표제지
목차
요약 12
I. 서론 14
1. 연구의 배경 및 목적 14
2. 연구 내용 및 구성 16
II. 전차선로 애자 전기적 사양 분석 17
1. 전차선로 구성 및 애자의 종류 17
2. 전차선로 애자의 사용 환경과 절연성능 특성 24
가. 전차선로 이상전압의 종류 24
나. 교류 전차선로의 절연협조 26
다. 전차선로 애자의 절연강도 27
라. 전차선로 애자의 섬락거리 29
3. 전차선로 애자 성능 분석 32
III. 전차선로 애자 오염 및 낙뢰 영향 38
1. 전차선로 애자 사용 환경 38
2. 애자 오염상태 관리 기준 41
3. 오염에 의한 애자 절연열화 사례 44
4. 오염된 애자의 국내외 관리현황 51
가. 인력에 의한 애자 세척 59
나. 실리콘 컴파운드 도포 60
다. 애자 절연성능 향상 63
5. 낙뢰에 의한 전차선로 애자 섬락사례 65
가. 직격뢰에 의한 서지 66
나. 서지 전압의 특징 68
다. 서지의 전차선로 영향 69
라. 급전계통의 영향 69
마. 낙뢰에 의한 전차선로 애자 섬락 사례 72
6. 낙뢰의 전차선로 애자 영향 해석 76
가. EMTP에 의한 전차선로 낙뢰 해석 76
나. 해외 연구사례 89
IV. 오염지역 전차선로 애자 개발 93
1. 오염지역 폴리머애자 설계 방법 93
2. 애자 재질 결정 94
3. 오염지역 특성을 반영한 형상 설계 96
4. 철도건설기준과 애자길이 관계 102
5. 오염등급 적용 및 표면누설거리 결정 104
6. 낙뢰에 대한 섬락 안전성 검토 107
7. 장간애자 및 지지애자 사양 검토 108
8. 장간애자 및 지지애자 개발품 설계 111
가. 장간애자 설계 111
나. 지지애자 설계 118
9. 시제품 제작 및 성능검증 122
가. 시제품 제작 122
나. 시제품 성능검증 123
다. 오염지역 전차선로 애자 성능 시험 126
V. 절연성능 향상효과 현장 검증 130
1. 현장검증을 위한 오염지역 선정 130
2. 누절전류를 이용한 애자 오염상태 측정 방법 132
3. 누설전류 측정 및 데이터 분석 134
가. 충북선 인등터널 134
나. 영동선 솔안터널 137
다. 영동선 정동진~안인 139
4. 철거품 상태 확인시험 141
가. 전기적, 기계적 성능 확인 141
나. 발수성 확인 142
VI. 결론 144
ABSTRACT 146
참고문헌 149
부록[내용없음] 5
[표 2-1] 전차선로 애자 종류별 사용 개소 18
[표 2-2] 교류 25㎸ 전차선로 애자 형별 명칭 및 용도 21
[표 2-3] 교류 급전회로에서 발생하는 이상전압의 종류 26
[표 2-4] 전차선에 의해 전원이 공급되는 회로에 대한 정격임펄스 전압 30
[표 2-5] 정격임펄스 전압의 공기 중 최소 여유간격(EN50124-1의 Table A.3... 31
[표 2-6] 전차선로 애자 종류별 전기적 성능 32
[표 2-7] 일본철도 장간애자의 3가지 종류 33
[표 2-8] 국내외 전차선로 장간애자 전기적 성능 비교 34
[표 2-9] 국내의 전차선로 지지애자 전기적 성능 비교 36
[표 3-1] 연도별 전철화율 38
[표 3-2] 터널 분진성분 40
[표 3-3] 오염된 애자 절연저항 측정결과 41
[표 3-4] 염분부착밀도에 의한 오염등급(비에 씻기는 지역 기준) 42
[표 3-5] 해안거리별 오염등급(비에 씻기는 지역 기준) 42
[표 3-6] 일본전기연구협동연구회 오염지역 분류 43
[표 3-7] 중앙선 청량리~서원주 구간 현수애자 섬락 현황 45
[표 3-8] 중앙선 청량리~서원주 구간 현수애자 절연불량 세부 현황 45
[표 3-9] 중앙선 청량리~서원주 구간 현수애자 절연저항 측정결과 47
[표 3-10] 오염지역 전차선로 애자 설치 기준 48
[표 3-11] 적외선 카메라 열화상 판정기준(철도공사) 50
[표 3-12] 전차선로 애자 청소주기(철도공사) 52
[표 3-13] EVA 갓 커버의 표면 변화 57
[표 3-14] 일본 신간선 애자청소 방법 검증 58
[표 3-15] 국내철도 적용 애자 소재와 실리콘 컴파운드 전기적 특성 62
[표 3-16] 고속철도 터널 구성 비율 64
[표 3-17] 낙뢰의 종류 66
[표 3-18] 전차선로 애자 섬락 발생 현황(고속선, 2010년~2017년) 72
[표 3-19] 최근 10년간 낙뢰로 확인, 추정되는 순간 정전 현황 73
[표 3-20] 낙뢰로 인한 전철설비 피해 현황(신호 통신, 차량 피해 제외) 73
[표 3-21] 선로별 데이터 80
[표 3-22] 중국 고속철도 애자 50% 충격섬락 전압 91
[표 4-1] 절연애자 종류 및 특징 95
[표 4-2] 오염특성 절연설계 기준(IEC 60815-3) 97
[표 4-3] SPS 등급별 누설거리 요소 98
[표 4-4] IEC 60815-3의 오염지역 애자 형상별 설계요소 99
[표 4-5] IEC 60815-3의 개발품 적용 100
[표 4-6] IEC 60815-1의 Table 5 오염 환경 등급 104
[표 4-7] 오염등급과 공칭누설거리(IEC 60815-3) 106
[표 4-8] 오염지역용 AC 25㎸ 장간애자 및 지지애자 사양 108
[표 4-9] 장간애자 기존제품과 개발품 사양 비교 109
[표 4-10] 지지애자 기존제품과 개발품 사양 비교 110
[표 4-11] 장간애자 인장파괴하중 및 굽힘 파괴하중 시험 결과 112
[표 4-12] 장간애자 전계해석 조건 및 유전율 115
[표 4-13] 폴리머애자의 최대 전계강도(EPRI report #1015917 : In summary... 116
[표 4-14] 지지애자 인장파괴하중 및 굽힘 파괴하중 시험 결과 119
[표 4-15] 지지애자 전계해석 조건 및 유전율 121
[표 4-16] 사양에 따른 시험 결과(장간애자 지지애자 동일 항목) 124
[표 4-17] IEC 규격의 시험분류 항목 126
[표 4-18] 장간애자 주요 성능지표와 개발품 비교 127
[표 4-19] 지지애자 주요 성능지표와 개발품 비교 127
[표 4-20] 공인시험 성능확인 시험 결과(장간애자, 지지애자 동일) 128
[표 5-1] 터널구간 현장 설치시험 대상개소 130
[표 5-2] 누설전류 측정장치 측정항목 및 성능 133
[표 5-3] 장간애자 철거품 성능확인 시험 결과 141
[표 5-4] 지지애자 철거품 성능확인 시험 결과 142
[그림 2-1] 전차선로 구성 17
[그림 2-2] 전차선로 애자 종류 20
[그림 2-3] 전차선로 애자 종류별 의형도 24
[그림 2-4] 전차선로 급전회로 구성 25
[그림 2-5] 교류전철 25㎸ 절연강도 27
[그림 2-6] 애자 구조도 명칭 29
[그림 2-7] 전차선로 장간애자 형상 35
[그림 2-8] 전차선로 지지애자 형상 37
[그림 3-1] 전철망 현황 39
[그림 3-2] 전차선로 애자 오염상태 41
[그림 3-3] 신간선터널 ESDD와 섬락전압 관계 43
[그림 3-4] 자기재 현수애자 열화 상태 49
[그림 3-5] 전차선로 애자 적외선, 자의선 측정 사례 51
[그림 3-6] 유로터널 전차선로 애자 교체 사례 53
[그림 3-7] 일본철도 ESDD, NSDD 변화 곡선 54
[그림 3-8] 습윤 상태의 청소 전, 후 비교 55
[그림 3-9] ESDD와 습윤 상태 오손 섬락전압 특성 56
[그림 3-10] EVA 갓 커버의 표면 상태(SEM x 200배) 57
[그림 3-11] 애자 청소방법 59
[그림 3-12] 터널브래킷 절연불량 사례 60
[그림 3-13] 일본철도 실리콘 컴파운드 적용 63
[그림 3-14] 서지전압의 전파 68
[그림 3-15] 섬탁으로 인한 애자, 설비류 손상 74
[그림 3-16] 직격퇴로 인한 현수애자 파손 74
[그림 3-17] 한국전력공사 낙뢰고장 분석 75
[그림 3-18] 교류 전기철도시스템의 구성도(가공지선이 없는 경우) 78
[그림 3-19] 전차선로 시스템의 기하학적 구조 79
[그림 3-20] 전차선로 시스템의 T형 등가모델 79
[그림 3-21] 교류 전차선로 상세 구성도(가공지선 포함) 81
[그림 3-22] 뇌격전류 파형 82
[그림 3-23] 가공지선의 뇌격 차폐효과 및 차폐효율 83
[그림 3-24] 뇌격전류(가공지선이 없는 경우) 84
[그림 3-25] 뇌격전압(가공지선이 없는 경우) 85
[그림 3-26] 뇌격전류(가공지선을 설치한 경우) 86
[그림 3-27] 뇌격전압(가공지선을 설치한 경우) 87
[그림 3-28] AT급전방식 전차선로 회로도 90
[그림 3-29] 가공선의 낙뢰 영향 범위 90
[그림 3-30] 전철주 낙뢰 시 급전선과 전차선 애자의 전압 파형 91
[그림 3-31] 급전선과 전차선 낙뢰 시 애자의 전압 파형 92
[그림 4-1] IEC 60815-1에 따른 설계 흐름도 93
[그림 4-2] 애자의 일반적인 개방 형상 96
[그림 4-3] 오염지역 애자 형상 및 개발품 101
[그림 4-4] 고속철도 전차선로 표준장주도 102
[그림 4-5] 일반철도 전차선로 표준장주도 103
[그림 4-6] IEC 60815-1의 장간애자 지역오염도 106
[그림 4-7] 개발품 장간애자 형상 비교 109
[그림 4-8] 개발품 지지애자 형상 비교 110
[그림 4-9] 장간애자 FRP ROD 압착 상태 112
[그림 4-10] 장간애자 모델링 114
[그림 4-11] 장간애자 설계도 114
[그림 4-12] 장간애자 전계해석 116
[그림 4-13] Sheath부와 금구부 전계강도 측정위치 117
[그림 4-14] Sheath부 전계 강도 117
[그림 4-15] 금구부 전계강도 117
[그림 4-16] 지지애자 FRP ROD 압착 상태 119
[그림 4-17] 지지애자 모델링 120
[그림 4-18] 지지애자 설계도 120
[그림 4-19] 지지애자 전계해석 121
[그림 4-20] Sheath부 전계강도 122
[그림 4-21] 금구부 전계강도 122
[그림 4-22] 지지애자 제작 공정 123
[그림 4-23] 장간애자 사양(안)에 따른 전기적 특성시험 124
[그림 4-24] 장간애자 사양(안)에 따른 기계적 특성시험 125
[그림 5-1] 현장조사 전경 131
[그림 5-2] 누설전류 측정시스템 구성도 132
[그림 5-3] 누설전류 측정원리 133
[그림 5-4] 인등터널 설치개소(8호/10호, 187호/188호) 134
[그림 5-5] 인등터널 상부 장간애자 측정데이터(8호, 10호) 135
[그림 5-6] 인등터널 상부, 경사 장간애자 측정데이터(187호, 188호) 136
[그림 5-7] 철거품 오염상태(인등터널) 136
[그림 5-8] 솔안터널 설치개소(5호, 6호) 137
[그림 5-9] 솔안터널 상부 장간애자 측정데이터(5호, 6호) 138
[그림 5-10] 솔안터널 철거품 오염상태 138
[그림 5-11] 정동진~안인 설치개소(지지애자 179-23/1814호, 장간애자... 139
[그림 5-12] 정동진~안인 상부 장간애자 측정데이터(182-1호, 181-18호) 140
[그림 5-13] 철거품 오염상태(정동진~안인) 140
[그림 5-14] IEC 6207의 발수성 6단계 142
[그림 5-15] 실증시험 전, 후 발수 상태 143