기관차 전기 및 전자 시스템에 대한 철도정비

전기철도는 친환경적인 이유로 대부분의 선진국에서 전통적인 디젤 기관차들을 대체해 왔습니다. 전기 기관차는 디젤 기관차보다 탄소를 20~35% 적게 배출합니다. 미국에서는, 철도를 통해 매일 500만 톤의 화물이 운반되며 시장 거래의 3분의 1이 운반됩니다[1]. 기관차의 움직임을 전기화시키는 프로세스는 19세기에 미국에서 시작되었습니다. 기존에 기관차가 움직이는 방식과 더불어, 이 서드레일(제3궤조) 방식은 기관차 내부의 전기장비를 위해 기관차가 지속적인 직류를 공급받을 수 있도록 보장합니다. 동력공급 시스템 또는 전기적인 부분에서 어떠한 오류 또는 고장이 발생되면 기관차의 시간표에 문제를 초래할 수 있으며 통행체계의 서비스 실용성에 영향을 줄 수 있습니다.

저희는 기관차에서의 전기 및 전자 시스템에 대한 철도정비와 철도관리에 대한 주요 실패원인들을 몇가지 (예: 환경적, 기계적 및 전기적 영향)요약 할 것입니다. 마지막으로, 저희는 예방정비에 도움이 되는 Chemtronics의 몇몇 최첨단 제품들에 대해서 강조할 것입니다.

철도에서의 전기 시스템

헤비레일 시스템 (중전철 시스템)은 1번 도표에서 보여지는 것처럼 러닝레일(구동레일)에 가깝게 놓여진 유도레일 (서드레일, 제3궤조)로부터 동력을 받습니다. 미국에서 서드레일은 대부분 강철로 제작됩니다. 다른 국가에서는 서드레일이 때때로 필요한 전도성을 제공할 수 있는 스테인리스 스틸 접점과 함께 알루미늄으로 제작됩니다[1]. 서드레일을 포함하는 시스템은 직류공급방식을 이용하며 고전압을 공급합니다 (600-750 V). 러닝레일은 유도전류가 발전소로 돌아갈 수 있도록 리턴패스(귀환경로)로써 역할하며 이로써 필요한 회로를 완료합니다. 기관차들이 유도레일로부터 집전하기 위해 빔에 금속성 접점 장비가 설치되어 있습니다. 이러한 접점부분은 콜렉터 슈로 불립니다. 슈의 접점은 상부 접점, 하부, 또는 옆이 될 수 있습니다. 상부 접점은 보호할 수 있는 커버가 없기 때문에 더이상 추천되지 않으며 눈을 포함하여 환경적인 조건에 의해 쉽게 방해를 받을 수 있습니다[2]. 과전류와 전기 쇼크로부터 기관차의 전자장비들을 보호하기 위해 퓨즈 상자가 설치됩니다.

기관차의 전기 시스템에서 또다른 중요한 부분은 트랙 기관차 위치로의 신호 시스템입니다. 구동하고 있는 기관차는 유도레일과 러닝레일 사이에서 합선을 만듭니다. 이 합선은 결국에 다른 기관차들이 정지하도록 경고하며 교통의 흐름을 관리하는 릴레이 신호를 작동시킵니다. 이러한 부분은 또한 사람들이 트랙에 있을 때를 포함하여 긴급상황에서 아주 중요합니다. 그 어떠한 사고도 방지하기 위해서, 이 합선 메커니즘은 전기 기관차가 없는 상황에서 시뮬레이션됩니다. 낮은 저항 (0.06 ohms)의 와이어 장치는 레일 단락기로 불리며 이는 러닝레일과 유도레일 사이에 합선을 만들도록 사용됩니다. 이는 모든 기관차들을 정지시키며 해당되는 레일 부분의 전기적 공급을 중단시킵니다.

도표 1: 러닝레일에 가깝게 놓여진 서드레일

전기 및 전자 시스템의 정비

접합 슈 및 접합 레일뿐만 아니라 서드레일 집전 장비의 올바른 정비는 안전하고 신뢰할 수 있는 구동을 위한 전제조건입니다. 미국 대중교통협회 (APTA)는 서드레일 집전 장비의 정기검사 및 정비에 대하여 기본적인 절차를 위한 기준을 제공합니다. 예를 들어서, 미국연방규정집 (CFR)의 229.45부에 따르기 위해, 서드레일 집전 장비는 매일 검사되어야 합니다 [3].

미국대중교통협회는 퓨즈 상자가 92일보다 더 길지 않은 간격으로 검사되어야 한다고 추천합니다[3]. 퓨즈 상자는 먼지, 흙 또는 부식으로 인하여 오염될 수 있습니다. 이러한 오염물은 간헐적인 전기적 고장을 유발하는 접점의 전기적 저항을 증가시킬 수 있습니다. 미국대중교통협회는 그리스를 분해하는 인가된 비전도성 용제로 퓨즈 상자를 철저히 세척할 것을 추천합니다. Chemtronics는 중공업용 경제적 클리너에서 예민한 부품들을 위한 고정밀 용제까지 아우르는 Pow-R-Wash™ 브랜드 아래 넓은 범위의 전기접점 클리너들을 제공합니다. Chemtronics로부터 제공되는 접점 클리너는 n-프로필 브로마이드와 트리클로로에틸렌과 같은 독성이 있는 용제를 포함하지 않습니다. Chemtronics로부터 제공되는 불연성 및 비전도성 접점 클리너는 퓨즈 상자를 철저히 세척하며 금속 및 플라스틱 표면을 분해하지 않고 효과가 있습니다.

안전한 신호를 위해, 바퀴와 레일사이의 접점이 반드시 깨끗해야 합니다. 미국연방규정집 (CFR)의 부236.57에 따라 레일 단락기에 발생되는 합선의 경우 단락기에서 레일 사이 총 저항이 0.06Ω이하가 될 것이 요구됩니다. 먼지, 흙, 및 부식과 같은 현장에서의 좋지 않은 조건으로 인해 접점의 전기적 저항은 0.06 Ω을 넘을 수 있으며, 효과적인 합선이 이루어지지 않을 수 있습니다. 미국대중교통협회의 기준 개발 프로그램 (섹션 2.5.1)  (The APTA Standards Development Program) (section 2.5.1)은 트랙에서 단락기를 교체할 때에는, 접점의 표면이 반드시 그 어떠한 종류의 흙 또는 오염이 없어야 한다고 언급합니다. 이는 좋은 단락을 만들기 위해 필요합니다. 추가적으로, 신호용 계전기에서의 전기 접점 또한 고장을 방지하기 위해 정비가 요구됩니다.

기관차 내부에 있는 대부분의 전기장비는 먼지와 그리스에 취약한 PCB의 형식으로 존재합니다. 더러운 배터리 단자 또한 간헐적인 연결실패의 원인이 됩니다. 기관차에 있어서 고장이 없고 제시간에 맞는 운행은 이러한 전자장치들의 깨끗한 조건에 달려 있습니다.

30kV 의 절연파괴의 스펙과 함께 Chemtronics으로부터 제공되는 불연성의 POW-R-Wash Delta는 가압된 장비에 사용될 수 있습니다. 이 제품은 특히 세척, 습기 제거, 부식 억제, 마찰 감소 및 금속 표면을 보호하기 위해 제조되었습니다. 다른 접점 클리너와는 달리, Chemtronics에서 제공되는 클리닝 에이전트는 잔류물을 남기지 않습니다.

Chemtronics Pow-R-Wash 접점 클리너가 귀하의 통행 정비 프로그램을 최적화하는데 어떻게 도움을 줄 수 있는지에 대해 더 많은 정보를 받으시기 위해서는, askchemtronics@chemtronics.com 또는 678-824-6996를 통해 적용 전문가에게 연락하시기 바랍니다.

참조