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직류궤도회로 정류기의 낙뢰 및 서지 방지에 관한 연구

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Author(s)
정선영
Issued Date
2018
Abstract
DC rectifier circuit method is installed in the station and the station of the general line section operated by the diesel engine vehicle. Track circuits are designed to be classified into audible frequency (AF), high-voltage impulse, and DC power depending on the track environment, speed, and so on. The audio frequency (AF) track circuit method is used for the track circuit of the high speed line and the general line and the high speed line for the electric vehicle while the high voltage impulse track circuit method is mostly used in the station of the normal line section. The use of the track circuit is divided into a section of the railway which is supplied with stable power through a railway substation and a section of the railway which receives direct electricity from the Korea Electric Power Corporation. In the non-electric section, there is no protection line and the single ground is used. However, in the area where there are many lightning strikes, there are many obstacles due to abnormal voltage inflow. Recently, even though the DC circuit has been gradually decreasing due to the increase in the number of electric trains, research about the correlation of global warming and lightning has been done, increasing the damage of lightning resulted from the global warming. Damage has been increasing as the frequency of lightning increases resulted from the effect of warming. In the railway signaling system, lightning damage to the signal equipment has increased more than in the past owing to control enhancement and miniaturization of the equipment by control using the control method using the microelectronic method in the control method by the conventional relay. Therefore, evaluation of delays and stoppages of trains due to lightning has become more difficult, and the importance of countermeasures for lightening damage has been increasing. These days, as the signaling equipment becomes electronic, the power and signaling equipment between the signaling equipment room and the external signaling equipment are connected with a communication cable. There are cases where lightning strikes the power, signal, and communication cables and it enters the signal equipment inside and outside the signal processing equipment room, causing the equipment to burn or malfunction.
In this paper, we try to analyze the abnormal voltage input path researching and analyzing the 2 / 4V rectifier burned parts because the rectifier replacement ratio is 31.2% as a result of analyzing DC rectifier circuit fault. Also, it is aimed to propose a method of installing a DC circuit security device and a planar rectifier as a way to improve rectifier performance in response to an abnormal voltage input of DC circuit.
철도에서 운영중인 궤도회로는 레일을 전기회로로 이용하여 일정한 구간 내에 열차가 존재하면 차축이 레일을 단락시킴으로서 열차의 존재를 판단하는 장치이다. 궤도회로는 선로환경, 운행속도 등에 따라 가청주파수(AF)방식, 고전압임펄스 방식, 직류전원방식으로 나누어 설계 된다. 가청주파수(AF)궤도회로 방식은 전기차량을 운행하는 고속선 전 구간 및 일반선의 역과 역사이 궤도회로에 주로 사용하며, 고전압 임펄스궤도회로 방식은 일반선 구간의 역구내에 대부분 사용한다.[1] 직류궤도회로 방식은 디젤기관 차량이 운행하는 일반선 비 전철구간의 역구내 및 역간에 설치한다. 궤도회로의 사용전원은 철도운행 노선에 따라 철도변전소를 통해 안정적인 전원을 공급받는 전철구간과 한국전력공사 전주에서 직접 전기를 수전 받는 비전철 구간으로 나눈다.[2-3] 전철구간은 보호선, 공동접지 등으로 신호설비의 이상전압 유입에 대한 방호를 하고 있으나, 비전철구간은 보호선이 없고 단독접지를 사용하고 있어 낙뢰가 많은 지역은 이상전압 유입에 의한 장애가 많이 발생하게 된다. 한국철도공사에서 운영하는 철도노선은 주요간선인 전철구간이며 경전선, 교외선 등 열차운행 횟수가 적은 구간은 대부분 직류궤도회로를 사용하고 있는 실정이다. 최근 전철화 확대에 따라 직류궤도회로는 점차 감소하고 있는 추세에 있으나 최근 들어 지구의 온난화 등으로 낙뢰의 피해가 급증하면서 지구의 온난화와 낙뢰의 상관 관계에 대한 연구가 진행되어 왔다. 낙뢰와 온도의 상관 관계를 살펴보면, 대지표면 온도가 1℃ 씩 증가할 때 낙뢰는 10~100% 증가하며, 온난화의 영향으로 발생빈도가 증가함에 따라 피해도 증가하는 추세이다.[4] 또한 직격뢰에 의해 건축물 외형의 파괴 및 내부의 전자, 전기, 통신장비의 피해로 인해 경제적 손실도 증가하는 추세이다. 철도신호설비는 기존의 릴레이에 의한 제어방식에서 마이크로 일렉트로닉스 방식의 기술을 사용한 제어로 제어 고도화 및 기기의 소형화로 과거보다 신호설비에 대한 낙뢰 피해는 증가하였다. 최근에는 낙뢰에 의한 열차운행 지연·정지에 대한 평가가 한층 더 어려워지고 있으며 뇌해 대책의 중요성이 더욱 커지고 있다. 최근에는 신호설비들이 전자화 되면서, 신호조작 기계실과 외부의 신호설비간의 전원 및 신호설비가 통신 케이블로 연결되어 있어, 낙뢰가 전원, 신호 및 통신 케이블을 타고 신호조작 기계실 내부 및 외부의 신호설비로 유입되어 장비를 소손시키거나 오동작하는 사례가 발생하고 있다.[5-6] 신호설비의 전자화가 급속하게 진행되면서 절연강도가 감소하는 경향이 있다. 현실적인 대책은 각 기기를 제작하는 제작사측이 개별적으로 대책을 수립하는 경우가 일반적이다. 한편 장비간 배선인 내선과 외선의 접지선 분리 배선은 낙뢰 피해 대책으로 기존 기구함과 장비에 적용이 곤란하다.
본 논문에서는 직류궤도회로 장애 분석 결과 정류기 교체 비율 31.2%로 많은 비중을 차지하고 있어 2/4V 정류기 소손부품을 조사 및 분석하여 이상전압 유입 경로를 분석하고자 한다. 또한 직류궤도회로 이상전압 유입에 대응하기 위한 정류기 성능개선 방안으로 직류궤도회로 보안기 설치 방안 및 궤도정류기에 대한 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다.
Alternative Title
A Study on Lightning and Surge Protection of DC Rectifier Circuit
Alternative Author(s)
JEONG SEON YOUNG
Affiliation
조선대학교 산업기술융합대학원
Department
산업기술융합대학원 전기기술융합공학과
Advisor
고필주
Awarded Date
2019. 2
Table Of Contents
목 차

ABSTRACT
Ⅰ. 서 론 1
Ⅱ. 이 론 3
A. 궤도회로 3
1) 개요 3
2) 직류궤도회로 4
B. 뇌와 서지 6
1) 뇌현상 6
2) 서지현상 6
3) 서지의 특성과 파형 7
4) 서지의 유입경로 8
5) 서지보호장치의 성능 9
C. 뇌보호 시스템 11
1) 낙뢰의 개요 11
2) 낙뢰피해 발생 메커니즘 14
Ⅲ. 궤도정류기 이상전압 원인분석 16
A. 일반현황 16
1) 직류궤도회로 설치 및 장애 현황 16
2) 궤도정류기 운용현황 조사 18
3) 낙뢰 발생 현황 21
B. 장애분석 23
1) 장애 내용 및 분석 사례 23
2) 뇌 서지 유입경로 분석 25
Ⅳ. 궤도정류기 기능개선 대책 27
A. 개선 대책 27
1) 성능개선 27
B. 궤도정류기 성능시험 30
1) 시험개요 30
2) 시료1(기존제품) 시험 31
3) 시료2(개선품) 시험 35
4) 축전지 과방전에 의한 과부하 스트레스 분석 39
5) 온도시험 40
Ⅴ. 결론 41

Reference 43
Degree
Master
Publisher
조선대학교 산업기술융합대학원
Citation
정선영. (2018). 직류궤도회로 정류기의 낙뢰 및 서지 방지에 관한 연구
Type
Dissertation
URI
https://oak.chosun.ac.kr/handle/2020.oak/2024
http://chosun.dcollection.net/common/orgView/200000267288
Appears in Collections:
Engineering > Theses(Master)(산업기술창업대학원)
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