직류 강체전차선로의 집전방식에 따른 습판체 재질 혼용에 관한 연구 = A Study on the Mixing of Collector Shoe Materials According to the Current Collecting Method of DC Rigid Overhead Conductor-rail System
저자
발행사항
충주 : 한국교통대학교 교통대학원, 2022
학위논문사항
학위논문(박사)-- 한국교통대학교 교통대학원 : 교통정책교통시스템공학과 2022. 2
발행연도
2022
작성언어
한국어
주제어
KDC
326.31 판사항(6)
발행국(도시)
충청북도
형태사항
ⅷ, 95 p. ; 26cm
일반주기명
한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
A Study on the Mixing of Collector Shoe Materials According to the Current Collecting Method of DC Rigid Overhead Conductor-rail System
지도교수:김재문
참고문헌: p.
UCI식별코드
I804:43010-200000598543
소장기관
대도시의 지하부 터널 내 전차선로는 대부분 강체전차선로 방식으로 건설·운영하여 왔고 도시철도는 직류 전기철도 T-Bar방식, 광역철도는 교류 전기철도 R-Bar방식의 강체전차선로가 채택되었다.
전기철도차량의 집전장치인 팬터그래프와 습판체(Collector Shoe)는 여러 가지에 재질을 개선하여 발전하였으며, 운행 선로 조건과 전기철도차량 특성에 알맞은 팬터그래프의 수량 및 상이한 집전방식을 사용하고 있는 실정이다.
팬터그래프의 집전방식은 팬터그래프 1대가 단독으로 집전하여 공급하는 단독집전방식과 팬터그래프 2대를 2차 고압 모선으로 연결한 병렬집전방식으로 구분한다. 직류 급전방식의 팬터그래프 집전방식은 이선에 따른 운행장애 방지를 위해 병렬 집전방식을 적용하고 있다.
전차선에 직접 Sliding하여 전력을 공급하는 습판체의 경우 재질특성에 따라 여러 종류가 있으며, 운행 선로조건을 고려하여 습판체 재질에 대한 합금비율을 변경하여 왔다.
철계 소결합금 습판체는 경도가 높아 전차선 마모가 심하고 납 성분이 함유되어 유해한 요소로 인해 사용 중지되었고 집전특성이 우수한 동계소결합금 재질의 습판체가 사용되어 왔으나, 최근에 메탈라이즈 카본 계열의 습판체가 여러 장점으로 인해 신형 전기철도차량에 적용되고 있다.
기존 직류 강체전차선로 운행 노선조건에 유리한 집전방식과 동일 노선에 습판체의 재질합금 특성이 다른 전기철도차량이 혼용 운행할 때 문제점을 분석하였다.
본 논문에서 밝혀진 연구성과는 다음과 같다.
첫째, 대전류로 운행하는 직류 강체전차선로의 T-Bar 방식은 집전특성에 따른 이선 아크발생의 문제점을 해소하기 위해 고속주행에 유리한 단독 집전방식 보다는 집전특성이 우수한 병렬 집전방식의 팬터그래프를 적용할 경우 운행장애 해소가 가능하다는 것을 확인하였다.
둘째, 강체전차선로를 운행하는 전기철도차량 집전장치의 습판체 재질의 장·단점을 분석하여 적정한 습판체를 제시하였다. 또한 메탈라이즈 카본 재질과 동계 소결합금을 혼용하여 운행할 때 경도가 높은 카본 재질의 유분이 전차선에 점착상태가 미흡한 관계로 메탈라이즈 카본 습판체가 전차선에 대한 공격성이 급격하게 증가하여 이상마모와 운행장애를 유발할 수 있음을 확인하였다.
위와 같이 직류 강체전차선로에 운행하는 전기철도차량의 집전방식과 습판체 재질의 적정한 적용으로 가선시스템의 안정화를 증명하여 연구의 타당성을 확인하였다.
Most of the catenary lines in the underground tunnel of large cities have been constructed and operated in a rigid overhead conductor-rail method. Urban railway have been adopted as DC electric railway T-Bar method and wide area railway as AC electric railway R-Bar method.
A pantograph and collector shoe, which are current collectors of an electric railway vehicle, have been developed by improving various materials. And Electric railway vehicles are used different current collecting methods and the number of pantographs suitable for railway vehicle characteristics and operating track conditions.
The current collecting mehod of the pantograph is divided into a single current collecting method in which one pantograph is collected and supplied alone, and a parallel current collecting method in which two pantograph are connected by a secondary high-voltage cable.
In the DC power feeding type, pantograph current collecting method applies a parallel current collecting method to prevent operation failures caused by contact loss.
There are various types of collector shoes that directly slide contact wire to supply power and the alloy ratio to the collector shoe material has been changed in consideration of the driving track conditions.
The sintered iron alloy collector shoe has been discontinued due to its high hardness, severe contact wire wear, and harmful elements containing lead. Therefore a collector shoe made of a sintered copper alloy with excellent current collecting characteristics has been used. However, recently metalize carbon alloy collector shoe adopted to manufacture new electric railway vehicles due to various advantages.
The problem was analyzed when electric railway vehicles with different material alloy characteristics were mixed on the same route as the current collection mehod, which is advantageous for the conditions of the existing DC rigid overhead conductor-rail system.
The research results revealed in this paper are as follows.
First, it has been confirmed that the T-Bar method of the DC ROCS driven by high current can solve the problem of contact loss-arc generation due to current collecting characteristics, only when a parallel current collecting type pantograph with excellent current collecting characteristics is applied.
Second, an appropriate collector shoe was presented by analyzing the advantages and disadvantages of the collector shoe material of the electric railway vehicle current collector operating on the rigid conductor-rail system.
In addition, it was analyzed that when operating a mixture of metalized carbon material and sintered copper alloy, the adhesion of the hard carbon material to the contact wire is insufficient, which can cause abnormal wear and driving problems.
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