KR20230141278A - 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 장치는 제1 및 제2 전주 사이에 연결된 가공전차선의 장력을 조정하는 한쌍의 장력조정장치 각각과 결합하여 상기 가공전차선의 장력상태를 감지하고, 상기 가공전차선의 장력상태를 외부로 알기기 위한 알림신호를 발생시키는 한 쌍의 장력상태 감지수단; 및 상기 알림신호에 반응하여 상기 가공전차선의 장력상태를 표출하는 표지수단을 포함하되, 상기 한 쌍의 장력상태 감지수단 중 하나는 상기 가공전차선으로 소정 주파수 대역의 진동을 전달하고, 상기 한 쌍의 장력상태 감지수단 중 다른 하나는 상기 가공전차선으로부터 진동을 감지한 후, 상기 진동에 포함된 주파수 대역을 분석하여 상기 가공전차선의 장력상태를 판단하는 것을 특징으로 한다. 이로 인해, 본 발명은, 가공전차선의 양측에 설치되는 한 쌍의 장력상태 감지수단을 구비하고, 하나의 장력상태 감지수단에서 생성한 진동을 다른 하나에서 감지 및 분석하여 상기 가공전차선의 장력상태를 판단함으로써, 가공전차선의 일부에 처짐이 발생한 경우 이를 정확히 감지할 수 있도록 하는 장점이 있다.

Description

전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING ABNORMAL TENSION OF OVERHEAD TRAM LINE OF ELECTRIC RAILWAY}

본 발명은 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

전기철도에서 철도차량에 지속적으로 전원을 공급하기 위한 방법 중 하나로 철도차량의 상부에 전원 공급을 위한 전차선을 부설하는 가공전차선(overhead trolly wire) 방식이 사용되고 있다.

가공전차선 방식은 철도차량 상단에 부착된 집전장치(pantograph)가 전차선과 맞닿으면서 운행하는 방식으로서, 전력선이 지면 및 궤도와 충분하게 이격되어 있기 때문에 단락의 우려가 적고, 선로 통행자에 대한 감전 우려가 없다는 장점이 있다.

이러한 가공전차선은 전차선을 현수하는 방식에 따라 여러 종류로 나뉠 수 있는데, 가공전차선을 지지하는 별도의 선인 조가선으로써 가공전차선을 현수하는(매다는) 방식인 커티너리(catenary) 방식이 가장 일반적이다. 이러한 커티너리 방식에서는, 전차선이 일정한 장력으로 항시 당겨지고 있어야 한다. 장력이 과도하면 전차선이 끊어질 우려가 있고, 장력이 부족하여도 전차선이 아래로 처질 우려가 있는데, 이 두 경우 모두 철도차량이 지나가면 집전장치가 파손되는 사고를 야기한다.

하지만, 전방을 주시하며 운전해야 하는 기관사의 입장에서는 이 전차선만을 상시 감시하며 운전할 수 없다. 특히, 신호 및 각종 정보가 기장(기관사)이 탑승한 운전실 내에 현시되고, 기장(기관사)이 이들 정보에 의존하여 열차를 운행하는 고속철도의 경우, 전차선의 상태를 기장이 지속적으로 감시하는 것이 더욱 불가능하다.

특히 철도 건널목에서는 규정된 크기를 초과하는 화물이 실린 자동차가 선로를 횡단할 우려가 높은데, 화물이 전차선에 걸린 상태에서 자동차가 무리하게 건널목을 빠져나왔을 경우, 해당 부분의 전차선만 늘어나 아래로 처지는 이상이 발생할 수 있다. 또는 지형 특성상 기온이 급격하게 높아지거나 낮아지는 지역도 상기와 같은 전차선 손상이 발생할 수 있다.

현재의 철도전력 시스템에서는, 전차선에 물체가 접촉하여 순간적으로 단락되거나, 전차선이 완전하게 끊어진 경우, 철도 변전소에 설치된 종래의 전력설비가 이를 검지할 수 있다.

하지만 이러한 종래의 방법은 전차선 일부가 약간 처진 상태에 대해 검지할 수 없음으로써, 전차선 일부가 처진 상태를 기관사가 미처 확인하지 못한 채 철도차량이 해당 구간에 진입할 경우, 철도차량의 집전장치와 처진 전차선이 부딪치면서 중대한 사고가 발생하거나, 상당한 열차 지연이 발생하는 문제가 있었다.

한국등록특허 제10-2174434호는 강체전차선 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 전류를 공급하는 전차선 및 상기 전차선과 결합되고 상부 양측에 돌출부를 구비하는 강체를 포함하는 강체전차선; 상기 강체전차선을 고정 또는 슬라이딩 가능하도록 상기 돌출부를 지지하는 지지클램프; 터널의 벽면 또는 지상에 설치된 서포트에 고정 또는 회전 가능하게 연결되며, 상기 지지클램프를 고정하여 지지하는 지지브래킷; 상기 강체전차선의 변형 또는 온도변화를 감지하도록 상기 강체전차선을 따라 상기 강체에 밀착되어 고정되며 상기 강체전차선의 양쪽에 각각 구비되는 광섬유 센서; 및 상기 광섬유 센서를 상기 강체전차선 상에 고정시키는 고정부;를 포함하는 강체전차선 모니터링 시스템이 개시되어 있다.

상기 특허에 의하면, 강체전차선의 처짐이나 온도상승을 정확하고 신속하게 파악할 수 있으며, 아크 발생과 전차선의 마모를 방지하여 전차선의 손상을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

하지만, 이는 광섬유 센서를 이용하여, 지하철에서 일반적으로 사용되는 쇠막대 형태의 강체전차선의 변형 또는 온도변화를 감지하고, 그 결과에 의해 전차선의 손상을 미연에 방지할 수 있을 뿐, 커티너리 방식을 이용하여 현수되는 가공전차선의 이상 장력을 정밀하게 검지할 수 없는 문제가 있었다.

즉, 종래에는 전차선 일부가 약간 처진 상태에 대해 검지할 수 있는 방법이 없었다.

예를 들어, 철도건널목과 같이, 철도시스템의 통제를 거의 받지 않는 다양한 형태의 자동차들이 지나는 시설에서, 자동차의 크기 또는 자동차에 적재된 화물로 인해, 자동차 또는 이에 적재된 화물이 가공전차선에 걸린 상태에서 해당 차량이 무리하게 건널목을 통과하고, 이로 인해 물체가 걸렸던 부분의 가공전차선이 늘어나서 아래로 경미하게 처지는 현상이 발생한 경우, 종래에는 이를 검지할 방법이 없었다.

따라서 철도차량이 철도건널목을 지날 때, 특히 기관사의 주의가 요구되는 실정이나, 철도차량의 운행 속도가 높은 경우, 또는 야간 시간대 등 기관사의 식별이 어려운 조건에서는 일부가 아래로 처져있는 가공전차선을 발견하지 못할 가능성이 높다.

이처럼 기관사가 아래로 처진 가공전차선을 미처 확인하지 못하고 해당 구간을 철도차량이 진입하는 경우, 처진 부위로 집전장치가 부딪히면서, 접전장치가 파손되는 사고가 발생할 수 있다.

한국등록특허 제10-2174434호

따라서 본 발명은, 가공전차선의 양측에 설치되는 한 쌍의 장력상태 감지수단을 구비하고, 하나의 장력상태 감지수단에서 생성한 진동을 다른 하나에서 감지 및 분석하여 상기 가공전차선의 장력상태를 판단함으로써, 가공전차선의 일부에 처짐이 발생한 경우 이를 정확히 감지할 수 있도록 하는 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은, 상기 감지된 진동의 주파수를 분석하여 상기 가공전차선의 장력상태를 인지함으로써, 상기 가공전차선의 장력상태를 정확하게 인지할 수 있는 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은, 가공전차선의 장력상태에 따른 알림 신호를 표출하여, 기관사 또는 철도관제사가 이를 확인할 수 있도록 함으로써, 가공전차선의 일부 또는 전체가 늘어져 있는 구간을 기관사가 미처 확인하지 못하고 진입하여 철도차량의 집전장치가 파손되는 사고를 미리 예방할 수 있도록 하는 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 장치는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 장치에 있어서, 제1 및 제2 전주 사이에 연결된 가공전차선의 장력을 조정하는 한쌍의 장력조정장치 각각과 결합하여 상기 가공전차선의 장력상태를 감지하고, 상기 가공전차선의 장력상태를 외부로 알기기 위한 알림신호를 발생시키는 한 쌍의 장력상태 감지수단; 및 상기 알림신호에 반응하여 상기 가공전차선의 장력상태를 표출하는 표지수단을 포함하되, 상기 한 쌍의 장력상태 감지수단 중 하나는 상기 가공전차선으로 소정 주파수 대역의 진동을 전달하고, 상기 한 쌍의 장력상태 감지수단 중 다른 하나는 상기 가공전차선으로부터 진동을 감지한 후, 상기 진동에 포함된 주파수 대역을 분석하여 상기 가공전차선의 장력상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 방법은 제1 및 제2 전주 사이에 연결된 가공전차선의 장력을 조정하는 한 쌍의 장력조정장치 각각과 결합하여 상기 가공전차선의 장력상태를 감지하는 한 쌍의 장력상태 감지수단을 이용하여 상기 가공전차선의 이상 장력을 검지하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 방법에 있어서, 상기 한 쌍의 장력상태 감지수단 중 어느 하나인 제1 장력상태 감지수단이 상기 가공전차선으로 미리 설정된 제1 주파수 대역의 진동을 전달하는 진동전달단계; 상기 한 쌍의 장력상태 감지수단 중 다른 하나인 제2 장력상태 감지수단이 상기 진동을 감지하는 진동감지단계; 상기 제2 장력상태 감지수단이 상기 감지된 진동을 교류전압으로 변환하는 변환단계; 상기 교류전압을 필터링하여, 상기 제1 주파수 성분만을 통과시키는 제1 필터링단계; 상기 제1 주파수 성분의 크기와 미리 설정된 가공전차선 이상감지 기준값을 비교하는 제1 비교단계; 및 상기 제1 주파수 성분의 크기가 상기 가공전차선 이상감지 기준값 이하인 경우, 상기 가공전차선의 장력이상을 알리기 위한 위험신호(DANGER SIGNAL)를 출력하는 위험신호(DANGER SIGNAL) 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른, 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 장치 및 그 방법은, 가공전차선의 양측에 설치되는 한 쌍의 장력상태 감지수단을 구비하고, 하나의 장력상태 감지수단에서 생성한 진동을 다른 하나에서 감지 및 분석하여 상기 가공전차선의 장력상태를 판단함으로써, 가공전차선의 일부에 처짐이 발생한 경우 이를 정확히 감지할 수 있도록 하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은, 상기 감지된 진동의 주파수를 분석하여 상기 가공전차선의 장력상태를 인지함으로써, 상기 가공전차선의 장력상태를 정확하게 인지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은, 가공전차선의 장력상태에 따른 알림 신호를 표출하여, 기관사 또는 철도관제사가 이를 확인할 수 있도록 함으로써, 가공전차선의 일부 또는 전체가 늘어져 있는 구간을 기관사가 미처 확인하지 못하고 진입하여 철도차량의 집전장치가 파손되는 사고를 미리 예방할 수 있도록 하는 장점이 있다.

또한 소정의 주파수 대역 이외의 진동이 기준 값 이상으로 감지될 시 기관사와 철도관제사에게 주의신호를 출력하여 기관사는 해당 구간을 진입 시 속도를 줄이고 특별히 주의하여 운전하게 하고, 철도관제사는 해당 전차선의 점검과 보수를 관계 직원에게 지시하게 만드는 부수적인 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지장치의 설치상태를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 장력상태 감시수단에 대한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 장력상태 감시수단의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어회로에 대한 개략적인 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어회로에 대한 상세 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표지수단을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표지수단의 설치 상태를 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 장치의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 방법에 대한 개략척인 처리 절차도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하되, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 한편 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한 상세한 설명을 생략하여도 본 기술 분야의 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 부분의 설명은 생략하였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지장치의 설치상태를 예시한 도면으로서, 도 1의 (a)는 상기 설치상태에 대한 측면도이고, 도 1의 (b)는 상기 설치상태에 대한 평면도이다.

도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지장치는, 한 쌍의 장력상태 감지수단(100, 200)과, 표지수단(미도시)을 포함한다.

한 쌍의 장력상태 감지수단(100, 200)은, 철도건널목 양측에 설치된 제1 및 제2 전주(10, 20) 사이의 구간(D)에 연결된 가공전차선(30)의 양단에서, 가공전차선(30)의 장력을 조정하는 한 쌍의 장력조정장치(40, 50) 각각과 결합하여, 장력조정장치(40, 50) 각각의 장력조정상태를 감지한다. 즉, 한 쌍의 장력상태 감지수단(100, 200)은 상기 구간(D)의 장력상태를 감지하고, 가공전차선(30)의 장력상태를 외부로 알리기 위한 알림신호(예컨대, 위험신호(DANGER SIGNAL) 또는 경고신호(WARNING SIGNAL) 등)를 생성한다.

이를 위해, 한 쌍의 장력상태 감지수단 중 하나(예컨대, 100)는 가공전차선(30)으로 소정 주파수 대역의 진동을 전달하고, 다른 하나(예컨대, 200)는 가공전차선(30)으로부터 진동을 감지할 수 있다.

상기 진동을 감지한 다른 하나(예컨대, 200)는 상기 진동에 포함된 주파수 대역을 분석하여 가공전차선(30)의 장력상태를 판단한 후, 상기 알림신호(예컨대, 위험신호(DANGER SIGNAL) 또는 경고신호(WARNING SIGNAL) 등)를 생성하여 상기 표지수단(미도시)으로 전송할 수 있다.

이를 위해, 장력상태 감지수단(200)은 표지수단(미도시)과 전송케이블(60)에 의해 연결되며, 전송케이블(60)을 통해 상기 알림신호를 전송할 수 있다.

이 때, 상기 한 쌍의 장력상태 감지수단(100, 200)은 미리 설정된 설정값 또는 외부의 작동제어신호에 의거하여, 그 역할을 상호 교환할 수 있다. 즉, 장력상태 감지수단(200)에서 진동을 전달하고, 장력상태 감지수단(100)이 그 진동을 감지하여, 가공전차선(30)의 장력상태를 판단할 수 있다. 이 경우, 장력상태 감지수단(100)이 표지수단(미도시)으로 상기 알림신호를 전송해야 한다.

따라서 상기 한 쌍의 장력상태 감지수단(100, 200) 각각은 대응된 표지수단(미도시)과 전송케이블(60)에 의해 연결될 수 있다.

표지수단(미도시)은 상기 알림신호에 반응하여 가공전차선(30)의 장력상태를 표출한다.

이 때, 표지수단(미도시)은 관제사, 및 운행 중인 열차의 기관사가 인지하기 쉬운 위치(예컨대, 전주(10, 20)의 기둥 등)에 설치되며, 각기 다른 색상을 표출하는 복수의 LED 램프들을 이용하여, 가공전차선(30)의 장력상태를 다양하게 표출할 수 있다. 이러한 표지수단(미도시)에 대하여는 도 6 내지 도 8을 참조하여 후술할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 장력상태 감시수단에 대한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 장력상태 감시수단의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다. 이 때, 상기 한 쌍의 장력상태 감지수단(100, 200)은 그 구성이 동일하므로, 이하에서는, 장력상태 감지수단(100)을 예로 들어 설명할 것이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 장력상태 감시수단(100)은 일측이 장력조정장치(40)와 체결되고, 타측에 인입공(111)이 형성된 원기둥 형태의 하우징(110)을 포함하고, 가공전차선(30)에 가해지는 장력에 의해 인입공(111)을 통해 하우징(110) 내/외를 왕래하는 지시봉(121)이 일측에 형성되고, 타측에 가공전차선(30)이 결합된 절연애자(120)를 포함한다.

이 때, 장력상태 감시수단(100)은 하우징(110)의 일측에 구비된 무압선체결부(112)와 결합한 가공전차선(31)(단, 가공전차선(31)은 접지 전위를 띠는 전차선으로, 높은 전위를 띠는 활선(live wire)과 구분하기 위해, 별도의 부호를 이용하여 표기함)에 의해 장력조정장치(40)와 체결되고, 절연애자(120)의 타측에 구비된 가압선체결부(122)에 의해 가공전차선(30)과 결합될 수 있다. 또한, 장력상태 감시수단(100)과 장력조정장치(40) 사이에는 또 다른 절연애자(미도시)를 더 포함할 수 있다.

또한, 하우징(110) 외부면에는 대응된 표지수단(미도시)과 연결하기 위한 전송케이블(60)과 결합하기 위한 케이블 체결부(113)를 더 포함할 수 있다.

한편, 지시봉(121)의 일단에는 압전소자(140)가 부착되며, 압전소자(140)는 지시봉(121)을 통해 전달되는 가공전차선(30)의 진동을 교류전압으로 변환하거나, 제어회로(150)에서 발생된 소정의 교류전압을 진동으로 변환한 후 지시봉(121)을 통해 가공전차선(30)으로 전달한다.

이를 위해, 지시봉(121)의 일단, 및 압전소자(140)는 하우징의 내주면에 접하여 이동하는 원판형태로 형성될 수 있으며, 압전소자(140)를 지시봉(121)의 일단에 부착하기 위해, 볼트(170), 너트(180) 체결구조를 이용할 수 있다.

하우징(110) 내부에는, 지시봉(121)의 인입범위를 제한하기 위한 제1 및 제2 한계막(131 및 132)이 형성된다. 즉, 하우징(110) 내부에는 지시봉(121)의 최대인입을 제한하기 위한 제1 한계막(131) 및 지시봉(121)의 최소인입을 제한하기 위한 제2 한계막(132)이 형성된다.

제1 한계막(131)은 가공전차선(30)에 가해지는 장력이 낮아서 지시봉(121)이 하우징(110) 내부로 인입될 때 최대로 인입되는 한계를 정하기 위한 것으로서, 지시봉(121)이 인입되는 방향인 하우징(110)의 일측에 형성되고, 제2 한계막(132)은 가공전차선(30)에 가해지는 장력이 커서 지시봉(121)이 하우징(110) 외부로 당겨질 때, 지시봉(121)이 하우징(110) 외부로 탈출하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 하우징(110)의 타측에 형성된다. 이 때, 제1 한계막(131)과 제2 한계막(132)은 하우징(110)의 일측 및 타측에 상호 대면하도록 설치될 수 있다.

또한, 지시봉(121)과 결합한 압전소자(140)의 타면으로부터 하우징(110)의 일측 방향으로, 복귀 스프링(160)을 포함할 수 있는데, 복귀 스프링(160)은 지시봉(121)을 하우징(110) 내부로 인입하는 방향으로 탄성력을 발휘하여, 가공전차선(30)에 가해지는 장력이 낮을 경우, 지시봉(121)을 제1 한계막(131) 방향으로 견인한다.

또한, 제1 및 제2 한계막(131 및 132)은 지시봉(121)의 최대인입 또는 최소인입을 감지하여 임계치 도달신호를 발생시키는데, 이를 위해, 제1 및 제2 한계막(131 및 132), 및 지시봉(121)과 압전소자(140)를 결합하기 위한 볼트(170)는 도체로 구현되어, 지시봉(121)이 제1 한계막(131)에 접하거나, 제2 한계막(132)에 접할 때 흐르는 전류에 의해 임계치 도달신호를 발생시킬 수 있다.

이 때, 압전소자(140), 및 절연애자(120)는 소모품으로서, 부분교체가 가능하도록 구현될 수 있다.

도 3의 (a)는 지시봉(121)이 최대 인입한 상태를 나타내는 도면으로서, 볼트(170)와 제1 한계막(131)이 접하여, 임계치 도달신호를 발생시키는 상태를 예시하고, 도 3의 (b)는 지시봉(121)이 제1 한계막(131) 또는 제2 한계막(132) 중 어느 곳에도 접하지 않음으로써, 임계치 도달신호가 발생하지 않는 상태, 즉, 장력이 양호할 때의 상태를 예시하고 있다.

한편, 하우징(110) 내부로의 인입 정도를 외부에서 예측할 수 있도록 하기 위해, 지시봉(121)은 그 길이방향으로 서로 다른 다수개(예컨대, 3개)의 색상을 표출하도록 구현할 수 있다.

또한, 하우징(110) 내부에는, 소정의 작동제어신호에 의거하여 진동발생모드 및 진동감지모드 중 어느 하나의 작동모드로 작동하는 제어회로(150)를 포함하며, 제어회로(150)가 진동발생모드로 작동시, 미리 설정된 주파수 대역의 교류전압을 발생시켜 압전소자(140)로 전달하고, 제어회로(150)가 진동감지모드로 작동시, 압전소자(140)에서 변환 출력된 교류전압을 분석한다. 즉, 진동감지모드로 작동시, 제어회로(150)는 압전소자(140)에서 출력된 교류전압에 포함된 주파수 성분과 상기 임계치 도달신호 발생 여부에 의거하여 상기 가공전차선의 장력상태를 판단하고, 그 결과에 따라 알림신호(예컨대, 위험신호(DANGER SIGNAL), 또는 경고신호(WARNING SIGNAL)를 출력한다.

이를 위한, 제어회로(150)의 개략적인 블록도, 및 상세한 회로도가 도 4 및 도 5에 예시되어 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어회로에 대한 개략적인 블록도로서, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어회로(150)는 발진회로(151), 증폭회로(152), 직렬공진부(153), 감지부(154), 위험신호 발생부(155), 병렬공진부(156), 경고신호 발생부(157), 및 다수의 스위치들(158a 내지 158c)을 포함할 수 있다.

다수의 스위치들(158a 내지 158c)은 미리 설정된 설정값 또는 외부의 작동제어신호에 의거하여 제어회로(150)의 작동모드를 결정한다.

먼저, 제어회로(150)를 진동발생모드로 설정하기 위해, 제1 스위치(158a)는 전원(Vcc)을 발진회로(151)의 입력단에 연결하고, 제2 스위치(158b)는 증폭회로(152)의 입력단을 발진회로(151)의 출력단에 연결하고, 제3 스위치(158c)는 증폭회로(152)의 출력을 압전소자(140)와 연결한다.

이와 같이, 제어회로(150)가 진동발생모드로 설정된 경우, 발진회로(151)가 구동되어, 미리 설정된 주파수 대역의 교류전압을 생성한 후, 증폭회로(152)로 전달한다. 그러면, 증폭회로(152)는 상기 교류전압을 증폭시켜 압전소자(140)로 전달하고, 압전소자(140)는 그 교류전압을 진동으로 변환한 후, 지시봉(121)을 통해 가공전차선(30)으로 전달한다.

이 때, 발진회로(151)에서 생성된 교류전압에 포함된 직류성분을 차단하기 위해, 발진회로(151)에서 압전소자(140)로 이어지는 경로에 복수의 커패시터를 더 포함할 수 있다.

한편, 제어회로(150)를 진동감지모드로 설정하기 위해, 제1 스위치(158a)는 전원(Vcc)을 감지부(154), 경고신호발생부(157), 및 위험신호 발생부(155)의 입력단으로 연결된 경로에 연결하고, 제2 스위치(158b)는 증폭회로(152)의 입력단을 압전소자(140)의 출력단에 연결하고, 제3 스위치(158c)는 증폭회로(152)의 출력을 직렬 공진부(153) 및 병렬 공진부(156)의 입력단에 연결한다.

이와 같이, 제어회로(150)가 진동감지모드로 설정된 경우, 압전소자(140)는 지시봉(121)을 통해 전달된 진동을 교류전압으로 변환하여 출력하고, 증폭회로(152)는 압전소자(140)에서 출력된 교류전압을 증폭하여 직렬 공진부(153), 및 병렬 공진부(156)로 전달한다.

이 때, 가공전차선(30)에 가해지는 기계적인 진동은 지시봉(121) 및 절연애자(120)를 거쳐 압전소자(140)로 전해지는데, 압전소자(140)는 이 진동을 교류전압으로 변환하여 출력한다. 그런데, 압전소자(140)로 전해지는 진동 중에는 상대방 장력상태 감시수단(200)에서 의도적으로 생성한 특정 주파수(즉, 진동 주파수) 대역의 진동도 있지만, 상기 진동 주파수 이외의 잡음도 있고, 가공전차선(30)의 각종 구조물에 의해 본래의 진동으로부터 왜곡된 주파수(즉, 노이즈 주파수)성분도 포함한다. 즉, 압전소자(140)가 생성하는 교류 전압은 다양한 주파수 대역의 잡음과 고조파 성분을 포함할 수 있다. 따라서, 제어회로(150)는 이들을 분리하기 위해 필터링을 해야 한다.

이를 위해, 제어회로(150)는 직렬 공진부(153), 및 병렬 공진부(156)를 포함한다. 이 때, 직렬 공진부(153), 및 병렬 공진부(156)는 특정 주파수 성분만을 통과시키거나, 접지시키기 위한 필터로서 작동하는데, 직렬 공진부(153)는 압전소자(140)에서 출력된 교류전압에 포함된 주파수 중 발진회로(151)에서 발생된 교류전압의 주파수 대역과 동일한 주파수(이하, ‘진동 주파수’라 칭함) 성분만을 통과시키고, 병렬 공진부(156)는 상기 진동 주파수를 접지시킨 후, 상기 진동 주파수를 제외한 주파수(즉, 노이즈 주파수) 성분만을 통과시킨다. 이를 위해, 직렬 공진부(153) 및 병렬 공진부(156)는 발진회로(151)와 주파수 정보를 공유할 수 있다.

한편, 감지부(154)는 제1 또는 제2 한계막(131 또는 132)와 지시봉(121)의 접촉으로 생성된 임계치 도달신호를 감지한다. 이를 위해, 감지부(154)는 제1 한계막(131)과 지시봉(121)의 접촉시 ‘온(On)’되는 제1 접점, 및 제2 한계막(132)과 지시봉(121)의 접촉시 ‘온(On)’되는 제2 접점을 구비하고, 상기 제1 접점 또는 상기 제2 접점 중 어느 하나가 ‘온(On)’될 경우, 전류를 위험신호발생부(155)측으로 흘린다. 즉, 감지부(154)는 상기 제1 또는 제2 접점 중 어느 하나가 ‘온(On)’된 경우, 임계치 도달신호가 발생한 것으로 판단하고, 위험신호 발생부(155)로 ‘하이(High)’신호를 전달한다. 이는, 상기 ‘임계치 도달신호’가 위험신호를 발생시키기 위한 조건으로 작동하기 때문이다.

위험신호 발생부(155)는, 가공전차선(30) 상태가 불량하다고 판단된 경우, 가공전차선(30)의 장력이상을 알리기 위한 위험신호(DANGER SIGNAL)를 출력한다. 이를 위해, 위험신호 발생부(155)는 미리 설정된 가공전차선 이상감지 기준값을 저장하고, 직렬 공진부(153)를 통과한 상기 진동 주파수 성분과 상기 가공전차선 이상감지 기준값을 비교하는 제1 비교부(미도시)를 더 포함한다. 이 때, 상기 가공전차선 이상감지 기준값은 입력전원(Vcc)을 분압하여 생성할 수 있다.

위험신호 발생부(155)는, 상기 비교부(미도시)의 비교 결과 상기 진동 주파수 성분의 크기가 상기 가공전차선 이상감지 기준값 이하인 경우, 또는, 감지부(154)로부터 상기 임계치 도달신호가 전달된 경우, 가공전차선(30)의 상태가 불량하다고 판단한다.

경고신호 발생부(157)는, 가공전차선(30)에 대해 점검할 필요가 있다고 판단된 경우, 이를 알리기 위한 경고신호(WARNING SIGNAL)를 출력한다. 이를 위해, 경고신호 발생부(157)는 미리 설정된 경고발생 기준값을 저장하고, 병렬 공진부(156)를 통과한 상기 노이즈 주파수 성분과 상기 경고발생 기준값을 비교하는 제2 비교부(미도시)를 더 포함한다. 이 때, 상기 경고발생 기준값은 입력전원(Vcc)을 분압하여 생성할 수 있다.

이러한 제어회로(150)의 구체적인 회로 구성 예가 도 5에 예시되어 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어회로에 대한 상세 회로도이다. 도 1 내지 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어회로(150)에 대한 상세 회로(300)를 설명하면 다음과 같다.

도 5에 예시된 상세회로(300)에 의하면, 제어회로(150)의 작동모드를 결정하기 위한 스위치부(370)를 포함하는데, 스위치부(370)는 4개의 SPST(Single Pole Single Throw) 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4)와 2개의 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치(SW5, SW6)를 포함하고, 이들 각각이 상호 연동되어 함께 전환되는 형태를 취한다.

먼저, 제어회로(150)를 진동발생모드로 설정하기 위해 스위치부(370)를 조작하면, 제1 스위치(SW1)는 열리고, 제2 스위치(SW2)는 닫히고, 제3 스위치(SW3)는 닫히고, 제4 스위치(SW4)는 열리고, 제5 스위치(SW5)는 발진회로(310)와 증폭기(320)를 연결하고, 제6 스위치(SW6)는 증폭기(320)와 압전소자(140)를 연결한다.

이와 같이, 진동회로(150)가 진동발생모드로 설정된 경우, 전원(Vcc)에서 제2스위치(SW2) 및 저항(R1)을 거쳐 발진회로(310)로 전력이 공급된다. 발진회로(310)는 인덕터(L2) 및 커패시터(C2)가 병렬로 연결되어 탱크회로를 구성하는데, 인덕터(L2)의 인덕턴스, 커패시터(C2)의 커패시턴스, 및 PNP 형 트랜지스터(Q1)의 스위칭 작용이 상호작용하여 특정한 대역의 주파수를 갖는 교류전압을 생성한다. 이 때, 인덕터(L2)와 커패시터(C2)는 각각 가변 인덕터와 가변 커패시터로 구성하여 발진회로(310)에서 생성될 교류전압의 주파수 대역을 조정할 수 있다.

상기 발진회로(310)에서 생성된 교류전압은 커패시터(C3)를 통해 다음 단계로 전달되는데, 상기 교류전압에 포함된 직류 성분은 커패시터(C3)가 띠는 높은 임피던스에 막혀 다음 단계로 전달되지 않는다.

상기 커패시터(C3)를 거친 교류전압은, 제5 스위치(SW5)를 통해 증폭기(320)로 전달된다. 달링턴 트랜지스터(Q3, Q2)로 구성된 증폭기(320)는 이 교류전압을 충분히 강한 세기로 증폭하여 출력한다.

상기 증폭된 교류전압은, 제6 스위치(SW6)를 거쳐 압전소자(140)로 전달된다. 이 때, 증폭기(320)로부터 제6 스위치(SW6)로 연결되는 경로에는 커패시터(C5)가 연결되어, 상기 증폭된 교류전압에 포함된 직류성분을 차단한다.

압전소자(140)는 상기 교류전압을 특정 대역 주파수의 진동으로 생성한다.

도 3에 예시된 바에 의하면, 압전소자(140)는 지시봉(121)과 볼트(170)로 체결되어 있고, 지시봉(121)은 가공전차선(30)에 체결되는 절연애자(120)와 일체이므로, 압전소자(140)가 생성한 진동은 지시봉(121) 및 절연애자(120)를 거쳐 가공전차선(30)으로 전달된다.

한편, 제어회로(150)를 진동감지모드로 설정하기 위해 스위치부(370)를 조작하면, 제1 스위치(SW1)는 닫히고, 제2 스위치(SW2)는 열리고, 제3 스위치(SW3)는 열리고, 제4 스위치(SW4)는 닫히고, 제5 스위치(SW5)는 압전소자(140)와 증폭기(320)를 연결하고, 제6 스위치(SW6)는 증폭기(320)와 직렬 공진부(330) 및 병렬 공진부(340)를 연결한다.

이와 같이, 제어회로(150)가 진동감지모드로 설정된 경우, 전원(Vcc)에서 제1 스위치(SW1) 및 저항(R12)를 거친 전류가 전류감지부(380)로 전달되어, 가공전차선(30)의 장력 이상여부(즉, 장력이 과도하게 높은지, 또는 과도하게 낮은지 여부)를 판단하기 위해 사용된다. 이를 위해, 전류감지부(380)는 가공전차선(30)의 장력 이상 시에 전류를 다음 단으로 전달하는 경로를 형성하기 위한 제1 및 제2 접점(381, 382)을 포함한다.

도 3의 예에서, 가공전차선(30)의 장력이 복귀 스프링(160)의 복원력과 비교해서 과도하게 높을 경우 지시봉(121)과 압전소자(140)를 체결하고 있는 볼트(170)는 제2 한계막(132)에 접촉하고, 이에 따라 제2 접점(382)이 ‘온(On)’되어 전류감지부(380)를 통해 전류가 흐르게 되며, 반대의 경우 지시봉(121)과 압전소자(140)를 체결하고 있는 볼트(170)는 제1 한계막(131)에 접촉하고, 이에 따라 제1 접점(381)이 ‘온(On)’되어 전류감지부(380)를 통해 전류가 흐르게 된다.

따라서, 가공전차선(30)의 장력이 과도하게 높거나, 과도하게 낮은 장력이상이 감지되면, 전류감지부(380)를 통해 전류가 흐르게 되고, 풀다운 저항(R13)에 의해 ‘하이(High)’신호가 형성된다. 이 신호는 NOT 게이트에 의해 ‘로우(Low)’신호로 전환된 다음, AND 게이트로 유입되어 /위험신호(/DANGER)의 출력을 ‘로우(Low)’로 결정한다. 이 경우, 가공전차선(30)의 장력에 이상이 있음을 나타내는 것이다.

반면, 가공전차선(30)의 장력이 복귀 스프링(160)의 복원력과 균형을 이루며 적정한 수준을 유지하면, 지시봉(121)과 압전소자(140)를 체결하고 있는 볼트(170)는 제1 및 제2 한계막(131, 132) 중 어느 하나에도 접촉하지 않으므로, 전류감지부(380)를 통해 전류가 흐르지 않고, 풀다운 저항(R13)에 의해 ‘로우(Low)’신호가 형성된다. 이 신호는 NOT 게이트에 의해 ‘하이(High)’신호로 전환된 다음 AND 게이트의 두 입력 중 하나(즉, 제1 입력)로 유입된다.

한편, 가공전차선(30)에 가해지는 기계적인 진동은 지시봉(121) 및 절연애자(120)를 거쳐 압전소자(140)로 전해지는데, 압전소자(140)는 이 진동을 교류전압으로 변환하여 출력한다.

이 때, 출력된 교류전압은, 제5 스위치(SW5)를 통해 증폭기(320)로 전달된다. 달링턴 트랜지스터(Q3, Q2)로 구성된 증폭기(320)는 이 교류전압을 충분히 강한 세기로 증폭하여 출력한다.

상기 증폭된 교류전압은, 제6 스위치(SW6)를 거쳐 직렬 공진부(330), 및 병렬 공진부(340)로 전달된다.

직렬 공진부(330)는 상기 증폭된 교류전압으로부터 발진회로(310)가 생성하는 대역의 주파수 성분(즉, 진동 주파수 성분) 만을 통과시키고, 나머지 대역의 주파수 성분은 차단하도록 인덕터(L4)와 커패시터(C6)가 직렬로 연결된다. 이 때, 인덕터(L4)와 커패시터(C6)는 임피던스 및 공진 주파수의 조정이 가능하도록 각각 가변 인덕터와 가변 커패시터를 사용할 수 있다.

직렬 공진부(330)를 통과한 교류전압은 제1 브리지정류기(350)를 거치며 직류전압으로 변환된 후, 제1 연산증폭기(OPAMP1)가 포함된 전압 비교회로의 제1 입력으로 유입된다. 제1 연산증폭기(OPAMP1)의 제2 입력으로는, 상기 가공전차선 이상감지 기준값이 입력될 수 있는데, 도 5의 예에서, 제1 및 제2 가변저항(VR1, VR2)으로 구성된 전압 분배기에 의해 전원(Vcc) 전압으로부터 일정비율로 강하된 전압이 상기 제2 입력으로 유입된다.

이 때, 제1 브리지정류기(350)에서 생성된 직류 전압이 상기 전압분배기에서 형성된 전압보다 더 높으면 제1 연산증폭기(OPAMP1)는 양(+)의 전압을 출력한다. 한편, 다이오드(D5)는 제1 연산증폭기(OPAMP1)가 출력할 수 있는 범위의 전압 중 양(+)의 전압만을 통과시키고, 그렇지 않은 경우 모두 차단할 목적으로 구성되었다.

제1 연산증폭기(OPAMP1)에서 출력된 후, 다이오드(D5)를 통과한 양(+)의 전압은 풀다운 저항(R10)에 의해 ‘하이(High)’신호로 형성되어 AND 게이트의 두 입력 중 나머지 하나(즉, 제2 입력)로 유입된다. 상기 AND 게이트의 제1 입력은 전술한 바와 같이, 가공전차선(30)의 전체적인 장력 수준을 검지한 신호로서, 전류감지부(380)를 통해 출력된 신호가 유입된다. 즉, 가공전차선(30)의 전체적인 장력 수준이 양호한 경우, 상기 제1 입력은 ‘하이(High)’ 신호가 유입될 것이다.

상기 AND 게이트의 두 입력이 모두 ‘하이(High)’이면 그 출력도 ‘하이(High)’가 되어 /위험신호(/DANGER)의 출력을 ‘하이(High)’로 결정한다. 이로 인해, 가공전차선(30)의 장력에 이상이 없음을 외부로 표시하도록 할 수 있다. 즉, 가공전차선(30)의 전체적인 장력 수준을 검지한 신호인 ‘임계치 도달신호’의 반전 신호가 ‘하이(High)’이고, 제1 브리지정류기(350)에서 생성된 직류전압이 소정값 이상인 경우, 가공전차선(30)의 장력에 이상이 없고, 그 외의 경우, 즉, 상기 조건 중 어느 하나라도 만족하지 못하는 경우는 가공전차선(30)의 장력이 이상이 있음을 표출하도록 할 수 있다.

이 때, 제1 브리지정류기(350), 제1 연산증폭기(OPAMP1), 제1 및 제2 가변저항(VR1, VR2), NOT 게이트(NOT), 다이오드(D5), 및 AND 게이트(AND)는 모두 위험신호 발생부(155)에 포함될 수 있다.

병렬 공진부(340)는 상기 증폭된 교류전압으로부터 발진회로(310)가 생성하는 대역의 주파수 성분(즉, 진동 주파수 성분)만을 접지시키고 나머지 대역의 주파수 성분(즉, 노이즈 주파수 성분)은 통과하도록 인덕터(L5)와 커패시터(C7)가 병렬로 연결된다. 이 때, 인덕터(L5)와 커패시터(C7)는 임피던스 및 공진 주파수의 조정이 가능하도록 각각 가변 인덕터와 가변 커패시터를 사용할 수 있다.

병렬 공진부(350)를 통과한 상기 노이즈 주파수 대역의 교류전압은 제2 브리지정류기(360)를 거치며 직류전압으로 변환된 후, 제2 연산증폭기(OPAMP2)가 포함된 전압비교회로의 제1 입력으로 유입된다. 제2 연산증폭기(OPAMP2)의 제2 입력으로는, 상기 경고발생 기준값이 입력될 수 있는데, 도 5의 예에서, 제3 및 제4 가변저항(VR3, VR4)으로 구성된 전압 분배기에 의해 전원(Vcc) 전압으로부터 일정비율로 강하된 전압이 상기 제2 입력으로 유입된다.

이 때, 제2 브리지정류기(360)에서 생성된 직류 전압이 상기 전압분배기에서 형성된 전압보다 더 높으면 제2 연산증폭기(OPAMP2)는 양(+)의 전압을 출력한다. 한편, 다이오드(D10)는 제2 연산증폭기(OPAMP2)가 출력할 수 있는 범위의 전압 중 양(+)의 전압만을 통과시키고, 그렇지 않은 경우 모두 차단할 목적으로 구성되었다.

따라서, 상기 노이즈 주파수 대역의 주파수 성분이 강하게 검지될 때, 제2 연산증폭기(OPAMP2)에서 출력된 후 다이오드(D10)를 통과한 양(+)의 전압은 풀다운 저항(R11)에 의해 ‘하이(High)’신호로 형성되고, NOT 게이트를 통해 ‘로우(Low)’로 반전된다. 즉, /경고신호(/WARNING)의 출력을 ‘로우(Low)’로 결정한다. 이로 인해, 가공전차선(30)에 대해 점검할 필요가 있음을 외부로 표시할 수 있다.

반면, 상기 노이즈 주파수 대역의 주파수 성분이 약하게 검지될 때, 제2 연산증폭기(OPAMP2)에서 출력되는 전압이 다이오드(D10)를 통과하지 못하므로, 이 때는 풀다운 저항(R11)에 의해 ‘로우(Low)’신호로 형성되고, NOT 게이트를 통해 ‘하이(High)’로 반전된다. 즉, /경고신호(/WARNING)의 출력을 ‘하이(High)’로 결정한다. 이로 인해, 가공전차선(30)에 이상이 없음을 외부로 표시할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표지수단을 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 표지수단(400)은 삼각형 형태의 표지판에 3개의 LED 램프(410, 420, 430)를 포함한다. 이 때, 각 램프들(410, 420, 430)은 가공전차선(30)의 장력 상태를 표출하기 위한 것으로서, 예를 들어, 제1 램프(410)는 가공전차선(30)의 장력이 정상인 상태를 나타내고, 제2 램프(420)는 가공전차선(30)의 장력이 늘어진 상태를 나타내고, 제3 램프(420)는 가공전차선(30)의 장력을 점검할 필요가 있음을 나타낼 수 있다. 이를 위해, 제1 램프(410)는 가공전차선(30)이 정상인 상태를 나타내는 정상신호(NORMAL)에 응답하여 발광하고, 제2 램프(420)는 가공전차선(30)의 일부가 늘어진 상태를 나타내는 위험신호(DANGER)에 응답하여 발광하고, 제3 램프(430)는 가공전차선(30)에 대한 점검이 필요한 상태를 나타내는 경고신호(WARNING)에 응답하여 발광하도록 설계될 수 있다.

이 때, 도 6은 본 발명의 표지수단(400)의 일 예를 나타낸 것일 뿐, 도 6에 예시된 내용으로 본 발명의 표지수단(400)이 한정되지는 않는다. 예를 들어, 표지수단(400)은 원판형태로 구현될 수 있고, 다수의 색상을 선택적으로 표출하는 하나의 램프를 이용하여, 각각의 상태를 다른 색상으로 표출하도록 제어할 수도 있는 것이다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표지수단의 설치 상태를 예시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 전주(20)의 상부측에 표지수단(400)이 설치된 예를 도시하고 있다. 이는 본 발명의 표지수단(400)이 관제사, 및 운행 중인 열차의 기관사가 인지할 수 있는 위치에 설치되어야 하기 때문이다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 장치의 작동 상태를 설명하기 위한 도면으로서, 도 8의 (a)는 철도건널목 상부를 가로지르는 가공전차선(30)의 장력 상태가 정상인 경우를 예시하고, 도 8의 (b)는 상기 가공전차선(30)의 일부(30a)가 늘어진 상태를 예시한다.

도 8의 (a)를 참조하면, 전주(10)측에 설치된 장력상태 감지수단(100, 도 1 참조)은 진동(A)을 발생시키고, 전주(20)측에 설치된 장력상태 감지수단(200, 도 1 참조)은 전달된 진동(B)을 감지하면, 표지수단(400)은 제1 램프(410)를 발광하여, 가공전차선(30)의 상태가 정상임을 표출한다.

도 8의 (b)를 참조하면, 전주(10)측에 설치된 장력상태 감지수단(100, 도 1 참조)에서 발생한 진동(A)이 전주(20)측에 설치된 장력상태 감지수단(200, 도 1 참조)으로 전달이 안 된 경우, 본 발명의 가공전차선의 이상 장력 검지 장치는 가공전차선(30)의 일부(30a)가 늘어진 것을 인지하고, 이를 알리기 위해 표지수단(400)의 제2 램프(420)을 발광한다.

이를 위해, 관제사, 및 운행 중인 열차의 기관사는 가공전차선(30)의 상태에 따른 표지수단(400)의 표출 방법을 공유하고 있어야 한다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 방법에 대한 개략척인 처리 절차도로서, 도 1 내지 도 6에 예시된 전기철도의 가공전차선 이상 장력 검지 장치를 이용하여 상기 가공전차선의 이상 장력을 검지하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 방법이 예시되어 있다. 특히, 도 9는 가공전차선(30)의 양단에 쌍을 이루도록 설치된 제1 및 제2 장력상태 감지수단들(100, 200) 중 제1 장력상태 감지수단(100)이 진동발생모드로 작동하고, 제2 장력상태 감지수단(200)이 진동감지모드로 작동하는 예를 도시하고 있다.

도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 단계 S105에서는, 제1 장력상태 감지수단(100)이 미리 설정된 제1 주파수 대역의 진동을 발생시킨다. 이를 위해, 제1 장력상태 감지수단(100)의 제어회로(150)에 포함된 발진회로(151)를 구성하는 인덕터(L2)와 커패시터(C2)의 값을 조절할 수 있다.

단계 S110에서는, 제2 장력상태 감지수단(200)이, 지시봉 이동범위가 이동범위 임계치를 도달하였는지 여부를 판단한다. 이 때, 지시봉 이동범위는 지시봉(121)의 최소이동한계로부터 최대이동한계 까지를 말하는 것으로서, 단계 S110은, 지시봉(121)이 최소이동한계(즉, 제1 한계막(131))에 도달하거나, 최대이동한계(즉, 제2 한계막(132))에 도달하는 경우 모두 이동범위 임계치에 도달한 것으로 판단할 수 있다. 이를 위해, 단계 S110에서, 제2 장력상태 감지수단(200)은, 지시봉(121)의 인입범위를 감지하는 이동범위 감지단계; 및 지시봉(121)의 최대인입 또는 최소인입을 감지하여 임계치 도달신호를 발생시키는 단계를 더 수행할 수 있다.

단계 S110 결과, 지시봉 이동범위가 이동범위 임계치에 도달한 것으로 판단되면, 제2 장력상태 감지수단(200)은, 단계 S155에서, 가공전차선 장력이상을 알리기 위한 위험신호(DANGER)를 출력한다. 즉, 지시봉 이동범위가 이동범위 임계치에 도달한 것으로 판단되면, 제2 장력상태 감지수단(200)은, 다른 조건과 관계 없이 가공전차선 장력에 이상이 발생한 것으로 판단하고, 상기 위험신호(DANGER)를 출력한다.

한편, 단계 S110에서, 지시봉 이동범위가 이동범위 임계치에 도달하지 않은 경우, 제2 장력상태 감지수단(200)은 제1 장력상태 감지수단(100)에서 발생된 후 가공전차선(30)을 매개로 하여 전달된 진동의 주파수를 감지하여 장력 상태를 판단한다.

이를 위해, 제1 장력상태 감지수단(100), 및 제2 장력상태 감지수단(200)은, 단계 S115 내지 단계 S155의 과정을 수행한다.

먼저, 단계 S115에서는, 제1 장력상태 감지수단(100)이 상기 제1 주파수 대역의 진동을 가공전차선(30)으로 전달한다.

그러면, 단계 S120에서는, 제2 장력상태 감지수단(200)이 가공전차선(30)을 통해 상기 진동을 감지하고, 단계 S125에서는, 제2 장력상태 감지수단(200)이 상기 감지된 진동으로부터 상기 제1 주파수 성분을 필터링한다. 즉, 가공전차선(30)을 통해 전달된 진동에는 상기 제1 주파수 성분과, 기타 잡음 및 고조파 성분이 포함될 수 있으므로, 단계 S125에서는, 상기 진동으로부터 제1 주파수 성분만을 골라내는 것이다. 이를 위해, 제2 장력상태 감지수단(200)은 상기 감지된 진동을 교류전압으로 변환한 후, 상기 교류전압을 필터링하여, 상기 제1 주파수 성분만을 통과시킨다.

단계 S130에서는, 제2 장력상태 감지수단(200)이 상기 제1 주파수 성분의 크기와 미리 설정된 가공전차선 이상감지 기준값을 비교한다. 이러한 제2 장력상태 감지수단(200)의 자세한 처리 과정은 도 4 및 도 5를 참조한 제어회로(150)의 작동 설명시 언급한 바와 같으므로, 중복 설명을 생략한다.

상기 비교(단계 S130) 결과, 상기 제1 주파수 성분의 크기가 상기 이상감지 기준값 이하인 경우, 제2 장력상태 감지수단(200)은, 단계 S155에서, 가공전차선 장력이상을 알리기 위한 위험신호(DANGER)를 출력한다. 즉, 상기 제1 주파수 성분의 크기가 상기 이상감지 기준값 이하인 경우, 제2 장력상태 감지수단(200)은, 제1 장력상태 감지수단(100)으로부터 진동이 정상적으로 전달되지 않은 것으로 판단하고, 상기 위험신호(DANGER)를 출력하는 것이다.

한편, 상기 비교(단계 S130)결과, 상기 제1 주파수 성분의 크기가 상기 이상감지 기준값을 초과하는 경우, 단계 S135에서는, 제2 장력상태 감지수단(200)이, 제2 주파수 성분을 필터링한다. 이 때, 상기 제2 주파수 성분은 제2 장력상태 감지수단(200)이 감지한 진동에 포함된 주파수 성분들 중 상기 제1 주파수 성분을 제거한 나머지 주파수 성분(예컨대, 잡음/고조파 성분 등)을 말한다.

단계 S140에서는, 제2 장력상태 감지수단(200)이, 상기 제2 주파수 성분의 크기와 미리 설정된 경고발생 기준값을 비교한다. 이러한 제2 장력상태 감지수단(200)의 자세한 처리 과정은 도 4 및 도 5를 참조한 제어회로(150)의 작동 설명시 언급한 바와 같으므로, 중복 설명을 생략한다.

상기 단계 S140의 비교 결과, 상기 제2 주파수 성분의 크기가 상기 경고발생 기준값 이하인 경우, 단계 S145에서는, 제2 장력상태 감지수단(200)이 가공전차선(30)의 장력상태가 정상임을 표출하고, 그렇지 않은 경우, 제2 장력상태 감지수단(200)은, 단계 S150에서, 가공전차선 상태 확인을 위한 경고신호(WARNING)를 표출한다.

한편, 단계 S155에서는, 전술한 바와 같이, 상기 제1 주파수 성분의 크기가 상기 가공전차선 이상감지 기준값 이하이거나, 상기 지시봉이 이동범위 임계치에 도달한 경우, 가공전차선(30)의 장력이상을 알리기 위한 위험신호(DANGER)를 출력한다.

또한, 단계 S145 내지 단계 S155에서는, 대응된 가공전차선(30)의 장력 상태를 표출하기 위해, 각각의 신호에 응답하여, 대응된 램프를 발광시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이를 위한, 표지수단의 구성, 및 제어방법은 도 6 내지 도 8을 참조하여 전술한 바와 같으므로 중복 설명을 생략한다.

이상에서는 본 발명의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명이 실시 예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

10, 20: 전주 30, 31: 가공전차선
40, 50: 장력조정장치 60: 전송케이블
100, 200: 장력상태 감지수단 110: 하우징
120: 절연애자 121: 지시봉
131, 132: 제1 및 제2 한계막 140: 압전소자
150: 제어회로 151: 발진회로
152: 증폭회로 153: 직렬공진부
155: 위험신호 발생부 156: 병렬공진부
157: 경고신호 발생부 160: 복귀 스프링
170: 볼트 180: 너트
400: 표지수단

Claims (12)

1. 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 장치에 있어서,
   제1 및 제2 전주 사이에 연결된 가공전차선의 장력을 조정하는 한 쌍의 장력조정장치 각각과 결합하여 상기 가공전차선의 장력상태를 감지하고, 상기 가공전차선의 장력상태를 외부로 알기기 위한 알림신호를 발생시키는 한 쌍의 장력상태 감지수단; 및
   상기 알림신호에 반응하여 상기 가공전차선의 장력상태를 표출하는 표지수단을 포함하되,
   상기 한 쌍의 장력상태 감지수단 중 하나는
   상기 가공전차선으로 소정 주파수 대역의 진동을 전달하고,
   상기 한 쌍의 장력상태 감지수단 중 다른 하나는
   상기 가공전차선으로부터 진동을 감지한 후, 상기 진동에 포함된 주파수 대역을 분석하여 상기 가공전차선의 장력상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 장력상태 감지수단은
   일측이 상기 장력조정장치와 체결되고, 타측에 인입공이 형성된 하우징;
   상기 가공전차선에 가해지는 장력에 의해, 상기 인입공을 통해 상기 하우징 내/외를 왕래하는 지시봉이 일측에 형성되고, 타측에 상기 가공전차선이 결합된 절연애자;
   상기 지시봉의 인입범위를 제한하기 위해, 상기 하우징의 일측 및 타측에 상호 대면하도록 설치되고, 상기 지시봉의 최대인입 또는 최소인입을 감지하여 임계치 도달신호를 발생시키는 제1 및 제2 한계막;
   상기 지시봉의 일단에 부착되어, 상기 지시봉을 통해 전달되는 진동을 교류전압으로 변환하거나, 소정의 교류전압을 진동으로 변환하여 상기 지시봉으로 전달하는 압전소자; 및
   소정의 작동제어신호에 의거하여 진동발생모드 및 진동감지모드 중 어느 하나의 작동모드로 작동하는 제어회로를 포함하되,
   상기 제어회로는
   상기 진동발생모드로 작동시, 미리 설정된 주파수 대역의 교류전압을 발생시켜 상기 압전소자로 전달하고,
   상기 진동감지모드로 작동시, 상기 압전소자에서 변환 출력된 교류전압에 포함된 주파수 성분과 상기 임계치 도달신호 발생 여부에 의거하여 상기 가공전차선의 장력상태를 판단하고, 상기 알림신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어회로는
   상기 진동발생모드일 때 구동되어 미리 설정된 주파수 대역의 교류전압을 발생시키는 발진회로;
   상기 발진회로의 출력을 증폭시켜 상기 압전소자로 전달하는 제1 증폭기; 및
   상기 발진회로, 및 증폭기의 출력 신호에서 직류성분을 차단하는 제1 및 제2 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어회로는
   상기 진동감지모드일 때 상기 압전소자에서 변환 출력된 교류전압을 증폭시켜 출력하는 제2 증폭기;
   상기 제2 증폭기의 출력신호로부터, 상기 발진회로에서 발생된 교류전압의 주파수 대역과 동일한 제1 주파수 성분만을 통과시키는 직렬공진부;
   상기 임계치 도달신호를 감지하는 감지부;
   상기 제1 주파수 성분의 크기와 미리 설정된 가공전차선 이상감지 기준값을 비교하는 제1 비교부; 및
   상기 감지부에서 상기 임계치 도달신호가 감지되거나, 상기 제1 주파수 성분의 크기가 상기 가공전차선 이상감지 기준값 이하인 조건 중 어느 하나 이상을 만족하는 경우, 상기 가공전차선의 장력이상을 알리기 위한 위험신호(DANGER SIGNAL)를 출력하는 위험신호(DANGER SIGNAL) 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 표지수단은
   관제사, 및 운행 중인 열차의 기관사가 인지할 수 있는 위치에 설치되며,
   상기 위험신호(DANGER SIGNAL)에 응답하여, 발광하는 제1 LED 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제어회로는
   상기 제2 증폭기의 출력신호로부터, 상기 제1 주파수 성분을 접지시키고 남은 주파수 성분인 제2 주파수 성분만을 통과시키는 병렬공진부;
   상기 제2 주파수 성분의 크기와 미리 설정된 경고발생 기준값을 비교하는 제2 비교부; 및
   상기 제2 주파수 성분의 크기가 상기 경고발생 기준값 이상인 경우, 상기 가공전차선에 대해 점검할 필요가 있음을 알리기 위한 경고신호(WARNING SIGNAL)를 출력하는 경고신호(WARNING SIGNAL) 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 표지수단은
   상기 경고신호(WARNING SIGNAL)에 응답하여, 상기 제1 LED 램프와 다른 색의 빛을 발광하는 제2 LED 램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 장치.
8. 제1 및 제2 전주 사이에 연결된 가공전차선의 장력을 조정하는 한 쌍의 장력조정장치 각각과 결합하여 상기 가공전차선의 장력상태를 감지하는 한 쌍의 장력상태 감지수단을 이용하여 상기 가공전차선의 이상 장력을 검지하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 방법에 있어서,
   상기 한 쌍의 장력상태 감지수단 중 어느 하나인 제1 장력상태 감지수단이 상기 가공전차선으로 미리 설정된 제1 주파수 대역의 진동을 전달하는 진동전달단계;
   상기 한 쌍의 장력상태 감지수단 중 다른 하나인 제2 장력상태 감지수단이 상기 진동을 감지하는 진동감지단계;
   상기 제2 장력상태 감지수단이 상기 감지된 진동을 교류전압으로 변환하는 변환단계;
   상기 교류전압을 필터링하여, 상기 제1 주파수 성분만을 통과시키는 제1 필터링단계;
   상기 제1 주파수 성분의 크기와 미리 설정된 가공전차선 이상감지 기준값을 비교하는 제1 비교단계; 및
   상기 제1 주파수 성분의 크기가 상기 가공전차선 이상감지 기준값 이하인 경우, 상기 가공전차선의 장력이상을 알리기 위한 위험신호(DANGER SIGNAL)를 출력하는 위험신호(DANGER SIGNAL) 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 한 쌍의 장력상태 감지수단 각각은, 상기 가공전차선에 가해지는 장력에 의해 상기 장력상태 감지수단 내/외를 왕래하는 지시봉을 구비하고,
   상기 지시봉의 이동범위를 감지하여, 상기 지시봉이 미리 설정된 최대인입 또는 최소인입에 도달하는 지 여부를 결정하는 이동범위 감지단계; 및
   상기 지시봉이 상기 최대인입 또는 최소인입에 도달하는 경우, 임계치 도달신호를 발생시키는 임계치 도달신호 발생단계를 더 포함하고,
   상기 위험신호(DANGER SIGNAL) 출력단계는
   상기 임계치 도달신호에 응답하여, 상기 위험신호(DANGER SIGNAL)를 출력하는 것을 특징으로 하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 위험신호(DANGER SIGNAL)에 응답하여, 관제사, 및 운행 중인 열차의 기관사가 인지할 수 있는 위치에 설치된 제1 램프를 발광하는 제1 표시단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 교류전압을 필터링하여, 상기 제1 주파수 성분을 접지시키고 남은 주파수 성분인 제2 주파수 성분만을 통과시키는 제2 필터링단계;
    상기 제2 주파수 성분의 크기와 미리 설정된 경고발생 기준값을 비교하는 제2 비교단계; 및
    상기 제2 주파수 성분의 크기가 상기 경고발생 기준값 이상인 경우, 상기 가공전차선에 대해 점검할 필요가 있음을 알리기 위한 경고신호(WARNING SIGNAL)를 출력하는 경고신호(WARNING SIGNAL) 출력단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 경고신호(WARNING SIGNAL)에 응답하여, 관제사, 및 운행 중인 열차의 기관사가 인지할 수 있는 위치에 설치된 제2 램프를 발광하되, 상기 제1 램프와 다른 색의 빛을 발광하는 제2 표시단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기철도 가공전차선의 이상 장력 검지 방법.

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