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전기기사 전기설비기술기준 · 전기철도차량 설비 (공사)

Railway Vehicle Electrical System

전기 철도 차량은 1,500 V 직류나 25 kV 교류를 싣고 달리는 전기 설비라, 주회로 · 차체 접지 · 보조 전원 · 제동에 관한 기준이 따로 있다. 직류 차량은 받은 전기를 곧바로 인버터에 넣고, 교류 차량은 주변압기와 컨버터를 거친 뒤 인버터에 넣는다는 점이 가장 큰 차이다. 차체 전위를 레일로 빼는 접지와 회생 제동은 시험에 자주 나와요. 표는 직류 · 교류 차량의 주회로를 단계별로 견주고, 제동 방식과 설비 기준을 정리했어요.

차량 전기 설비 기준이 필요한 까닭

🚃 전기 철도 차량은 움직이는 전기 설비
①1,500 V 나 25,000 V 의 높은 전압이 차량 안에 있어 감전을 막아야 한다
②수백 ~ 수천 명이 타므로 화재나 전기 사고가 큰 참사로 번질 수 있다
③그래서 절연 · 접지 · 보호 장치 기준이 차량 안전의 중심이에요

직류 · 교류 차량 주회로 비교

직류 · 교류 전기 철도 차량 주회로 비교

직류 · 교류 주회로 비교
항목DC 1,500 V(도시 철도)AC 25 kV(고속 · 일반 철도)
집전팬터그래프 DC 1,500 V팬터그래프 AC 25 kV
1단계필터 리액터(고조파 억제)주변압기(25 kV 를 낮춤)
2단계없음컨버터(AC → DC)
3단계VVVF 인버터(DC → 3상 AC)VVVF 인버터(DC → 3상 AC)
전동기유도 전동기(IM)유도 전동기(IM), 새 차량 일부 PMSM
보조 전원SIV (DC→AC 380V)SIV (DC→AC 380V)
핵심 차이주변압기 없음(단순)주변압기 + 컨버터 필요(복잡)
🔑 공통 핵심: VVVF 인버터
①직류 · 교류 차량 모두 VVVF 인버터로 3상 교류를 만든다
②전압과 주파수를 함께 바꿔 전동기의 속도와 토크를 정밀하게 다룬다
③직류 차량은 받은 전기를 바로 인버터에 넣고, 교류 차량은 주변압기 → 컨버터를 거친 뒤 넣어요

차량 전기 설비 핵심 기준

차체 접지
차체 · 대차 프레임 → 레일 접지
차체 전위가 오르지 않게 차축의 접지 브러시(carbon brush)로 레일에 잇는다

차량 절연 시험 기준

절연 시험 기준
주회로
AC 2,500V (1분)
보조 회로
AC 1,500V (1분)
제어 회로
500 V 절연 저항계 시험
견인 전동기
유도 전동기(IM) → PMSM 으로 옮겨 가는 추세
PMSM(영구 자석 동기 전동기)은 같은 출력에서 더 작고 효율이 높아 새 차량에 늘고 있다
보조 전원 장치(SIV)
DC → AC 3상 380 V, 용량 150 ~ 300 kVA
냉난방 · 조명 · 공기 압축기 · 제어 전원을 공급한다

제동과 안전 시스템

전기 철도 제동 방식 분류

제동 방식
과전압 보호
피뢰기(LA) + 서지 흡수기(SA)
낙뢰 · 개폐 서지에서 차량 전기 설비를 지킨다
화재 방호
난연 재료 + 자동 소화 장치 + 비상 환기
차량 내장재 난연 기준: EN 45545 / KS R 9134

시험 포인트 정리

직류 차량
1,500 V → 인버터 → 전동기
도시 철도
교류 차량
25 kV → 주변압기 → 컨버터 → 인버터
고속 · 일반 철도
🎯 시험 포인트
①직류 · 교류 차량의 주회로 차이는 주변압기와 컨버터가 있느냐다
②VVVF 인버터는 전압 · 주파수를 함께 바꾸는 제어의 중심이다
③회생 제동은 전동기를 발전기로 돌려 에너지를 전차선으로 돌려보낸다
④차체 접지는 접지 브러시 → 레일 → 대지로 이어진다
⑤절연 시험: 주회로 2,500 V, 보조 회로 1,500 V, 제어 회로 500 V 예요
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] 직류 · 교류 전동차 주회로의 차이는? (답: 직류는 바로 인버터, 교류는 주변압기 → 컨버터 → 인버터)
②[기출유형] VVVF 인버터가 하는 일은? (답: 전압 · 주파수를 바꾼 3상 교류를 만들어 견인 전동기를 구동)
③[기출유형] 회생 제동의 원리는? (답: 전동기를 발전기로 운전해 운동 에너지를 전기로 바꿔 전차선에 되돌림)
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