특고압

Report
2010. 11
답십리승무관리소 최용원
목
차
제1절 특고압 개요
제2절 특고압 주요기기의 구조 및 작용
제3절 과천선 VVVF 전기동차
제4절 4호선 VVVF 전기동차
제1절 특고압 개요
가. 특고압 회로란
팬터그래프에서 ~~~ 주변환장치 전까지의 AC25kV 가압 구간 임
제1절 특고압 개요
나. 주회로
주회로란 주변환장치(콘버터, 인버터)와 삼상교류 유도전동기회로를 말한다.
다. 고압보조회로
고압보조기기 SIV 및 CM를 거쳐 흐르는 회로를 말한다.
라. 저압보조회로
저압보조회로는 직류 100V 회로와 교류 100V 회로로 나뉘어져 있는데,
보조 전원장치 (SIV)에서 발생한 3상교류(440V)를 이용하여 교류 또는 직류
100V로 변환시켜 사용되는 모든 저압회로를 총칭하는 것으로 각종기기의
제어 및 등회로와 기타 축전지 충전 등 의 부속기기에 필요한 회로를 말한다.
※ SIV 출력 : 과천선 VVVF는 AC440V, 4호선 VVVF 전기동차는 AC380V
제2절 특고압 주요기기의 구조 및 작용
1. 팬터그래프(Pantograph : Pan) : 집전장치
- 기능 : 전차선의 전원을 전기동차로 받아들이는장치
- 설치위치 : M´차 지붕(4호선 VVVF 전기동차는 M차지붕)
- 형상 : 경합금의 판이 마름모형으로 되어 있음
- 수량 : 1량당 2개(회생제동시 전차선과 팬터그래프의 분리를 고려 함)
가. 집전장치의 특징
(1) 전차선의 고·저 변화에 대해 원활한 접촉성능을 갖도록 설계되었다.
(2) 틀 조립은 하부를 상호 교차하여 마름모형으로 함으로서
틀 조립을 소형화 하였다.
(3) 눈과 추위에 대비하여 주요작동부분에는 커버를 설치하고
실린더는 고무 다이어프렘 방식을 채용하고 있다.
판타그래프의 제원
나. 팬터그래프의 제원
구분
조작방식
개요
구분
개요
방식
전자공기식
접은 높이
280mm
조작압력
5 kg/cm2
최저작용 높이
530mm
압상력
6 kg
표준작용 높이
1,000mm
상승
공기상승
최고작용 높이
1,380mm
하강
스프링 하강
돌방시 높이
1,480mm
상승
12 ± 2초
지상구간
Pantograp
h 높이
동작방식
동작시간
하강
전차선 높이
(레일면상에서
의 높이임)
5 ± 1초
전차선 전압
( 완전히 하강)
최저
4,750mm
표준
5,200mm
최고
5,400mm
AC 25kV,
60Hz
지하구간
DC 1,500V
지상구간
심플 카테나리
지하구간
강체가선
전차선 방식
판타그라프의 구조
나. 팬터그래프의 구조
-
습판체 : 두께 1.6mm알미늄 합금판, 주/보조습판 2열 2매 설치
틀조립체 : 상부틀, 하부틀(주축에 취부)
주스프링 : 압상력 제공, 2개의 주축사이에 가로로 2개 설치
작용실린더 : 작용공기 압력에 의해 제어, 하강스프링 내장
판타그라프의 구조
판타그라프의 상승작용
팬터그래프 전자변(Pan V)이 여자  작용시린더 압력공기 유입
피스톤 이동 레버 및 링크주축 회전 팬터그래프 상승
판타그라프의 하강작용
팬터그래프 전자변 무여자 작용시린더 내의 압력공기가 배기 하강스프링의 힘에
의하여 피스톤 이동 레바와 링크 잡아당김 하부틀을 접는 방향으로 회전하강
(MCB-G(VVVF제어차의 경우 PanPS)는 팬터그래프를 상승할 수 있는 충분한
압력공기가 형성된 조건에서 주차단기(MCB)를 투입하기 위하여 정착)
비상접지스위치 : EGS
- 설치위치 : EGS는 M′차 옥상에 설치
- 용도 및 사용 : 전차선로의 장애발생으로 급히 전원을 차단할 필요가 있을 때
검수작업 시 안전작업을 할 수 있도록 전차선을 대지로 접지시킬 때
- 동 작 : 운전실의 비상접지 제어스위치(EGCS)를 취급하면 동작
마이크로 스위치에 의하여 비상접지스위치 보조계전기(EGSR)도 동작되어
팬터를 하강시킨 후에는 수동으로 EGCS를 복귀 후 팬터가 상승 함
-제어공기 압력에 의해 EGS의 레버가 반시계 방향으로 회전하여 팬터그래프
받침대의 접지선에 접촉한다.
계기용 변압기 : PT
- 설치위치 : PT 는 M′차 옥상
- 하 는 일 : 교류구간에서는 AC25KV를 변압작용에 의해 AC100V로 강압시켜
교류전압계전기(ACVR)를 작동, 직류구간에서는 1차측을 통한 전류에 의하여
직류전압계전기(DCVR)가 동작됨
- 1차코일은 팬터에 접속, 2차코일은 정류기와 저항통해 교류전압계전기 에 접속
-또한 1차측의 접지측은 저항기를
통하여 접지되는데 그 저항기의
도중에 직류전압계전기에 접속
-역할 : 팬터가 상승하고 있는 동안
항상 통전되어 전차선의 전원종류를
탐지 및 주회로 제어계통을 전차선
전압에 일치시키도록 지시해 주고
설정하여 준다
주차단기(Main Circuit Breaker : MCB)
가. 개 요
주차단기는 일반적으로 진공차단기라 칭하고 있으며
진공상태에서의 높은 절연능력과 아크의 확산작용을 이용하여 진공용기 내에서
고정극에 이동극을 접촉 또는 분리시킴으로써 특고압회로를 여닫는 작용을 한다.
MCB 작용 및 특징
주차단기의 작용
-교류구간을 운전중 주변압기 1차측 이후의 전기기기에 고장이 발생하였거나 과대
전류 혹은 이상전압에 의한 장애발생시, 또는 교류피뢰기가 방전하였을때 등
전차선과 전동차간의 회로를 신속, 정확하게 차단하는 작용을 함
(직류구간에서는 차단동작을 할 수 없도록 되어있다)
-회로를 차단한다는 것은 전동차에 부하가 걸린상태에서 주차단기 접촉자의 양전
극을 개방하는 것인데, 이 때 전극의 상태와 회로의 조건, 개방거리 등에 의해
접촉자간에 아크가 발생되는데 교류회로에 있어서는 교류의 성질상(정현파) 반주기
마다 전류의 크기가 ″0″의 점을 지나게되므로 ″0″의 지점에서 회로를 차단하면
아크의 소거를 용이하게 할 수 있다.
-직류의 경우에는 통상적으로 상시 대전류가 흐르고 있으므로 견인전동기회로와
고압보조회로가 차단된 조건에서 단순히 특고압회로를 개폐하는 역할만 한다
주차단기의 특징
1)소형이기 때문에 구조가 간단하고 조작음이 적다.
2)차단부는 진공발브를 사용하였기 때문에 접점에 대한 별도의 보수점검이 불필요
3)투입조작에 사용되는 공기의 량이 극히 적기때문에 별도의 공기통이 필요없다.
MCB 구조
주차단기(MCB) 구조
-설치위치 : M'차 지붕위에 설치
-구조 : 차단부(전자변, 차단코일, 투입코일, 조작시린
더 및 조작기구 등), 지지애자 및 애관
- 기타 부속장치: 보조접점, 히터, PanPS
- 투입은 조작공기압력에 의해 이루어지며
- 차단은 차단코일(MCB-T)여자, 차단스프링에의함
진공밸브
- 진공밸브는 원통형 절연유리관의 한쪽에 금속보호물
(shield)을 통하여 단판을 용접하고 중앙부에 고정전
극을 용접하고 있다.
-이동전극은 절연유리관 다른쪽에 중앙구멍을 관통하
여 금속베로스를 거쳐 취부된다
-개폐동작은 베로스의 신축에 의하여 기밀을 유지한 체
로 행하여진다.
MCB 구조
조작부
-조작부는 진공밸브 내의 양극을 개폐시키는
부분으로 증폭시린더, 작용시린더 외에
- 여러개의 레버(LEVER) 와 이동전극,
작용봉 등으로 구성된다.
보조스위치
-조작부 커버 내에 있으며 진공
차단기의 접촉 및 차단동작에
따라 기계적으로 동작하여
특고압제어회로 등의 저압회로
결선구성에 사용된다.
-접점은 ″a접점″과 ″b접점″이
각각 8개씩
설치되어 있다.
MCB 구조
보온용 전열기
-한냉시 동결로 인한 동작 불량을 예방하기 위하여 설치하였으며 100V, 100W의
전열기가 2개 사용되고 있다.
팬터그래프 압력스위치
-팬터그래프 압력스위치(PanPS)는, 팬터그래프의 상승작용시의 압력공기에 의해
전기적인 회로를 구성시킨다
-팬터그래프가 상승된 조건에서 주차단기를 투입할 수 있도록 회로를 구성
- 팬터그래프 상승작용에 사용되는 공기압력이 미약(4.1~4.4kg/cm²) 시
기기의 접점이 붙지 않아 주차단기 투입 제어회로를 구성하지 않음
-주차단기가 투입되지 않도록 하거나 일단 주차단기가 투입된 상태에서도
팬터그래프 상승에 작용하는 공기압력이 설정치 보다 낮을 경우에는
자동으로 접점을 개로하여 주차단기를 차단하도록 하였다.
MCB 주차단기의 투입동작
-투입과정 : 전자변(MCB-C) 여자 압력공기 전자변 증폭실린더공기압력
증폭작용실린더작용피스톤 올려 레버상승수직 동작이 수평동작으로 전환
 봉 이동이동극을 고정극에 접촉 주차단기 투입
MCB 주차단기의 투입동작
-주차단기가 투입되면 투입전자변은 무여자되어 작용실린더 내의 압력공기를 대기로
배출시켜 버리지만 일단 상승된 레버의 로울러는 지지레버의 받침판 사이에 끼여
내려오지 않으므로 주차단기는 투입된 상태를 유지
-이는 사고차단 시 신속한 차단을 하기 위하여 작용실린더 내의 공기를 미리 빼주는
과정으로 생각하면 된다
- 기계적 보조스위치는 ″a″접점이 구성된다
여기서 잠시만!!
- 투입동작을 쉽게 이해하기 위하여 뚜껑이 없는 볼펜을 사용할 때를 생각하면 된다.
즉 볼펜을 사용할 때는 볼펜의 뒷부분을 눌러 주면 심이 나오면서 걸쇠에 걸려 손을 놓더라도
볼펜심은 들어가지 않는다.
-이후 볼펜사용이 끝났을 경우 볼펜의 걸쇠를 눌러주면 볼펜 속의 스프링
힘에 의해 볼펜심은 안으로 들어가게 되는데 이는 다음에 설명 할
주차단기 차단동작과 결부시켜 생각하면 이해하는데 도움이 될 것이다.
MCB 주차단기의 차단동작
주차단기 트립코일(MCB-T) 여자트립레버 회전 훅-레버(Hook Lever)
해제신속차단스프링 지지레버를 밀면 봉 당김 이동극 고정극에서 분리
 주회로 개방(보조스위치는 ″b″접점)
교직절환기(ADCg)
가. 개 요
- 설치위치 : M'차 지붕위에 설치
- 전기동차는 전차선의 전원에 따라 그 회로를 주변압기측에 접속(교류)
또는 직접 견인전동기측에 접속(직류)해주는 회로 절환기가 필요하며
- 조작 : 운전실에서 기관사가 교직절환스위치(ADS) 조작
- 작동방식 : 압축공기 조작식 단로기
나. 구 조
- 구성 : 회로절환부, 조작부
- 회로절환부 : 단로기(Blade)를 회전애자에 설치하고 정삼각형 형태로
2개의 고정애자에 교류측(주변압기측)과 직류측(견인전동기측)회로가
접속되게 취부되어 있다.
-조작부 : 교류용과 직류용 2개의 전자변과 조작시린더, 조작레버,
링크, 신속차단스프링으로 구성
-기계적 보조스위치 : 조작봉(Operating Rod)에 의해 접촉 됨
교직절환기(ADCg) 작용
AC구간에서 DC구간으로 진입시
교직절환 스위치(ADS)를 DC측으로 전환하면 MCB는 차단
(7선 무가압으로 MCBR1 소자, MCB-T Coil여자)되어 AC측 ADCg 전자변은
소자  DC측 ADCg 전자변은 8선 가압으로 여자제어압력공기에 의하
여 Cylinder내의 Piston을 밀면 Piston Rod에 의해 조작 Lever가 반 시계 방
향으로 60도 회전하여 Blade를 DC측 고정접촉부로 투입한다.
DC구간에서 AC구간에 진입시
교직절환 스위치를 AC측으로 전환하면 MCB는 차단 AC측 전자변이 여
자되면 압력공기에 의하여 Cylinder내의 Piston을 밀면 Piston Rod에 의해
조작 Lever가 시계 방향으로 60도 회전 Blade를 AC측 고정접촉부로
투입되고 보조 Switch 접점도 AC측으로 전환된다.
교직절환기(ADCg) 동작회로
교류피뢰기 (AC Arrester : ACArr)
-방전시기 : 전차가 교류구간을 운전 중 낙뢰 등 외부 써지가 차내로 들어 왔을 때
즉시 방전한다
-피뢰기가 방전을 하면 전차선 전원을 접지시켜 변전소의 급전을 차단시키므로
전동차 및 기기를 보호
-이 피뢰기가 동작한 경우에는 주차단기 투입순간 재차 전차선 단전을 유발
-팬터그래프를 상승시키는 순간 단전이 발생되는 비상접지스위치 동작과 구분
-설치위치 : M′차 지붕위에 설치
직류피뢰기(DC Arrester : DCArr)
방전(동작)시기
-직류구간 운행 중 외부로부터 차량기기에 진입하는 써지를 흡수하여 차량을 보호
-교류모진시 : 직류구간에서 교류구간으로 진입시 기관사가 운전실의 ADS조작
실념시 전동차의 회로가 직류인 상태에서 교류구간으로 진입하는 경우
-직류피뢰기의 동작은 외부써지에 의한 것보다는 교류모진에 의해서 방전 됨
- 방전전류는 변류기(CT2)를 통하여 피뢰기 과전류계전기(ArrOCR)를 여자
- 피뢰기과전류계전기(ArrOCR)가 동작하면 주차단기를 차단하고
M'차 차측백색등을 점등 및 운전실에 고장표시등(OC, Fault) 점등
직류피뢰기(DC Arrester : DCArr)
주휴즈 (Main Fuse : MFs)
설치목적
- 주변압기(MT) 1차측에 큰 전류가 흘러들어올 경우 용손되어 주변압기 보호
- 교류상태로 직류구간으로 진입한 경우(직류모진시) 무가압구간에서 주차단기
차단되어야 하나 기계적인 고장 등으로 차단되지 않을 경우 주변압기 보호를
위해 주휴즈(MFs)가 용손되어 주변압기 및 기타의 기기를 보호
구조 및 작용
- 주휴즈는 원통형의 붕산블럭 중앙의 구멍에 가용편을 넣고 한편은 단자에
스크류로 취부하고,
다른 한쪽은 인장봉에 접속되어 스프링에 의하여 항상 인장되어 있다.
- 과대전류에 의하여 가용편이 용단되면 전기적인 아-크는 탄성에 의하여
붕산통의 구멍으로 빨려 들어감과 동시에 고열에 의한 붕산의 분리로
다량의 물이 발생된다.
- 이 물이 수증기로 변해 높은 고압을 형성하기 때문에 전기적인 아크를 압박
하게 되므로 구멍속에서 불꽃을 취소하는 작용이 이루어진다.
- 한 쪽 끝에는 용단여부를 알려주는 동작표시장치가 있어 주휴즈가 용단되면
적색단추가 약 30mm가량 튀어나오므로 용단여부를 쉽게 판별할 수 있다.
설치위치 : M′차 지붕위
주휴즈 (Main Fuse : MFs)
M’ 차량 지붕위 특고압 기기
M’ 차량 지붕위 특고압 기기
주변압기(Maintransformer : MT)
가. 과천선 VVVF 전기동차
팬터그래프에서 수전한 교류 25kV의 전원을 공급받아 전압을 2×840V 강압하여
주변환기장치 컨버터에 보내준다(접전장치가 있는 차량의 하부에 장착)
SIV에서 발생된 AC440V 전원으로 주변압기 냉각 송풍전동기(MTBM),
주변압기 냉각유 펌프전동기(MTOM) 구동
주변압기(Maintransformer : MT)
나. 4호선 VVVF 전기동차
 전차선에서 수전한 AC 25kV를 2차권선 AC 855V(2개)로 강압하여 Ct/It 공급
 3차권선 AC 1,770V로 변환하여 SIV를 통하여 고압보조회로에 공급하고
중심점에는 고압보조 접지회로가 접속되어 있다(M차 하부에 설치)
 4차 권선은 AC 229V로 변환하여 주변압기의 냉각을 위해 주변압기 냉각 송풍
전동기(MYBM), 주변압기 오일 펌프 전동기(MTOM)에 전원을 공급
변압기 형식은 외철형으로 1,2,3,4,권선이 있으며 정격은 아래표와 같다
권선
1차권선
2차권선
3차권선
4차권선
용량(KVA)
1,060KVA
860KVA
190KVA
10KVA
전압
25,000V
855V×2
1,770V
229V
전류
42.4A
503A
107A
43.7A
주파수(Hz)
60Hz
정격
연속
교류 과전류계전기(ACOCR)
동작시기
 주변압기 1차측에 설치된 변류기(CT1)을 통하여 작용하도록 되어
있으며 주변압기 1차측으로 과전류가 들어올 때 여자되어
주차단기(MCB)를 차단시킴으로써 이하의 기기를 보호
동작지연
 전차선과 팬터그래프의 사이가 차량진동 등으로 인하여 순간적으로
이격되거나 차량 이동중 주차단기가 투입되는 순간에 써지 전류가 들어
올 때에도 과전류계전기가 동작할 수 있지만
 제어회로상에 주차단기용 시한계전기(MCBTR)의 작용으로 일정
시한(약0.5초)정도의 써지 에서는 주차단기가 차단되지 않도록 하였다.
설치위치 : M′차 차체하의 교류제어기함 내에 설치
교류 보조 제어함(AC Box)
교류제어상자는 집전장치가 있는 차량의 하부에 설치되어 있고 특고압
관련 주요기기가 함내에 설치되어 있으며 차종에 따라 설치된 기기는
약간의 차이가 있다.
차량구분
내장기기
과천선 VVVF
전기동차
ACVR, ACVRTR, DCVRTR, MCBR1, MCBR2,
ArrOCR, MCBR3, MTAR, ACOCR, MCBTR, MTOFTR,
MTTHR , DCVR,
4호선 VVVF
전기동차
ACVR, ACVRTR, DCVRTR, MCBR1, MCBR2,
ArrOCR ,ADCm, AGR, GR, ACOCR, MCBTR,
MCBCOR, RSR, MCBOR1, MCBOR2, MCBOAR
필터 리액터(FL)
설치목적
전동차가 DC 1,500V 가선 전압을 받는 DC 구간에서 운행될 때
입력전압에는 많은 고조파 전압성분(리플전압)이 포함되어 있다.
필터 리액터는 후단에 연결된 필터 캐패시터와 L-C 필터를 구성
하여 주회로의 고조파분을 제거하기 위하여 사용
리플전압이 제거되어 인버터의 동작을 안정적으로 양호하게 함
냉각방식
강제통풍 냉각방식의 공심 원통형 리액터로서 M, M'차 상하에
탑재되며 1개 구동차분의 회로에 1대 접속되어 있다.
전동송풍기에 의해 냉각이 되며 리액터 본체와 전동송풍기와는
연결 덕트 및 플렉시블 덕트에 의해 접속되어 있다.
변류기(Current Transformer)
가. 과전류 보호용 변류기(CT1)
주회로의 주변압기 전단에 설치되어 과부하, 기타 고장 등에 의해
과전류가 발생할 경우 이를 감지하여 변류기의 2차 측에 접속된 과전류
계전기(ACOCR)를 동작시켜 주차단기(MCB)를 개방 하는데 사용된다.
나. 모진 보호용 변류기(CT2)
교직 겸용차에 설치되어 직류구간 운행중에 교류 25KV가 혼촉되거나
또는 교류모진 하였을 때 직류 전동차 회로의 절연한도를 초과하는
전압이 인가되어 절연파괴를 일으키게 되므로 속히 전동차를 급전
회로로부터 차단하기 위하여 사용
직류피뢰기 접지측에 본 변류기를 놓아 교류모진이나 혼촉시 피뢰기의
방전 전류를 검출하여 변류기의 2차측에 접촉되어 있는
피뢰기과전류계전기(ArrOCR)를 동작시켜 주차단기(MCB)를 개방
주변환기(Main Converter)
교·직류 VVVF 제어 전기동차에 설치되어 있으며 컨버터와 인버터를 합친 것으로 교류
구간에서는 컨버터와 인버터 모두 구동, 직류구간에서는 인버터만 동작
구동차에 설치되며 각 각 4대의 유도전동기를 병렬제어하기 위한 전력을 공급
구분
컨버터
인버터
과천선 VVVF
전기동차
ㅇ AC25kV의 전압을 주변압기
에서 낮추어진 교류전원
(AC840V)의 주변환기 컨버터
에서 직류 일정 전압
(DC1,800V)으로 제어 정류
ㅇ인버터에서 필요한 정전압
정주파수를 출력
ㅇ컨버터 또는 가선으로부터 직류
전압을 공급받아 교류유도전동기
를 구동하기에 알맞은 교류 3상
전력(AC1,100V)을 출력
ㅇ즉 가변전압 가변주파수를 출력
하여 유도전동기 구동하는 기기
4호선 VVVF
전기동차
ㅇ전차선에서 공급된 AC25kV
의 전압을 주변압기에서 낮추
어진 교류전원(AC855V×2)의
주변환기 컨버터에서 직류
일정전압(DC1,650V)으로
제어 정류
ㅇ컨버터 또는 직류구간 가선으로
부터 직류 전압을 공급받아 교류
구간에서는 0~1,250V로 변환
ㅇ직류구간은 0~1,100V로 변환
ㅇ출력 주파수를 0~160Hz로 변환
교직전환기
(ADCm : AC-DC Commuting Switch)
동작시기
ADS를 AC측으로 절환하면 ADCg와 같이 AC 측으로 절환되어
전차선 전원이 주변압기와 C/I를 통하여 주전동기에 공급하는
회로로 구성되고,
ADS를 DC측으로 절환하면 DC측으로 절환되어 전차선 전원이
인버터와 주전동기에 공급하는 회로로 구성된다.
설치위치 : 4호선 AC Control Box(과천선 M’ 지붕위 ADCg)
수고하셨습니다

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