전기공사기사 전기철도의 기초 — 직류·교류 급전과 신호·곡선 설비

직류식과 교류식은 특징이 서로 반대다. 직류식은 변전소에서 교류를 직류로 바꾸는 정류 장치가 필요하고, 사용 전압이 낮아 같은 출력에 전류가 커져 전선이 굵어지며 전압 강하가 크므로 변전소 간격을 짧게 해야 한다. 절연 계급도 교류보다 낮출 수 있다. 반면 교류식은 높은 전압으로 송전해 전선이 가늘고 변전소 수가 적으며, 차량에 변압기를 두고 탭을 절환해 차내에서 전압을 선택할 수 있다. 전원 방식과 무관하게 직류에는 주파수가 없으므로 주파수 변동에 따른 속도 변화가 생기지 않는다. 사고 시 선택차단이 유리한 쪽은 교류 방식이다.

교류 전기철도는 성별, 전압별, 주파수별로 분류한다. 단상인지 3상인지, 전압이 얼마인지, 주파수가 얼마인지가 기준이며, 변압기는 분류 기준이 아니라 기자재다.

신호 보안장치는 역할로 구분한다. 폐색장치는 선로를 일정 구간으로 나누고 한 폐색구간에 두 열차 이상 진입하지 못하게 해 열차 간격을 확보한다. 연동장치는 신호기와 전철기를 서로 잠그는 장치, 자동열차정지장치는 열차를 자동으로 세우는 장치, CTC는 여러 역을 한 곳에서 감시·제어하는 장치다.

직류 급전에서는 전차선 전류가 레일을 타고 변전소로 돌아오는 귀로 경로가 필요하다. 폐색구간 경계에서 레일이 절연되어 있으면 귀로전류가 끊기므로, 임피던스 본드로 연결해 직류 귀로전류는 통과시키고 신호전류는 구간별로 분리한다. 흡상변압기는 귀로전류를 복귀선으로 보내 전차선과 복귀선의 자기장을 상쇄시켜 통신선 유도장해를 막는 것이 주된 목적이다.

전식은 귀로전류가 도상으로 새어 지하 매설물을 전해 부식시키는 현상이다. 막으려면 누설전류를 줄여야 하므로 전차선 전압을 높이고, 변전소 간격을 줄이고, 귀선 저항을 낮추며, 도상 절연저항은 크게 해야 한다. 절연저항을 작게 하면 누설이 늘어 전식이 촉진된다.

곡선부에서는 원심력 때문에 차체가 바깥으로 쏠리므로 외측 레일을 내측보다 높이는데, 이 높이 차를 고도(캔트)라고 한다. 전차선이 늘어져 처진 것은 이도, 궤간이 넓어진 것은 확도다. 선로 전환 장치인 전철기에서 포인트와 철차 사이를 잇는 곡선 레일은 리드레일이다. 포인트가 차륜의 진로를 바꾸고, 리드레일이 방향이 바뀐 차륜을 부드럽게 이어 준다.