“ 전기차 절연구간에서도 경제적이고 안전하게 운행할 수 있다”
현재의 전기차는 절연구간 통과 시, Notch-off 상태에서 타행운전으로 통과하고 있어 이에 따른 시설피해와 열차속도의 감소 등 다양한 문제점이 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근 일본을 비롯하여 중국 및 유럽 여러 국가에서는 전력전자 소자를 이용한 절연구간 무접점 자동전원절체 통과시스템 기술개발 연구를 적극 추진하고 있다. 우리나라 또한 이에 대한 전력 전자 요소기술을 융합한 기술개발 연구가 절실히 필요한 실정이다. 본 성과는 이와 같은 문제를 해소할 수 있는 기술의 국산화를 이룬 것으로, 코레일의 수요 대응을 통해 50~100억 원의 수입대체 효과를 얻을 수 있으며, 이를 바탕으로 한 해외시장 진출이 가능할 것으로 확신한다.
절연구간에서의 안전사고를 방지하고 열차의 안전운행을 확보하기 위해서는 절연구간을 자동 전원 절체하여 통과하는 시스템의 개발이 필요하다. 이는 현재 전기차가 절연구간을 통과할 때 Notch-off 상태에서 타행운전으로 통과하고 있어 이에 따른 시설피해 발생과 열차속도의 감소가 발생하기 때문이다. 따라서 열차의 안전성과 속도의 향상을 위해서라도 전차선로 절연구간에서 발생하는 문제점 등에 관한 대책 연구가 필요하다. 본 성과는 열차의 속도 저하 방지 및 전력설비의 전기적 충격 없이 절연구분개소를 통과함으로써 고속철도 운영기술 고도화 및 안정화에 기여한다. 또한 절연구간에 고속열차(KTX)가 주동력으로 역행 운전하여 속도향상 및 고객편익을 제공할 수 있으며, 고속열차(KTX) 주회로 차단기(MCB) 개폐조작 횟수 감소로 KTX차량 성능개선과 유지보수 비용 절감효과를 이끌어낼 수 있다. 이러한 결과는 고속철도 기술력 향상과 경쟁력 확보로 해외시장에 진출하기 위한 기회를 마련할 수 있을 것으로 전망된다.
전기차량이 전기철도시스템의 필수적 설비인 변전소, 구분소 앞의 전차선 절연구간을 통과할 때 급전전원을 정상으로 공급하여 Notch-on 상태로 통과함으로써 고속철도의 운영 효율과 신뢰성 및 안정성을 높이기 위한 전차선로 절연구간 무접점 자동 전원절체 통과시스템 개발을 목표로 하고 있다. 42kV 자동전원 개폐장치 및 열차검지 인터페이스 장치 시제품을 개발하여 현장 성능평가를 실시하였다. 또한 개발결과물의 현장실증 및 성능평가를 위해 실증시험장을 구축하였다. 개발된 결과는 안정화 후 전기철도 구간의 절연구간 설계 및 운영에 전력용 반도체 스위칭소자를 활용하는 무접점 절체시스템의 표준화를 통하여 시스템의 구매에서부터 시험에 이르기까지 기준을 제시할 것이다. 자동전원절체 통과 시스템에 대한 최적화 연구가 완료되면 국내 전기철도시스템 설계 기술 수준을 한 단계 향상시킬 수 있을 것이며, 전차 및 절체장치 시스템은 원격 자료 수집 및 분석이 가능한 기술이기 때문에 자료 수집 및 분석에 관계된 타 분야로의 진출이 용이할 것으로 판단된다.
일본에서는 절체개폐기로 진공개폐기를 이용하고 있었으나, 최근 보수의 생력화가 뛰어나 전력용 반도체를 사용한 정지형개폐기 적용이 검토되었고, 동일본 철도의 야이츠 변전소에 개발한 정지형개폐기 자동절체 시스템이 2005년 설치되어 운전 중에 있다. 따라서 현재 선진 기술수준과의 기술격차는 10년 정도 나타나고 있으나, 상용선 설치가 완료될 경우 그 격차는 5년 이하로 간격이 좁아질 것으로 예상된다. 본 기술을 적용하면 이상전압 발생 등으로 변전기 고장을 일으킬 수 있는 전철시스템의 불안정 현상을 해소할 수 있으며, 전기기관차 주회로 차단기(MCB) 개폐조작 횟수 감소로 차량 성능개선 및 유지보수 비용을 절감할 수 있다. 코레일 관내 절연구분장치(FRP기준)는 162개소로, 개소별 평균 11EA가 외제품(스위스 등에서 수입 의존)으로 설치해 운영 중이다. 속도향상과 더불어 이중오버랩 등으로 형태의 개량이 불가피할 것으로 예상되며, 이중오버랩 형태의 개발시스템을 적용할 경우 53억~100억 원의 수입대체효과가 있을 것으로 전망된다. 고속선 기준으로 연간 8억 원의 차단기 유지보수 관리비용 절감효과가 있을 것으로 기대된다.
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