전기철도에서 발생되는 전자계에 관한 연구

김동철 서울산업대학교 철도기술대학원 2003 국내석사

전기철도 시스템은 전자기파 장해 발생원으로 간주되어 전철노선에 인접한 시설물 또는 주변 환경에 대한 전자기파 영향평가와 근본적인 대책을 요구가 빈번하게 제기되고 있으며, 전자기파 발생원을 살펴보면 다음과 같다. 1. 고정설비에 의한 발생원 : 전철설비에 의한 전파잡음의 주요 발생개소로서는 전차선로, 송전선로, 전철변전소, 급전구분소 등이 있다. 전차선로에서는 애자 오염에 의한 방전, 금속동사의 접촉불량에 의한 방전, 전선표면에서의 방전 등이 전파잡음의 원인이 되고, 전철변전소와 급전구분소 등에서는 개폐기와 차단기의 동작에 의해 전파잡음이 발생하는 일이 있다. 변전관련 기기에서는 각종 고압대책을 세우고 있기 때문에 방사되는 전파잡음강도는 환경 레벨과 동일한 정도 이하인 경우가 많다. 2. 차량자체에 의한 발생원 : 차량자체의 전파잡음원으로서는 차상의 각종 전기기기 (조명, 공조 등), 차상의 전력변환기기, 차상의 각종 배선부 등을 들 수 있는데 이 각 기기단체에 대해서는 전파잡음이 방사되지 않도록 방지대책을 세우는 경우가 많다. 그러나 기기단체마다 문제가 없어도 차량이라는 시스템으로서 편성할 때에 위장 상태에 의해서는 예상외의 전파잡음이 발생하는 일이 있다. 특히 최근, 차상에 탑재되어 있는 전력변화기기의 고효율화·고속화에 의해 전파잡음이 발생하는 가능성이 높아지고 있다. 3. 열차주행에 수반하는 발생원 : 열차의 주행에 수반하여 생기는 전파잡음의 경우, 열차가 이동함에 따라서 발생원도 이동하기 때문에 전파방해의 현상이 열차의 통과시와 통과 전후에만 발생한다는 특징을 가지고 있다. 분산동력방식의 차량에서는 팬터그래프와 트롤리선의 이선에 의한 전파잡음이 지배적이 되고, 집중동력방식의 차량에서는 차상 탑재기기에서 방사되는 전파잡음이 지배적이 된다고 생각해 왔었다. 그러나 최근에 차상에 VVVF 인버터 등의 전력변환기를 탑재한 차량이 증가하는 것에 수반하여 전차에 입출력되는 전류에 포함되는 고조파성분이 공간에 방사되는 전자기파가 지배적이 되는 가능성이 점차 높아지고 있다. 환경부의 환경영향평가항목에 전자기파가 포함되어 앞으로 이에 대한 규제가 엄격하게 적용될 것이 예상되므로 전기철도에서도 전자기파에 대한 국내기준 설정이 필요하다. 본 연구에서는 우리나라의 전기철도에서 발생하는 전자기파 잡음을 측정하여 국제기준(IEC62236)의 방사기준과 정량적으로 비교 검토하였다. 검토 결과 구배개소, 전기차량, 변전소 및 송전선로에서의 발생하는 전자기파잡음은 모두 방사기준을 만족하는 것으로 나타났으며, 절연개소 발생 잡음의 경우는 기준치를 초과하였고, 차량에서 발생하는 전자기파는 주변잡음과 비슷하여 문제가 없는 것으로 판단된다. 향후에는 전철화 건설전 후 및 운영단계에서도 지속적으로 전자기파 환경을 측정하고 전기철도 건설기준에 이와 관련된 사항을 명시해서 적극적으로 대처하여 전기철도 시설물 주변에서의 전자기파 발생을 최소화 하여야 한다. The electric railway system the electromagnetic waves was regarded as the cause to which occurs grandly. The near facility or the demand against the evaluation regarding the electromagnetic waves effect against a circumference environment and a basic countermeasure is frequently proposed in the electric railway line. When it tries to observe the cause to which the electromagnetic waves occurs with afterwords it is same. 1. The occurrence cause due to a fixation equipment: As important occurrence place of the electronic noise due to an electric railroad equipment are the catenary line, the transmission line, the electric railway substation and sectioning post. From the catenary the discharge due to the contact defectiveness of the discharge due to the foreign material quality of the insulator and the metal, the discharge from the line surface becomes cause of electronic noise. The electric railway substation and the sectioning post by the operation of the switch which stands and the breaker there is a work where the electronic noise occurs. Volume of the electronic noise which is emitted because makes stand a various high tension countermeasure the case which is below the degree which is identical with an environment level is many from the change relation machinery and tools. 2. The occurrence cause due to a vehicle form: The various electric machinery and tools of the vehicle (illumination and air conditioning equipment), voltage converter of the vehicle, various wiring portion of the vehicle there is a possibility with electronic noise cause of vehicle form. Each machinery and tools group in order for the electronic noise not to be radiated, the case which makes stand a prevention countermeasure is many. If but every the machinery and tools group there is not a problem, when as the system which is a vehicle composing to, it follows in condition and there is a work where the unexpected electronic noise occurs. Specially recently, the voltage change machinery and tools which is loaded at the car streamlines, by a high-speed anger the possibility where the electronic noise occurs is coming to be high. Specially recently, the voltage change machinery and tools which is loaded at the car by streamlining and a high-speeding the possibility where the electronic noise occurs is coming to be high. 3. The Occurrence cause which accompanys to train travelling: It accompanys to travelling of the train and case of the electronic noise which gets, the train moves, when actual condition of electronic jamming the train passes in order also for the occurrence cause to move consequently and it occurs it has a feature in approximately passage. It thought that from the vehicle of dispersion power method the electronic noise due to this line of the pantograph and trolly wire becoming govern, from the vehicle of power method and that at the car the electronic noise which is radiated from the loading machinery and tools becomes govern, it came. It follows in recently the voltage converter of VVVF inverter the loading one vehicle increasing but at the car the possibility where the electromagnetic waves where the harmonic ingredient which is contained in the electric current which becomes input-output in the tank is radiated in the space becomes govern is coming to be high gradually. The electromagnetic waves is contained in environment bringing up for discussion environment effect evaluation item and in the future the regulation against hereupon is strict and to be applied, is forecast standard set of the domestic against the electromagnetic waves even from electric railway it is necessary. It measured the electromagnetic waves noise which occurs from our country electric railway from the research which it sees and (IEC62236) the spinning machine it gave, with comparison it investigated fixed quantity. The electromagnetic waves noise which occurs from investigation result grade place, electric rolling stock, the sub station and with the transmission line gave appeared with the fact that it is satisfied. The case of insulation place Occurrence noise is exceeded the standard, the electromagnetic waves which occurs from the vehicle with circumference noise similarly is judged with the fact that it does not have a problem. To hereafter it measures an electromagnetic waves environment continuously even from the electrification and relates with a this in electric railway construction standard the fact which it see clearly it disposes positively and must minimize the electromagnetic waves occurrence from electric railway facility circumference.

AT급전 전기철도 시스템을 위한 하이브리드 전기품질 보상기

박한얼 서울과학기술대학교 철도전문대학원 2011 국내박사

최근 전기품질에 민감한 기기들 및 분산발전(distributed generation)과 같은 기술의 발달로 인해 계통끼리의 연계가 증가하면서 전기품질 문제가 매우 중요해지고 있다. 낮은 전기품질은 부가적인 에너지 손실과 통신 및 전자기기의 오작동을 일으킬 수 있고, 그 영향이 연계된 건전한 계통에까지 전달될 수 있다. 교류 전기철도 시스템은 이러한 전기품질 문제를 가지고 있는 대표적인 시스템으로 고조파 왜곡, 무효전력의 발생, 단상 부하 불평형과 같은 전기품질 문제를 가지고 있다. 이 같은 전기품질 문제는 전기철도 고유의 특성에 기인하는 것으로써 차량의 전기적 비선형성은 많은 고조파 전류를 발생시키는 원인이 된다. 또한, 이동하는 단상 부하인 차량의 특성은 많은 양의 무효전력을 필요로 하고 심각한 단상 부하 불평형을 야기한다. 이러한 전기품질을 보상하거나 완화하기 위해서 교류 전기철도 급전시스템에는 단권변압기나 Scott 변압기, 수동전력필터와 같은 기기들이 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 수동적인 장치들로는 교류 전기철도 급전시스템에서 나타나는 심각한 전기품질 문제를 완벽히 보상할 수 없다. 따라서 교류 전기철도 급전시스템의 전기품질 향상을 위한 대안으로 능동전력필터에 관한 연구가 다양하게 이루어져 왔다. 본 논문에서는 교류 전기철도 급전시스템에 적용 가능한 대표적인 능동전력필터 구조에 대한 포괄적인 비교연구를 통해 각 구조의 보상특성과 장단점을 밝히고 교류 전기철도 급전시스템의 전기품질 보상에 최적화된 하이브리드 전기품질 보상기와 동기좌표계를 이용한 새로운 제어방법을 제안한다. 제안한 하이브리드 전기품질 보상기는 고조파 전류와 무효전력을 순시적으로 보상함과 더불어 단상 부하 불평형의 보상이 가능하며, 수동전력필터를 통해 능동전력필터의 용량을 줄일 수 있어 대용량 시스템인 교류 전기철도 시스템 적용에 적합하다. 제안한 하이브리드 전기품질 보상기와 제어 알고리즘은 국내 교류 전기철도 급전시스템의 표준인 AT급전 시스템에 적용되어, AT급전 계통 모델을 포함한 시뮬레이션을 통해 그 타당성과 유효성을 증명한다. 시뮬레이션을 통한 사례연구 결과는 제안한 하이브리드 전기품질 보상기가 차량에서 발생하는 고조파 전류를 보상하여 T상과 M상의 전류 THD를 1% 이내로 유지함을 보이고 있다. 이와 동시에 각 상의 전류는 부하의 불평형에도 불구하고 평형을 유지하고 있음을 보이고 있으며, 무효전력 보상을 통해 부하 조건에 상관없이 입력역률을 0.98이상으로 유지할 수 있음을 확인시켜 주고 있다. 또한, 제안한 하이브리드 전기품질 보상기의 제어기는 우수한 동특성과 정상상태 보상성능을 타나내고 있다. In recent years, the power quality problem has become a important issue because it causes the extra power losses, the malfunction of electric equipment, and the interaction with other electric power systems connected together. The AC electrified railway systems are typical power system, which has the serious power quality problems. The major power quality problems in the AC electrified railway systems are the harmonic current pollution, the reactive power demand, and the single-phase load imbalance. These power quality problems are due to the inherent electrical characteristics of locomotive. The electrical non-linearity of locomotives produces big harmonic currents. The single-phase and moving load features lead to the large amount of reactive power demand and the severe single-phase load imbalance. To compensate or lessen these power quality problems, the Scott transformer, the autotransformer, and the passive power filter have been widely applied in the AC electrified railway systems. However, the power quality problems of AC electrified railway systems cannot be fully compensated through these equipments. Therefore, there have been many researches on the active power filter for improving the power quality of AC electrified railway systems. Most of studies about the active power filter focus on the shunt active power filter. However, it has a obvious limit from the capacity of active power filter. Also, the single-phase shunt active power filter cannot compensate the single-phase load imbalance. This dissertation reviews the representative active power filter configurations for the AC electrified railway systems, and synthesize their own compensation characteristics. The compensation performance analysis of each topology is also performed. After the extensive reviewing, this thesis proposes a hybrid railway power quality conditioner optimized for the compensating power quality problems in the AC electrified railway systems. Also, a novel control algorithm based on synchronous reference frame is proposed. The proposed hybrid railway power quality conditioner can instantaneously compensate the harmonic current pollution, the reactive power demand, and the single-phase load imbalance at the same time. As well as this, the capacity of active power filter part in the hybrid railway power quality conditioner can be reduced because the passive power filter divides up the burden of active power filter, which are the harmonic currents and reactive power compensation. The proposed hybrid railway power quality conditioner is investigated in the practical autotransformer-fed electrified railway system model. The validity and the effectiveness of proposed hybrid railway power quality conditioner and control algorithm are illustrated through the case study using Matlab/Simulink and PSIM platforms. The simulation results demonstrate the proposed hybrid railway power quality conditioner effectively compensates the single-phase load imbalance as well as the harmonic current pollution and the reactive power demand. Even though the load burdens of teaser-phase and main-phase are different from each other, the teaser-phase and the main-phase feeder currents are sinusoidal, and show very low THD and the same magnitude. Therefore, the displacement power factor and the total power factor are nearly unity. In addition, the three-phase supply current is perfectly sinusoidal and balanced. It is also known that the proposed hybrid railway power quality conditioner controller shows good dynamic and steady-state performances.

自動列車運轉裝置를 利用한 都市鐵道 信號設備의 改良方案에 觀한 硏究

강성구 서울産業大學校 鐵道專門大學院 2004 국내석사

1960년대 이후 비약적인 경제성장과 함께 서울도심의 대중교통에 중요한 역할을 해왔던 노면전차가 완전히 폐지되면서 버스가 유일한 대중교통 수단이 되었는데, 이로 인해 날로 심각해지고 있는 대중교통수요를 근본적으로 해결하기 위해 시내 주요지역의 도심교통을 지하화 함으로써 자동차 증가에 의한 노면교통의 정체현상을 완화하고 도시주변의 균형적인 발전을 유도하며, 늘어나는 자동차에서 발생되는 매연과 배기가스, 소음 등의 도시공해를 경감할 수 있도록 지하철건설사업을 서울의 교통문제 해결을 위한 최상의 방편으로 추진하게 되었다. 따라서, 1971년 4월 12일 10시 서울시청 앞 광장에서 서울지하철 1호선 건설공사가 착공되었으며 1974년 7월까지 3년 간의 각고 끝에 전구간 공사 완공하였으며 1974년에 서울 지하철 1호선이 국내에서 최초로 개통되었고 지하철건설 30년 역사를 갖게 되었다. 그러나, 장기적인 사용으로 인해 신호설비의 Life Cycle(유효수명)이 도래되었다. 본 연구는 노후된 기존 지하철의 신호설비인 자동열차정지장치 (Automatic Train Stop: ATS)를 자동열차운전장치 (Automatic Train Operation device: ATO)로 개량함에 있어 타당성 검토와 개량기간 중 열차안전운행확보 빛 가장 현대화된 ATO 장치를 효율적이며, 경제적으로 시스템을 구축할 수 있는 최적의 신호설비 개량방안 관한 것이다. 따라서 이 논문에서는 최적의 신호설비 개량방안을 강구하는 관점에서 제2장에서는 도시철도 현황, 한국철도신호의 발전 및 기술 동향에 대해 조사정리하고, 철도신호시스템의 소개 및 기존 신호설비 현황을 검토하였으며, 제3장 및 제4장에서는 열차제어 기술 동향 및 해외 각국의 신호설비 개량 사례를 조사하였고 제5장에서는 지하철 2호선 ATO 설비화를 검토하여, 실질적으로 실행 가능한 최소운전시격 2.5분에서 2분으로 단축한 열차운전을 하기 위한 '폐색설계 검증' 시뮬레이션을 통하여 확인하였고 제6장과 제7장에서는 건설공정계획 수립과 시험·시운전계획 구간개통 대비계획, 시스템 절체시의 보증기술 검토 시스템 절체 방안 (표준절차서)과 기존 설비의 철거방법을 제시하여 적용가능성에 대해 검증하였다. The national subway went under construction in 1971, and after three years of endeavor, Seoul subway line number one opened for traffic in 1974. Line number two went under construction in 1978 and it opened for traffic in 1984. With the use of safety operation for more than 20 years, the life cycle nearly came to an end. Therefore the improvements for the safety operation are unavoidable. The total system should not be affected when the new and conventional systems are overlapped, the system operation is in the initial stage, and it confronts the situation of abnormal operation. However, there is a total lack of experience in construction and improvement for the trains that are in the use of large transport and density headway. This work is regarding the possibilities and benefit of replacing the ATS (Automatic Train Stop system) with the ATO (Automatic Train Operation Devide) and we developed a system which uses the most advanced ATO that is both effective and economic. We focuses on finding the most suitable plan for the development of a new signalling system. Chapter 2 concerns state of the art of the subway system and the trend in the development and advancement of Korean subway signalling systems. Chapter 3 and 4 are an overview of the development of train control systems and a study of signalling systems in foreign countries respectively, Chapter 5 contains an investigation of the possibilities of installation of an ATO in subway line number two and a verification of a blockade plan in order to secure actual testing of a train. Chapter 6 and 7 contain construction and testing plans for train operation and system plans and a plan for the uninstallation of the existing system. Chapter 8 summarizes the main contributions of this thesis and also further study areas are presented.

직류전기철도 급전시스템에서 레일전위 해석을 위한 모델링에 관한 연구

조웅기 서울산업대학교 철도전문대학원 2010 국내박사

전기에너지를 이용하는 전기철도(직류)에서는 선로를 통하여 수 킬로암페어의 전류가 흐르는 급전시스템을 가지고 있어 인체의 접근이나 직접적인 접촉에 의한 감전 사고나 낙뢰, 지락 및 단락 등의 전력계통 사고에 의하여 급전계통에 이상이 발생하여 전기철도의 정상적인 운행에 심각한 영향을 초래하기도 한다. 이와 같은 급전계통의 사고나 정상적인 운전 상태에서 인체에 영향을 미치지 않으며 전기철도(직류)의 운전에도 영향을 주지 않도록 하기 위한 목적으로 설치되는 것이 접지시스템이다. 본 논문의 내용은 다음과 같이 대별된다. 1) 접지시스템이 인체의 안전에 미치는 영향을 분석하기 위하여 인체의 감전 메카니즘, 접지시스템과 위험전압 등을 살펴보았고 접지전극의 설치방법에 따라 분류하는 독립접지와 공통(통합)접지에 대하여 특성을 비교분석하였으며, 전기철도 시스템에서 일반적으로 채택하고 있는 공통(통합)접지방식에 대하여 요약하였다. 2) 독립접지 방식을 도입하는 경우에 발생할 수 있는 전위간섭문제를 검토하기 위하여 필요한 접지전극에 의한 전위분포를 계산하는 알고리즘을 수립하고 프로그램을 개발하였으며, 봉상접지전극에 접지전류가 흐를 때의 지표면 전위분포를 계산하였다. 시뮬레이션 결과 전위분포는 접지전류의 크기, 접지전극 주변의 토양특성 등에 영향을 받는 것으로 나타났으며, 이러한 측면에서 본다면 독립접지방식이 아닌 공통(통합)접지방식을 도입하여야 할 것으로 판단된다. 일반적으로 직류전기철도 급전시스템에서는 운행용 레일을 귀로 전류(부극성)의 도체로 사용하고 있으므로 레일전위가 발생하고, 특히 차량 운행용 레일과 대지사이의 저항이 작은 경우에는 대지로 흐르는 누설전류가 문제가 된다. 이 레일전위 및 누설전류는 레일 주변에 설치된 지하 매설물에 영향을 미치며, 인체의 안전과도 관련이 있다. 이에 따라 직류전기철도 급전시스템에서 레일전위와 누설전류를 억제하는 것은 전기철도 주변 환경 및 안전 측면에서 중요한 문제이다. 이상과 같은 관점에서, 직류전기철도 급전시스템에 대하여 단독급전 및 병렬급전 상황에서 레일전위와 누설전류를 계산할 수 있는 알고리즘을 제안하였으며, 또한 열차주행시뮬레이션(TPS)과 연동하여 열차주행에 따라 부하전류가 변동되는 상황에서 레일전위와 누설전류를 정량적으로 분석할 수 있도록 하였다. 제안한 알고리즘을 이용하여 시뮬레이션 프로그램을 개발하였고, 직류전기철도 급전시스템에 대하여 사례연구를 수행하였다. This paper presents the analysis of the current as stray current and supplied current of the substation and rail potential rise on the DC railway power system. In DC railway power supply system, the running rails are usually used as the return conductor(negative-polarity) for traction load current. This condition mainly focuses on economic considerations, since it does not require the installation of an additional return conductor. But, problems of low resistance between the running rails for the return conductor and earth allows a significant part of the return load current to leak into the earth. This current is normally called to as leakage or stary current. This stary currents creates serious problems for any electrified matter in the underground. Therefore, reduction of stray current of the DC railway power supply system is also of direct benefit to the operational and safety aspects of the DC railway systems. In this paper, proposed new modeling for analysis of DC railway power supply system. The key idea lies on the nodal analysis method for DC circuits. Proposed modeling for DC railway power supply system is very easy and compact. Results are demonstrated on the real DC railway system, and the usefulness of the proposed analysis methods is shown.

전기철도 접지시스템에 대한 연구

이호종 서울산업대학교 철도전문 대학원 2008 국내석사

지락고장이 발생하면 고장전류가 대지로 흘러가게 되어 전기설비의 내부 및 주변에 전위차가 발생하여 인체의 안전이나 설비의 절연에 위험을 초래하게 된다. 철도시스템은 가공전차선로, 전기차 및 레일에 의해 구성되는 고전압 급전회로와 계전기를 이용한 신호궤도회로, 본드 및 전철기, 각종 통신․제어설비, 열차통신을 위한 각종 무선설비, 기타 전원으로 사용되는 고압배전선로 등, 전압계급이 다른 여러 가지 전기설비로 구성되어 있다. 전기철도는 위와 같이 다양한 시스템이 혼용되어 사용하고 있어, 각 시스템 별로 각각 독립된 접지공사를 하지만 대지를 공유함으로써 크고 작은 상호 간섭 및 전차선로나 고압배전선로 지락사고시 대지전위의 상승으로 약전계통(신호, 통신, 원격제어설비)에 유입되어 Relay 및 전자장치 등을 소손시키는 사례가 발생하고 있는 실정이다. 본 논문은 기존의 단독접지시스템과 그 문제점 및 현재 채택되어 사용하고 있는 공통접지시스템에 대한 변화와 두 시스템의 시뮬레이션을 통한 비교분석 및 새로운 개념의 접지시스템의 방향에 대해 제시하고자 한다. An electrical railway system uses high voltage for train traction and low voltage for train control system. Railway systems are broadly distributed across mountains, sea sides and cities. Electrical accidents provoke the death and injury of a human being and the damage of equipment by the overcurrent due to the catenary dropping and by the overvoltage due to lightning. Grounding systems are adopted for the protections of the system from the overcurrent and the overvoltage. Isolation grounding for each system can be easily installed. However, the closed circuits between grounding systems can be occurred. The currents flow through the closed circuits cause the abnormal operation of the system. To overcome the problem of the isolation grounding, the equipotential bonding is usually adopted. The equipotential bonding should have very small grounding resistance. In this paper, we proposed the history of between an isolation grounding system and a common grounding system for electric railway system and showed the comparison and analysis of two grounding systems with simulation. In addition, we suggested the direction of new grounding system for electrical railway system.

필드버스를 이용한 신호설비 제어 및 감시에 관한 연구

박채영 서울産業大學校 鐵道專門大學院 2006 국내석사

"Field"라는 말은 공정이나 제조지역, 전송기, 센서, 구동물체 등이 설치된 지역을 말하며, "FIELD BUS"는 IEC나 관련 협회에 의하면 "Field"지역의 통신을 전형적인 아날로그 전선 결선이나 신호방식을 완전한 디지털 통신 프로토콜로 대체하고자 하는데 목적을 두고 있다. 이러한 필드버스는 효율적이고 생산성이 높은 시스템을 구축하고자 하는 실제 현장 사용자들의 요구사항에 의해 개발되어졌으며, 현재 많은 시스템에서 그 영역을 확대해 나가고 있다. 또한 필드버스의 출현배경과 구조 및 프로토콜 계층구조 및 기능을 포함한 기술개요를 파악하고 국제 표준화된 필드버스를 비교 검토하고, 실제 현장 사용자 및 유지보수 담당자들의 요구사항과 현장 신호설비와 철도신호 시스템에 적하한 필드버스기술을 선택하여, 이를 응용 연구하고자 한다. 현재까지 필드버스는 실제 산업현장에 적용할 경우 많은 이점을 가져다주는 기술이지만 국내 산업 및 철도 현장에서는 필드버스의 실증적 구현사례와 기술적 자문을 구할 곳이 많지 않으며, 초기에 Relay 시스템을 전자화된 PLC및 DCS(분산제어시스템)로 교체할 때 새로운 시스템의 기술을 신뢰하지 못했던 것처럼 현재는 필드버스 기술을 신뢰하지 않고 있다. 또한 국제 표준 통신 프로토콜로 채택되고 국제적으로 필드버스를 적용한 사례가 많다고 하더라도 검증된 기존의 시스템에 비하여 새로운 기술을 도입하려 하지 않으려 하는 경향이 있다. 본 연구에서는 철도신호시스템에 실제 적용할 경우 분명한 장점이 있는 필드버스이지만 이에 대한 문제점 및 특성 비교를 통한 기술 검증을 실시하여 실제 적용의 가능여부를 연구하였다. 연구결과 필드버스를 철도신호시스템에 적용할 경우 문제가 없는 것으로 나타났지만 초기 시스템 도입에 따른 저항과 신뢰성에 대한 검증을 할 수 있는 제도적 장치가 마련되어야 하며, 이를 적극 활용할 수 있도록 철도신호시스템에 관련한 연구개발자, 공급자, 사용자 등의 높은 관심이 필요한 때이다. The "Field" means a zone which has a process, production line, transmitter, sensor, and mechanical equipment. According to the IEC and the related authority, the purpose of "Fieldbus" is to change typical analog cabling and signal type to the digital communication protocol. The "Fieldbus" that is developed by the end user for the efficiency, higher productivity in terms of system is currently getting spread to a lot of system part. This is about the field equipments and "Fieldbus" technology for the railway signal system, it also focus on the followings. The technical background of "Fieldbus", the structure, layout of the protocol, the function, technical specification, comparing of standardized global top "Fieldbus" and the needs of end user or the maintenance team. "Fieldbus" has a lot of merits to our industry, however it's hard to find the physical example and the technical consultation in domestic industry including the railway. We simply don't trust the "Fieldbus" now, just like we did when the PLC and DCS comes up. Actually we have a lot of successful case about "Fieldbus" and we also got the international protocol standard, but we still have a tendency to keep using the old technology even if we knew the new system has a lot of advantage. Although it has a certain advantage, in order to check the possibility of "Fieldbus" in KOREA, the technical inspection by comparing specification and checking the matters have been done. The bottom line is that we can apply the "Fieldbus" to the rail system. However we should systematize it to improve the system guarantee, and also we should reduce a sort of rejection symptoms because it's new technology. Then we have to make it a big issue among the R&D, supplier and the end user.

電氣鐵道 시스템에서의 共同 接地 適用에 대한 硏究

이길노 서울産業大學校 鐵道專門大學院 2006 국내석사

철도시스템 발전 초기에는 차량 동력원의 개발과 선로 시설물의 개량이 주를 이룬 반면, 현재는 열차 속도가 빨라지고 선로 용량이 증가함에 따른 안전한 열차운행이 더욱 중요하게 되었으며, 이에 필요한 신호 시스템이 철도 교통의 중요 요소로서 대두되었다. 특히 고도로 발달된 전자화한 신호시스템에 인가되는 이상 전압원 및 낙뢰로부터의 기기 및 관련 유지보수 요원의 보호는 전기철도의 도입과 함께 필히 해결하여야 할 내용으로 중요시 되고 있다. 본 논문에서는 낙뢰의 발생원인, 이의 영향에 따른 기기 및 유지보수 요원의 보호 방안, 단독 접지와 공동 접지에 의한 낙뢰로부터의 설비 보호 방안, 관련 특성에 대한 검토 그리고 공동 접지의 구성에 따라 준수해야 할 기본 규정에 대해 조사하고 분석하였다. 분석한 결과 나타난 공동 접지의 특성을 기본으로 하여 전철화 선로에 공동 접지를 적용하는 경우의 접지망 구성 방안, 공동 접지망 구성을 위해 사용되는 매설접지 케이블의 허용 용량 그리고 전철화 선로 개량에 공동 접지망을 적용하는 경우의 기존의 단독 접지 시스템의 활용 방안에 대해서도 검토하였다. 공동 접지망의 구성방안은 역 구내, 역간, 교량, 터널, 개량이 어려운 기존 터널 그리고 변전소와 같은 전력 급전소로 분류하여 제시하였다. 또한 기존 전철화 선로에서 고속열차의 운행에 따라 공동 접지망을 구성하는 구간과 기존의 단독 접지를 그대로 사용하는 광역도시 철도망 구간이 혼합된 형태의 공동 접지망 적용 방안을 검토하였다. 본 논문에서 조사하고 검토된 결과를 실제 시스템에 적용하기 위하여 첫 번째로 접지 효과를 접지봉을 이용한 단독 접지와 매설 접지 케이블을 이용한 공동 접지로 비교하여 분석하고, 고속선의 임의 구간에 대해 등가회로를 이용한 접지 저항값을 분석하기위해 시뮬레이션을 실행하였다. 특히 시뮬레이션은 공동 접지망에서 임의의 단락이 발생한 경우도 포함하였다. 두 번째로는 접지방식에 따른 귀선 전류의 영향을 측정하였다. 측정은 공동 접지의 경우에는 고속선 신청주 변전소에서, 단독 접지의 경우에는 기존선 구로 변전소에서 실행하였다. 이러한 연구 결과는 공동 접지가 기존의 단독 접지에 비해 경제적인 면에서 불리하지만 접지의 주요 목적인 낙뢰 및 이상전원으로부터 전철화 선로의 약전계통의 기기 보호 및 유지 보수 요원의 보호에는 가장 이상적임을 쉽게 확인 할 수 있었으며, 현재 국내의 기존선 철도망의 전철화 작업과 함께 공동 접지망을 구성하는데 있어서 적절하게 활용할 수 있으며, 기존의 전철화 선로의 경우에는 단독접지 설비를 모두 철거할 필요 없이 적절하게 활용함으로서 더욱 양호한 접지 시스템을 구성할 수 있을 것으로 예상된다. At the early stage of the railway system, the development of the energy source for vehicles and improvement of rail facilities has been mainly achieved. On the other hand in present, the signal system for the safety operation of railway system according to the improvement of vehicles speed and the increasing railway capacity are required as the more important elements. Especially, the protection of the electronic signal system and associated maintenance highly developed members from the unusual voltage source and lightening has been investigated and analyzed step by step with the introduction of electric railroad. In this paper, the causes of lightening, protection plan of the device and the maintenance members, lightening protection plan in the individual and common ground, and investigation on the related characteristics, basic regulation which should be obeyed according to the construction of common ground are investigated and analyzed. Based on the analysed characteristics of common earth, the case of application of the common earth to the electrical railroad is investigated, then investigate to apply existing individual earth system in the case to constructing common earth network that allowed capacity of underground earth cable and improvement of existing electric railroad. The construction of common earth network is classified and treated as the station compounds, inter station, bridge, tunnel, and the existing tunnel and the sub-station post which are difficult to reform. Application method of common earth network in existing electrical railroad is mainly compared, and reform of existing individual earth section according to the operating of KTX, then compare the characteristics of common earth and individual earth in priority For this purpose at first, we execute and compare with individual earth which uses earth stick and common earth which uses buried ground cable and then we carry out the simulation and test to analyse the common earth resistance value for an arbitrary section of high speed line. Specially in the simulation, the case that option short phenomenon at the common earth network is also included. Secondarily, influence of return current according to the ground method is measured. Measurement is executed at TFX Sin-Cheong-Ju Sub-station in case of common earth and at Ku-Ro Sub-station in case of existing line. By the result of this research, we can verify easily that although common earth is unfavorable in economic aspect against to the existing individual earth system, it is the most ideal method for the protection of railroad device and maintenance members. Common earth network can be effectively applied suitably to existing railroad network in domestic. In addition, it is expected that this paper will be properly used for the configuration of common earth network together with existing earth facilities without removing equipment for better earth system.

전기철도 시스템의 9kHz ~ 150kHz 대역에서의 전파잡음의 마그네틱 커플링에 관한 연구

강용삼 서울과학기술대학교 철도전문대학원 2014 국내박사

전기철도 시스템에서 발생되는 전자파 잡음에 대한 발생원, 전달경로 및 결합 메커니즘에 대한 조사∙분석을 시행하여 전도성, 용량성 및 유도성 전자파 잡음의 결합모드에 대한 메카니즘을 규명하고 유도성 전자파의 크기를 산출하였다. 또한, Biot-Savart 법칙과 Maxwell 방정식 등을 적용하여 유도성 전자파에 대한 자기 및 상호 인덕턴스를 계산하였다. 9kHz ~ 150kHz 주파수대역에서 RFI 노이즈 원인분석을 위해 전기철도 시스템에서 발생되는 주파수별 전자파 잡음 강도를 측정하여 변전설비 ~ 가선 시스템 ~ 전기철도 차량 ~ 레일로 이루어진 폐회로를 통하여 상대적으로 과도한 기준치를 초과하는 전자파 잡음을 확인하였다. 이는 전기철도 내부의 신호 및 열차 운행용 무선기기와 외부의 소출력 무선기기에 간섭을 일으키게 된다. 따라서 9kHz ~ 150kHz 주파수대역에서 전자파 잡음은 RC 뱅크의 캐페시터 용량을 추가함으로서 차단시킬 수 있음을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 본 논문은 전기철도 시스템으로부터 발생하는 RFI 노이즈 저감방안 마련을 위한 연구결과로서 캐패시터 용량에 추가에 따른 다른 시스템에 미치는 영향, 유지관리 및 경제적인 측면을 등을 종합적으로 고려하여 판단하여야 할 것이다. Investigation and analysis have been conducted on the noise source, transfer path and union mechanism of RFI noises generated in electric railway systems. The mechanism of binding mode has been identified among conductive, capacitive and inductive electromagnetic noises and the size of inductive electromagnetic wave has been calculated. Moreover, self and mutual inductances for the inductive electromagnetic wave have determined using Biot-Savart Law and Maxwell Equation. For the cause analysis of RFI noise in the frequency range from 9 to 150 kHz, relatively excessive electromagnetic noises over the reference value have been determined by measuring the noise intensities in the closed circuit formed by substation, catenary wires, rail vehicle, and rails in the electric railway system. The generated noise interferes with the wireless devices for the signaling and train operation systems in the trains and the low power wireless devices outside. RFI noise in the frequency range from 9 to 150 kHz can be eliminated by increasing the capacity of RC bank capacitor and it has been verified through simulations. This paper shows the research result on the reduction of RFI noise generated in the electric railway systems. In order to increase the capacitor capacity, a number of factors should be considered comprehensively including the effects on the other systems, the maintenance control, and the economic aspect.

ATS장치와 ATC/ATO장치와의 전자파 간섭현상에 관한 연구

윤선호 서울산업대학교 철도전문대학원 2010 국내석사

철도신호시스템은 열차들의 운행간격과 열차진로를 제어하는 기능을 담당함으로써, 열차를 안전하고 효율적으로 운행하는데 있어 핵심적인 역할을 수행한다. 철도신호시스템의 고장은 열차운행중지를 비롯하여 열차충돌이나 탈선 등과 같은 치명적인 철도사고로 직결될 수 있기 때문에, 그 신뢰성 및 안전성을 확보하는 것이 무엇보다 중요하다.[1-3] 철도신호시스템에서 오래 동안 사용되어온 지상신호방식은, 지상에 설치된 신호기 현시상태를 기관사가 육안 확인하여 수동으로 열차속도를 제어하는 방식으로써, 기상악화로 인한 시계 불량 및 기관사의 인적오류 등으로 인한 사고의 위험이 높다는 문제가 있다. 이에 따라, 최근에는 컴퓨터 및 통신기술을 활용하여 열차속도제어 정보를 차상으로 송신하고, 차량에서 열차속도를 자동으로 제어하는 차상신호방식이 도입되어 열차운행 안전성 및 열차운행효율 향상에 큰 효과를 보이고 있다. 이와 같은 철도신호시스템의 발전에 따라, 기존의 지상 신호방식의 자동열차정지(ATS : Automatic Train Stop)시스템을 차상신호방식의 자동열차제어(ATC : Automatic Train Control)시스템으로 교체하고 있다. 또한, 자동열차운전(ATO : Automatic Train Operation) 시스템을 도입하여, 운전자의 조작을 최소화하고 전동차를 자동 운전하도록 함으로써 열차운영효율을 극대화 시키고 있다.[7] 그러나 기존의 ATS시스템을 ATC시스템으로 개량하는 과정에서, 기존 신호시스템과 개량된 신호시스템이 중첩되어 운영되면서 기존 시스템인 ATS시스템에 오동작이 발생하는 사례가 나타나고 있다. 이는 열차의 안전운행을 방해하고, 차륜과 레일의 이상 마모를 촉진하는 등 안전사고와 유지보수 비용의 증가를 유발시킬 수 있다. 따라서 본 논문에서는 위와 같이 ATS와 ATC시스템이 중첩 설치되어 운영되는 상황에서 발생하는 ATS시스템의 오동작 현상에 대하여, 현장에서의 시험측정 및 시뮬레이션을 통하여 ATS차상장치의 오동작이 ATC 지상장치에서 발생한 전자파 간섭으로 인하여 유발되는 현상이라는 것을 규명하였다. ATS(Automatic Train Stop) system make train stop when it runs over the speed limit and ensure the safe operation of train. Seoul Metro line 2 in Korea, which started its passenger service in 1982, has adopted ATS system for its signaling system. The ATS system have only a train stop function at the time of emergency, and Seoul Metro is planning to replaced them with ATC(Automatic Train Control)/ATO(Automatic Train Operation) system which can provide dedicated train speed control for headway reduction and unmanned operation of train. Until all the ATS system is replaced with the new ATC system, both systems are to operate simultaneously at the same metro line. In this situation, ATS system sometimes reveals improper operation: train stops suddenly without any obstacles in front of it. These improper stop cause interruption of passenger service. The authors make it clear that these interruptions are caused by EMI phenomena between ATS on-board device and track circuit of ATC system: Signal current flowing in the track circuit is turn out to be a EMI source that prevent the ATS on-board device from normal operation. This is investigated by frequency spectrum analysis of signaling currents and frequency response of ATS on-board device analyzed by FFT(Fast Fourier Transform). The analysis shows that ATS on-board device has a frequency response covering the frequency of signaling current flowing in the track circuit. Although the two systems have different frequency range. ATS system has frequency range between 78~130[kHz] and ATC system has frequency range between 9.5~16.5[kHz]. The countermeasures to prevent these EMI phenomena are suggested in two ways. One is elimination of EMI source: blocking the signaling current of track circuit when ATS-mounted train pass. Dedicated device for automatic blocking of signaling current is developed and installed at the site. The other is enforcement of EMS(Electromagnetic Susceptibility) : setting a high-pass filter to the circuit of ATS on-board device. These measures make a success in preventing the EMI problem of Seoul Metro line 2.

전기철도 병렬 급전을 위한 위상 조정 장치 적용 기법 연구

임준휘 서울과학기술대학교 2013 국내석사

요 약 제 목 : 전기철도 병렬급전을 위한 위상조정장치 적용 기법 연구 우리나라의 전기철도는 급전선과 전차선 사이에 약 10km 간격으로 AT를 병렬로 설치하여 변압기 권선의 중성점을 Rail에 접속하는 방식인 단권변압기(Auto-Transformer) 급전 방식을 사용하고 있다. 이 방식은 통신유도장해를 경감시키고, 대용량 열차부하에서도 전압변동, 전압 불평형이 적어 안정된 전력공급이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 전기철도의 급전계통은 변전소와 변전소 사이에 급전 구분소를 두어 급전구간을 구분하는 편단 급전방식으로 운용되고 있는데, 편단 급전방식은 절연 구분 장치를 설치해야 하고, 열차가 통과할 때 주회로 차단기를 차단한 상태로 통과하여야 하는 문제가 있다. 병렬 급전방식은 이러한 문제점을 개선하고 전압강하를 경감, 최대수요전력 억제 등의 전력 공급 측면에서 유리하다. 그러나 인접 변전소간의 상차각으로 인하여 루프전류가 발생하기 때문에 변전소간 위상차가 3도 이내일 때로 제한되고 있어 실질적인 적용이 어려운 실정이다. 본 논문에서는 전기철도 병렬급전 계통에서 무 부하 일 때와 부하가 있을 때 인접 변전소간 위상차에 따른 루프전류 발생 정도를 전력 상차각 기본 식을 통해 이론적으로 계산하였고, PSIM 시뮬레이션을 통해 비교 검토 하였다. 계통에 부하가 있을 때는 열차를 정전력 부하로 모델링 하여 위치를 10km 단위로 이동시켜 가며 보다 정확하게 시뮬레이션 하였다. 또한, 루프전류를 감소시키기 위해 위상 조정 기법을 이용하여 인접 변전소간 상차각을 감소시키는 방안을 검토하고, 이를 위한 위상 조정 장치를 보다 간단하고 현실성에 맞게 고안하였으며, 이를 계통에 적용하였을 때 루프전류의 감소 효과를 증명하였다. 이상과 같은 검토를 통하여 전기철도 병렬급전을 위한 하나의 가능성을 제시하였다.