전기공사기사 전차선 — 급전 방식과 귀로·유도장해 대책

급전 계통은 전류가 가는 길과 돌아오는 길을 함께 봐야 한다. 전차선에서 팬터그래프로 들어간 전류는 차량을 거쳐 레일로 돌아오는데 이 길을 귀로라고 한다. 폐색구간 경계에서는 레일이 절연되어 있어 그대로 두면 귀로전류가 끊기므로, 임피던스 본드로 연결해 직류 귀로전류는 통과시키고 폐색 신호전류는 구간별로 분리한다. 열차 충돌을 막기 위해 일정 간격을 확보하는 설비는 폐색장치이고, 한 폐색구간에는 한 열차만 들어간다.

통신선 유도장해는 전차선과 레일에 흐르는 전류가 만드는 자기장이 주변 통신선에 전압을 유도해 생긴다. 대책은 발생원 쪽과 피해측 쪽으로 나뉜다. 전철 측 대책은 흡상변압기 설치와 전차선 분할 급전이고, 통신선 측 대책은 통신선의 케이블화와 전차선과의 이격거리 증대다. 흡상변압기(BT)는 귀로전류를 복귀선으로 보내 전차선·복귀선의 자기장을 상쇄시키는 것이 주된 목적이며, 전식 방지나 전압강하 감소는 부수적 효과다.

교류 급전 방식은 변압기 이름으로 구분한다. BT 급전의 B는 흡상변압기(Booster Transformer)이고, AT 급전의 AT는 단권 변압기(Auto Transformer)다. AT는 전차선과 궤도 사이에 설치해 전압강하와 유도장해를 줄인다. 단상 전차선 부하를 3상 전원에 고르게 나누어 전압 불평형을 경감하는 결선은 스콧 결선으로, 3상을 위상차 90도의 2상으로 바꾸어 부하를 분담시킨다. 흡상변압기는 전압강하 대책 기기이고, 스콧 결선은 불평형 경감 결선이라는 짝으로 기억한다.

전동차의 주전동기는 기동 시 큰 토크가 필요하고 고속에서는 작은 토크로 충분하므로, 속도가 오르면 토크가 감소하는 특성이 바람직하다. 여러 대를 병렬로 운전할 수 있어야 하고 전원 전압 변동의 영향이 작아야 하며 구배에서 토크 저하가 작아야 한다. 속도 상승 시 토크가 커진다는 설명은 요구 특성과 반대다.

속도제어 방식 가운데 VVVF는 Variable Voltage Variable Frequency, 곧 가변 전압·가변 주파수 제어다. 전압과 주파수를 함께 바꾸어 전동기 속도를 조절하며, 한쪽만 고정하는 방식이나 직류전동기의 초퍼 제어와 구분한다. 선로에서는 전철기가 포인트를 움직여 차륜을 다른 궤도로 유도한다.

전식은 귀로전류가 도상으로 누설되어 지하 매설물을 전해 부식시키는 현상이다. 누설전류를 줄이는 것이 핵심이므로 전차선 전압을 높이고, 변전소 간격을 줄이고, 귀선 저항을 낮추며, 도상 절연저항은 크게 유지한다. 절연저항을 작게 하는 것은 전식을 촉진하는 방향이다.