WO2018084343A1

WO2018084343A1 - 신축이음장치

Info

Publication number: WO2018084343A1
Application number: PCT/KR2016/012725
Authority: WO
Inventors: 배상준; 원용희; 김봉석; 장광동; 박설희
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2018-05-11

Abstract

신축이음장치가 개시된다. 본 발명에 따른 신축이음장치에 의하면, 터널 구간에서 전동차에 전력을 공급하기 위해 설치되는 강체전차선의 전기적 연결을 효율적으로 유지하고, 온도 변화에 따른 팽창과 수축에도 강체전차선의 전기적, 기계적 연속성을 안정적으로 유지할 수 있도록 유연한 이동성을 발휘할 수 있다. 그리고 강체전차선 간의 전기적 연결 시 신축이음장치의 접속블록과 강체전차선 간의 안정적인 전기적 연결을 유지하고 접촉불량 발생을 방지할 수 있으며, 전기적 접촉이 이루어지는 부분에 먼지 등 이물질이 쌓이는 것을 방지하여 장시간 동안 제품 성능을 유지하고 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 전기적 접촉면이 넓어 대전류 이송에 적합하면서도, 기존 구조보다 구조를 단순화하여 유지 보수성을 높일 수 있다.

Description

신축이음장치

본 발명은 신축이음장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강체전차선의 전기적 연결을 효율적으로 유지하고, 차량의 팬터그라프와 기계적 접촉을 연속적으로 유지하며, 강체전차선의 신축 시, 유연한 이동성을 보장해 줄 수 있는 신축이음장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기철도는 다른 교통수단에 비하여 신속하고 정확하며 안정적인 장점으로 인해 많은 사람이 이용하고 있으며, 더욱이 최근에 고속철도가 널리 이용되면서 안전하고 편리한 대중교통수단으로서 각광을 받고 있다.

고속철도의 개통과 더불어 21세기 신교통 수단으로 주목받고 있는 전기철도는 최근 전기철도의 고속화, 대용량화 및 운전 시간 간격의 단축으로 인해 전차선로의 성능과 신뢰도 그리고, 안전성 향상의 필요성이 요구되고 있다.

여기서 전차선로는 선로를 운행하는 전동차의 집전장치와 접촉하여 전력을 공급하기 위한 전차선 등의 선로와 이에 부속하는 설비를 총칭하는 것으로 정의될 수 있다.

전동차의 주행 시 필요한 전력은 전차선로 및 차량의 팬터그라프(pantograph)의 집전장치를 통하여 공급받게 되는데, 전동차에 전기를 공급하는 전차선로는 전기를 급전하는 방식에 따라 분류되고 있다.

구체적으로, 상기 전차선로는 가공식(Overhead Catenary System)과 제3 궤조식(Third Rail System)으로 구분될 수 있고, 가공식 전차선로는 다시 강체 조가 방식과 현수 조가 방식으로 구분된다.

여기서 현수 조가 방식은 조가선을 이용하여 전차선을 가선하는 방식으로 일반적으로 지상 구간에 적용되고 있는데, 전차선과 조가선 및 드로퍼선을 함께 가선해야 하고, 장력 조절 장치 등 주변 장치가 필요하기 때문에 소요 가선고가 높고, 복잡하여 터널 구간에 적용이 어려운 단점이 있다.

즉, 현수 조가 방식 전차선로를 터널 구간에 적용하기 위해서는 터널 단면적이 대폭적으로 증가하여야 하기 때문에 건설비가 과다하게 소요되며, 또한 설치공간이 협소하므로 일상점검 및 유지보수가 용이하지 못한 단점이 있다.

상기 제3 궤조식은 급전용 레일을 노면 상 또는 측면에 설치하여 전력을 공급하는 방식으로, 터널과 같이 협소한 공간상에 설치될 수 있는 이점이 있으나, 급전용 레일이 지면에 배치되는 특성상 감전의 위험이 커 일부 특수한 구간에만 적용되고 있다.

한편, 상기 강체 조가 방식은 전차선을 강체에 일체화시켜 브래킷과 같은 별도의 구조물을 이용해 설치하는 것으로, 조가선이 요구되지 않고, 별도의 장력 유지 장치가 필요치 않으므로 터널 등 공간이 협소하여 설치가 어려운 구간에 적용되고 있다.

실제로 강체전차선의 높이는 강체와 전차선을 포함한 높이가 약 90 내지 120mm 정도이며, 저전압(DC 750V 또는 1500V)에서 지지물 및 전기적 이격을 고려한 전차선의 집전 접촉과 터널 상부 천장 사이의 소요 높이는 약 500mm 정도에 불과하다.

따라서, 강체식 전차선로는 설치 소요공간이 작으므로 신설 터널에서 건설비용을 대폭 경감할 수 있으며, 터널 내부에서의 유지보수 작업에 있어서도 매우 유리한 장점이 있다.

강체전차선은 Rigid Bar 를 줄여 R-Bar 라고 표현하는데, 이중 단면의 형상이 T 자와 유사한 형태의 강체전차선은 특별히 T-Bar 라고 불리우고 있다. 상기 R-Bar가 T-Bar에 비하여 시공성, 집전 성능이 우수하여 많이 사용되고 있지만, 국내에서는 DC 구간에는 T-Bar 를 적용하고, AC 구간에는 R-Bar 를 적용하고 있다.

한편, 강체전차선은 12m 간격의 단위유닛으로 제조되며, 서로 이웃하는 강체전차선을 연결 플레이트에 의해 연결한다. 그리고 상기 강체전차선은 전동차에 전력을 공급할 수 있는 도체의 역할을 해야하기 때문에 가벼운 알루미늄 합금 재질을 주로 적용하고 있으며, 주변 온도 변화에 따라 팽창과 수축이 발생하므로 이러한 팽창과 수축을 허용하면서 연결 지지되어야 한다.

그렇기 때문에, 이러한 팽창과 수축을 허용하면서도 강체전차선을 전기적, 기계적으로 연결해 주어야 하며, 이를 위해 강체전차선의 신축시 이동으로 인한 구조 변화 및 팬터그라프와의 전기적 접촉을 효과적으로 유지시킬 수 있는 신축이음장치의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명의 실시예들은 터널 구간에서 전동차에 전력을 공급하기 위해 설치되는 강체전차선의 전기적 연결을 효율적으로 유지하고자 한다.

또한, 온도 변화에 따른 팽창과 수축에도 강체전차선의 전기적, 기계적 연속성을 안정적으로 유지할 수 있도록 유연한 이동성을 갖는 신축이음장치를 제공하고자 한다.

또한, 강체전차선 간의 전기적 연결 시 신축이음장치의 접속블록과 강체전차선 간의 안정적인 전기적 연결을 유지하고 접촉불량 발생을 방지하고자 한다.

또한, 전기적 접촉이 이루어지는 부분에 먼지 등 이물질이 쌓이는 것을 방지하여 장시간 동안 제품 성능을 유지하고 신뢰성을 확보하고자 한다.

또한, 전기적 접촉면이 넓어 대전류 이송에 적합하면서도, 기존 구조보다 구조를 단순화하여 유지 보수성을 높일 수 있는 신축이음장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 서로 이웃하는 강체전차선 사이를 신축 가능하게 연결하는 신축이음장치에 있어서, 일측 강체전차선 단부에 고정되어 상기 일측 강체전차선과 전기적으로 연결되는 고정블록유닛; 타측 강체전차선이 슬라이딩 가능하게 연결되며, 상기 타측 강체전차선과 전기적으로 연결되는 슬라이딩블록유닛; 일단은 상기 고정블록유닛에 연결되고 타단은 상기 슬라이딩블록유닛에 연결되어 상기 고정블록유닛과 상기 슬라이딩블록유닛을 전기적으로 연결하는 연결바; 및, 상기 일측 강체전차선과 고정블록유닛 사이 및 상기 타측 강체전차선과 슬라이딩블록유닛 사이 중 어느 하나 이상에 개재되어 전기적 접촉을 형성하며, 탄성을 가지는 적어도 하나의 전기접점부재;를 포함하는 신축이음장치가 제공될 수 있다.

상기 전기접점부재는 다수의 접촉날이 일방향을 따라 구비되고, 상기 강체전차선이 슬라이딩하는 방향과 상기 다수의 접촉날이 구비되는 일방향이 서로 수직을 이루도록 전기접점부재가 배치될 수 있다.

상기 일측과 타측 강체전차선의 신장과 수축 시, 상기 고정블록유닛과 슬라이딩블록유닛은 항상 등거리를 유지할 수 있다.

상기 일측과 타측 강체전차선의 신장과 수축 시, 상기 타측 강체전차선이 상기 슬라이딩블록유닛 상에서 슬라이딩할 수 있다.

상기 고정블록유닛은, 상기 전기접점부재를 매개로 상기 일측 강체전차선과 전기적으로 연결되는 제1 접속블록과, 상기 제1 접속블록과 전기적으로 연결되며, 상기 연결바 일단을 고정시키는 제1 사이드블록을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 슬라이딩블록유닛은, 상기 전기접점부재를 매개로 상기 타측 강체전차선과 전기적으로 연결되는 제2 접속블록과, 상기 제2 접속블록과 전기적으로 연결되며, 상기 연결바 타단을 고정시키는 제2 사이드블록을 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 신축이음장치는 상기 일측과 타측의 강체전차선을 기계적, 전기적으로 연결하여 팬터그라프와 전기적 접점을 유지하는 러너와, 상기 러너를 상기 고정블록유닛과 슬라이딩블록유닛에 고정된 상태로 지지하는 러너지지부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 신축이음장치는 상기 타측 강체전차선 상부에 설치되는 커버고정부와, 일단은 상기 커버고정부에 고정되고 타단은 상기 슬라이딩블록유닛에 고정되어 상기 강체전차선 상부가 외부로 노출되지 않도록 커버하는 신축커버를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 신축이음장치는 상기 고정블록유닛과 슬라이딩블록유닛 사이 공간을 커버하는 상부커버와 측면커버를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 타측 강체전차선과 상기 슬라이딩블록유닛 사이에 개재되는 전기접점부재에 작용하는 단위 길이당 슬립포스(slip force)는 0.5N/mm 내지 3N/mm 로 이루어질 수 있다.

상기 고정블록유닛과, 슬라이딩블록유닛의 조립을 위한 적어도 하나의 볼트홀에는 전기적 연결을 위한 볼트홀 전기접점부재가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 터널 구간에서 전동차에 전력을 공급하기 위해 설치되는 강체전차선의 전기적 연결을 효율적으로 유지할 수 있다.

또한, 온도 변화에 따른 팽창과 수축에도 강체전차선의 전기적, 기계적 연속성을 안정적으로 유지할 수 있도록 유연한 이동성을 갖는 신축이음장치를 제공할 수 있다.

또한, 강체전차선 간의 전기적 연결 시 신축이음장치의 접속블록과 강체전차선 간의 안정적인 전기적 연결을 유지하고 접촉불량 발생을 방지할 수 있다.

또한, 전기적 접촉이 이루어지는 부분에 먼지 등 이물질이 쌓이는 것을 방지하여 장시간 동안 제품 성능을 유지하고 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 전기적 접촉면이 넓어 대전류 이송에 적합하면서도, 기존 구조보다 구조를 단순화하여 유지 보수성을 높일 수 있는 신축이음장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강체전차선의 단면도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 플레이트의 사시도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강체전차선이 연결 플레이트에 의해 접합되는 상태를 도시한 사시도

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지클램프의 분해사시도와 사시도

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지브래킷의 평면도

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 강체전차선이 전동차와 연결된 상태를 도시한 정면도

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치의 사시도

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치의 상부커버와 측면커버를 분해하여 도시한 분해사시도

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치를 하부에서 바라본 사시도

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치 측면에서 바라본 측면도

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치의 슬라이딩블록유닛의 단면도

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치에서 강체전차선이 신장하는 상태를 도시한 사시도

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치에서 강체전차선이 수축하는 상태를 도시한 사시도

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치 전기접점부재의 일 예를 도시한 사시도

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치 전기접점부재를 도시한 확대구성도

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치 전기접점부재에 작용하는 전류 흐름 및 슬립포스를 나타낸 구성도

도 17과 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치 전기접점부재가 설치되는 예를 도시한 부분사시도

도 19와 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치 볼트홀 전기접점부재가 설치되는 예를 도시한 부분사시도

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강체전차선의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 플레이트의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강체전차선이 연결 플레이트에 의해 접합되는 상태를 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지클램프의 분해사시도와 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지브래킷의 평면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 강체전차선이 전동차와 연결된 상태를 도시한 정면도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 강체전차선(50)이 설치되는 구조를 설명하면 다음과 같다.

상기 강체전차선(50)은 전동차(1) 상부에 설치된 팬터그라프(2)와 전기접촉을 통해 전류를 공급하는 전차선(54)과 상기 전차선(54)과 결합되는 강체(52)로 이루어진다. 이러한, 강체전차선(50)에 의해 이송된 전류는 전동차(1) 상부에 설치된 팬터그라프(2)를 통해 전동차 운행을 위해 공급되며, 레일(60)이 귀선으로 활용된다.

일반적으로 강체전차선(50)은 12m를 단위 유닛으로 하여 연결 설치되며, 일정 간격 마다 구비되는 지지브래킷(300)과 지지클램프(200)에 의해 전동차(1)의 팬터그라프(2)가 닿는 높이에 설치될 수 있다. 이때, 상기 강체(52)는 상부 양측에 측면돌출부(52a)를 구비하며, 상기 측면돌출부(52a)를 지지클램프(200)가 지지하게 된다.

상기 각 단위 유닛을 이루는 강체전차선(50)은 연결 플레이트(70)에 의해 서로 연결 설치될 수 있다. 구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 이웃하는 강체전차선(50)과 상기 연결 플레이트(70)를 덧댄 상태에서 볼트홀(56, 72)에 볼트(74)를 체결함으로써 강체전차선(50)을 연결할 수 있다.

상기 연결 플레이트(70) 적용 개수나 형태는 강체전차선(50)의 설계 형상에 따라 다양하게 변형하여 실시할 수 있는데, 연결 플레이트(70)를 포함한 강체전차선(50)의 연결구조의 다양한 변형예는 후술하기로 한다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 지지클램프(200)는 몸체(210)와, 일측은 상기 몸체(210)에 연결되고, 타측은 지지브래킷에 연결되는 주축(220) 및, 상기 몸체(210) 양 측부에 착탈 가능하게 결합되며, 강체전차선(50)을 슬라이딩 가능하게 지지하는 지지부(230)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 몸체(210)는 강체전차선(50)의 재질과 동일한 알루미늄 재질로 이루어지며, 소정의 너비를 갖는 플레이트 형태로 이루어질 수 있다. 상기 몸체(210) 중앙부에는 상기 주축(220)이 고정 결합될 수 있다. 그리고 상기 주축(220) 일측에는 홀딩 플레이트(240)가 구비되며, 상기 홀딩 플레이트(240) 상에 결합되는 볼트(242)와 너트(244)를 통해 지지클램프(200)가 후술할 지지브래킷(300)에 고정 결합될 수 있다.

본 실시 예에서 상기 지지부(230)는 상기 강체전차선(50)을 슬라이딩 가능하게 지지하도록 이루어지지만, 필요에 따라 상기 강체전차선(50)을 고정된 상태로 지지할 수 있는 지지부(230)로 선택적으로 교체하여 적용하는 것도 가능하다. 여기서 상기 지지부(230)는 몸체(210)와 마찬가지로 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 도 4에 도시된 것처럼 상기 지지부(230)는 상기 몸체(210) 양 측부에 각각 2 개가 결합될 수 있으며, 이때 다수의 고정볼트(212)와 와셔(214)에 의해 볼트결합된다. 물론, 상기 지지부(230)는 상기 고정볼트(212)를 해체함으로써 상기 몸체(210)로부터 다시 분리할 수 있다.

상기 지지부(230)는 홈부(232)를 구비하는데, 상기 홈부(232) 내부에는 상기 강체전차선(50)의 돌출부(52a)와 맞닿아 슬라이딩 가능한 플라스틱 재질의 습동부(234)가 구비될 수 있다.

상기 습동부(234)는 강체전차선(50)의 온도변화에 따른 수축 또는 신장 시, 강체전차선(50)이 원활하게 움직이도록 하는 역할을 수행하는데, 상기 강체전차선(50)과 맞닿아 슬라이딩이 가능한 플라스틱 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 테플론(teflon)으로 이루어질 수 있다.

테플론은 마찰 저항이 적기 때문에 상기 홈부(232) 내부에 구비시킴으로써 상기 강체전차선(50) 신축 시 돌출부(52a)가 맞닿은 상태에서 매끄럽게 움직일 수 있게 해준다. 여기서, 상기 습동부(234)는 강체전차선(50) 돌출부(52a)의 저면과 측면을 감싸는 구조로 이루어질 수 있다.

이와 같이 구성된 지지부(230)는 상기 몸체(210) 양 측부에 결합되며, 강체전차선(50)을 슬라이딩 가능한 상태에서 지지하게 된다.

한편 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 지지브래킷(300)은 크게 고정부재(310), 장간애자(320) 및, 앵글부재(330)로 구성될 수 있다.

이러한 지지브래킷(300)은 지상 구간 또는 터널 구간에 설치된 서포트(10)에 설치되어 강체전차선(50)을 지지하는 것으로, 강체전차선(50)이 설치되는 주위여건과 토목공사 시 발생된 오차에 따라 강체전차선(50)의 수평변위와 수직변위를 조절할 수 있도록 구성된다.

여기서 상기 서포트(10)는 상기 지지브래킷(300)을 소정의 높이에서 지지할 수 있도록 지상 구간이나 터널 구간에 설치되는 구조물로서, H-빔을 지상 구간이나 터널 구간에 설치하는 것으로 구성될 수 있다. 도 6에는 상기 서포트(10)가 터널 구간에 설치된 상태를 도시하고 있는데 상기 고정부재(310)는 하나의 고정판(311)과, 두 개의 고정봉(312)들로 구성되어 있다.

상기 고정판(311)은 서포트(10)의 일면에 밀착되는 평판형으로 이루어질 수 있고, 그 네 모서리 부분에는 상기 고정봉(312)이 관통하는 구멍이 형성되어 있다.

상기 각각의 고정봉(312)은 'ㄷ'자 형상으로 형성되며, 그 양단이 고정판(311)에 형성된 구멍에 삽입된 후 너트에 의해 체결됨으로써 고정되도록 구성되어 있다.

따라서 고정판(311)을 서포트(10)의 일면에 배치하고, 상기 서포트(10)의 일면에 대향하는 서포트(10)의 타면에서 고정봉(312)의 양단이 고정판(311)의 구멍에 삽입되도록 고정봉(312)을 위치시킨 다음, 고정판(311)을 관통한 고정봉(312)의 양단에 너트를 체결함으로써 고정부재(310)를 서포트(10)에 고정시킬 수 있다.

상기 고정부재(310)의 고정판(311)에는 장간애자(320)의 상면과 저면에 대면하며 관통홀이 구비된 두개의 돌출편(311a)들이 형성되고, 상기 장간애자(120)의 일단에 수직방향으로 관통하는 또 다른 관통홀이 형성된다.

그리고 상기 돌출편(311a)의 관통홀과 장간애자(320)의 관통홀이 일치되도록 고정부재(110)와 장간애자(120)가 배치된 상태에서 관통홀을 관통하도록 베어링볼트(318)를 끼움으로써 장간애자(320)가 회전가능하게 설치될 수 있다.

한편, 상기 장간애자(320)는 서포트(10)로부터 연장되게 설치되어 전차선(54)을 따라 흐르는 고압의 전기가 서포트(10)를 비롯한 기타 구조물들로 전달되지 않게 절연함과 더불어 강체전차선(50)을 지지하는 역할을 수행한다. 전술한 바와 같이 상기 장간애자(320)는 그 일단이 고정부재(310)에 회전 가능하게 지지되고, 나머지 타단은 외팔보 형태로 연장된다.

그리고, 상기 앵글부재(330)는 일단이 상기 장간애자(320)에 고정되고, 나머지 타단이 장간애자(320)의 길이방향으로 연장되게 설치되며, 길이 방향으로 길게 절개된 형상을 갖는 다수개의 위치조절용 홀(331)들이 구비되어 있다.

여기서, 상기 위치조절용 홀(331)은 앵글부재(330)를 수직하게 관통하며, 상호 일정한 간격을 유지하도록 형성되어 있는데, 상기 위치조절용 홀(331)을 통해 상기 지지클램프(200)가 지지브래킷(300)에 고정 설치될 수 있다.

구체적으로 상기 지지클램프(200)의 홀딩 플레이트(240)를 원하는 위치의 위치조절용 홀(331)에 올려놓은 상태에서 볼트(242)와 너트(244)를 통해 체결하면 상기 지지클램프(200)가 앵글부재(330)에 고정될 수 있다.

한편, 상기 앵글부재(330)의 타단에는 유지 및 보수 시 고전압의 전기로부터 작업자의 안전을 확보하기 위한 접지봉연결금구(350)가 설치된다. 상기 접지봉연결금구(350)는 'ㄷ'자 형상의 봉으로서, 그 양단이 앵글부재(330)에 고정된다. 따라서 접지봉연결금구(350)에 미도시된 접지봉을 걸어서 위치시킴으로써 접지하게 된다.

본 실시 예에서는 상기 장간애자(320)가 상기 고정부재(310)에 회전 가능하게 결합된 경우를 제시하였지만, 필요에 따라 상기 장간애자(320)를 고정부재(310)에 용접에 의해 접합시켜 고정형으로 구성하는 것도 가능하다.

상기 강체전차선(50)의 중앙지지점에는 전동차(1)가 지나가면서 강체전차선(50)이 밀리는 현상을 방지할 수 있도록 흐름방지장치(미도시)가 설치되며, 이웃하는 강체전차선(50) 사이에는 강체전차선(50)의 신축 시 변형으로 인한 길이 변화를 흡수하고 팬터그라프(2)와의 전기적 접촉을 유지시킬 수 있도록 신축이음장치(100)가 설치된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치(100)의 구조를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치의 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치의 상부커버와 측면커버를 분해하여 도시한 분해사시도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치를 하부에서 바라본 사시도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치 측면에서 바라본 측면도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치의 슬라이딩블록유닛의 단면도이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치에서 강체전차선이 신장하는 상태를 도시한 사시도이다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치에서 강체전차선이 수축하는 상태를 도시한 사시도이다.

도 7 내지 도 13을 참조하면, 상기 신축이음장치(100)는 크게 서로 이웃하는 강체전차선(50) 중 일측 강체전차선(50) 단부에 고정되어 상기 일측 강체전차선(50)과 전기적으로 연결되는 고정블록유닛(110)과, 타측 강체전차선(50)이 슬라이딩 가능하게 연결되며, 상기 타측 강체전차선(50)과 전기적으로 연결되는 슬라이딩블록유닛(120)과, 일단은 상기 고정블록유닛(110)에 연결되고 타단은 상기 슬라이딩블록유닛(120)에 연결되어 상기 고정블록유닛(110)과 상기 슬라이딩블록유닛(120)을 전기적으로 연결하는 연결바(130)를 포함하여 이루어질 수 있다.

R-Bar 타입의 경우 주변 환경에 따라 차이가 있지만, 약 400m 마다 신축이음장치(100)가 설치되어 온도 변화에 따른 상기 강체전차선(50)의 신축량을 보상함으로써, 강체전차선(50)이 휘어지거나 끊어지지 않고 전기적, 기계적 연결을 유지하도록 하는 역할을 수행한다.

구체적으로 일측 강체전차선(50) 단부에는 고정블록유닛(110)이 설치된다. 상기 고정블록유닛(110)은 상기 일측 강체전차선(50)과 전기적으로 연결되는 제1 접속블록(112)과, 상기 제1 접속블록(112)과 전기적으로 연결되며, 상기 연결바(130)를 일단을 고정시키는 제1 사이드블록(114a, 114b)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제1 접속블록(112)은 상기 강체전차선(50)의 상측에 배치되어 강체전차선(50)과 접촉함으로써 전기적인 연결을 이루게 된다. 본 실시예에서 상기 강체전차선(50)은 도 1과는 다른 변형예로 이루어진다.

구체적으로 상기 강체전차선(50) 상부에는 상부돌출부(56)가 형성되며, 상기 제1 접속블록(112)에는 상기 상부돌출부(56)에 대응되도록 내측으로 인입된 인입홈(도 11 122a 참조)이 형성된다. 그리고 상기 접속블록(112) 와 강체전차선(50) 사이에는 미도시된 전기접점부재(140)가 개재되어 강체전차선(50)과 제1 접속블록(112)의 전기적 접점을 형성한다. 상기 전기접점부재(140)의 구체적인 형상과 특성에 대해서는 후술하기로 한다.

상기 상부돌출부(56)는 다수 개가 형성될 수 있는데 본 실시예에서는 강체전차선(50) 상부에 두 개가 형성된다. 물론 이에 한정되는 것은 아니며, 3개 이상의 다수 개가 형성될 수 있다.

상기 강체전차선(50)의 상부돌출부(56)는 상기 제1 접속블록(112)의 홈과 맞물려 제1 접속블록(112)을 고정할 뿐만 아니라, 강체전차선(50) 자체의 2차 모멘트를 크게 하고 강성을 증가시켜 강체전차선(50)의 처짐을 방지하는 역할을 수행한다.

상기 강체전차선(50)의 몸체 내측으로는 내측돌기부(58)가 형성되어 전술한 연결플레이트(70, 도 2 및 도 3 참조) 체결 시 정위치에 정렬시키는 역할과 함께 강체전차선(50)의 강성을 증가시키는 역할을 수행한다.

상기 전기접점부재(140)는 상기 제1 접속블록(112)과 강체전차선(50) 사이에 개재될 수 있으며, 자세한 설치구조는 후술하기로 한다.

상기 강체전차선(50) 측면에는 제1 사이드블록(114a, 114b)이 결합될 수 있다. 상기 제1 사이드블록(114a, 114b)은 두 개의 부재가 결합하여 이루어질 수 있는데 그 사이에는 상기 연결바(130)가 고정 결합될 수 있다.

상기 제1 사이드블록(114a, 114b)은 상기 제1 접속블록(112)과 접촉하여 전기적 연결을 이루고 상기 연결바(130)와도 접촉하여 전기적 연결을 이룬다. 그리고 상기 고정블록유닛(110)과 슬라이딩블록유닛(120)은 연결바(130)를 통해 전기적으로 연결된다.

상기 연결바(130)는 전기전도성이 좋은 금속성 재료로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 구리로 된 구리바가 상기 연결바(130)로 사용될 수 있다. 본 실시예에서 상기 연결바(130)는 원통형의 바 형태로 이루어지며 강체전차선(50)의 길이방향 양측으로 두 개가 구비될 수 있다.

한편, 상기 고정블록유닛(110)의 반대편에 설치되는 슬라이딩블록유닛(120)은 기본적으로 고정블록유닛(110)과 거의 유사한 구조로 이루어진다.

구체적으로, 상기 슬라이딩블록유닛(120)은 타측의 강체전차선(50)과 전기적으로 연결되는 제2 접속블록(122)과, 상기 제2 접속블록(122)과 전기적으로 연결되며, 상기 연결바(130) 타단을 고정시키는 제2 사이드블록(124a, 124b)을 포함하여 이루어진다.

상기 연결바(130)의 타단은 상기 제2 사이드블록(124a, 124b)에 의해 고정 연결되며, 상기 제2 사이드블록(124a, 124b)은 제2 접속블록(122)과 접촉을 통해 전기적으로 연결된다. 그리고 상기 제2 접속블록(122)은 전기접점부재(140)를 매개로 강체전차선(50)과 전기적으로 접촉하여 통전 가능한 상태를 이룬다.

따라서 일측과 타측의 서로 이웃하는 강체전차선(50)은 단절된 상태에도 불구하고 위와 같은 구조로 이루어진 신축이음장치(100)에 의해 서로 전기적으로 연결되어 전력을 공급할 수 있다.

여기서 상기 고정블록유닛(110)은 일측 강체전차선(50) 단부에 고정 설치되는 반면, 상기 슬라이딩블록유닛(120)은 강체전차선(50)이 슬라이딩 가능한 상태로 설치된다.

도 12에 도시된 것처럼 상기 강체전차선(50)의 신장 시, 이웃하는 강체전차선(50)은 서로 가까워지는 방향으로 이동하는데, 이때 상기 고정블록유닛(110)과 슬라이딩블록유닛(120)은 등거리를 유지한 상태에서 슬라이딩블록유닛(120)이 설치된 쪽의 강체전차선(50)이 슬라이딩블록유닛(120) 상에서 슬라이딩한다.

그리고 반대로 상기 강체전차선(50)의 수축 시, 도 13에서 보는 바와 같이, 이웃하는 강체전차선(50)은 서로 멀어지는 방향으로 이동하는데, 역시 상기 고정블록유닛(110)과 슬라이딩블록유닛(120)은 등거리를 유지한 상태에서 슬라이딩블록유닛(120)이 설치된 쪽의 강체전차선(50)이 슬라이딩블록유닛(120) 상에서 슬라이딩한다.

이와 같이 강체전차선(50)이 신장과 수축을 반복하더라도 분리된 양쪽의 강체전차선(50)은 신축이음장치(100)를 구성하는 고정블록유닛(110), 슬라이딩블록유닛(120), 연결바(130), 전기접점부재(140) 등에 의해 계속하여 전기적 연속성을 유지하게 되며, 상기 전기접점부재(140)는 상기 슬라이딩하는 강체전차선(50)의 유연한 이동성을 보장해주고 상기 강체전차선(50)이 움직이는 동안에도 제1 접속블록(112) 및 제2 접속블록(122)과의 사이의 일정한 접촉력을 유지시켜 준다.

한편, 상기 슬라이딩하는 강체전차선(50)은 전기적 접점이 이동하여 변하기 때문에 제2 접속블록(122)과 연결되지 않은 부분이 노출되어 먼지 등 이물질이 쌓이게 될 수 있다. 그리고 이를 방치할 경우 접촉저항이 증가하거나 슬라이딩 자체를 방해하는 요인으로 작용할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 신축이음장치(100)는 상기 타측 강체전차선(50) 즉, 상기 슬라이딩블록유닛(120)이 설치된 쪽의 강체전차선(50) 상부에 설치되는 커버고정부(162)와, 일단은 상기 커버고정부(162)에 고정되고 타단은 상기 슬라이딩블록유닛(120)에 고정되어 상기 강체전차선(50) 상부가 외부로 노출되지 않도록 커버하는 신축커버(160)를 구비한다.

상기 신축커버(160)는 도 12와 도 13에서 보는 바와 같이, 벨로우즈 타입의 신축이 가능한 구조로 이루어지며, 상기 강체전차선(50)이 신축을 위한 슬라이딩 시, 그에 맞추어 늘어나거나 줄어들 수 있다.

그리고 상기 고정블록유닛(110)과 슬라이딩블록유닛(120) 사이에도 슬라이딩하는 강체전차선(50)이 노출될 수 있으므로, 도 7과 도 8에 도시된 것처럼 상기 고정블록유닛(110)과 슬라이딩블록유닛(120) 사이 공간을 커버하는 상부커버(102)와 측면커버(104)가 구비될 수 있다.

한편, 상기 고정블록유닛(110)과 슬라이딩블록유닛(120) 하부에는 단절된 전차선(54) 대신에 기계적인 연결을 이루어 전동차(1, 도 6 참조) 상부에 설치된 팬터그라프(2, 도 6 참조)와 전기접촉을 이루도록 러너(150)가 구비된다.

상기 러너(150)는 강체전차선(50)을 기준으로 양측 하부에 2개가 구비되며, 각각의 러너(150)는 러너지지부(152)에 의해 상기 고정블록유닛(110)과 슬라이딩블록유닛(120)에 고정된 상태로 지지될 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치 전기접점부재의 일 예를 도시한 사시도이고, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치 전기접점부재를 도시한 확대구성도이며, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치 전기접점부재에 작용하는 전류 흐름 및 슬립포스를 나타낸 구성도이다. 도 17과 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치 전기접점부재가 설치되는 예를 도시한 부분사시도이고, 도 19와 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축이음장치 볼트홀 전기접점부재가 설치되는 예를 도시한 부분사시도이다.

도 14에 도시된 것처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 전기접점부재(140a, 140b)는 길이방향으로 다수가 배치된 접촉날(142a, 142b)과 상기 다수의 접촉날(142a, 142b) 양측을 고정시키는 접촉날 고정부(144a, 144b)로 구성될 수 있다.

상기 접촉날(142a, 142b)의 형태는 도 14에 두 가지 예가 나타나 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 변형 실시될 수 있다. 상기 접촉날(142a, 142b)의 간격은 약 1mm 내지 5mm이고 각각의 전류 용량은 10A 내지 40A로 이루어질 수 있다.

도 15와 도 16에서 보는 바와 같이 슬라이딩블록유닛(120)에 설치되는 전기접점부재(140)는 상부는 제2 접속블록(122)과 접촉하고, 하부는 강체전차선(50)과 접촉하게 된다.

이때 상기 전기접점부재(140)에 작용하는 단위 길이당 슬립포스(slip force)의 크기가 문제될 수 있다. 고정블록유닛(110)에 개재되는 전기접점부재(140)는 강체전차선(50)이 움직이지 않으므로 슬립포스가 문제되지 않지만, 슬라이딩블록유닛(120)에 개재되는 전기접점부재(140)는 강체전차선(50)의 슬라이딩으로 인해 슬립포스가 작용한다.

이때, 강체전차선(50)과 슬라이딩블록유닛(120) 사이에 개재되는 전기접점부재(140)에 작용하는 단위 길이당 슬립포스는 0.5N/mm 내지 3N/mm 범위 내에서 결정되어야 하며, 상기 범위의 슬립포스가 작용함으로써 전기접점부재(140)가 안정적으로 전기적 접촉을 유지할 수 있다.

상기 전기접점부재(140)가 설치되는 예는 도 17과 도 18에 도시된 바와 같다. 구체적으로 상기 전기접점부재(140)는 다수의 접촉날(142)이 일방향을 따라 구비되고, 상기 강체전차선(50)이 슬라이딩하는 방향과 상기 다수의 접촉날(142)이 구비되는 일방향이 서로 수직을 이루도록 전기접점부재(140)가 배치될 수 있다.

이를 위해 상기 슬라이딩블록유닛(120)의 제2 접속블록(122) 하면에 다수의 안착홈(122b)이 형성되고 상기 전기접점부재(140)가 상기 안착홈(122b)에 삽입설치될 수 있다. 그리고 상기 전기접점부재(140)가 이탈하지 않도록 상기 안착홈(122b) 양 측에는 단턱부(122c)가 구비될 수 있다.

상기 안착홈(122b)은 강체전차선(50)의 상부돌출부(56)가 삽입되는 인입홈(122a) 사이에 다수가 구비되는데, 전기접점부재(140)의 삽입방향과 슬라이딩블록유닛(120)의 진행방향이 서로 수직을 이루도록 형성된다.

이와 같이 전기접점부재(140) 접촉날(142)이 구비되는 방향과 강체전차선(50) 슬라이딩 방향을 서로 수직으로 구성하면, 접촉날(142)이 들려서 변형 또는 파손되거나 마찰력이 증가하는 현상을 억제할 수 있다.

한편, 도 19와 도 20에 도시된 바와 같이, 고정블록유닛(110)이나 슬라이딩블록유닛(120)의 조립을 위해 형성되는 볼트홀(124b')에는 전기적 연결을 위한 볼트홀 전기접접부재(200)가 추가로 구비될 수 있다.

상기 볼트홀 접점부재(200)는 중앙에 볼트홀(220)을 구비하며, 원주방향을 따라 다수의 접촉날(240)을 구비할 수 있다.

상기 볼트홀 접점부재(200)는 주로 제1 사이드블록(114a, 114b)이나 제2 사이드블록(124a, 124b)에 형성된 볼트홀(124b')에 설치될 수 있으며, 상기 볼트홀 접점부재(200)이 안착될 수 있도록 볼트홀(124b') 외측으로 볼트홀 접점부재(200)의 형상에 대응되는 삽입홈(124b')이 형성된다.

지금까지 설명한 본 발명에 따른 강체전차선 신축이음장치는 터널 구간에서 전동차에 전력을 공급하기 위해 설치되는 강체전차선의 전기적 연결을 효율적으로 유지하고, 온도 변화에 따른 팽창과 수축에도 강체전차선의 전기적, 기계적 연속성을 안정적으로 유지할 수 있도록 유연한 이동성을 발휘할 수 있다.

그리고 강체전차선 간의 전기적 연결 시 신축이음장치의 접속블록과 강체전차선 간의 안정적인 전기적 연결을 유지하고 접촉불량 발생을 방지할 수 있으며, 전기적 접촉이 이루어지는 부분에 먼지 등 이물질이 쌓이는 것을 방지하여 장시간 동안 제품 성능을 유지하고 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 전기적 접촉면이 넓어 대전류 이송에 적합하면서도, 기존 구조보다 구조를 단순화하여 유지 보수성을 높일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

Claims

서로 이웃하는 강체전차선 사이를 신축 가능하게 연결하는 신축이음장치에 있어서,

일측 강체전차선 단부에 고정되어 상기 일측 강체전차선과 전기적으로 연결되는 고정블록유닛;

타측 강체전차선이 슬라이딩 가능하게 연결되며, 상기 타측 강체전차선과 전기적으로 연결되는 슬라이딩블록유닛;

일단은 상기 고정블록유닛에 연결되고 타단은 상기 슬라이딩블록유닛에 연결되어 상기 고정블록유닛과 상기 슬라이딩블록유닛을 전기적으로 연결하는 연결바; 및,

상기 일측 강체전차선과 고정블록유닛 사이 및 상기 타측 강체전차선과 슬라이딩블록유닛 사이 중 어느 하나 이상에 개재되어 전기적 접촉을 형성하며, 탄성을 가지는 적어도 하나의 전기접점부재;를 포함하는 신축이음장치.
제1항에 있어서,

상기 전기접점부재는 다수의 접촉날이 일방향을 따라 구비되고,

상기 강체전차선이 슬라이딩하는 방향과 상기 다수의 접촉날이 구비되는 일방향이 서로 수직을 이루도록 전기접점부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 신축이음장치.
제1항에 있어서,

상기 일측과 타측 강체전차선의 신장과 수축 시, 상기 고정블록유닛과 슬라이딩블록유닛은 항상 등거리를 유지하는 것을 특징으로 하는 신축이음장치.
제1항에 있어서,

상기 일측과 타측 강체전차선의 신장과 수축 시, 상기 타측 강체전차선이 상기 슬라이딩블록유닛 상에서 슬라이딩하는 것을 특징으로 하는 신축이음장치.
제1항에 있어서,

상기 고정블록유닛은,

상기 전기접점부재를 매개로 상기 일측 강체전차선과 전기적으로 연결되는 제1 접속블록과,

상기 제1 접속블록과 전기적으로 연결되며, 상기 연결바 일단을 고정시키는 제1 사이드블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축이음장치.
제5항에 있어서,

상기 슬라이딩블록유닛은,

상기 전기접점부재를 매개로 상기 타측 강체전차선과 전기적으로 연결되는 제2 접속블록과,

상기 제2 접속블록과 전기적으로 연결되며, 상기 연결바 타단을 고정시키는 제2 사이드블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축이음장치.
제6항에 잇어서,

상기 전기접점부재는 다수의 접촉날이 일방향을 따라 구비되고,

상기 강체전차선이 슬라이딩하는 방향과 상기 다수의 접촉날이 구비되는 일방향이 서로 수직을 이루도록 전기접점부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 신축이음장치.
제1항에 있어서,

상기 일측과 타측의 강체전차선을 기계적, 전기적으로 연결하여 팬터그라프와 전기적 접점을 유지하는 러너와,

상기 러너를 상기 고정블록유닛과 슬라이딩블록유닛에 고정된 상태로 지지하는 러너지지부를 더 포함하는 신축이음장치.
제1항에 있어서,

상기 타측 강체전차선 상부에 설치되는 커버고정부와,

일단은 상기 커버고정부에 고정되고 타단은 상기 슬라이딩블록유닛에 고정되어 상기 강체전차선 상부가 외부로 노출되지 않도록 커버하는 신축커버를 더 포함하는 신축이음장치.
제9항에 있어서,

상기 고정블록유닛과 슬라이딩블록유닛 사이 공간을 커버하는 상부커버와 측면커버를 더 포함하는 신축이음장치.
제1항에 있어서,

상기 타측 강체전차선과 상기 슬라이딩블록유닛 사이에 개재되는 전기접점부재에 작용하는 단위 길이당 슬립포스(slip force)는 0.5N/mm 내지 3N/mm 인 것을 특징으로 하는 신축이음장치.
제1항에 있어서,

상기 고정블록유닛과, 슬라이딩블록유닛의 조립을 위한 적어도 하나의 볼트홀에는 전기적 연결을 위한 볼트홀 전기접점부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 신축이음장치.