# 전철전력설비 및 전차선로

RAILWAY ELECTRIFICATION SYSTEM

고등학교 철도일반: 전차 선로 - 전철 전력 설비

목차
TABLE OF CONTENTS

- 01. 시작 & 목차 (현재 페이지)
- 02. 전차선로의 정의
- 03. 전차선로의 특징
- 04. 핵심 구성요소: 전차선
- 05. 전차선의 높이 및 편위
- 06. 전차선의 요건
- 07. 핵심 구성요소: 조가선

- 08. 전차선로 부속 설비
- 09. 절연 구간
- 10. 수전 선로
- 11. 급전 구분소 및 변전 시설
- 12. 배전 선로 및 배전 설비
- 13. 원격 감시 제어 설비 (SCADA)
- 14. 종료 엔딩페이지

01. 전차선로의 정의
DEFINITION

### 전차선로 설비의 정의

전동차의 접전 장치와 접촉, 습등하여 전력을 공급하기 위한 전차선과 이것을 궤도면상 일정한 높이로 수평하게 지지하기 위한 조가선 및 이에 부속하는 설비를 총칭하여 전차 선로 설비라 하며, 전차 선로 구조는 사진과 같다.

전차선로 구조 사진
02. 전차선로의 특징
CHARACTERISTICS

전차 선로는 전동차의 신뢰성 있는 전력을 공급하기 위한 설비로서 공공성이 높고, 예비 선로가 없으며, 또한 다른 설비와 밀접한 상관관계가 있고, 다음과 같은 특징이 있다.

1. 전동차의 운전의 의해 부하점이 이동하며, 그 부하는 급격한 변동을 수반하므로 이에 대한 충분한 검토가 필요하다.

2. 전동차 집전 장치와 전차선과는 불완전 접촉 상태로서 이선의 위험성이 상존한다.

3. 철도 선로 구조물(터널, 건축물, 교량, 역사 등)에 의하여 제한을 받는다.

4. 전동차의 집전 장치 특성의 영향을 받으며, 레일을 귀선으로 하는 전기 회로이다.

5. 다른 전기 선로의 비해 예비 선로를 갖지 못한다.

6. 전기차의 진동과 강풍 시에도 집전 장치(pantograph)의 통과의 지장이 없도록 충분한 기계적 이격을 유지하고, 동시에 진동과 동요가 작도록 하여야 한다.

03. 핵심 구성요소: 전차선
CONTACT WIRE

### 전차선 (Contact Wire)의 정의

전차선은 전기차의 집전 장치(팬터그래프)와 습동 접촉에 의하여 전기차에 필요한 부하 전류를 공급해 주는 중요한 설비로서, 팬터그래프의 마찰에 의해 전차선 단면적이 감소되어 규정치 이하가 되면 교체해야 한다.

- * 국내 도시 철도 구간 지하부 및 지상부 전차 선로는 원형과 제형 전차선을 주로 사용하고 있다.
- * 두 전차선의 전기적 특성은 동일하지만, 제형 전차선은 원형에 비해 집전 성능이 양호하고, 내 마모성이 강하다는 장점이 있다.
- * 전차선은 가공 전선과 달리 장력이 크고, 팬터그래프에 의한 마모, 충격을 받는 외에도 차량 사고로 연결되는 과대 전류의 의한 단선의 위험을 동반하기 때문에 전선 굵기는 굵게 할 필요가 있으나, 굵은 전선은 전기 용량, 장력 등을 많이 받을 수 있는 이점이 있는 반면에 초기 투자비의 증대와 작업성 등에서 불리하다.

전차선(원형/제형) 사진
04. 전차선의 높이 및 편위
HEIGHT & DEVIATION

### 전차선의 높이

가공 전차 선로의 전차선 높이는 전차 선로 속도 등급에 따라 5,000mm에서 5,200mm를 표준으로 한다. 다만, 전차 선로 속도 등급 200km급 이하에 대하여 해당 노선의 특수 화물 적재 높이를 고려하여 전 구간을 5,400mm까지 높일 수 있다.

### 전차선의 편위

팬터그래프 접촉면(습판체)의 한 부분만을 연속하여 전차선과 접촉하게 되면 편마모 현상이 발생하여 접촉면의 수명이 단축될 수 있다. 이것을 방지하기 위하여 직선로 및 곡선 반경 1,600m 이상의 선로에서는 전철주 두 개 사이를 일주기로 좌우 200mm의 편위 를 두도록 하고 있다. 이 모양을 본떠 지그재그(zigzag) 가선이라고 한다.

지그재그(zigzag) 가선 방식 사진
05. 전차선의 요건
REQUIREMENTS

### (가) 등고

등고란 레일 면에서의 전차선의 높이가 일정하여야 한다는 것을 말한다. 전차선의 고저차가 있거나 전차선의 기울기 변환점에서는 집전장치가 관성 때문에 도약 현상을 일으켜 이선이 생기기 쉽다. 따라서 전차선은 가급적 수평으로 가설해야 한다.

### (나) 등요

가선 철물류를 붙인 개소는 다른 부분에 비하여 전차선의 부분적 하중이 증가하여 팬터그래프가 전차선으로부터 받은 충격으로 하강하였다가 복귀할 때까지 이선 현상이 발생한다. 따라서 전차선의 탄성이 전구간에 균일해야만 이선 현상이 적게 발생한다.

### (다) 등장력

등장력이란 전차선의 장력이 항상 일정해야 하는 것을 말한다. 전차선은 온도 변화에 따라 신축하여 등고의 원칙에서 벗어나 이선 현상을 일으키기 쉽다. 전차선에 장력을 주지 않으면 전차선의 강성은 대단히 약해지고, 장력을 크게 하면 전차선이 끊어질 위험이 있으므로, 이러한 점을 고려하여 전차선의 장력을 결정하고 또한 자동 장력 조정 장치로 항상 일정한 장력을 유지해야 한다.

06. 핵심 구성요소: 조가선
MESSENGER WIRE

### 조가선 (Messenger Wire)의 정의

조가선이란 가공 전차선에서 주로 사용되는 전선으로, 전차선을 일정한 높이로 수평 유지시키기 위하여 드로퍼 및 행거 등을 이용하여 조가하여 주는 전선을 말한다.

### 국내 조가선의 종류 및 채택

국내에 사용되는 조가선에는 청동 연선(Bz), 카드뮴 동연선(CdCu), 아연도 강연선(St) 등의 종류가 있으며, 도시 철도 구간에서는 경제적이고 인장 강도가 큰 아연도 강연선이 주로 사용된다.

조가선 사진
07. 전차선로 부속 설비
AUXILIARY EQUIPMENT

### 1. 전차 선로 지지물

전차 선로 지지물은 조가선, 전차선 등의 하중을 지지하는 설비로서 부담 하중의 크기나 설치 장소에 따라 조합 철주, 강관주, H형 철주 등이 사용된다.

### 2. 균압 설비

두 개의 전선 간에 불안전한 접속으로 전차선의 전압 강하에 의하여 전위차가 생기는 경우 행거와 조가선 간의 아크나 전식이 생겨 손상이 된다. 이를 방지하기 위하여 필요한 개소에 전차선과 조가선을 전기적으로 접속하여 양자 간의 전위차를 없게 하는 것이 균압선이다.

### 3. 진동 방지 및 곡선 당김 장치

전차선 풍압이나 팬터그래프를 통과시에 가해지는 힘에 의하여 흔들림을 방지하는 장치이다. 또한 지그재그 가선을 구성하기 위하여 조가선은 지그재그로 지지되지만, 전차선은 장력 때문에 지그재그로 하기 어려워서 이를 조정하는 역할도 가지고 있다.

### 4. 구분 장치

사고시나 보수 작업을 위하여 전차 선로를 국부적으로 정전시킬 목적으로, 변전소 앞이나 역의 상하선별, 본선과 측선의 구분, 검사고 등에 설치되며, 개폐 설비의 의하여 이와 같은 것을 전기적으로 구분될 수 있도록 한 절연 장치이다.

### 5. 장력 조정 장치

전차선과 조가선은 온도 변화에 따른 선팽창 계수에 의한 신축과 부하 전류에 의한 신축 이외에 전차선에 대해서는, 마모에 의한 탄성 신장과 세월이 경과함에 따라 생기는 영구 신장 등으로 인하여 신장된다. 이것을 자동 또는 수동으로 보정하여 장력을 일정하게 확보하도록 하는 장치이다.

08. 절연 구간
NEUTRAL SECTION

전차 선로는 전동차에 전기를 공급하여 운행할 수 있도록 하는 특수한 전기 설비이다. 전기적인 특성상 서로 다른 전기와 접속할 경우 두 전기간에 서로 마주치지 않도록 절연체로 절연시켜야 되는 설비가 필수적인데 이를 절연 구간이라고 한다.

교류 25kV 전철 구간의 급전은 이상 전원을 구분하기 위하여 변전소의 급전 인출구과 그 중간점에 교류 이상 구분 장치를 설치하고, 이것을 일반적으로 절연 구간 또는 교-교 절연 구간이라고 한다.

또한 직류 전철 구간과 교류 전철 구간의 접속 개소에는 교직 접속용의 전기적 구분 장치를 설치하는데, 이를 교-직 절연 구간이라고 한다.

M상 전원 (AC 25kV)
절연구간 (원형 관성운전 마커 활성화)
T상 전원 (AC 25kV)
⚡ 관성 운전 (무전압 통과)
교류 A전원 (M상)
FRP 절연 소호체
교류 B전원 (T상)
▲ 교-교 절연 구간 시뮬레이션
09. 수전 선로
POWER INTAKE LINE

수전 선로란 한국전력변전소에서 전철 변전소 또는 수전 설비 간의 전선로와 이에 부속 되는 설비를 말한다. 배전 선로와 비교해 대전력(대용량), 고전압, 장거리에 설비로서 가공선식과 지중선식으로 구분된다.

가공 선로는 전선과 절연물(애자) 및 지지물로 구성되며, 지중 선로는 전력 케이블을 지중에 매설 송전하는 방식이다. 지중 선로는 가공 대비 건설비가 많이 소요되어 경제적 측면에서 특별한 경우를 제외하고는 대체로 가공 선로로 한다.

[대용량 고전압 급전 전력 공급 계통도]
1

#### 한전 수전

한전 변전소로부터 초고압 대전력 전원 공급 수신 (AC 154kV)

2

#### 전철 변전소 (SS)

철도차량용 전압으로 변성하여 가선에 공급 (AC 25kV / DC 1.5kV)

3

#### 급전 구분소 (SP)

변전소간 전기를 구분하거나 고장 시 인접 전원 연장 급전

4

#### 단말 보조 급전 구분소 (ATP)

전차선로 말단에 단권변압기를 설치하여 전압강하 보상 및 유도장해 경감

5

#### 보조 급전 구분소 (SSP)

작업 및 사고 시 단전 구간을 단축하기 위해 개폐 장치 분리 운용

10. 급전 구분소 및 변전 시설
FEEDING SYSTEM FACILITIES

1. 전철 변전소(SS/Sub Station): 전기 차량 및 전기 철도 설비에 전력을 공급하기 위하여 구외로부터 전송된 전기를 구내에 시설한 변압기, 전동 발전기, 회전 변류기, 정류기 등 기타의 기계-기구에 의하여 변성(전기의 성질을 변화시키는 것)하는 장소로서 변성한 전기를 다시 외부로 전송하는 장소를 말한다.

2. 급전 구분소(SP/Sectioning Post): 전철 변전소 간 전기를 구분 또는 연장 급전을 하기 위하여 개폐 장치, 단권 변압기 등을 설치한 장소를 말한다.

3. 단말 보조 급전 구분소(ATP/Auto Transformer Post): 전차 선로의 말단에 가공 전차선의 전압 강하 보상과 유도 장애의 경감을 위하여 단권 변압기를 설치한 장소를 말한다.

4. 보조 급전 구분소(SSP/Sub Sectioning Post): 선로의 작업, 고장, 장애 또는 사고시에 정선(단전) 구간을 단축하기 위하여 급전 개통의 분리에 필요한 개폐 장치와 단권 변압기 등을 설치한 장소를 말한다.

구 전철 변전소(SS) 현장 사진
구 용산 급전 구분소(SP) 설비 사진
변전설비 회로도 사진
11. 배전 선로 및 배전 설비의 구성
DISTRIBUTION SYSTEM

### 배전 선로 정의

배전 선로란 전철 변전소 또는 수전 설비의 배전반 2차측부터 전기실 등 변압기 1차특까지의 전선로 및 이에 부속되는 개폐 장치 등의 설비를 말한다.

### 배전 설비의 구성

배전 설비는 수전 설비의 배전반 아후로부터 전기 기계-기구에 이르는 전선로, 개폐기, 차단기, 분전반, 콘센트, 제어반, 스위치, 기타 부속 설비 등으로 구성된다.

8단계 배전 흐름도 전기 회로 시뮬레이션
1전선로
2개폐기
3차단기
4분전반
5콘센트
6제어반
7스위치
8부속 설비
12. 원격 감시 제어 설비 (SCADA / Supervisory Control And Data Acquisition: 원격 감시 제어 및 데이터 수집)
SCADA SYSTEM

### 원격 감시 제어 설비 정의

원격 감시 제어 설비(SCADA)란 전철 변전소, 수전실, 전기실 등 원격지에 설치된 전기 설비를 통신망으로 연결하여 전기 관제실의 전기 관제사 및 변전실에서 개폐기 등 각종 기기를 감시, 제어 통제할 수 있도록 설치한 일체의 설비를 말한다.

* SCADA 시스템은 전기 철도에서는 두 가지의 중앙 제어소를 구축하는데, 전철 계통의 급전선을 운용 하기 위한 시스템과 부대 전원 설비를 공급하는 배전 계통을 운용하는 시스템이다. 이를 SCADA 시스템을 운용하는 중앙 제어실을 급전 사령실이라고도 한다.

1. 중앙 제어소 장치(CC): 중앙 제어소 장치(CC)는 피제어소의 각종 전력 설비를 종합 관리하는 곳으로, 주컴퓨터 장치, 연락 장치, 통신 제어 장치 등으로 구성되어 실시간 기록, 통계 및 돌발 상황 대처 업무를 수행한다.

2. 원격소 장치(RTU): 피제어소에 설치되어 변전 설비로부터의 현장 정보를 취득, 분석하여 제어소로 송신하고, 제어 명령을 수신 처리하는 장치이다.

중앙 제어소 (급전 사령실)

#### ① 급전 계통 시스템

가선 전원 제어

#### ② 배전 계통 시스템

역사 부대 전원 운용

##### 변전소 RTU

##### 구분소 RTU

##### 전기실 RTU

# 감사합니다.

이상으로 전철전력설비 및 전차선로에 대한 발표를 마치겠습니다.

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