電氣鐵道 시스템에서의 共同 接地 適用에 대한 硏究 = (A) Study on Common Earth Application for the Electrical Railway System

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 요약 = ⅰ
• 표 차례 = ⅲ
• 그림 차례 = ⅳ
• 약어 설명 = ⅵ
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 낙뢰 관련 전기철도시스템 보호 방안 = 3
• 2.1 낙뢰 특성 및 낙뢰로부터의 설비 보호 = 3
• 2.1.1 낙뢰의 발생 원인 = 3
• 2.1.2 철도 선로에서의 주요 낙뢰 영향 = 5
• 2.1.3 낙뢰 및 과전압으로부터의 유지보수 요원 보호 = 5
• 2.1.4 낙뢰 및 과전압으로부터의 전기 설비 보호 = 6
• 2.1.5 낙뢰 및 과전압으로부터의 신호 설비 보호 = 10
• 2.2 단독 접지에 의한 설비 보호 = 12
• 2.2.1 단독 접지의 분류 = 12
• 2.2.2 접지 방법 = 14
• 2.3 공동 접지에 의한 설비 보호 = 16
• 2.3.1 공동 접지의 특성 = 16
• 2.3.2 공동 접지방 구성 규정 = 18
• 2.3.3 공동 접지방 연결 = 21
• 2.3.4 LTI와 LEAE의 설계 = 22
• 2.3.5 LTI 위치에 따른 신호시스템의 영향 = 24
• Ⅲ. 공동 접지망 구성 = 26
• 3.1 공동 접지망 구성에 사용된 궤도회로 = 26
• 3.2 공동 접지망 구성 안 = 27
• 3.2.1 역간의 경우 = 27
• 3.2.2 역 구내의 경우 = 28
• 3.2.3 변전소의 경우 = 31
• 3.2.4 터널 및 교량의 경우 = 34
• 3.2.5 토공 구간과 교량(또는 터널) 구간의 경우 = 37
• 3.3 공통 접지망에서의 단독접지 활용 = 37
• 3.3.1 비전철화 선로의 경우 = 39
• 3.3.2 전철화 선로의 경우 = 39
• 3.4 공동 접지망 구성 = 40
• 3.4.1 프랑스 철도청(SNCF)의 경우 = 40
• 3.4.2 경부 고속선의 경우 = 42
• 3.4.3 기존선 전철화 구간의 경우 = 42
• Ⅳ. 시뮬레이션 및 사례별 공동 접지 방안 = 44
• 4.1 접지 효과 관련 시뮬레이션 = 44
• 4.1.1 단일 접지봉 사용 = 44
• 4.1.2 다중 접지봉 사용 = 45
• 4.1.3 매설 접지선 사용 = 45
• 4.1.4 시뮬레이션 결과 = 45
• 4.1.5 단락회로 발생시의 접지 저항 = 46
• 4.2 접지 방식에 따른 귀선 전류의 영향 = 51
• 4.2.1 단독 접지의 경우 = 51
• 4.2.2 공동 접지의 경우 = 52
• 4.2.3 귀선 전류 측정 결과 = 52
• 4.3 사례별 공동 접지 방안 = 53
• 4.3.1 신호기계설 = 53
• 4.3.2 공동 접지망에서의 단독 접지 활용 = 55
• 4.3.3 접지에 따른 궤도회로의 연결 = 59
• Ⅴ. 결론 = 63
• 참고 문헌 = 64
• Abstract = 66