1. 도입

가. 본 보고서는 차량기지 내에서 전력공급 취급과 현재 사용되는 기존의 차량 판토그라프 시스템에 관한 것으로, 차량기지 내외의 전력공급 시스템을 분석하고 여러 가지 다른 시스템 사양도 검토함

 

<트램 차량 지붕 검사장소>

 

2. 사례 분석

2.1 블랙풀

가. 주요 특징

1) 블랙풀의 기존 시스템은 직선 궤도상에서 전주 간 거리가 30m인 측면 및 중앙 지지 폴을 결합한 방식임

가) 브라켓 암과 타이 와이어 그리고 현수 전차선 행거 재질은 스테인레스임

나) 브라켓 암은 이중절연 구성으로, 한쪽은 행거 보디에 그리고 다른 한쪽은 폴과 브라켓 암에 합성 애자가 몰딩되어 있음

2) 기존 전차선은 80.6mm²으로, 본선 그루브 전차선과 차량기지 곡선 전차선에 설치됨

가) 그런데, 전차선은 120mm² CU AG (구리 은)으로 2012년 부활절까지 완전 교체 예정임

나) 단선 전차선은 고정된 마감처리로 보호되지만, 텐션이 없으므로 특정 조건에서 일정한 움직임만 허용됨

다) 전차선의 정상 높이는 6.0m이며, 레일로부터 최소 5.85m~최대 6.2m임

라) 이러한 요소를 고려할 때, 전차선의 정상적인 처짐은 일반적으로 이론적 중앙부에서 한 방향으로 75mm로 제한됨

3) 전차선의 교체와 함께 섹션 애자도 업그레이드되어, 산업계 표준이 적용될 것임

나. 전력공급

1) 전력 인프라시설은 1990년대에 부분적으로 업그레이드 또는 리뉴얼되었는데, 현재 2개의 새 변전소가 새 트램 차량의 도입을 위해 건설 중임

2) 전차선 전압은 직류 600V로 직류 375V~725V 변동폭을 가지며, 최대 전차선 전류는 800A임

3) 현재의 시스템은 회생제동이 불가하며, 새로 도입되는 트램 차량에도 회생제동 시스템 요구 사항은 없음

 

2.1 프랑스 르 그랜드 디종(Le Grand Dijon)

가. 일반사항

1) 프랑스의 새세대 트램 차량은 장애가 있는 사람을 위해 저상 형식을 취하며, 이 법률은 건설자들이 차량 지붕에 기능성 장치를 설치하도록 함

2) 결과적으로, 유지보수 워크숍은 작업자가 2.20m 높이에서 작업을 진행하도록 궤도와 안전 갱웨이를 설치함

3) 작업현장은 트램 차량 지붕에 탑재된 장치들의 유지보수를 위한 분리/장착을 위해 천장크레인을 설치함

4) 유지보수 궤도는 전차선이 설치되어 있으며, 차륜전삭 시스템만이 자체의 견인시스템을 가짐

5) 열차의 구동력 공급은 직류 750V의 연속적인 전압 공급으로 이루어짐

 

<몽펠리에 트램의 검사용 피트>

 

나. 중요 특성

1) 차량기지는 유지보수 및 운영 활동에 따라 워크숍, 세척지역 그리고 유치지역으로 구분됨

가) 각 지역은 전기적으로 분리되어 한 지역에서의 단전이 다른 지역에 영향을 미치지 않으며, 고유의 전력공급을 가짐

3) 차량기지의 절연

가) 차량기지는 본선과 독립적으로 분리되어 절연되지만, 구동 전력 공급의 손실을 보상하기 위해서 안전 모드에서 본선과 연결을 할 수 있음

4) 전기 경보등

가) 각 지역의 출입구 쪽에 양방향으로 경고등이 설치되어, 차량 운전자가 단전이나 출입구 접근 금지상태 여부를 알 수 있도록 함

5) 비상정지

가) 750V 비상정지 버튼은, 필요할 때 전력공급을 중지할 수 있도록 차량기지 어디에나 설치됨

6) 워크숍

가) 각 워크숍 궤도는 구동 스위치 박스를 통해 서로 독립적으로 전력 공급을 중지하거나 공급하는 것이 가능함

 

<워크숍 궤도>

7) 뉴트럴 섹션

가) 뉴트럴 섹션은 워크숍 내부의 전차선과 외부의 전차선이 분리되게 하며, 회로 단선을 대비하거나 인터로킹에도 사용됨

8) 갱웨이와 천장크레인으로의 접근

가) 안전 확보를 위해, 갱웨이로의 접근은 열쇠 시스템으로 운영되며 운영자는 관련된 전차선의 단전이 없이는 출입이 불가함

나) 갱웨이 출입문 개방의 권한을 얻으려면, 운영자가 특수한 단계를 밟아야 함

다. 경험 : 몇 개 구역으로 나누어진 차량기지 전기 섹션이, 한 지역이 단전되더라도 다른 지역에 영향을 미치지 않게 할 수 있음

2.2 네덜란드 RET

가. 일반사항

1) 새롭게 건설된 베버버드 차량기지에 RET는 우수한 전력시스템 콘셉트를 도입했는데 즉, 유치선 궤도는 전차선이 있지만, 유지보수 공간에는 전차선이 없음

가) 유지보수 공간에서의 트램 차량의 이동은 아래 사진과 같은 특수차량으로 진행되고, RET는 안전문제로 이 옵션을 선택함

 

<베버버드 차량기지에서 유지보수 궤도상으로 트램을 이동시키는 차량>

 

나. 중요 특징

1) 시스템 요구 사항

가) 정류기 및 개폐장치용 변전소는 트램 노선의 전력공급 포인트에 최대한 근접하게 위치해야 함

나) 50미터 미만 반경의 곡선에 설치되는 전차선을 제외한 크로싱에서는 복합적인 시스템이 설치되어야 하며, 그 디자인은 최소 외기온도 -20°C와 최대 온도 55°C를 견뎌야 함

다) 전차선의 길이와 캐리어 케이블은 최대 750미터로, 고정 텐션 고정물과 이동형 텐션 고정물 간의 거리는 750미터를 초과해서는 안 됨

라) 과전압 보호시스템이 대지 확산 저항성을 가진 그라운딩 전극의 형태로 제공되어야 함

마) 시스템 높이는 서스펜션 지점(전차선과 캐리어 케이블 사이의 거리)에서 1.7미터이며, 전차선과 캐리어 케이블은 7.5kN의 힘으로 텐션됨

2) 지지 구조체

가) 특수한 요구조건을 만족하는 표준 RET 카테나리 전주만이 지지 구조체로 사용되며, 전주 간의 거리는 적어도 0.65미터임

3) 부품 필요사항

가) 전차선은 정상 직경 100㎟ 그리고 3kV 값의 애자가 표준으로 사용되며, 텐션용 와이어는 황동 35㎟이며 라인 행거는 황동 10㎟임

나) 연장용 익스텐더는 유리섬유강화플라스틱(GFRP, glass fiber reinforced plastic)로 제작됨

4) 전기적 절연과 관련된 요구 사항

가) 고려된 정전압-대지 거리는 적어도 100mm이며 동전압-대지 거리는 50mm임

나) 전기적 연결, 교량과 관련된 사항 그리고 600v 전력공급과 귀선 케이블과 관련된 사항 등의 구조물 접지에 특별한 관심이 필요함

다. 장단점 : 에너지 공급은 독립적이며 백업시스템이 이용 가능하며, 카테나리 전력공급 케이블은 사용이 제한될 만큼 제법 무거움

2.3 벨기에 브뤼셀 STIB

가. 중요 특성

1) 카테나리 전차선

가) 현재 사용 중인 케이블은 100mm², 120mm² 그리고 150mm²로, 표준은 실제로 120mm² 케이블임

나) 현재의 케이블은 0.1% 은을 함유한 구리-은 합금으로 구성됨

2) 카테나리 전차선 높이

가) 카테나리 전차선의 높이는 3.70m와 6.20m 사이이며, 높이 3.70m는 터널 구간 그리고 높이 6.20m는 차량기지 내부에 사용됨(평균 높이는 5.70m임)

3) 지그재그 방식

가) 지그재그(ZIG-ZAG) 배치는 판토그라프 탄소 브러시의 폭, 카테나리 전차선의 높이, 트램 차량 성능, 전차선 서스펜션과 텐션 그리고 궤도 구배와 레벨에 의존함

나. 운영 경험

가) 일반적으로, STIB는 트램시스템을 연간 계획으로 모니터링하며, 현재의 케이블 섹션은 마모상태가 측정됨

나) 카테나리 서스펜션과 판토그라프 상승의 모니터링은 수행되지 않지만, 곧 도입할 예정임

다) 카테나리 전차선 네트워크는 전력 네트워크, 뉴터럴 존이나 에어스트립 차단기를 가진 섹션 인슐레이터에 의한 분리가 이루어짐

다. 장단점 : 차량기지는 고정된 카테나리가 설치되며, 이것은 유지보수의 감소와 전력공급이 우수해지지만, 단점은 설치비용이 비싸다는 것임

 

<하렌 차량기지의 고정 카테나리 전차선>

 

3. 외부 사례

가. [Railway Technical] 웹 페이지

1) 현수 전차선은 보통 검사고 내부에 설치되지만, 차량이 리프팅되는 워크숍에서는 사용되지 않음

가) 만약 차량 옥상 부위에 접근하고자 하면, 현수 전류가 반드시 단전되고 열쇠로 보호되어야 함

나) 차량 옥상에 작업하는 사람은 작업이 완료되고 안전하게 다시 저장될 때까지, 잔여 전류로부터의 보호를 보장하기 위해 개인적인 로킹 열쇠를 가지게 될 것임

다) 옥상 보도를 위한 접근용 계단은 잠김 출입문이 설치되고 전류가 없을 때만 해제될 것임

2) 다른 가능성은 뉴욕지하철 차량에 부착된 숄 서플라이(shore supply)이며, 이것은 3궤조 구동시스템임

가) 안전을 위해, 검사고는 3궤조가 설치되지 않고 긴 리드선을 통해 전력이 공급됨

나) 이 리드선은 차량의 측면 소켓에 플러그인되고 다양한 시스템이 세계적으로 사용됨(이것은 작업하는 개인의 전기충격 위험을 피하기 위함임)

3) 오래된 곳에서는 이 시설은 제공되지 않고, 숄 서플라이(shore supply)가 열차의 모든 전기장치에 에너지를 공급하게 될 것임

가) 이 상황에서는, 현수 리드선이나 스팅거가 작업 중인 열차에 삽입되지 않도록 보장하기 위해 특수한 사전경고가 주어져야 함

나) 검사고 외부의 급전 레일과 리드선 컬렉터가 접촉할 때까지, 검사고 외부의 열차에 전력을 공급하는 현수 리드선을 사용하는 것이 일반적임

다) 이것은 소위 [레일링](railing)이라고 부르는 것으로, 열차는 정치하여 현수 리드선이 제거됨

나. 보르도 시스템

1) 프랑스 보르도시에서는, 도시 경관의 통합을 위해 현수 전차선을 부분적으로 제거하기로 했고 이 기술은 도시 내부와 일부 교외지역에서만 사용됨

2) 카테나리 전차선이 설치되는 지역 간의 결합은 마찰을 주지 않고 같은 트램이 전체 네트워크를 같이 운영함

3) 이 솔루션은 무선주파수 통신에 의해 활성화되는 레일의 일시 전력공급 방식으로, 레일은 트램에 전원이 공급될 때에만 전력화됨

4) 이 조치는 사람의 안전을 보장하고 트램시스템의 수용성을 높이며, 시스템 간의 스위칭은 운전자에 의해 수행되고 특별한 시간이 필요하지는 않음

5) 차량기지와 직접적인 환경에서, 트램은 표준적인 현수 전력공급 시스템으로 운영되며, 차량기지에 미치는 유일한 영향은 추가적인 유지보수 작업임

6) 이 시스템의 비용은 기존 전력공급 시스템의 3배 정도로 평가됨

 

4. 제안사항

가. 차량기지에서의 전력공급과 차량기지 외부의 전차선 네트워크는 매우 신중하게 계획되고 관리되어야 함

1) 트램 옥상 지역은 유지보수 작업 중에 출입되므로, 기능적이고 안전작업 코스가 반드시 설치되어야 함

2) 모든 파트너들이 판토그라프로 접근되는 현수 전차선을 사용하지만, 표준 전차선 전압과 전차선 직경은 다름

나. RET와 블랙풀에서는 600V를 사용하지만, 디종은 750V를 사용함

1) 블랙풀은 2012년 부활절까지 오래된 전차선을 교체할 계획임

2) 블랙풀과 달리, RET는 100㎟ 직경이라는 전차선 부품 사양을 하고 있음

3) 디종의 차량기지 내에는 주 전력 구간이 워크숍, 세척지역 그리고 유치지역으로 나뉘며, 각각의 지역은 전기적으로 절연되어 한 지역이 단전되면 다른 지역은 영향을 받지 않음

가) 디종은 유지보수 지역에 특수한 안전시스템을 사용하며, 유지보수 활동을 위한 갱웨이와 천장크레인에로의 접근은 특별히 보호됨

나) 이것이 전력이 단전되고 프로세스 과정에 급전되지 않을 때만 진입할 수 있도록 보장함