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전기기사 전기응용 · 전기철도 응용 (공사)

Electric Railway Application

전기 철도 응용은 역과 역 사이를 달리는 열차의 운전 패턴과, 그때 필요한 견인력 · 동력 · 전력량을 계산하는 단원이다. 열차는 가속(역행) → 타행 → 제동 세 구간으로 달리고, 견인력은 점착 계수가 정하는 한계를 넘을 수 없으며 주행 저항은 속도가 오를수록 공기 저항이 커진다. 급전 방식과 전식 · 유도 장해 대책은 전기 철도 설비 단원과 함께 나와요. 최고 속도 슬라이더를 60 ~ 300 km/h 로 옮기면 속도-거리 곡선의 높이가 바뀌고, 가속 구간 아래(전력 소비)와 제동 구간 아래(회생)가 색으로 칠해져요.

전기 철도: 큰 전동력을 쓰는 시스템

🚄 전기 철도의 세 요소
① 전차선(급전 설비): 열차에 전력을 보내는 시설
② 구동 제어(견인 전동기): VVVF 인버터로 속도와 토크를 제어한다
③ 회생 제동: 운동 에너지를 전기로 되돌려 에너지 효율을 높여요

열차 운전 패턴: 속도-거리 곡선

120 km/h
🔑 운전 세 단계
① 가속(역행): 견인력이 저항보다 커서 속도가 오르고, 전력을 가장 많이 쓴다
② 타행(무동력): 관성으로 달리며 전력 소비가 거의 0 이다
③ 제동: 회생 제동(전력 회수)과 공기 제동(기계)을 함께 써요

견인력과 전력 계산

견인력
F = μ × W [N]
μ: 점착 계수(0.15 ~ 0.35), W: 동륜 위에 걸린 무게(동축 중량)[N], 바퀴가 헛돌지 않는 한계
소요 동력
P = F × v / η [W]
F: 견인력[N], v: 속도[m/s], η: 구동 효율(0.85 ~ 0.9)
주행 저항
R = a + bv + cv² [N]
a: 속도와 무관한 구름 · 베어링 저항, bv: 속도에 비례하는 기계 저항, cv²: 공기 저항(고속일수록 커짐)
전력 소비량
We = P × t / 3600 [kWh]
P: 소비 전력[kW], t: 시간[s] 을 3,600 으로 나눠 kWh 로

급전 방식과 전식 · 유도 장해

⚡ 급전 방식
① 직류 급전: DC 1,500 V(지하철 · 도시 철도), 변전소 간격이 짧다
② 교류 급전: AC 25,000 V(고속 · 일반 철도), 먼 거리 급전에 유리하다
③ BT · AT · 직접 급전 방식의 비교가 시험에 나와요
전식(전기 부식) 방지
직접 배류법 / 선택 배류법 / 강제 배류법
귀선 누설 전류가 가스관 같은 땅속 매설물을 부식시키는 것을 막는다
📡 유도 장해
① 정전 유도: 전차선과 통신선 사이 정전 용량으로 생기는 유도 전압
② 전자 유도: 귀선 전류가 만드는 자속으로 통신선에 생기는 유도 전압
③ 대책: 통신선 꼬임 · 차폐선 · AT 급전 방식 등

정리: 자주 나오는 식

견인력
F = μW
점착 계수 × 동축 중량
소요 동력
P = Fv/η
견인력 × 속도 / 효율
🎯 시험 포인트
① DC 1,500 V(도시 철도)와 AC 25 kV(고속 철도)를 구별한다
② 견인력 F = μW, 점착 계수 μ = 0.15 ~ 0.35
③ 주행 저항 R = a + bv + cv² 은 고속에서 공기 저항(cv²)이 대부분이다
④ 전식 방지: 직접 · 선택 · 강제 배류법 세 가지를 비교한다
⑤ 유도 장해는 정전 유도와 전자 유도로 나뉘고, AT 급전이 유도 장해를 줄여요
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