25kV AC 철도 전철화

25 kV AC railway electrification
유럽의 철도 전화 시스템:
비전기화
750 V DC
1.5kV DC
3 kV DC
15 kV AC
25 kV AC
프랑스, 스페인, 이탈리아, 영국, 네덜란드, 벨기에, 터키의 고속선은 구소련의 고압선과 마찬가지로 25kV 이하로 가동된다.

25 킬로볼트 (kV)의 교류 (AC)를 사용하는 철도 전화 시스템은 전세계적으로, 특히 고속 철도의 경우 사용됩니다.

개요

부에노스아이레스의 Roca Line CSR EMU(25kV AC 사용).

이 전철화는 장거리 또는 교통량이 많은 철도에 이상적입니다.제2차 세계대전 전 헝가리와 독일의 검은 숲에서 몇 가지 실험을 한 후, 1950년대에 널리 사용되기 시작했다.

솔리드 스테이트 정류기 및 관련 기술이 개발되기 전에 적절한 소형 경량 제어 및 정류 장비가 부족했던 것도 이 기술이 더 일찍 도입되지 않은 이유 중 하나였다.또 다른 이유는 다리 밑과 터널에서 주행할 때 필요한 간극 거리가 늘어났기 때문에 활선 부품에 간극이 증가하기 위해서는 대규모 토목 공사가 필요했을 것입니다.

구형, 저용량 직류 시스템을 사용하는 철도는 새로운 고속 노선에 3 kV DC/1.5 kV DC 대신 25 kV AC를 도입했거나 도입하고 있습니다.

역사

50Hz 시스템의 첫 번째 성공적인 작동 및 정기적인 사용은 1931년으로 거슬러 올라가며 1922년부터 시작된 테스트입니다.헝가리의 칼만 칸도에 의해 개발되었으며, 50Hz에서 16kV AC, 비동기식 트랙션 및 조정 가능한 극 수를 사용했다.첫 번째 전화선은 부다페스트-두나케지-알라그였다.최초의 완전 전기화된 노선은 부다페스트-기아르-헤게예샬롬(부다페스트-빈 선의 일부)이었다.Kando의 솔루션은 미래를 위한 방법을 보여주었지만, 헝가리 이외의 철도 사업자들은 설계에 대한 관심이 부족했다.

이 시스템을 사용한 첫 번째 철도는 1936년 프라이부르크와 노이스타트 사이의 Hölentalbahn의 일부를 20kV 50Hz AC 시스템을 설치하여 전기화한 도이치 라이히스반에 의해 완성되었습니다.독일의 이 지역은 1945년 이후 프랑스의 점령지였다.1951년 독일 시스템을 조사한 결과, SNCF는 프랑스 남부의 Ax-le-Bains와 La Roche-sur-Foron 사이의 라인을 처음에는 20kV였지만 1953년에 25kV로 전환했다.25kV 시스템이 프랑스에서 표준으로 채택되었지만 파리 남쪽의 상당한 주행거리가 이미 1.5kV DC로 전기화되었기 때문에 SNCF는 1960년대에 [1][2]이중 전압 기관차가 개발될 때까지 몇 가지 새로운 DC 전기화 프로젝트를 계속하였다.

이전에 이 전압의 전기가 사용되지 않았던 주된 이유는 열차에 장착될 수 있는 수은 아크형 정류기의 신뢰성이 부족했기 때문입니다.이는 DC 직렬 모터를 사용해야 하는 요건과 관련이 있으며, 이를 위해서는 전류를 AC에서 DC로 변환해야 하며 이를 위해서는 정류기가 필요합니다.1950년대 초까지, 수은 아크 정류기는 이상적인 조건에서도 작동하기 어려웠기 때문에 철도 기관차에서 사용하기에 적합하지 않았습니다.

AC 모터를 사용할 수 있었지만 (그리고 일부 철도는 다양한 성공을 거뒀지만) 견인 목적의 이상적인 특성은 아니었습니다.주파수를 바꾸지 않으면 속도 제어가 어렵고 전압에 의존해 속도 제어가 이상적이지 않은 토크를 주기 때문이다.이러한 이유로 DC 시리즈 모터는 1990년대까지만 해도 전압으로 제어될 수 있고 토크 대 속도 특성이 거의 이상적이기 때문에 트랙션 용도로 가장 많이 사용되었습니다.

1990년대에 고속열차는 보다 가볍고 유지보수가 적은 3상 교류 유도 모터를 사용하기 시작했습니다.N700 신칸센은 3레벨 컨버터를 사용하여 25kV 단상 AC를 1,520V AC(변압기를 통해)에서 3kV DC(사이리스터를 통해 위상 제어 정류기를 통해)로 최대 2,300V 3상 AC(IGBT를 사용하여 펄스 폭 변조 방식으로 가변 주파수 인버터를 통해)로 변환합니다.이 시스템은 회생 제동에 대해서는 반대로 작동합니다.

25kV를 선택한 것은 공급 전압의 깔끔한 비율이 아니라 전압과 비용의 함수로서의 전력 전송 효율과 관련이 있었습니다.소정의 전력 레벨에서 전압이 높을수록 고전압 기기의 경우 더 낮은 전류와 더 나은 효율을 얻을 수 있습니다.25 kV가 최적의 지점인 것으로 확인되었으며, 이 지점에서는 전압이 높아도 효율은 개선되지만 더 큰 절연체와 구조물 간극의 증가로 인해 발생하는 높은 비용과 관련해서는 크게 개선되지 않았다.

단락을 방지하려면 고전압을 습기로부터 보호해야 합니다."잘못된 종류의 눈"과 같은 기상 사건은 과거에 실패를 야기했다.대기 원인의 예는 2009년 12월에 채널 터널 안에서 4대의 유로스타 열차가 고장났을 때 발생했다.

분배

25kV AC 전기의 전력은 보통 3상 전송 시스템에서 직접 공급됩니다.송전 변전소에서는 강압 변압기가 고전압 공급의 3상 중 2상에 걸쳐 접속되어 전압을 25kV로 낮춥니다.그런 다음, 때로는 수 킬로미터 떨어진 선로 옆에 위치한 철도 공급 스테이션으로 보내집니다.고전압 공급기는 2상만 사용되므로 각 공급기 스테이션을 서로 다른 위상 조합에 연결하여 위상 불균형을 보정합니다.열차 팬터그래프가 서로 위상이 다를 수 있는 두 개의 공급 스테이션을 연결하는 것을 방지하기 위해, 서로 다른 공급 스테이션에서 공급되는 섹션 사이에 중립 섹션이 제공됩니다.SVC는 로드밸런싱 및 [3]전압제어에 사용됩니다.

경우에 따라서는 단상 AC 변압기가 있는 변전소에 전용 단상 AC 전원선이 건설되었다.그러한 노선은 프랑스 [4]TGV에 공급하기 위해 건설되었다.

표준화

25 kV, 50 Hz AC를 사용하는 철도 전화는 국제 표준이 되었습니다.시스템의 전압을 정의하는 두 가지 주요 표준이 있습니다.

  • EN 50163:2004+A1:2007 - "철도 애플리케이션.트랙션 [5]시스템의 공급 전압"
  • IEC 60850 - "철도 애플리케이션.트랙션 [6]시스템의 공급 전압"

허용되는 전압 범위는 위 표준에 명시된 바와 같으며, 전류를 끌어내는 열차의 수와 변전소로부터의 거리를 고려합니다.

전화
시스템.		 전압
분.
영속적이지 않다		 분.
영구적인		 공칭 맥스.
영구적인		 맥스.
영속적이지 않다
25kV 50Hz 17.5kV 19 kV 25kV 27.5kV 29 kV

이 시스템은 현재 유럽연합의 유럽 횡단 철도 상호 운용성 표준 (1996/48/EC "유럽 횡단 고속 철도 시스템의 상호 운용성" 및 2001/16/EC "유럽 횡단 재래식 철도 시스템의 상호 운용성")의 일부입니다.

바리에이션

이 표준을 기반으로 하지만 일부 변형이 있는 시스템이 사용되었습니다.

60Hz에서 25kV AC

다음 항목도 참조하십시오.철도 전화 시스템 목록: 25 kV AC, 60 Hz

60 Hz가 정상 그리드 전력 주파수인 국가에서는, 60 Hz에서 25 kV가 철도 전기화에 사용됩니다.

50 또는 60Hz에서 20kV AC

일본에서는 도호쿠 지방, 호쿠리쿠 지방, 홋카이도, 규슈의 기존 철도 노선에 사용되고 있으며, 그 중 호쿠리쿠와 규슈는 60Hz이다.

60Hz에서 12.5kV AC

미국의 일부 라인은 12.5kV 60Hz로 전기가 공급되거나 11kV 25Hz에서 12.5kV 60Hz로 변환되었다.60 Hz를 사용하면 60 Hz 유틸리티 그리드에서 직접 공급할 수 있지만, 25 kV 60 Hz의 경우 더 큰 와이어 클리어런스나 11 kV 25 Hz 라인에서도 운행되는 열차의 경우 이중 전압 용량이 필요하지 않습니다.예를 들면 다음과 같습니다.

25Hz에서 12kV

6.25kV AC

영국의 초기 50Hz AC 철도 전화는 교량 아래 및 터널에 제한된 간극이 있는 6.25 kV AC 구간을 사용하도록 계획되었습니다.철도 차량은 25kV와 6.25kV 사이의 자동 전환이 가능한 이중 전압이었습니다.6.25 kV 구간은 활선과 접지 장비 사이의 거리가 당초 필요하다고 생각되었던 것보다 줄어들 수 있다는 것을 입증한 연구 작업의 결과로 25 kV AC로 변환되었다.

이 연구는 크루에 있는 다리 아래에 있는 증기 엔진을 사용하여 이루어졌다.25kV 가공선의 일부 구간은 기관차의 굴뚝에서 증기를 받는 동안 점차 교량의 접지된 금속 구조물에 가까워졌다.플래쉬오버가 발생한 거리를 측정하여 오버헤드 장비와 구조물 사이의 새로운 간극을 [citation needed]도출하는 기준으로 사용하였습니다.

50 kV AC

때로는 25kV가 50kV로 두 배로 증가하여 더 큰 전력을 얻고 변전소 간의 거리를 늘립니다.이러한 회선은 보통 인터런으로 인한 복잡성을 피하기 위해 다른 회선과 격리됩니다.예를 들면 다음과 같습니다.

2 × 25 kV 자동 트랜스 시스템

(1) 공급 변압기
2. 전원장치
(3) 가공선
(4) 주행 레일
5. 피더라인
6. 팬터그래프
(칠) 기관용 변압기
(8) 가공선
(9) 자기 트랜스폼
10 러닝 레일
프랑스 파리와 캉 사이의 2 × 25 kV 가선 시스템

2 × 25 kV 자동 트랜스폼 시스템은 25 kV의 전력을 열차에 공급하지만 에너지 손실을 줄이기 위해 50 kV로 전력을 전송하는 분할 상 전력 시스템입니다.50kV 시스템과 혼동해서는 안 됩니다.본 시스템에서는 주로 레일 대신 가공선과 피더 전송선 사이에 전류가 흐른다.가공 라인(3)과 공급 장치(5)는 반대 상이므로 이들 사이의 전압은 50 kV인 반면 가공 라인(3)과 주행 레일(4) 사이의 전압은 25 kV로 유지됩니다.주기적 자동 변압기(9)는 중립 레일에서 리턴 전류를 전환하여 상승시킨 후 공급 라인을 따라 보냅니다.이 시스템 인도 철도청, 러시아 철도, 이탈리아의 고속 철도, 영국 고속 1서부 해안 본선과 Crossrail, 나이 든 라인의 일부 부품과 대부분의 것 점차 converted,[표창 필요한]프랑스 라인(성병성 림프 육아종 선과 다른 lines[9]), 대부분의 스페인 고속 철도 lines,[10]암트랙과 핀란드 의에 의해 사용된다.d헝가리 대사들이다.

승압 전압

프랑스에서 TGV 세계 속도 기록 주행의 경우 전압이 일시적으로 29.5kV[11] 및 31kV로 상승했습니다.[12]

광궤 라인에서 25kV

좁은 게이지 라인에서 25kV

50Hz 전화의 기타 전압

다계통 기관차 및 열차

주요 기사:멀티시스템(레일)

두 개 이상의 전압, 예를 들어 3 kV/25 kV에서 작동할 수 있는 열차는 확립된 기술입니다.유럽의 일부 기관차는 4가지 전압 표준을 [13]사용할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 헤이독, 데이비드(1991)SNCF. '모던 레일웨이' 스페셜.런던:이안 앨런. ISBN978-0-7110-1980-5
  2. ^ Cuynet, Jean(2005년).La traction electrique en France 1900-2005.파리: La Vie du Rail.ISBN 2-915034-38-9
  3. ^ 로드 밸런싱 및 트랙사이드 전압 제어용 SVC, ABB Power Technologies.[1] 2007-02-06년 Wayback Machine 아카이브 완료
  4. ^ 2009년 5월 4일 Wayback Machine에서 아카이브된 TGV 전원
  5. ^ British Standards Institution (January 2005). BS EN 50163:2004+A1:2007 Railway Applications. Supply voltages of traction systems. doi:10.3403/30103554.
  6. ^ IEC 60850 - "철도 애플리케이션.트랙션 시스템의 공급 전압"
  7. ^ "Railroad Coordination Manual Of Instruction, Section 2.1.5 Deseret Power Railway" (PDF). Utah Department of Transportation. May 2015. p. 102. Retrieved 8 November 2016.
  8. ^ "GF6C #6001 PRESERVED". West Coast Railway Association, BC. May 2004. Archived from the original on February 18, 2009. Retrieved 2011-01-09.
  9. ^ 나머지 프랑스 라인은 1 × 25 kV 부스터 트랜스 시스템을 사용합니다.
  10. ^ Comparative Study of the Electrification Systems 1×25 kV and 2×25 kV (PDF) (Report). Madrid: Ineco. June 2011. Retrieved 2017-03-30.
  11. ^ "The Test Tracks: an Overview".
  12. ^ "French Train Hits 357 MPH Breaking World Speed Record". 4 April 2007.
  13. ^ "Traxx locomotive family meets European needs". Railway Gazette International. 2008-01-07. Retrieved 2019-09-27. Traxx MS (multi-system) for operation on both AC (15 and 25 kV) and DC (1·5 and 3 kV) networks

추가 정보

  • 키노르, 게리철도의 가선 전화.
  • Boocock, Colin (1991). East Coast Electrification. Ian Allan. ISBN 0-7110-1979-7.
  • Gillham, J.C. (1988). The Age of the Electric Train - Electric Trains in Britain since 1883. Ian Allan. ISBN 0-7110-1392-6.
  • Glover, John (2003). Eastern Electric. Ian Allan. ISBN 0-7110-2934-2.
  • Machefert-Tassin, Yves; Nouvion, Fernand; Woimant, Jean (1980). Histoire de la Traction Electrique, vol.1. La Vie du Rail. ISBN 2-902808-05-4.
  • Nock, O.S. (1965). Britain's new railway: Electrification of the London-Midland main lines from Euston to Birmingham, Stoke-on-Trent, Crewe, Liverpool and Manchester. London: Ian Allan. OCLC 59003738.
  • Nock, O.S. (1974). Electric Euston to Glasgow. Ian Allan. ISBN 0-7110-0530-3.
  • Proceedings of the British Railways Electrification Conference, London 1960 - Railway Electrification at Industrial Frequency. London: British Railways Board. 1960.
  • Semmens, Peter (1991). Electrifying the East Coast Route. Patrick Stephens Ltd. ISBN 0-85059-929-6.