문서 보기문서 편집수정 내역 전철변전소 (덤프버전으로 되돌리기) [목차] {{{+2 [[電]][[鐵]][[變]][[電]][[所]] / Substation(S/S)}}} == 개요 == >전철변전소란 전기를 동력원으로 하는 철도차량이나 설비, 시설에 전기에너지를 공급하기 위해 외부(한전)로부터 전기를 공급받아 적절한 전압으로 바꿔주는 설비가 있는 장소를 말한다. >---- >[[한국철도공사]] 공식 설명문 전철변전소는 [[전기철도]]에서 외부로부터 전기를 받아서 적절한 전압/전류 로 변성한 뒤, [[가공전차선|전차선로]] 및 배전선[* 역사, 건널목, 신호보안장치 등에 전력(22.9kV 또는 6.6kV)을 공급하기 위해 설치한 선로]에 전기를 공급해주는 설비이다. 외부로부터 공급받는 전력은 그대로 사용하기에 전압이 너무 높으므로 전철변전소에서 부하에 알맞게 전력을 변성시킨다. 추가적으로 전차선로 등에 전기사고가 발생할 시 급전 차단, 회생제동으로 인한 잉여전력 흡수 기능을 수행한다.[* 회생제동 시 추진력이 전력으로 변환되는데, 급전구간에 부하요소가 없다면 전차선로 전압이 지나치게 높아져 회생제동의 효율이 떨어진다. 잉여전류는 저항으로 열로 발산시키거나, 인버터를 통해 다시 AC로 변환하여 전력회사로 되돌려보내는데, 보통 후자의 경우가 많이 쓰인다. ] 예전에는 운전원이 직접 현장에 상주하여 관리하였으나, 요즘에는 SCADA 등의 원격 모니터링 및 제어 설비를 통하여 관제실에서 통합 관리한다.[* 단 간선상의 주요 전철변전소에는 인력이 현장에 상주한다.] == 외형상 구분 == === 옥외철구형 === 야외에 변전 시설을 설치한 형태이다. 구조가 옥내형에 비해 평면적이라 단순하다. 하지만 소음 발생 및 외부 환경에 취약하며, 더 넓은 부지를 필요로 한다. === 옥내형 === 변전시설용 건물을 지은 뒤 건물 내부에 변전 시설을 설치한 형태이다. 소음 발생 및 외부 환경에서 자유로우며, 부지 비용을 절감할 수 있다. 하지만 구조가 옥외철구형에 비해 입체적이므로 복잡하다. === 하이브리드형 === 옥외철구형에 GIS(Gas Insulated Switch Gear)를 혼합한 형태이다. GIS는 용지 비용 절감, 외부 먼지, 염해 등에 의한 설비의 오손과 소음을 줄이고자 고압설비[* 고압모선, 차단기, 단로기 등]를 접지된 탱크 안에 내장하고, 절연내력이 우수한 육불화황(SF6)[* 단 SF6는 [[온실가스]]라 환경 규제를 받으므로 최근에는 다른 기체로 대체를 시도중이다.] 가스를 봉입함으로써 절연이격거리를 크게 줄인 설비이다. == 전기방식에 의한 분류 == === 직류식 === 외부로부터 들어온 전력[* 한국 기준 AC 22.9kV 또는 154kV 60Hz]을 받아 직류[* 600V, 750V, 1.5kV, 3kV]로 변성하여 공급한다. 한국을 비롯한 많은 나라에서는 아래와 같은 특성 때문에 주로 [[도시철도]] 등에 이용되고 있다. ==== 장점 ==== 1. 절연을 위한 공간을 교류식보다 적게 잡아먹는다. 2. 전파유도장해가 적어 안정적이다. ==== 단점 ==== 1. 급전전압이 낮아 교류식에 비해 촘촘한 변전소 설치가 필요[* 5~15km]하다. 따라서 노선이 길수록 비경제적이다. 2. 급전전압이 낮아 운전전류와 사고전류를 구분하기 힘들어 급전 차단이 곤란하다. 3. 전식[* 전기에 의한 부식] 발생 우려가 있어, 이에 대한 대책이 필요하다. ==== 급전방식 ==== ===== 병렬급전식 ===== 양측 변전소로부터 모두 급전하는 방식으로 급전선, 전차선을 병렬로 설치하고 레일을 귀선으로 이용한다. 한국에서는 이게 표준이다. ===== 정류포스트(RP)식 ===== 대지로의 누설전류를 경감시키기 위해 주변전소로부터 3상 교류를 곳곳에 분산된 정류포스트(RP)에서 수전하여 직류로 변성시킨 뒤 전차선에 공급하는 방식이다. 정류포스트(RP)에는 변성용 변압기, 정류기만을 설치하고, 고속도차단기 등의 보호설비는 부하중심인 주변전소에만 설치하여 건설비용을 절감한다. === 교류식 === 외부로부터 들어온 전력[* 한국 기준 AC 154kV 60Hz]을 받아 교류[* 25kV, 50kV]로 변성하여 공급한다. 간단히 말하자면, 직류변전소의 직류로 강압, 변성하는 부분을 차량 쪽으로 떠넘긴 형태라 할 수 있다.[* AC 차량도 내부적으로 구동을 위해 차량의 주변압기를 통해 DC 1500V 등으로 변성한다. [[동력분산식]]은 대부분 모터카에, [[동력집중식]]은 당연히 [[기관차]]에 있다. ] 한국에서는 주요 간선 등에 교류를 쓰지만 다른 나라, 특히 유럽이나 일본을 보면 주요 간선이 직류를 쓰기도 하는데 이는 교류전철이 직류전철보다 늦게 상용화되었기 때문이다. ==== 장점 ==== 1. 급전전압이 높아 직류식에 비해 변전소 설치 간격이 길고[* 30~100km], 전압강하에 더 자유롭다. 따라서 노선이 길수록 경제적이다. 2. 직류 변환을 위한 설비가 생략되어 구조가 단순하다. 3. 운전전류가 낮아 사고전류 차단이 용이하다. ==== 단점 ==== 1. 높은 전압으로 인해 절연이격거리가 직류보다 더 필요하므로, 구조물이 조금 더 커진다. 2. 유도장해가 발생하므로 이에 대한 대책이 필요하다. ==== 급전방식 ==== ===== 직접급전 ===== 전철변전소로부터 전차선으로 전력을 공급하고, 레일을 귀선으로 삼는 매우 간단한 방식이다. 그러나 통신유도장해 문제가 있어 대신 아래의 BT, AT 급전식을 사용한다. ===== BT(흡상변압기) 급전 ===== 약 4km마다 권선비가 1:1인 흡상변압기(Booster Transformer)를 직렬로 설치하여 귀선로(레일)에 흐르는 귀선전류를 부급전선으로 흡상시킨다. 이 방식은 약 25kV의 전원을 전차선에 공급한다. 한국의 경우 기존 산업선[* 구 [[중앙선]], [[태백선]], [[영동선]]] 전철화 시에 널리 사용되었으나, AT 방식에 비해 비경제적이기 때문에 요즘에는 사용하지 않는다. ===== AT(단권변압기) 급전 ===== 약 10km마다 급전선과 전차선 사이에 일부 권선을 공유하는 단권변압기(Auto Transformer)를 설치하고, AT의 중성점을 레일과 연결하여 급전회로를 구성한다. 이 방식은 약 50kV의 전원을 전차선에 공급하나, 결선 상 실제 차량으로 공급되는 전력의 전압은 1/2인 25kV이다.[* 급전선과 전차선의 전위차가 50kV, 전차선/급전선과 레일 사이 전위차는 25kV이다. 일종의 단상 3선식 배선으로 생각해도 된다. 단상 3선식 선로에서 양쪽 활선을 연결하면 220V, 한 활선과 중성선을 연결하면 110V가 된다.] 따라서 전류는 1/2, 전압강하는 1/4로 줄어든다. 그리고 레일에 흐르는 부하전류는 인접한 AT에 흡상되므로 통신유도장해가 적다. BT방식보다 전압강하에 자유롭고, 경제적이며, 열차의 고빈도 운행에 따른 부하 급증에 대응하기 위해 요즘 건설되는 전기철도는 이 방식을 채택한다. == 하위 급전설비 == === 급전구분소(SP) === Sectioning Post 변전소와 변전소 사이에 단로기와 차단기를 설치한 설비이다. DC 구간은 전압강하 보상을 위해 일반적으로 병렬급전 방식을 사용하므로 상/하선을 차단기로 연결한 뒤, 평소에는 차단기를 투입시키고, 점검 및 사고 발생 시 구간한정을 위해 차단기를 개방한다. 이에 반해 AC 구간은 보통 위상차 문제로 병렬급전을 하지 않으므로 급전계통의 분리를 위해 평소에는 차단기를 개방함으로써 절연하고, 변전소 점검 및 사고 발생 시에는 연장급전을 위해 차단기를 투입한다. 인접한 곳에 [[절연구간]]이 있다. === 급전타이포스트(TP) === Tie Post 급전타이포스트(TP)는 직류전철방식에서 전차선 전압강하를 경감하기 위해 선로 말단이나 중간에 상선과 하선을 차단기[* 이상전류가 흐를 때 설비를 보호하기 위해 설치한다.]를 통해 연결하는 설비이다. 의외로 상술한 정류포스트(RP)와 많이 헷갈려하는데 주의하도록 하자. === 보조급전구분소(SSP) === Sub Sectioning Post 변전소와 급전구분소 사이에 설치되어, 점검 또는 사고 발생 시 피해범위를 최소화하기 위해 단로기, 차단기를 설치한 설비이다. === 단말보조급전구분소(ATP) === Auto Transformer Post 전차선로의 말단에 전압강하 보상 및 유도장해 경감을 목적으로 단권변압기(AT)를 설치한 시설을 말한다. 단로기 등 개폐장치는 설치하지 않는다. === 병렬급전소(PP) === Parall Post PP 급전계통[* 교류 전철 계통 구성 방식의 하나로, 상/하선을 PP나 SP에서 상시로 연결하고, 선로 장애 시 분리하여 건전선로만 운행하는 방식. [[경부고속선|경부고속철도]]에 적용되어 있다.]에서 상선과 하선을 평소에는 전기적으로 연결하여 전압 강하 보상과 회생전력 배분을 수행하다, 비상 시에는 상하선을 구분하여 상태가 양호한 선로만 운용하기 위해 단로기, 차단기 등을 설치한 설비이다. 전차선에는 구분장치를 설치하지 않는다. == 여담 == 이 문서는 전기철도의 대략적인 내용만 기술하였기 때문에 더 자세히 알아보고 싶으면 전기철도공학 관련 책을 읽으면 된다. == 관련 문서 == * [[전기]] * [[변전소]] * [[전기철도]] * [[절연구간]] [각주] [[분류:철도 시설]]캡챠되돌리기