전기철도 접지시스템에 대한 연구 = A Study of Grounding system for Electric railway system

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 전기철도의 이상전압 = 2
• 2.1 외뢰(surge) = 2
• 2.1.1 뇌운의 발생 = 2
• 2.1.2 뇌운의 성질 = 2
• 2.1.3 직격뢰에 의한 surge = 3
• 2.2 내뢰(surge) = 5
• 2.2.1 지속성 surge = 5
• 2.2.2 개폐surge = 8
• 2.3 이상전압의 특징 = 10
• 2.4 이상전압 억제를 위한 접지시스템의 기본회로 구성 = 15
• 2.4.1 전철변전설비 접지 구성 = 15
• 2.4.2 전차선로 설비의 이상전압 억제를 위한 접지 구성 = 17
• 2.4.3 통신설비 이상전압 억제를 위한 접지 구성 = 20
• 2.4.4 신호설비 이상전압 억제를 위한 접지 구성 = 22
• Ⅲ. 접지방식별 시스템의 특징 = 28
• 3.1 단독접지 및 공통(가공+매설)접지 비교 = 28
• 3.1.1 단독접지 및 공통접지 비교 = 28
• 3.2 단독 접지에 의한 설비 보호 = 29
• 3.2.1 단독 접지의 분류 = 29
• 3.2.2 접지 방법 = 32
• 3.3 공통접지망에서의 단독 접지 적용 = 34
• 3.3.1. 기존의 구로 변전소 = 34
• 3.3.2. 신설 구로 변전소 = 35
• 3.3.3. 단독접지와 공통 접지의 인터페이스 구간 = 36
• 3.4 공통 접지에 의한 설비 보호 = 38
• 3.4.1 공통 접지의 특성 = 38
• 3.4.2. 공통 접지망 구성 규정 = 41
• 3.4.3. 공통 접지망 연결 = 44
• Ⅳ. 접지 시스템 구성 시뮬레이션 = 49
• 4.1. 접지 효과 관련 시뮬레이션 = 49
• 4.1.1. 단일 접지봉 사용 = 49
• 4.1.2 다중 접지봉 사용 = 50
• 4.1.3 매설 접지선 사용 = 50
• 4.1.4 시뮬레이션 결과 = 51
• 4.2 접지방식에 따른 귀선 전류의 영향 = 52
• 4.2.1 단독 접지의 경우 = 52
• 4.2.2 공통 접지의 경우 = 53
• 4.2.3 귀선 전류 측정 결과 = 54
• 4.3. 단독접지와 공통접지시스템에서의 고장전류비교 시뮬레이션 = 55
• 4.3.1. 고장전류비교 시뮬레이션 = 55
• 4.3.2. 시뮬레이션 결과 = 56
• Ⅴ. 국내 지하철의 접지시스템 현황 = 59
• 5.1 접지시스템의 구성도 = 59
• 5.1.1 전기실의 접지시스템 = 59
• 5.1.2 변전실의 접지시스템 = 61
• 5.1.3 신호 기계실의 접지시스템 = 62
• 5.1.4 통신 기계실의 접지시스템 = 63
• 5.2 현 지하철 접지시설의 문제점 = 64
• 5.2.1 안정성 문제 = 65
• 5.2.2 안전 문제 = 66
• 5.2.3 유지보수문제 = 67
• 5.2.4 관리문제 = 67
• 5.3 현 지하철의 접지시스템 문제점 및 대책 = 68
• 5.3.1 전기분야 = 68
• 5.3.2 신호분야 = 69
• 5.3.3 통신분야 = 70
• 5.4 단기적인 대책 방안 = 70
• 5.4.1 공통분야 = 70
• 5.4.2 전기분야 = 72
• 5.4.3 신호분야 = 75
• 5.4.4 정보통신분야 = 76
• 5.4.5 전자분야 = 77
• Ⅵ. 결론 = 78
• 참고문헌 = 79
• Abstract = 81
• 감사의글 = 82