전기철도 응용 (공사)

Electric Railway Application

전기철도 응용은 전차선 급전 아래 열차의 운전 패턴과 견인력을 계산하는 단원이에요. 속도-거리 곡선에서 기동·정속·제동이 나뉘고, 견인력·동력·주행 저항이 소요 전력을 정해요. 대용량 전동력 시스템의 집약 모델이에요. 최고 속도 슬라이더로 운전 곡선과 계산이 어떻게 변하는지 살펴봐요.

전기철도 = 대용량 전동력의 집약체

🚄 전기철도의 핵심 3요소

① 전차선(급전설비): 전력을 열차에 공급하는 인프라

② 구동제어(견인전동기): VVVF 인버터로 속도·토크 제어

③ 회생제동: 운동에너지→전기에너지 회수 (에너지 효율↑)

열차 운전 패턴: 속도-거리 곡선

최고 속도120 km/h

🔑 운전 3단계

① 가속(역행): 견인력 > 저항 → 속도 상승, 전력 최대 소비

② 타행(무동력): 관성 주행, 전력 소비 ≈ 0

③ 제동: 회생제동(전력 회수) + 공기제동(기계) 병용

견인력과 전력 계산

견인력

F = μ × W [N]

μ: 점착계수(0.15~0.35), W: 동축 중량[N], 미끄러지지 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: 출발저항, bv: 기계저항, cv²: 공기저항 (고속일수록 지배적)

전력 소비량

W_e = P × t / 3600 [kWh]

P: 소비전력[kW], t: 시간[s] → kWh 변환

전차선과 전식방지

⚡ 급전 방식

① 직류 급전: DC 1,500V (지하철·도시철도), 변전소 간격 짧음

② 교류 급전: AC 25,000V (KTX·일반철도), 장거리에 유리

③ BT 급전, AT 급전, 직접 급전 방식 비교가 시험에 출제

전식(전기부식) 방지

배류법 / 선택배류법 / 강제배류법

귀선 누설전류가 지하매설물(가스관 등)을 부식시키는 것 방지

📡 유도장해

① 정전유도: 전차선 대지 정전용량에 의한 유도전압

② 전자유도: 귀선 전류에 의한 통신선 유도전압

③ 대책: 연가(꼬임), 차폐선, AT 급전방식 등

시험 포인트 총정리

견인력

F = μW

점착계수 × 동축중량

소요동력

P = Fv/η

견인력 × 속도 / 효율

🎯 시험 포인트

① DC 1,500V(도시철도) vs AC 25kV(고속철도) 구별

② 견인력 F=μW, 점착계수 μ=0.15~0.35

③ 주행저항: R=a+bv+cv² → 고속에서 공기저항 지배적

④ 전식방지: 배류법(자연/선택/강제) 3종류 비교

⑤ 유도장해: 정전유도 vs 전자유도, AT급전 = 유도장해↓