: 모터 500: 장력조정장치
520: 도르레 540: 래크기어
560: 가이드 600: 장력 미세조정장치
640: 피니온기어

Claims (10)

  1. 선로의 양측에 구비되며, 전차선이 감겨있는 롤이 구비된 지주와;
    지주의 일측에 구비되며, 전차선의 장력을 조절하는 장력조정장치와;
    장력조정장치에 의해 조정된 전차선의 장력을 더욱 미세하게 조정하는 장력 미세조정장치와;
    무선 주파수를 사용하여 전차선 길이 측정 및 주변환경 정보를 감시하는 상부센서와;
    온도변화로 인해 탄성체에 가해진 힘을 감지하여 전기적신호로 변환하는 하중센서를 통해 모아진 자료를 제어부에 송·수신하는 센서와;
    센서로부터 신호를 수신받아 조정장치들을 구동하는 모터의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전차선 장력조정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    장력조정장치는 도르레식을 구비하여 작은 힘으로 간편하게 전차선의 장력을 조절하는 것을 특징으로 하는 전차선 장력조정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    장력조정장치는 가이드 길이 h₁내에서 온도변화에 따라 상하 직선운동(A, A')을 하며 일측에 래크기어가 구비된 것을 특징으로 하는 전차선 장력조정장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    미세조정장치는 장력조정장치와 맞물려 있는 것을 특징으로 하며, 장력조정장치의 래크기어 길이 h₂내에서 온도변화에 따라 시계·반시계방향(B, B')으로 회전운동을 하고 일측에 피니온기어가 구비된 것을 특징으로 하는 전차선 장력조정장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    감지센서는 디지털방식을 사용하여 전기적·기계적 노이즈가 없고 정확도를 높이는 것을 특징으로 하는 전차선 장력조정장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상부의 센서 위치는 전차선의 수평위치에서 L 거리에 위치하며, 무선 주파수를 받아 정확한 데이터측정으로 자료의 송신과 수신을 할 수 있는 RFID(Radio Frequency identification)방식인 것을 특징으로 하는 전차선 장력조정장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    하부센서는 전차선 와이어에 매달려있고 장력조정장치와 연결된 기둥형 로드셀(Road cell)방식인 것을 특징으로 하는 전차선 장력조정장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상부센서는 전차선의 처짐을 즉시 감지하고 장력조정장치가 이동할 수 있는 가이드 거리 h₁내에서 전차선의 늘거나 줄어든 H 길이만큼 상하운동을 하도록 제어부로 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 전차선 장력조정장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    하부센서는 변형에 따라 전기적 저항값이 변화하는 점을 이용하여 탄성체에 가해진 하중을 전기적 신호로 변환하고 제어부로 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 전차선 장력조정장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    조정장치를 구동시키는 모터는 장력조정장치와 연결되어 있거나 장력 미세조정장치와 연결되어 있을 수 있는 방법을 특징으로 하는 전차선 장력조정장치.
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