KR20220119243A - 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 및 방법 - Google Patents

전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템은, 제1 전차선에 전력을 공급하고 제2 전차선으로 귀환하는 전력을 전차선 부극에 연결하는 전원공급 변전소, 상기 제1 전차선과 상기 제2 전차선이 전기적으로 연결되는 폐루프를 형성하여 상기 전원공급 변전소로부터 상기 제1 전차선을 통해 공급된 전력을 상기 제2 전차선을 통해 상기 전원공급 변전소로 귀환시키는 전원연결 변전소, 및 상기 전원공급 변전소 및 상기 전원연결 변전소를 제어하며, 상기 전원공급 변전소의 전원 공급을 제어하는 제어모듈을 포함하되, 상기 전원공급 변전소는 상기 전차선 부극에 연결되는 레일과 상기 제2 전차선을 연결하여 폐루프를 형성하는 폐루프 단로기, 및 전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 기 설정된 범위내의 전압으로 조절하여 상기 제1 전차선에 공급하고, 상기 제2 전차선으로 귀환되어 상기 폐루프 단로기와 상기 레일을 통해 공급되는 전력을 상기 전차선 부극에 공급하는 전원 공급부를 포함할 수 있다.

Description

전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 및 방법{CATENARY THAW SYSTEM IN DC TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM BASED ON VOLTAGE-CONTROLLED AND METHOD OF THAW USING THE SAME}
본 발명은 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직류 급전계통에서 전차선을 통해 폐루프를 형성하여 전차선에 형성된 얼음을 녹일 수 있도록 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전차선 해빙 시스템의 경우 교류 급전계통에 설치되어 있다. 교류 급전용 해빙 시스템은 변전소를 기준으로 하여 양쪽 급전 구분소까지의 상하행선 전차선을 이용하여 폐루프를 만들고 변전소에서 전력을 공급하여 흐르는 전류로 상하행선 전차선의 결빙을 녹인다.
교류 급전계통 전차선 해빙 시스템은 변전소를 기준으로 양쪽 급전구분소에서 급전계통이 분리되어 있어 쉽게 해빙회로를 구성할 수 있다. 해빙 시스템 동작을 위해서 급전 구간내에 변전소를 제외한 모든 AT(Auto-tansformer)는 회로에서 분리하고, 급전구분소에서는 상행선과 하행선 전차선을 연결하는 차단기를 투입하며, 변전소에는 레일(AT 중성점)과 전차선을 연결하는 추가적인 단로기와 해빙 시스템을 보호하기 위한 보호시스템을 추가함으로써 해빙 시스템을 구현할 수 있다.
직류 급전계통 전차선 해빙 시스템도 교류 급전계통 전차선 해빙시스템과 같은 원리로 전차선로의 임피던스를 이용하여 적당한 거리의 해빙 폐루프를 만들고, 이러한 해빙 폐루프에 전압을 공급하며 해빙 페루프에 흐르는 해빙전류를 이용하여 전차선의 결빙을 녹이는 방식이다.
이와 같이 전차선 해빙 시스템은 전차선로를 이용하여 해빙루프를 구성하고, 그 해빙루프에 전압을 공급하며, 해빙루프에 흐르는 해빙전류를 이용하여 전차선의 결빙을 녹이는 방식이다. 이때, 해빙전류는 폐루프를 구성하는 전차선의 저항에 따라 결정되므로, 해빙 시스템의 동작시간은 전차선의 온도 상승을 모니터링하면서 결정될 수 있다.
상술한 바와 같이 해빙 시스템은 해빙루프 구성에 따른 해빙 임피던스에 따라 해빙전류의 크기가 결정된다. 특히, 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템은 여러 변전소를 경유하여 해빙루프를 구성하는데, 해빙루프를 구성하는 변전소 간격에 따라 해빙루프의 길이 차이가 발생하고, 이에 따라 해빙 시스템에 흐르는 해빙전류의 크기도 상이하며, 이로 인해 해빙 시스템 운영(가동)시간도 해빙루프에 따라 크게 상이할 수 있다. 또한, 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템은 외부 기후조건에 따라 해빙온도 상승이 크게 영향 받을 수 있어 열차 운행 전에 가동되어야 하는 해빙 시스템의 운영 효과를 보장할 수 없었다.
이에, 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 구성의 유연성을 확보할 수 있으며, 전차선의 해빙상태에 따라 해빙 시스템 운영을 최적화할 수 있도록 하는 기술 개발이 필요하다.
해빙 시스템 구성의 유연성을 확보할 수 있고, 전압제어장치를 이용하여 공급전압을 제어함으로써 해빙 시스템의 최적 운영을 가능하게 한다.
본 발명의 배경기술은 일본 공개특허공보 1992-078727호(1992.03.12)의 '트롤리선의 빙결 방지용 통전 장치'에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 직류 급전계통에서 전차선을 통해 폐루프를 형성하여 전차선에 형성된 얼음을 녹일 수 있도록 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 목적은 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 구성의 유연성을 확보할 수 있으며, 전차선의 해빙상태에 따라 해빙 시스템 운영을 최적화할 수 있도록 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템은, 제1 전차선에 전력을 공급하고 제2 전차선으로 귀환하는 전력을 전차선 부극에 연결하는 전원공급 변전소, 상기 제1 전차선과 상기 제2 전차선이 전기적으로 연결되는 폐루프를 형성하여 상기 전원공급 변전소로부터 상기 제1 전차선을 통해 공급된 전력을 상기 제2 전차선을 통해 상기 전원공급 변전소로 귀환시키는 전원연결 변전소, 및 상기 전원공급 변전소 및 상기 전원연결 변전소를 제어하며, 상기 전원공급 변전소의 전원 공급을 제어하는 제어모듈을 포함하되, 상기 전원공급 변전소는 상기 전차선 부극에 연결되는 레일과 상기 제2 전차선을 연결하여 폐루프를 형성하는 폐루프 단로기, 및 전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 기 설정된 범위내의 전압으로 조절하여 상기 제1 전차선에 공급하고, 상기 제2 전차선으로 귀환되어 상기 폐루프 단로기와 상기 레일을 통해 공급되는 전력을 상기 전차선 부극에 공급하는 전원 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 전원 공급부는, 복수의 차단설비, 상기 차단설비와 병렬로 연결되고, 상기 전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 기 설정된 범위내의 전압으로 제어하는 전압제어장치, 및 상기 레일로부터 전차선 부극을 연결하는 부극 단로기를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압제어장치는, 해빙센서로부터 외부 기후정보를 입력받고, 상기 제2 전차선을 통해 귀환하는 전류량을 감지하는 해빙전류센서로부터 해빙전류를 입력받으며, 상기 급전전압, 외부 기후정보 및 해빙전류에 기초하여 상기 급전전압을 제어함으로써, 상기 제1 전차선 및 제2 전차선에 형성된 결빙을 제거할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압제어장치는, 상기 급전전압, 외부 기후정보, 및 해빙전류를 이용하여 상기 전차선의 해빙온도를 산출하고, 상기 산출된 해빙온도를 기 설정된 온도상승곡선에 따른 기준값과 비교하며, 그 비교결과에 따라 상기 급전전압을 제어할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압제어장치는, 상기 해빙온도가 상기 기준값보다 낮은 경우 상기 급전전압을 상승시켜 해빙전류가 더 흐르도록 제어하고, 상기 해빙온도가 상기 기준값과 유사한 경우 상기 급전전압을 현 상태로 유지하며, 상기 해빙온도가 상기 기준값보다 큰 경우 상기 급전전압을 하강시켜 상기 해빙전류의 크기를 줄이는 방향으로 제어할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압제어장치는, 상기 해빙 시스템의 전압 제어범위를 고려하여 전압 제어를 위한 용량을 가변할 수 있도록 단위 용량의 전압제어장치가 병렬로 구성될 수 있다.
본 발명에서 상기 전원공급 변전소는, 상기 제2 전차선을 통해 귀환하는 전류량을 감지하여 상기 제어 모듈에 전달하는 보호 계전기를 더 포함하고, 상기 제어 모듈은, 상기 제1 전차선을 통해 공급되는 전류와 상기 보호 계전기에 의해 감지된 전류의 차이가 기 설정된 설정값 이상이면 상기 전원 공급부를 제어하여 상기 제1 전차선으로의 전원 공급을 차단할 수 있다.
본 발명은 상기 전원공급 변전소와 상기 전원연결 변전소 사이의 절연구간에서, 상기 제1 전차선과 상기 제2 전차선을 각각 연결하는 중간 변전소를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템은, 전차선에 전력을 공급하고 레일로 귀환하는 전력을 전차선 부극에 연결하는 전원공급 변전소, 상기 전차선과 상기 레일이 전기적으로 연결되는 폐루프를 형성하여 상기 전원공급 변전소로부터 상기 전차선을 통해 공급된 전력을 상기 레일을 통해 상기 전원공급 변전소로 귀환시키는 전원연결 변전소, 상기 전원공급 변전소 및 상기 전원연결 변전소를 제어하며, 상기 전원공급 변전소의 전원 공급을 제어하는 제어모듈을 포함하되, 상기 전원공급 변전소는 전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 기 설정된 범위내의 전압으로 조절하여 상기 전차선에 공급하고, 상기 레일로 귀환되어 상기 레일을 통해 공급되는 전력을 상기 전차선 부극에 공급하는 전원 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 전원 공급부는, 복수의 차단설비, 상기 차단설비와 병렬로 연결되고, 상기 전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 기 설정된 범위내의 전압으로 제어하는 전압제어장치, 및 상기 레일로부터 전차선 부극을 연결하는 부극 단로기를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압제어장치는, 해빙센서로부터 외부 기후정보를 입력받고, 상기 제2 전차선을 통해 귀환하는 전류량을 감지하는 해빙전류센서로부터 해빙전류를 입력받으며, 상기 급전전압, 외부 기후정보 및 해빙전류에 기초하여 상기 급전전압을 제어함으로써, 전차선에 형성된 결빙을 제거할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압제어장치는, 상기 급전전압, 외부 기후정보, 및 해빙전류를 이용하여 상기 전차선의 해빙온도를 산출하고, 상기 산출된 해빙온도를 기 설정된 온도상승곡선에 따른 기준값과 비교하며, 그 비교결과에 따라 상기 급전전압을 제어할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압제어장치는, 상기 해빙온도가 상기 기준값보다 낮은 경우 상기 급전전압을 상승시켜 해빙전류가 더 흐르도록 제어하고, 상기 해빙온도가 상기 기준값과 유사한 경우 상기 급전전압을 현 상태로 유지하며, 상기 해빙온도가 상기 기준값보다 큰 경우 상기 급전전압을 하강시켜 상기 해빙전류의 크기를 줄이는 방향으로 제어할 수 있다.
본 발명에서 상기 전압제어장치는, 상기 해빙 시스템의 전압 제어범위를 고려하여 전압 제어를 위한 용량을 가변할 수 있도록 단위 용량의 전압제어장치가 병렬로 구성될 수 있다.
본 발명에서 상기 전원공급 변전소는, 상기 레일을 통해 귀환하는 전류량을 감지하여 상기 제어 모듈에 전달하는 보호 계전기를 더 포함하고, 상기 제어 모듈은, 상기 전차선을 통해 공급되는 전류와 상기 보호 계전기에 의해 감지된 전류의 차이가 기 설정된 설정값 이상이면 상기 전원 공급부를 제어하여 상기 전차선으로의 전원 공급을 차단할 수 있다.
본 발명은 상기 전원공급 변전소와 상기 전원연결 변전소 사이의 절연구간에서, 상기 전차선과 상기 레일을 각각 연결하는 중간 변전소를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 방법은, 전차선의 해빙이 필요한 경우, 제어모듈이 전원공급 변전소, 중간 변전소 및 전원연결 변전소 각각에 구비된 차단기와 단로기를 제어하여 해빙 시스템을 동작시키는 단계, 상기 제어모듈이 상기 전원공급 변전소에 급전전압을 공급하도록 제어하는 단계, 상기 전원공급 변전소에 구비된 전압제어장치가 상기 급전전압, 외부 기후정보 및 해빙전류를 입력받는 단계, 상기 전압제어장치가 상기 급전전압, 외부 기후정보, 및 해빙전류를 이용하여 상기 전차선의 해빙온도를 산출하는 단계, 및 상기 전압제어장치가 상기 산출된 해빙온도를 기 설정된 온도상승곡선에 따른 기준값과 비교하고, 그 비교결과에 따라 상기 급전전압을 제어함으로써, 상기 전차선에 형성된 결빙을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명은 상기 전차선에 형성된 결빙을 제거하는 단계에서, 상기 전압제어장치는, 상기 해빙온도가 상기 기준값보다 낮은 경우 상기 급전전압을 상승시켜 해빙전류가 더 흐르도록 제어하고, 상기 해빙온도가 상기 기준값과 유사한 경우 상기 급전전압을 현 상태로 유지하며, 상기 해빙온도가 상기 기준값보다 큰 경우 상기 급전전압을 하강시켜 상기 해빙전류의 크기를 줄이는 방향으로 제어할 수 있다.
본 발명은 상기 제어모듈이 상기 전원공급 변전소에 구비된 보호 계전기를 통해 상기 전차선의 전류를 감지하고, 상기 전차선을 통해 공급되는 전류와 상기 보호 계전기에 의해 감지된 전류의 차이가 기 설정된 설정값 이상이면 상기 전원공급 변전소의 전원 공급부를 제어하여 전차선으로의 전원 공급을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 및 방법은, 직류 급전계통에서 전차선의 결빙이 발생한 경우 직류 급전계통의 전차선로를 이용하여 전차선의 결빙을 녹여 안전한 전력공급이 가능하게 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 및 방법은, 전압제어장치를 이용하여 해빙 시스템의 폐루프 간격을 조절함으로써 해빙 시스템 구성의 유연성을 확보할 수 있고, 전압제어장치를 이용하여 공급전압을 제어함으로써 해빙 시스템의 최적 운영을 가능하게 한다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 직류 급전계통 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복선계통에서의 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 전원공급 변전소를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압제어장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 중간 변전소를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 전원연결 변전소를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단선계통에서의 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 전원공급 변전소를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7에 도시된 중간 변전소를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 7에 도시된 전원연결 변전소를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 및 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 급전계통 시스템 구성도이다.
도 1에는 직류 급전계통 시스템이 도시된다.
직류 급전계통 시스템에서 전차선의 결빙이 발생한 경우, 본 발명의 실시예에 따른 직류 급전계통 전차선 해빙 장치는 직류 급전계통의 전차선을 통해 전차선의 결빙을 해빙하여 안전한 전력공급이 가능하도록 하도록 한다.
직류 급전계통 시스템은 복선계통과 단선계통으로 구분될 수 있다. 본 실시예에서는, 복선계통의 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템과 단선계통의 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템을 구분하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복선계통에서의 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템을 나타낸 도면, 도 3은 도 2에 도시된 전원공급 변전소를 나타낸 도면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압제어장치의 동작을 설명하기 위한 도면, 도 5는 도 2에 도시된 중간 변전소를 나타낸 도면, 도 6은 도 2에 도시된 전원연결 변전소를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복선계통에서의 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템은 전원공급 변전소(10), 중간 변전소(20), 전원연결 변전소(30) 및 제어 모듈(40)을 포함할 수 있다.
전원공급 변전소(10)와 중간 변전소(20) 및 전원연결 변전소(30)는 직류 급전계통 시스템에 구비된 변전소로서, 고유한 직류 전력공급 기능을 수행할 수 있으며, 내부에 구비된 각종 변전소 차단설비를 통해 폐회로를 구성할 수도 있다.
전원공급 변전소(10)와 중간 변전소(20) 및 전원연결 변전소(30) 각각은 내부에 차단기(112)와 주 단로기(113) 및 예비 단로기(114)를 구비하며, 이들 차단기(112)와 주 단로기(113) 및 예비 단로기(114) 등의 설치 구조 및 연결 관계는 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 전원공급 변전소(10)와 중간 변전소(20) 및 전원연결 변전소(30) 각각에는 레일(53)과 변전소 부극(정류기 부극)을 연결 또는 차단하기 위한 부극 단로기(111,211,311)를 각각 구비하며, 이들 각각이 선택적으로 투입됨으로써, 해빙 회로를 위한 폐회로를 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 차단기(112)와 주 단로기(113) 및 예비 단로기(114) 각각이 해당 변전소의 고유의 전력 공급 기능 이외에 해빙 기능을 위한 제1 전차선(51)을 서로 연결하거나, 제2 전차선(52)을 서로 연결하거나, 또는 제1 전차선(51)과 제2 전차선(52)을 연결하여 폐회로를 구성할 수 있음을 예시적으로 설명한다. 이는 단선계통에서의 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템에서도 동일하게 적용될 수 있다.
전원공급 변전소(10)는 제1 전차선(51)에 전력을 공급하고 제2 전차선(52)으로 귀환하는 전력을 전차선 부극(정류기 부극)에 연결할 수 있다. 여기서, 제1 전차선(51)은 상행선 전차선이고 제2 전차선(52)은 하행선 전차선일 수 있다.
이러한 전원공급 변전소(10)에 대해 도 3을 참조하면, 전원공급 변전소(10)는 전원 공급부(11), 폐루프 단로기(12), 및 보호 계전기(13)를 포함할 수 있다.
전원 공급부(11)는 전차선 부극(정류기 부극)에 연결되는 레일(53)과 제2 전차선(52)을 연결하여 폐루프를 형성할 수 있다.
전원 공급부(11)는 전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 기 설정된 범위내의 전압으로 조절하여 제1 전차선(51)에 공급하고, 제2 전차선(52)으로 귀환되어 폐루프 단로기(12)와 레일(53)을 통해 공급되는 전력을 전차선 부극(정류기 부극)에 공급할 수 있다.
이러한 전원 공급부(11)는 복수의 차단설비(112,113,114), 전압제어장치(115) 및 부극 단로기(111)를 포함할 수 있다.
복수의 차단설비(112,113,114)는 예컨대, 복수 개의 차단기(112), 주 단로기(113) 및 예비 단로기(144)를 포함하고, 이들 차단설비(112,113,114)를 이용하여 제1 전차선(51)과 제2 전차선(52)을 이용한 폐루프를 구성할 수 있다. 이 경우, 전원 공급부(11)는 폐루프 동작을 위해 전원을 공급하는 피더 한 개만을 투입하고 나머지 모든 차단기는 개방하며, 또한 레일(53)로부터 전차선 부극(정류기 부극)을 연결하는 부극 단로기(111)를 투입하여 폐루프를 구성할 수 있다.
전압제어장치(115)는 차단설비(112,113,114)와 병렬로 연결되고, 전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 기 설정된 범위내의 전압으로 제어할 수 있다.
전압제어장치(115)는 도 4에 도시된 바와 같이 해빙센서(미도시)로부터 외부 기후정보(외부 기온, 풍속 등을 포함함)를 입력받고, 해빙전류센서(미도시)로부터 해빙전류를 입력받으며, 급전전압, 외부 기후정보 및 해빙전류에 기초하여 급전전압을 제어함으로써, 제1 전차선(51) 및 제2 전차선(52)에 형성된 결빙을 제거할 수 있다. 여기서, 해빙전류센서는 보호 계전기(13)에 연결되고, 제2 전차선(52)을 통해 귀환하는 전류량을 감지할 수 있다.
전압제어장치(115)는 외부 기후정보 및 해빙전류의 크기에 따라 급전전압을 제어하며, 외부 기후정보가 너무 가혹하여 전차선에 흐르는 전류의 크기를 증가시켜야 하는 조건에서는 급전제어전압을 급전전압보다 크게 발생시키고, 반대로 외부 기후정보가 전차선의 서리 및 결빙을 너무 빠르게 녹이는 경우에는 해빙 시스템의 동작이 너무 빨리 종료되고 종료된 후 다시 서리 및 결빙을 발생시킬 수 있는 우려가 있어 급전제어전압을 급전전압보다 낮게 하여 전체적인 해빙전류를 줄여 해빙시간을 일정시간 이상으로 유지할 수 있다.
이를 위해 전압제어장치(115)는 급전전압, 외부 기후정보, 및 해빙전류를 이용하여 전차선의 해빙온도를 산출하고, 산출된 해빙온도를 기 설정된 온도상승곡선에 따른 기준값과 비교하며, 그 비교결과에 따라 급전전압을 제어할 수 있다. 이때, 해빙온도가 기준값보다 낮은 경우, 전압제어장치(115)는 급전전압을 상승시켜 해빙전류가 더 흐르도록 제어할 수 있다. 해빙온도가 기준값과 유사한 경우, 전압제어장치(115)는 급전전압을 현 상태로 유지하며, 해빙온도가 기준값보다 큰 경우 전압제어장치(115)는 급전전압을 하강시켜 해빙전류의 크기를 줄이는 방향으로 제어할 수 있다.
한편, 전차선 해빙 시스템은 제1 전차선(51) 및 제2 전차선(52)에 전류를 흘려 제1 전차선(51) 및 제2 전차선(52)의 온도를 대략 10℃ 정도로 상승시키기 위한 해빙전류를 흐르도록 구성해야 한다. 제1 전차선(51) 및 제2 전차선(52)의 온도 상승은 아래 수학식 1과 같이 도체의 열평형 방정식에 따라 결정될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, Ej는 전류에 의한 주울에너지, Ea는 도체 온도 상승에 소비되는 에너지, Ec는 대류에 의한 방사에너지, Er은 복사에 의한 열발산 에너지, Es는 태양열 흡수 에너지를 의미할 수 있다.
주위 온도 Ta인 공기 중에 있는 길이 L, 초기 온도 T0인 원통형 도체에 전류 I가 흐르게 되면, 도체 온도가 T에서 TL로 상승하게 된다. 전류가 흐르는 dt 시간 동안 도체 온도가 dT만큼 상승한다고 하면, dt시간 동안의 저항 열에 의하여 받는 에너지 Ej와 태양열로부터 받는 에너지 Es의 합은 도체 온도를 dT만큼 상승시키는 데 소비되는 에너지 Ea와 대류에 의하여 발산되는 에너지 Ec와 복사에 의하여 발산되는 에너지 Er의 합과 같으며, 이러한 도체의 열평형 방정식에 따라 도체 온도 상승을 산출할 수 있다.
전차선의 온도 상승을 예측하기 위해 수학식 1에 의한 열평형 방정식을 dT/dt에 관한 식으로 정리하면 아래 수학식 2와 같으며, 전차선로의 각 전선의 데이터를 입력하여 전선의 초기 온도와 통전시킬 전류량을 초기화한 후 dT/dt를 계산할 수 있다. dT/dt는 미소 시간 변화에 따른 온도 변화량으로서 도체 온도 상승곡선의 기울기이며, dt와 dT/dt 값과의 곱으로 온도 변화량 T를 구하고, 이를 통해 t 시간에서의 도체온도 T를 구할 수 있다. 이때, 도체 온도가 해빙 효과를 나타낼 수 있는 온도 이하에서 포화한다면 전류용량을 다시 설정하여 같은 작업을 반복하게 된다. 이상과 같은 과정을 통하면 해빙 시스템의 온도 상승 곡선을 구할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
여기서, A는 도체의 단면적 [㎡], s는 도체의 비중 [kg/㎥], c는 도체의 비열 [J/kg·℃],ρ20은 20℃에서의 도체의 저항률 [Ω·m], α는 저항의 온도계수, T는 도체의 온도 [℃], d는 케이블 직경 [m], η은 도체 표면의 열 방사율(흑체계수), H는 일사량, U는 도체의 둘레길이 [m],
Figure pat00003
는 열발산계수 [W/㎡℃], Ta는 주위 공기의 온도 [℃], σ는 볼츠만 상수 [W/㎡。Ｋ⁴]일 수 있다.
상술한 바와 같이 해빙 시스템의 온도 상승 곡선은 도체에 흐르는 전류, 외부 기후정보(외기 온도, 풍속 등), 도체(전차선)의 재료 성질 및 형상(단면적, 열발산계수 등) 등에 따라 달라지므로, 급전전압의 제어를 통해 전차선에 흐르는 전류의 크기를 제어함으로써, 전차선의 온도 상승을 제어할 수 있다.
따라서 전압제어장치(115)는 수학식 2를 이용하여 해빙온도를 산출할 수 있다. 수학식 2에서
Figure pat00004
는 해빙온도일 수 있고, T는 현재 전차선의 온도일 수 있으며, 도체는 전차선을 의미할 수 있다.
전압제어장치(115)는 산출된 해빙온도를 기 설정된 온도상승곡선에 따른 기준값과 비교하고, 그 비교결과에 따라 급전전압을 제어할 수 있다.
또한, 전압제어장치(115)는 해빙 시스템의 전압 제어범위를 고려하여 전압 제어를 위한 용량을 가변할 수 있도록 단위 용량의 전압제어장치(115)를 병렬로 구성할 수 있다. 즉, 전압제어장치(115)의 용량은 기존의 급전용량과 대비하여 전압 상승 및 하락 범위를 고려하여 선정하며, 이는 해빙 시스템의 해빙루프가 변전소의 개수 및 간격에 따라 달라지므로 해빙 시스템의 전체 임피던스를 고려하여 용량을 자유롭게 할 수 있도록 단위 용량을 선정하고 해빙 시스템별 필요 용량에 따라 병렬로 구성할 수 있다.
폐루프 단로기(12)는 전차선 부극에 연결되는 레일(53)과 제2 전차선(52)을 연결하여 폐루프를 형성한다. 폐루프 단로기(12)는 폐회로로 귀환되는 제2 전차선(52)과 변전소 부극(정류기 부극)을 연결하여 폐회로를 구성하기 위해 추가적으로 설치될 수 있다. 폐루프 단로기(12)는 평소 운영시에는 개방되어 있으며, 해빙시에만 투입될 수 있다.
보호 계전기(13)는 제2 전차선(52)과 레일(53) 사이에 설치되어 제2 전차선(52)을 통해 귀환하는 전류량을 감지하고, 감지된 전류량을 제어 모듈(40)에 전달할 수 있다.
이 경우, 제어 모듈(40)은 보호 계전기(13)로부터 입력된 전류량에 따라 전원 공급부(11)를 제어하여 제1 전차선(51)으로의 전원 공급을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어 모듈(40)은 제1 전차선(51)을 통해 유입하는 전류와 보호 계전기(13)에 의해 감지된 전류의 차이가 기 설정된 설정값 이상이면 전원 공급부(11)를 제어하여 제1 전차선(51)으로의 전원 공급을 차단할 수 있다.
중간 변전소(20)는 전원공급 변전소(10)와 전원연결 변전소(30) 사이의 절연구간에서, 제1 전차선(51)과 제2 전차선(52)을 각각 연결할 수 있다. 중간 변전소(20)는 전원공급 변전소(10)와 전원연결 변전소(30)의 사이의 거리 또는 폐루프를 통해 흐르는 전류량에 따라 다양한 개수로 설치될 수 있다.
중간 변전소(20)에 대해 도 5를 참조하면, 중간 변전소(20)는 중간 전원 연결부(21)를 포함할 수 있다. 중간 전원 연결부(21)는 전원공급 변전소(10)와 전원연결 변전소(30) 사이의 절연구간에서, 제1 전차선(51)과 연결된 적어도 하나의 차단기(212)를 선택적으로 투입하여 전원공급 변전소(10)로부터의 전력을 전원연결 변전소(30)로 공급하고, 제2 전차선(52)과 연결된 적어도 하나의 차단기(212)를 투입하여 전원연결 변전소(30)로부터의 전력을 전원공급 변전소(10)로 공급할 수 있다.
즉, 중간 전원 연결부(21)는 해빙용 폐회로를 구성하기 위해서 변전소로부터의 전력을 공급하는 차단기(212)를 모두 개방하는 반면에, 폐회로 구성을 위한 차단기(212) 중 적어도 하나를 투입한다. 또한, 중간 전원 연결부(21)는 레일(53)과 연결된 부극 단로기(211)를 개방함으로써, 전류 누설을 최소화하고 사고 발생을 방지할 수 있다.
또한, 중간 연결부(21)는 제1 전차선(51)과 제2 전차선(52)의 절연구간에 영향을 받지 않고 해빙용 폐회로를 구성하기 위해, 전원공급 변전소(10)로부터의 제1 전차선(51)과 연결되는 주 차단기(212) 중 2개소를 투입하고 제2 전차선(52)과 연결된 예비 단로기(213) 중 2개소를 투입하여 폐회로를 구성할 수 있다.
전원연결 변전소(30)는 제1 전차선(51)과 제2 전차선(52)이 전기적으로 연결되는 폐루프를 형성하여 전원공급 변전소(10)로부터 제1 전차선(51)을 통해 공급된 전력을 제2 전차선(52)을 통해 전원공급 변전소(10)로 귀환시킬 수 있다.
전원연결 변전소(30)에 대해 도 6을 참조하면, 전원연결 변전소(30)는 제1 전차선(51)을 통해 공급되는 전력을 제2 전차선(52)으로 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 차단기를 선택적으로 투입하여 제1 전차선(51)을 통해 공급된 전력을 제2 전차선(52)으로 공급하는 전원 연결부(31)를 포함할 수 있다.
즉, 전원 연결부(31)는 해빙용 폐회로를 구성하기 위해 복수 개의 차단기(312) 중 제1 전차선(51)과 제2 전차선(52)을 연결하기 위해 변전소에서 전력을 공급하는 차단기(312)를 모든 개방할 수 있다.
또한, 전원 연결부(31)는 레일(53)과 연결된 부극 단로기(311)를 개방하여 전류 누설을 최소화하고 사고 발생을 방지할 수 있다. 게다가, 전원 연결부(31)는 복수 개의 차단기(312) 중 폐회로 방면의 차단기(312) 중 2개소를 투입하고 나머지 차단기(312)는 모두 개방하여 해빙용 폐회로를 구성할 수 있다.
제어 모듈(40)은 전원공급 변전소(10)와 중간 변전소(20) 및 전원연결 변전소(30)를 제어하며, 전원공급 변전소(10)의 전원 공급을 제어할 수 있다.
즉, 제어 모듈(40)은 전차선 해빙을 위해 폐루프 단로기를 투입하고, 전원 공급부(11)와 중간 연결부(21) 및 전원 연결부(31)의 각 변전소 차단설비를 제어하여 폐루프를 형성하고, 이 폐루프에 전원을 공급함으로써 전차선에 형성된 결빙을 제거할 수 있다.
이때 보호 계전기(13)는 제2 전차선(52)과 레일(53) 사이에 설치되어 제2 전차선(52)을 통해 귀환하는 전류량을 감지하고, 감지된 전류량을 제어 모듈(40)에 전달할 수 있다.
이 경우, 제어 모듈(40)은 보호 계전기(13)로부터 입력된 전류량에 따라 전원 공급부(11)를 제어하여 제1 전차선(51)으로의 전원 공급을 제어하는데, 특히 제1 전차선(51)을 통해 공급되는 전류와 보호 계전기(13)에 의해 감지된 전류의 차이가 설정값 이상이면 전원 공급부(11)를 제어하여 제1 전차선(51)으로의 전원 공급을 차단할 수 있다.
이러한 제어 모듈(40)은 해빙 시스템 전체를 원격에서 감시 및 제어하는 원격 제어 모듈일 수 있다.
상술한 바와 같이 복선계통에서의 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템은 제1 전차선(51) 및 제2 전차선(52)을 이용하여 폐루프를 구성하고, 전원공급 변전소(10)는 귀환하는 제2 전차선(52)과 정류기 부극을 연결하기 위한 폐루프 단로기(12) 및 보호 계전기(13)를 구비할 수 있다. 또한, 전원공급 변전소(10)는 외부 기후조건 및 해빙전류에 따라 전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 제어하기 위한 전압제어장치(115)를 구비할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전압 제어 기반 단선계통에서의 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템을 나타낸 도면, 도 8은 도 7에 도시된 전원공급 변전소를 나타낸 도면, 도 9는 도 7에 도시된 중간 변전소를 나타낸 도면, 도 10은 도 7에 도시된 전원연결 변전소를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단선계통에서의 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템은 전원공급 변전소(10), 중간 변전소(20), 전원연결 변전소(30) 및 제어 모듈(40)을 포함할 수 있다.
단선계통에서 해빙 시스템 구성을 위해서는 전차선(54)이 단선으로 구성되어 있기 때문에 복선계통과 같이 제1 전차선(51)과 제2 전차선(52)으로 폐루프를 구성할 수 없다. 따라서 전차선(54)과 레일(53)을 이용하여 폐루프를 구성할 수 있다.
전원공급 변전소(10)는 전차선(54)에 전력을 공급하고 레일(53)로 귀환하는 전력을 전차선 부극(정류기 부극)에 연결할 수 있다.
전원공급 변전소(10)는 도 8에 도시된 바와 같이 전원 공급부(11) 및 보호 계전기(13)를 포함할 수 있다.
전원 공급부(11)는 전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 기 설정된 범위내의 전압으로 조절하여 전차선(54)에 공급하고, 레일(53)로 귀환되어 레일(53)을 통해 공급되는 전력을 전차선 부극에 공급할 수 있다.
이러한 전원 공급부(11)는 복수의 차단설비(112,113,114), 전압제어장치(115) 및 부극 단로기(111)를 포함할 수 있다.
전원 공급부(11)는 기존 변전소의 차단설비(112,113,114)를 이용하여 직류 전원을 공급하고, 전차선(54)과 레일(53)을 이용한 폐루프 구성을 위해 차단기 개폐를 제어할 수 있다. 전원 공급부(11)는 해빙 시스템 폐루프 동작을 위해서는 전원을 공급하는 피더 한 개만을 투입하고 나머지 모든 차단기는 개방하며, 또한 레일(53)로부터 변전소 부극을 연결하는 부극 단로기(111)를 투입하여 폐루프를 구성할 수 있다.
즉, 전원 공급부(11)는 변전소 차단설비(112,113,114), 예컨대 복수 개의 차단기(112)와 주 단로기(113) 및 예비 단로기(114)를 구비하며, 이들 변전소 차단설비(112,113,114)를 이용하여 전차선(54)과 레일(53)을 이용한 폐루프 구성을 위해 차단기(112)와 주 단로기(113) 및 예비 단로기(114)를 각각 제어할 수 있다. 이 경우, 전원 공급부(11)는 폐루프 동작을 위해 전원을 공급하는 피더 한 개만을 투입하고 나머지 모든 차단기(112)는 개방하며, 또한 레일(53)로부터 변전소 부극을 연결하는 부극 단로기(111)를 투입하여 폐루프를 구성할 수 있다.
전압제어장치(115)는 차단설비(112,113,114)와 병렬로 연결되고, 전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 기 설정된 범위내의 전압으로 제어할 수 있다.
전압제어장치(115)는 해빙센서(미도시)로부터 외부 기후정보를 입력받고, 해빙전류센서(미도시)로부터 해빙전류를 입력받으며, 급전전압, 외부 기후정보 및 해빙전류에 기초하여 급전전압을 제어함으로써, 전차선(54)에 형성된 결빙을 제거할 수 있다. 전압제어장치(115)는 도 3에 도시된 전압제어장치(115)와 동일하게 동작하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
보호 계전기(13)는 레일(53)을 통해 귀환하는 전류량을 감지하고, 감지된 전류량을 제어 모듈(40)에 전달할 수 있다. 이 경우, 제어 모듈(40)은 전차선(54)을 통해 공급되는 전류와 보호 계전기(13)에 의해 감지된 전류의 차이가 기 설정된 설정값 이상이면 전원 공급부(11)를 제어하여 전차선(54)으로의 전원 공급을 차단할 수 있다.
중간 변전소(20)는 전원공급 변전소(10)와 전원연결 변전소(30) 사이의 절연구간에서, 전차선(54)과 레일(53)을 각각 연결할 수 있다. 중간 변전소(20)는 전원공급 변전소(10)와 전원연결 변전소(30)의 사이의 거리 또는 폐루프를 통해 흐르는 전류량에 따라 다양한 개수로 설치될 수 있다.
중간 변전소(20)에 대해 도 9를 참조하면, 중간 변전소20)는 중간 전원 연결부(21)를 포함할 수 있다.
중간 전원 연결부(210)는 전원공급 변전소(10)와 전원연결 변전소(30) 사이의 절연구간에서, 전차선(54)과 연결된 적어도 하나의 차단기를 선택적으로 투입하여 전원공급 변전소(10)로부터의 전력을 전원연결 변전소(30)로 공급하고, 레일(53)과 연결된 적어도 하나의 차단기(212)를 투입하여 전원연결 변전소(30)로부터의 전력을 전원공급 변전소(10)로 공급한다.
즉, 중간 전원 연결부(21)는 해빙용 폐회로를 구성하기 위해서 변전소로부터의 전력을 공급하는 차단기(212)를 모두 개방하는 반면에, 폐회로 구성을 위한 차단기(212) 중 적어도 하나를 투입한다. 또한, 중간 전원 연결부(210)는 레일(53)과 연결된 부극 단로기(211)도 개방함으로써, 전류 누설을 최소화하고 사고 발생을 방지할 수 있다. 또한, 중간 전원 연결부(21)는 전차선(54)로의 절연구간에 영향을 받지 않고 해빙용 폐회로를 구성하기 위해 전원공급 변전소(10)로부터의 전차선(54)과 연결된 주 차단기(212) 중 2개소를 투입하고 레일(53)과 연결된 예비 단로기(213) 중 2개소를 투입하여 폐회로를 구성한다.
전원연결 변전소(30)는 전차선(54)과 레일(53)이 전기적으로 연결되는 폐루프를 형성하여 전원공급 변전소(10)로부터 전차선(54)을 통해 공급된 전력을 레일(53)을 통해 전원공급 변전소(10)로 귀환시킬 수 있다.
전원연결 변전소(30)에 대해 도 10을 참조하면, 전원연결 변전소(30)는 전원 연결부(31), 및 폐루프 단로기(32)를 포함할 수 있다.
폐루프 단로기(32)는 레일(53)과 전차선(54)을 연결하여 폐루프를 형성할 수 있다.
전원 연결부(31)는 전차선(54)을 통해 공급되는 전력을 레일(53)로 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 차단기를 선택적으로 투입하여 전차선(54)을 통해 공급된 전력을 레일(53)로 공급한다. 이 경우, 전원 연결부(31) 내부의 구비된 변전소 차단설비, 예컨대, 부극 단로기(311), 차단기(312), 주 단로기(313) 및 예비 단로기(314)는 모두 오프될 수 있다.
이 경우, 제어 모듈(40)은 전류량에 따라 전원 공급부(11)를 제어하여 레일(53)로의 전원 공급을 제어할 수 있다.
제어 모듈(40)은 전원공급 변전소(10)와 중간 변전소(20) 및 전원연결 변전소(30)를 제어하며, 전원공급 변전소(10)의 전원 공급을 제어할 수 있다.
즉, 제어 모듈(40)은 전차선(54) 해빙을 위해 폐루프 단로기(32)를 투입하고, 전원 공급부(11)와 중간 전원 연결부(21) 및 전원 연결부(31)의 각 차단기를 제어하여 폐루프를 형성하고 이 폐루프에 전원을 공급할 수 있다.
이러한 제어 모듈(40)은 해빙 시스템 전체를 원격에서 감시 및 제어할 수 있는 원격 제어 모듈일 수 있다.
상술한 바와 같이 단선계통에서의 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템은 전차선(54)과 레일(53)을 이용하여 폐루프를 구성하고, 그 폐루프를 구성하는 전원공급 변전소(10)와 전원연결 변전소(30)는 전차선(54)과 레일(53)을 연계하는 단로기 및 보호 계전기를 구비할 수 있다. 또한, 전원공급 변전소(10)는 외부 기후조건 및 해빙전류에 따라 전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 제어하기 위한 전압제어장치(115)를 구비할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 방법을 나타낸 순서도이다.
도 11을 참조하면, 전차선의 해빙이 필요하면(S1110), 제어모듈(40)은 전원공급 변전소(10)와 중간 변전소(20) 및 전원연결 변전소(30) 각각에 구비된 차단기와 단로기를 제어하여 해빙 시스템을 동작시킨다(S1120). 즉, 해빙 센서(미도시)는 전차선 결빙을 감지하고, 그 감지결과를 제어모듈(40)로 전송할 수 있다. 해빙센서의 감지 결과 해빙이 필요하면, 제어 모듈(40)은 전원공급 변전소(10)와 중간 변전소(20) 및 전원연결 변전소(30) 각각에 구비된 차단기와 단로기를 제어하고, 폐루프 단로기(12,32)를 투입하여 해빙회로를 형성함으로써, 해빙 시스템을 동작시킬 수 있다.
단계 S1120의 수행으로 해빙 시스템이 동작함에 따라 제어 모듈(40)은 전원공급 변전소(10)를 통해 직류전원(급전전압)을 공급한다(S1130).
단계 S1130가 수행되면, 전원공급 변전소(10)의 전압제어장치(115)는 급전전압, 외부 기후정보 및 해빙전류를 입력받고(S1140), 입력받은 급전전압, 외부 기후정보, 및 해빙전류를 이용하여 전차선의 해빙온도를 산출한다(S1150). 이때, 전압제어장치(115)는 수학식 2를 이용하여 해빙온도를 산출할 수 있다.
단계 S1150가 수행되면, 전압제어장치(115)는 해빙온도를 미리 설정된 기준값과 비교한다(S1160).
단계 S1160의 비교결과, 해빙온도가 기준값보다 낮으면(S1170), 전압제어장치(115)는 급전제어전압을 상승시켜 해빙전류가 더 흐르도록 제어한다(S1180).
단계 S1160의 비교결과, 해빙온도가 기준값과 유사하면(S1190), 전압제어장치(115)는 급전전압을 현 상태로 유지한다(S1210).
단계 S1160의 비교결과, 해빙온도가 기준값보다 크면(S1220), 전압제어장치(115)는 급전전압을 하강시켜 해빙전류의 크기를 줄이는 방향으로 제어한다(S1230).
상기와 같이 해빙온도와 기준값의 비교결과에 따라 급전전압을 제어함으로써, 전차선에 형성된 결빙이 제거될 수 있다.
전차선의 해빙이 완료되면(S1240), 제어모듈(40)은 해빙 시스템의 동작을 종료시킨다(S1250).
이후, 제어 모듈(40)은 해빙이 완료된 구간의 전원공급 변전소(10)와 중간 변전소(20) 및 전원연결 변전소(30) 각각의 변전소 차단설비를 열차 운행을 위한 상태로 제어하여 열차 운행이 가능하도록 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 및 방법은, 직류 급전계통에서 전차선의 결빙이 발생한 경우 직류 급전계통의 전차선로를 이용하여 전차선의 결빙을 녹여 안전한 전력공급이 가능하게 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템 및 방법은, 전압제어장치를 이용하여 해빙 시스템의 폐루프 간격을 조절함으로써 해빙 시스템 구성의 유연성을 확보할 수 있고, 전압제어장치를 이용하여 공급전압을 제어함으로써 해빙 시스템의 최적 운영을 가능하게 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 전원공급 변전소
11, 21, 31 : 전원 공급부
115 : 전압제어장치
20: 중간 변전소
30: 전원연결 변전소
40: 제어 모듈

Claims (19)

  1. 제1 전차선에 전력을 공급하고 제2 전차선으로 귀환하는 전력을 전차선 부극에 연결하는 전원공급 변전소;
    상기 제1 전차선과 상기 제2 전차선이 전기적으로 연결되는 폐루프를 형성하여 상기 전원공급 변전소로부터 상기 제1 전차선을 통해 공급된 전력을 상기 제2 전차선을 통해 상기 전원공급 변전소로 귀환시키는 전원연결 변전소; 및
    상기 전원공급 변전소 및 상기 전원연결 변전소를 제어하며, 상기 전원공급 변전소의 전원 공급을 제어하는 제어모듈을 포함하되,
    상기 전원공급 변전소는,
    상기 전차선 부극에 연결되는 레일과 상기 제2 전차선을 연결하여 폐루프를 형성하는 폐루프 단로기; 및
    전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 기 설정된 범위내의 전압으로 조절하여 상기 제1 전차선에 공급하고, 상기 제2 전차선으로 귀환되어 상기 폐루프 단로기와 상기 레일을 통해 공급되는 전력을 상기 전차선 부극에 공급하는 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원 공급부는,
    복수의 차단설비;
    상기 차단설비와 병렬로 연결되고, 상기 전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 기 설정된 범위내의 전압으로 제어하는 전압제어장치; 및
    상기 레일로부터 전차선 부극을 연결하는 부극 단로기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전압제어장치는,
    해빙센서로부터 외부 기후정보를 입력받고, 상기 제2 전차선을 통해 귀환하는 전류량을 감지하는 해빙전류센서로부터 해빙전류를 입력받으며, 상기 급전전압, 외부 기후정보 및 해빙전류에 기초하여 상기 급전전압을 제어함으로써, 상기 제1 전차선 및 제2 전차선에 형성된 결빙을 제거하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전압제어장치는,
    상기 급전전압, 외부 기후정보, 및 해빙전류를 이용하여 상기 전차선의 해빙온도를 산출하고, 상기 산출된 해빙온도를 기 설정된 온도상승곡선에 따른 기준값과 비교하며, 그 비교결과에 따라 상기 급전전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전압제어장치는,
    상기 해빙온도가 상기 기준값보다 낮은 경우 상기 급전전압을 상승시켜 해빙전류가 더 흐르도록 제어하고, 상기 해빙온도가 상기 기준값과 유사한 경우 상기 급전전압을 현 상태로 유지하며, 상기 해빙온도가 상기 기준값보다 큰 경우 상기 급전전압을 하강시켜 상기 해빙전류의 크기를 줄이는 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전압제어장치는,
    상기 해빙 시스템의 전압 제어범위를 고려하여 전압 제어를 위한 용량을 가변할 수 있도록 단위 용량의 전압제어장치가 병렬로 구성되는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전원공급 변전소는,
    상기 제2 전차선을 통해 귀환하는 전류량을 감지하여 상기 제어 모듈에 전달하는 보호 계전기를 더 포함하고,
    상기 제어 모듈은, 상기 제1 전차선을 통해 공급되는 전류와 상기 보호 계전기에 의해 감지된 전류의 차이가 기 설정된 설정값 이상이면 상기 전원 공급부를 제어하여 상기 제1 전차선으로의 전원 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전원공급 변전소와 상기 전원연결 변전소 사이의 절연구간에서, 상기 제1 전차선과 상기 제2 전차선을 각각 연결하는 중간 변전소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  9. 전차선에 전력을 공급하고 레일로 귀환하는 전력을 전차선 부극에 연결하는 전원공급 변전소;
    상기 전차선과 상기 레일이 전기적으로 연결되는 폐루프를 형성하여 상기 전원공급 변전소로부터 상기 전차선을 통해 공급된 전력을 상기 레일을 통해 상기 전원공급 변전소로 귀환시키는 전원연결 변전소; 및
    상기 전원공급 변전소 및 상기 전원연결 변전소를 제어하며, 상기 전원공급 변전소의 전원 공급을 제어하는 제어모듈을 포함하되,
    상기 전원공급 변전소는,
    전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 기 설정된 범위내의 전압으로 조절하여 상기 전차선에 공급하고, 상기 레일로 귀환되어 상기 레일을 통해 공급되는 전력을 상기 전차선 부극에 공급하는 전원 공급부를 포함하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전원 공급부는,
    복수의 차단설비;
    상기 차단설비와 병렬로 연결되고, 상기 전원공급 모선으로부터 공급받은 급전전압을 기 설정된 범위내의 전압으로 제어하는 전압제어장치; 및
    상기 레일로부터 전차선 부극을 연결하는 부극 단로기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전압제어장치는,
    해빙센서로부터 외부 기후정보를 입력받고, 상기 제2 전차선을 통해 귀환하는 전류량을 감지하는 해빙전류센서로부터 해빙전류를 입력받으며, 상기 급전전압, 외부 기후정보 및 해빙전류에 기초하여 상기 급전전압을 제어함으로써, 전차선에 형성된 결빙을 제거하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전압제어장치는,
    상기 급전전압, 외부 기후정보, 및 해빙전류를 이용하여 상기 전차선의 해빙온도를 산출하고, 상기 산출된 해빙온도를 기 설정된 온도상승곡선에 따른 기준값과 비교하며, 그 비교결과에 따라 상기 급전전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전압제어장치는,
    상기 해빙온도가 상기 기준값보다 낮은 경우 상기 급전전압을 상승시켜 해빙전류가 더 흐르도록 제어하고, 상기 해빙온도가 상기 기준값과 유사한 경우 상기 급전전압을 현 상태로 유지하며, 상기 해빙온도가 상기 기준값보다 큰 경우 상기 급전전압을 하강시켜 상기 해빙전류의 크기를 줄이는 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 전압제어장치는,
    상기 해빙 시스템의 전압 제어범위를 고려하여 전압 제어를 위한 용량을 가변할 수 있도록 단위 용량의 전압제어장치가 병렬로 구성되는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 전원공급 변전소는,
    상기 레일을 통해 귀환하는 전류량을 감지하여 상기 제어 모듈에 전달하는 보호 계전기를 더 포함하고,
    상기 제어 모듈은, 상기 전차선을 통해 공급되는 전류와 상기 보호 계전기에 의해 감지된 전류의 차이가 기 설정된 설정값 이상이면 상기 전원 공급부를 제어하여 상기 전차선으로의 전원 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 전원공급 변전소와 상기 전원연결 변전소 사이의 절연구간에서, 상기 전차선과 상기 레일을 각각 연결하는 중간 변전소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 시스템.
  17. 전차선의 해빙이 필요한 경우, 제어모듈이 전원공급 변전소, 중간 변전소 및 전원연결 변전소 각각에 구비된 차단기와 단로기를 제어하여 해빙 시스템을 동작시키는 단계;
    상기 제어모듈이 상기 전원공급 변전소에 급전전압을 공급하도록 제어하는 단계;
    상기 전원공급 변전소에 구비된 전압제어장치가 상기 급전전압, 외부 기후정보 및 해빙전류를 입력받는 단계;
    상기 전압제어장치가 상기 급전전압, 외부 기후정보, 및 해빙전류를 이용하여 상기 전차선의 해빙온도를 산출하는 단계; 및
    상기 전압제어장치가 상기 산출된 해빙온도를 기 설정된 온도상승곡선에 따른 기준값과 비교하고, 그 비교결과에 따라 상기 급전전압을 제어함으로써, 상기 전차선에 형성된 결빙을 제거하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전차선에 형성된 결빙을 제거하는 단계에서,
    상기 전압제어장치는, 상기 해빙온도가 상기 기준값보다 낮은 경우 상기 급전전압을 상승시켜 해빙전류가 더 흐르도록 제어하고, 상기 해빙온도가 상기 기준값과 유사한 경우 상기 급전전압을 현 상태로 유지하며, 상기 해빙온도가 상기 기준값보다 큰 경우 상기 급전전압을 하강시켜 상기 해빙전류의 크기를 줄이는 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제어모듈이 상기 전원공급 변전소에 구비된 보호 계전기를 통해 상기 전차선의 전류를 감지하고, 상기 전차선을 통해 공급되는 전류와 상기 보호 계전기에 의해 감지된 전류의 차이가 기 설정된 설정값 이상이면 상기 전원공급 변전소의 전원 공급부를 제어하여 전차선으로의 전원 공급을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 기반 직류 급전계통 전차선 해빙 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0735519U (ja) * 1993-12-14 1995-07-04 東日本旅客鉄道株式会社 電気鉄道のレールポイント融雪器用電源装置
JP6094260B2 (ja) * 2013-02-27 2017-03-15 株式会社デンソー 異常検出保護回路
KR102430717B1 (ko) * 2020-04-21 2022-08-11 한국철도기술연구원 직류 급전계통 전차선 해빙 장치

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