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전기기사 전기설비기술기준 · 전기철도의 변전방식

Electric Railway — Substation System

전기 철도 변전소는 계통에서 받은 전력을 철도의 전기 방식에 맞게 바꾸는 곳으로, 직류 철도는 정류하고 교류 철도는 단상 25 kV 를 만들어 전차선으로 보낸다. 교류 급전은 선로에 단권 변압기(AT)를 두는지, 흡상 변압기(BT)를 두는지, 아무것도 두지 않는지에 따라 변전소 간격과 유도 장해가 달라진다. AT · BT · 직접 급전 비교와 직류 변전소의 변환 순서는 시험에 자주 나와요. 표는 교류 급전 방식 셋과 직류 1,500 V 변전소의 구성을 나란히 정리했어요.

변전소: 전기 철도의 심장

🏭 철도 변전소가 하는 일
①계통에서 받은 전력을 철도의 전기 방식에 맞게 바꾼다
②직류 방식은 교류를 직류로 정류하고, 정류기가 핵심 기기다
③교류 방식은 3상을 단상 25 kV 로 바꾸고, 급전용 변압기가 핵심 기기다
④변전소를 어디에 얼마 간격으로 두느냐가 시스템 전체의 경제성을 좌우해요

교류 급전 방식 비교

교류 급전 방식 비교: AT · BT · 직접 급전

교류 급전 방식 비교
항목AT 급전BT 급전직접 급전
선로의 변압기단권 변압기(AT)흡상 변압기(BT)없음
전차선 전압+25kV25kV25kV
급전선−25 kV(전차선과 반대 위상)귀선 전류를 부급전선으로 흡상없음
유도 장해최소중간큼
변전소 간격40~50km20~30km15~20km
경제성가장 높음보통낮음
국내 적용표준 방식옛 노선 일부짧은 구간

DC 1,500 V 변전소 구성

직류 변전소 구성
수전
AC 22.9 kV 또는 154 kV
변환 1단계
수전 전압 → 정류용 전압으로
수전 변압기
변환 2단계
AC → DC 1,500 V 정류
정류용 변압기 + 실리콘 정류기
출력
급전선을 거쳐 차량에 공급
DC 1,500 V → 전차선
보호
직류 단락 전류를 수 ms 안에 차단
고속도 차단기(HSCB)

교류 변전소: 급전 방식

AT 급전(단권 변압기)
전차선 +25 kV / 급전선 −25 kV
급전 전압은 50 kV 이지만 대지에는 25 kV 만 걸리고, 유도 장해가 가장 작아 국내 표준이다
BT 급전(흡상 변압기)
레일 · 대지로 돌아가는 전류를 부급전선으로 흡상
귀선 전류가 땅으로 퍼지지 않게 해 통신선 유도 장해를 줄이는 방식이다
직접 급전
선로에 AT · BT 없이 전차선과 레일로 급전
구조는 간단하지만 전압 강하와 유도 장해가 커서 짧은 구간에 쓴다
💡 AT 급전이 표준인 까닭
①급전 전압 50 kV 가운데 절반만 대지에 걸려 절연 부담이 줄어든다
②부하 전류가 전차선과 급전선 사이를 오가며 흘러 레일 · 대지로 새는 전류가 줄어든다
③유도 장해가 작아 가까운 통신선을 지키기 쉽다
④변전소 간격을 40 ~ 50 km 로 넓힐 수 있어 경제적이에요

직류 변전소 · 전기 안전

직류 변전소 핵심 기기
수전 변압기 → 정류용 변압기 → 실리콘 정류기
AC 22.9 kV(또는 154 kV)를 DC 1,500 V 로 바꾼다
고속도 차단기(HSCB)
직류 단락 전류를 수 ms 안에 차단
직류는 전류가 0 을 지나는 순간이 없어서 아크를 끄는 방식이 따로 필요하다
전식 방지
배류기 · 강제 배류법 · 절연 이음
땅속 금속체로 샌 전류를 레일 · 변전소 쪽으로 되돌려 부식을 막는다
⚠️ 전기 안전 핵심
①접촉 전압: 사람이 설비에 닿았을 때 몸에 걸리는 전압
②보폭 전압: 지락 때 땅 표면의 전위 경사로 두 발 사이에 걸리는 전압
③승강장 · 역사에는 접지 매트와 등전위 본딩으로 이 두 전압을 낮춰요
④신호 구간마다 레일에 절연 이음을 둬요

정리: 자주 나오는 것

AT 급전
±25 kV 로 나눔
국내 교류 표준
직류 정류
실리콘 정류기
AC→DC 1.5kV
HSCB
직류 고속도 차단
수 ms 안에 차단
전식 방지
배류기
누설 전류 되돌리기
🎯 시험 포인트
①교류 급전 방식: AT(표준, ±25 kV), BT(귀선 전류 흡상), 직접 급전(간단)
②AT 급전의 장점: 유도 장해 최소, 변전소 간격 40 ~ 50 km
③직류 변전소: 수전 변압기 → 정류용 변압기 → 실리콘 정류기 → DC 1,500 V
④직류 보호: 고속도 차단기(HSCB), 전류 영점이 없어 특수 소호 방식
⑤전식 방지: 배류기 · 절연 이음으로 누설 전류를 되돌려요
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] AT 급전 방식의 원리와 장점 두 가지는? (답: 전차선 +25 kV, 급전선 −25 kV 로 대지 전압을 25 kV 에 묶어 50 kV 로 급전 · 유도 장해 최소, 변전소 간격 확대)
②[기출유형] 직류 전기 철도 변전소의 전력 변환 순서는? (답: AC 수전 → 수전 변압기 → 정류용 변압기 → 실리콘 정류기 → DC 1,500 V)
③[기출유형] 전식 방지 대책 세 가지는? (답: 배류기, 강제 배류법, 절연 이음)
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