개념 한 쪽
전기철도 기초는 전차에서 새는 전류가 지중 금속을 부식시키는 전식, 경사진 선로를 오를 때 요구되는 견인력 계산, 곡선 주행 시 필요한 고도(캔트) 계산, 폐색구간 경계의 임피던스 본드 등 현장 설계와 안전에 직결되는 개념을 다룬다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「전기철도의 기초」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전식 방지법 판별 | 1 | 본드의 목적과 전식 방지 원리 가운데 반대 설명을 고르기 |
| 경사 견인력 계산 | 1 | 기차 무게와 구배로 경사에서 필요한 견인력 값을 계산하기 |
| 캔트(고도) 계산 | 1 | 궤간·속도·반경을 이용해 곡선의 적정 고도(mm)를 산출하기 |
전식(stray current corrosion)은 전차의 전류가 레일을 벗어나 땅속의 금속관이나 케이블로 흐를 때 발생하는 전기화학적 부식 현상이다. 전류는 저항이 작은 길로 흐르므로, 레일의 귀선저항을 작게 만들어 누설전류가 레일로 되돌아가게 하면 전식을 방지할 수 있다. 레일 이음매를 전기적으로 연결하는 본드는 귀선저항을 감소시키는 설비라는 점을 정확히 이해해야 한다.
직선 또는 경사진 선로에서 요구되는 견인력은 중량과 구배 비율의 곱으로 계산한다. 구배가 퍼밀(‰)로 주어지면 견인력은 무게(kg) × 구배(‰)/1000으로 구한다. 열차 저항을 무시하면 이 식만으로 경사에서 필요한 견인력이 결정된다.
점착한계에 따른 최대 견인력은 바퀴 위에 실린 하중(점착중량)에 점착계수를 곱해 구한다. 따라서 기관차의 전체 중량이 아니라 바퀴 위에 걸린 하중을 사용해야 한다. 점착계수는 주어진 값으로 처리하고 단위는 kg 또는 t을 일관되게 환산해 계산한다.
곡선주행에서의 고도(cant, 캔트)는 궤간 G(mm), 속도 V(km/h), 곡선반경 R(m)을 이용해 C = G·V²/(127·R)로 계산한다. 단위가 혼합되어 있으므로 공식에 제시된 단위를 그대로 대입하면 mm 단위의 고도가 나온다.
폐색구간 경계에서 레일을 연결할 때는 귀로전류는 통과시키고 신호전류는 구간별로 분리해야 하는 요구가 존재한다. 이 목적을 달성하는 장치가 임피던스 본드이며, 직류급전 환경에서 귀로전류와 신호전류의 상호작용을 관리하는 핵심 부품이다.
예1 — 경사 견인력 계산: 중량 30[t] 전차가 30‰ 경사를 오를 때 열차 저항을 무시하면 견인력은 30t→30000kg, 구배 30/1000이므로 F = 30000 × 30/1000 = 900kg이 된다. 핵심은 t를 kg으로 환산하고 ‰를천분율로 변환하는 것이다.
예2 — 캔트 계산: 궤간 1067mm, 속도 35km/h, 반경 1000m일 때 C = 1067×35²/(127×1000) ≈ 10.3mm가 된다. 공식 C = G·V²/(127·R)에 단위를 그대로 대입하면 계산이 완결된다.
30[t]의 전차가 30[‰]의 경사를 올라 가는데 요하는 견인력[㎏]은 얼마인가? 단, 열차 저항은 무시한다.
정답 ② · 문항은 30톤 차량이 30‰ 경사를 오를 때 필요한 견인력을 묻고 있으며 저항은 무시한다는 조건이다. 경사 견인력은 중량(kg) × 구배(‰)/1000이므로 30 t는 30(ton)×1000 kg = 30000 kg이며 30000×30/1000 = 900 kg이 된다.
경사 견인력 = 중량(kg) × 구배(‰)/1000, 즉 30t × 30‰ = 30×30 = 900㎏.
중량 50[t]의 전차가 30/1,000의 구배를 올라가는데 필요한 견인력[㎏]은? (단, 열차 저항은 무시한다.)
정답 ④ · 문항은 구배에 따른 견인력을 계산하는 문제로 구배 성분만 고려하도록 되어 있다. 차량 무게 50 t는 50,000 kg이고 구배 30/1,000은 0.03이므로 견인력 T = 무게(kg) × 구배 = 50,000 × 0.03 = 1,500 kg(힘)이다.
구배 견인력은 무게×기울기 비율, 50,000kg×30/1,000=1,500kg이다.
궤조를 직류전차선 전류의 귀로로 사용할 때에는 폐색구간의 경계를 귀로전류가 흐르게 하여야 되는데 이와 같은 목적을 이루기 위하여 각 구간의 경계는 무엇으로 연결하여야 하는가?
정답 ③ · 질문은 직류전차선의 귀로전류는 통과시키고 신호용 궤도회로 전류는 차단하는 경계 장치가 무엇인지 묻는다. 이 역할을 하는 장치는 임피던스 본드로서 직류의 귀로전류는 통과시키되 궤도회로의 교류 신호는 구간별로 분리하는 특성을 가진다.
궤조의 귀로전류는 통과시키고 폐색 신호는 분리하는 경계 연결 기기는 임피던스 본드이다.
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