개념 한 쪽
전기철도 분야에서는 차량의 속도제어 방식과 궤도 및 차량과 관련된 기본 계산을 이해해야 한다고 본다. 교류 전기차의 대표적 속도제어는 탭절환 제어이고, 곡선 주행에서 요구되는 고도(캔트)는 실용식으로 간단히 계산한다. 궤도는 레일·침목·도상이라는 세 요소로 구성되고, 기관차의 견인력은 동륜상 중량과 점착계수의 곱으로 구한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「주전동기의 구동 및 제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 궤도 요소 판별 | 1 | 레일·침목·도상 중 궤도 구성 요소를 가려내기 |
| 교류 속도제어 구분 | 1 | 교류 전기차의 속도제어 방식 특징을 식별하기 |
| 곡선고도 계산 | 1 | 캔트 실용식을 이용해 고도 값을 계산하기 |
궤도는 열차가 주행하는 선로 구조물로, 기본적으로 레일·침목·도상 세 요소로 구성된다고 설명한다. 레일은 바퀴가 직접 굴러가는 강철 부재이고, 침목은 레일을 일정 간격으로 받쳐 고정하는 부재이며, 도상은 침목 아래의 자갈층으로 하중 분산과 배수를 돕는 역할을 한다고 본다. 따라서 궤도의 요소를 물을 때는 이 세 가지를 기준으로 판단한다.
교류 전기차의 속도제어 방식은 전원 형태에 따라 구분한다고 본다. 직류 전기차는 저항제어·직병렬 전압제어·계자제어 등 직류 방식이 주로 쓰이고, 교류 전기차는 차상변압기의 탭을 절환하여 전동기 전압을 단계적으로 조절하는 탭절환 제어가 대표적이라고 설명한다. 보기에 나타난 직류 방식들은 교류 전기차의 속도제어가 아니므로 소거 대상이라고 본다.
곡선 주행에서 요구되는 고도(캔트)는 원심력을 상쇄하기 위해 바깥 레일을 안쪽보다 높게 설치하는 높이 차라고 규정한다. 실용식은 C = G·V²/(127·R)이며, 여기서 G는 궤간(mm), V는 속도(km/h), R은 반지름(m)로 단위를 바꾸지 않고 대입하면 결과가 mm로 나온다고 안내한다. 단위 환산을 실수하면 오답이 나올 수 있으므로 실용식을 이용해 계산하는 방법을 숙지하라고 본다.
기관차의 최대 견인력은 동륜상 중량과 점착계수의 곱으로 구한다고 정리한다. 기관차 자중과 동륜상 중량을 혼동하면 틀리므로 문제에서 요구하는 '동륜상 중량'을 반드시 사용해야 한다고 강조한다. 점착계수는 문제에서 주어지는 값을 그대로 사용하면 된다고 본다.
전동기의 배치와 차량 설계 측면에서는 전동기를 고속 소형기로 제작하고 감속 기어로 저속 대토크를 얻는 것이 전동기 소형화에 유리하다고 정리한다. 감속 기어의 주목적은 전동기 소형화이며, 동력 전달은 부차적 효과라고 본다.
곡선고도 계산 예시: 캔트 공식 C = G·V²/(127·R)에 G=1435mm, V=120km/h, R=1500m를 대입하면 C = 1435×120²/(127×1500) = 1435×14400/190500 ≈ 108.5mm이므로 약 108.5mm의 고도가 필요하다고 계산한다.
최대 견인력 계산 예시: 동륜상 중량이 95[t]이고 점착계수가 0.2이면 동륜상 중량을 kgf로 바꿔 95,000kgf × 0.2 = 19,000kgf가 최대 견인력이라고 계산한다. 자중과 동륜상 중량을 혼동하지 않는 것이 핵심이라고 본다.
전식 방지법이 아닌 것은?
정답 ④ · 전식(Stray current corrosion) 방지법으로는 궤도에 본드를 설치하여 귀선 저항을 작게 하여 누설 전류를 흐르기 쉽게 하는 것이 포함됩니다. 따라서 '귀선 저항을 크게하기 위해 레일에 본드를 시설한다'는 설명은 저항을 줄이기 위해 본드를 설치하는 원리와 반대되는 잘못된 설명입니다.
전식 방지는 본드로 귀선저항을 '작게' 해 누설전류를 궤도로 되돌리는 것이다.
전동차의 무게가 100[t]이고, 바퀴 위의 무게가 75[t]인 기관차의 최대 견인력은 몇 [Kg]인가? (단, 바퀴와 레일의 점착 계수는 0.2이다)
정답 ③ · 문제는 점착계수를 이용해 기관차의 최대 견인력을 구하는 문제이다. 최대 견인력은 점착계수에 바퀴 위 하중(점착중량)을 곱한 값이므로 0.2×75 t이다.
최대 견인력 = 점착계수 × 바퀴 위 하중(점착중량)이므로 0.2 × 75t = 15,000kg이다.
30톤의 전동차가 30/1000의 경사를 올라가는 데 필요한 견인력은 몇 kgf인가? (단, 열차의 저항은 무시한다.)
정답 ③ · 경사를 올라가는 데 필요한 힘은 중력에 의한 수평 방향 성분과 같습니다. 경사가 30/1000이므로 필요한 견인력은 전동차 무게 30톤(30,000kg)에 경사비 30/1000을 곱한 값입니다.
경사에서 필요한 견인력은 '중량×경사비'이므로 30,000kg×30/1000=900kgf이다.
전기공사산업기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.