School of Electrical Engineering, SSU

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1 School of Electrical Engineering, SSU
캡스톤 설계2 및 실험 전기철도의 구성 및 기술동향 , 화 양재영 이덕형 이중헌 채수진

2 CONTENTS 전기철도의 개요 고속철도의 구성 및 기술동향 자기부상 열차의 구성 및 기술동향 결론
I 고속철도의 구성 및 기술동향 II 자기부상 열차의 구성 및 기술동향 III 목차는 서론 본론 결론으로 나누어 발표하겠습니다. 결론 Ⅳ

3 01 전기철도의 개요 전기철도의 역사 필요성 장ㆍ단점

4 전기철도의 역사 전기철도의 정의 및 역사 전기철도 정의 및 한국 역사 ㆍ 전기철도[電氣鐵道, electric railway]
- 전기를 동력으로 하여 열차나 차량을 운행하는 철도이다 ㆍ 전기철도의 탄생 - 1879년 - 독일 베를린 만국박람회 - 독일 지멘스사(社) - 직류 전기기관차 제작 (125V, 3HP 제3궤조식) ㆍ 영업을 목적의 최초 전기철도 - 1881년 - 독일의 지멘스사 - 베를린 교외 - 제3궤조식 전기철도 운행 ㆍ 청량리-서대문 간 - 1898년 - H. C. 콜브렌과 H. D. 보스트윅이 궤도를 부설 - 직류 600V 방식 노면전차 ㆍ 부산(1915년) ㆍ 평양(1923년)

5 필 요 성 전기철도의 필요성 물 류 비 절 감 운용효율 향상 및 수송서비스 환경 친화적 개선 대중교통수단 동 력 비
물 류 비 절 감 운용효율 향상 및 수송서비스 개선 환경 친화적 대중교통수단 필 요 성 수 송 능 력 증 강 동 력 비 절 감

6 전기철도의 장ㆍ단점 단 점 장 점 에너지 관리 부분 서비스 부분 효율 부분 국내에너지 자원의 유효이용 동력비 절감 경영의
1 서비스 부분 국내에너지 자원의 유효이용 7 동력비 절감 2 경영의 합리화 장 점 단 점 초기 투자비의 증가 전식과 유도장해 지장물의 개량과 수선이 필요 수송력 증강 6 운전과 취급이 간단 차량 및 설비의 보수비 절감 3 서비스 향상 5 4 효율 부분

7 02 고속철도의 구성 및 기술동향 고속철도의 개요 설비 구성 기술 동향

8 고속철도의 개요 고속철도의 정의 및 특징 고속철도의 기대효과 고속철도 [高速鐵道, rapid-transit railway]
- 전용노선을 가지며, 고가속, 고감속 특성, 총괄제어 기구를 갖춘 철도 특징 1) 수송수요에 대응한 대폭적인 수송능력의 증강 2) 국민생활권의 시간 이용률 극대화 및 시간가치 요구의 충족 3) 혁신적인 철도경영수익의 증대 4) 선로연변 지역사회의 균형발전 5) 고속도로, 항공기 등 타 수송기관의 기능분담으로 국가종합수송체계의 확립 6) 에너지 소비의 절약 7) 열차의 주행거리와 주행시간의 관념혁신 8) 최첨단 과학기술의 집합체 고속철도의 기대효과 1) 경제적 효과 2) 사회ㆍ문화적 효과 3) 기숙ㆍ산업적 효과 - 산업전반의 설계기술 향상 - 컴퓨터 관련기술의 발달 촉진 - 건설기술의 향상 4) 경영의 합리화와 수입증대 효과

9 고속철도의 설비구성 전차선로의 구성 드롭퍼 - 조가선과 전차선의 전차선 일정한 유지를 만들게함 - 팬터그래프와 접촉하여
전기를 공급 조가선 - 65mm2 청동선 가동브래킷 - 기온의 변화에 따라 중심축을 이동하여 균형유지 급전선 - 전기공급역할 - 25,000[V]

10 고속철도의 설비구성 동력차 주요 구성품

11 고속철도의 기술현황 한국고속철도 K T X 한국고속철도 - 韓國高速鐵道, Korea Train eXpress, KTX
- 코레일이 운영하는 대한민국 고속철도 체계의 통칭 - 프랑스 테제베(TGV) 기술에 기초를 두고 있음

12 고속철도의 기술현황 HSR-350x HSR-350x HSR-350x
- HighSpeed Rail - 350km/h eXpeiment - 한국형 고속철도 차량의 시험차 - 1996년 12월에 7개선도기술개발사업(G7)의 일환으로 개발이 시작 - 2002년 개발이 완료 - 현재 7량 1편성으로 시험 운전중이다.

13 고속철도의 기술현황 KTX2 K T X 2 KTX-2 - 세계에서 네 번째로 국내 독자기술을 이용해 개발된 고속열차
- HSR-350x 기술을 이용하여 만들어진 고속열차 - 2008sus 11월 25일 첫 양산차가 출고 - 2009년 2월 17일 고양차량사업소로 회송 - 현재 코레일에서 시운전을 진행중 - 공기 저항을 줄이기 위해 몸체를 유선형으로 제작 (토종물고기 산천어를 모티브로 함)

14 고속철도의 기술현황 HEMU-400X HEMU-400X HEMU-400X
- Highspeed Electric Multiple Unit - 400㎞/h eXperiment - 2015년 완성을 목표로 진행중 [KRRI(한국철도기술연구원)의 주도로 한국건설교통기술평가원 등이 참여]

15 고속철도의 기술현황 세계고속철도 나라별 비교분석 나라이름 일본 프랑스 스페인 독일 한국 ① 형식 300계 500계 TGV-A
유로스타 AVE* ICE* KTX ② 기본편성 10M6T 16M 2L10T 2L18T 2L8T 2L14T ③ 전기방식 AC25kV AC-DC AC15kV ④ 편성출력(kW) 12,000 18,240 8,800 12,240 9,600 13,560 ⑤ 최대축중 12.0 16.8 17.0 17.2 19.5 ⑥ 주전동기 유도형 동기형 ⑦ 최고속도(시속) 270 300 250 280 ⑧ 영업개시년도 1991 1997 1989 1994 1992 2004 * AVE : Alta Velocidad Espanola의 약자로 스페인 고속철도의 의미이다. * ICE : Intercity Express의 약자로 도시간 고속철도의 의미이다.

16 03 자기부상열차의 구성 및 기술동향 자기부상열차의 개요 종류 및 특성 기술 동향

17 자기부상식 철도의 개요 자기부상열차의 정의 및 장단점 국내최초 자기부상열차 정의 및 장ㆍ단점
자기부상열차 [磁氣浮上列車, magnetic levitation train] - 자기력을 이용해 차량을 선로 위에 부상시켜 움직이는 열차. 선로와의 접촉이 없어 소음과 진동이 매우 적고 고속도를 유지함 - 현재 독일, 일본, 중국에서 운영되고 있다. 장점 - 차내ㆍ외소음이 매우적음 - 유지보수비 저렴(차량 및 궤도 저렴) 곡선주행 및 언덕주행이 매우 양호 - 안전성 측면에서 고속철도보다 양호 단점 - 건설비 (타 경전철과 비슷) - 노선절체 (다소불리) 시스템 신뢰도 (부상계 신뢰도 보장필요)

18 자기부상식 철도의 개요 자기부상열차의 특성 자기부상열차의 특성 바퀴없이 떠서 가는 신교통 시스템
- 차체가 궤도를 감싸는 안전한 구조 - 집전장치 외에는 마찰이 없는 구조 주행 성능이 우수한 시스템 - 곡선주행 : 반경 60m이내 까지 가능 (쇠바퀴식은 반경 150m 내외) - 언덕주행 60/1000 이상 가능 (쇠바퀴식은 30/1000 내외) 자기부상열차의 특성 환경친화적인 궤도 교통시스템 - 진동, 소음이 매우 적음 (쇠바퀴식보다 소음이 약 10dB 이하) - 전파의 영향이 적음 ※ 국제 환경기준 충족 (TV의 1/5, 헤어드라이어의 1/10) 유지보수비가 저렴한 시스템 - 회전/왕복 부품이 없음 ※ 일반 경전철에 비해 인건비, 유지보수비가 저렴

19 자기부상식 철도의 종류 및 특성 자기부상식 철도의 종류(부상방식) 흡인방식 - 자석의 흡인력 이용
(본체의 중력과 평형을 유지 → 부상고를 얻음) - 상전도 자석 사용 - 정차 중에도 부상이 가능 - 독일 (TRANSRAPID) - 일본 (HSST) 유도반발방식 - 자석의 반발력을 이용 (2개의 자석을 이용하여 높낮이 조절) - 초전도 자석 이용 - 저속시 부상이 되지않아 보조차륜이 필요 - 일본 (국철)

20 자기부상식 철도의 종류 및 특성 자기부상식 철도의 종류(급전방식) 회전형 유도전동기 - 외측 권선에 교류전류 흘리면
→ N과 S과 교번하여 회전자계 발생 → 동시에 전동기 내측의 회전체에 전류 유기 (플레밍의 법칙에 의해 힘 발생) 회전형 동기전동기 - 외측 코일밖에 없음 - 회전체 자체도 자석의 의한 것임 → 외측의 회전자계와의 사이에서 흡인, 반발 관계를 유발한 힘으로 회전 (회전자와 회전자계가 동일한 속도로 회전)

21 자기부상식 철도의 종류 및 특성 주요 특징 자기부상식 철도의 특징 흡인방식 반발방식 차상 1차 선형유도전동기방식
- 정차 중에도 부상이 가능하다. - 주행저항의 일부로 되는 자기저항이 작다. - 기존의 철도기술과의 조합에 의해 구성하는 것이 가능하다. - 부상고가 1[㎝] 정도로 작아서 궤도를 고정밀도로 유지해야 한다. - 부상고를 일정하게 유지하기 위하여 상시제어가 필요하다. - 부상고가 약 10[㎝] 정도로 되고 궤도의 오차허용치가 크다. - 부사을 위한 제어는 필요없다. - 정전시에도 저속으로 되기까지 낙하하지 않는다. - 저속에서는 부상력이 얻어지지 않으므로 보조차륜이 필요하다. - 저속에서는 주행저항의 일부인 자기저항력이 크다. - 초전도, 극저온 등의 기술이 필요하다. 주요 특징 차상 1차 선형유도전동기방식 지상 1차 선형동기전동기방식 - 구조가 간간하여 제어가 용이하다. - 궤도측의 구동시스템의 설치비용이 저렴하다. - 변전소의 배치에 따라 열차운행 다이어그램이 제약을 받지 않는다. - 차량에 대용량의 집전장치가 필요하다. - 효율, 역률 등의 전기적 특성이 나쁘다. - 차량측과 지상측의 공극이 크게 되면 성능이 극단적으로 나빠진다. (일반적으로 1[㎝] 이내) - 차량특에대용량의 집전장치는 불필요하다. - 효율, 역률 등의 전기적 특성이 양호하다. - 제어가 복잡하다. - 궤도측 구동시스템의 설치비용이 높다. - 변전소의 배치에 따라 열차운행 다이어그램이 제약을 받는다.

22 자기부상식 철도의 기술동향 4) 대전국립 중앙과학관 3) 산자부 주관 2) 과기부 주관 1) '93 대전EXPO 국내 기술현황
→ ‘자기부상열차 실용화를 위한 모델개발’ 사업 추진 중 → 1단계 123억 원 ('03.10~'06. 9, 3년) (시스템 개발/제작) → 2단계 ('06.10~'08. 9, 2년) (시스템 시험평가) → 전시/운행 연장사업 추진 중 → '05. 1~'07. 4(2년) → 98억 원(과학기금) 투입 → 대전국립중앙과학관 ~ 엑스포공원(1㎞) → ‘도시형 자기부상열차’ 사업 실시 → '89.12~'99. 9(10년) → 250억 원 투입 → 시제 차량 개발 (UTM-01) → 1.3㎞ 시험선로 건설 → 전시, 운행을 위한 차량 개발 → '91. 1 ~ '93. 7 (약 180억 원 투입) → 560m 선로 건설 → 93일간 운행 → 연장설치사업 추진 중 4) 대전국립 중앙과학관 3) 산자부 주관 2) 과기부 주관 1) '93 대전EXPO

23 자기부상식 철도의 기술동향 세계 기술현황 (독일) - 세계 최초 자기부상열차 시스템
특허를 등록(1932년, DRP ) - 원리 구현 시제품, 실용 시제품의 다양한 연구개발이 실시 - 대규모 시험시설 건설(1987년) - 노선 연장 30㎞, 역사 2개, 최고운행속도 430㎞/h ( 개통) - 중국에 수출 영업 운행중 (Shanghai Pudong공항 접근선) - 영업철도로서 세계 최고속도 기록 (501㎞/h) - 독일 Munich공항 접근선 상용화 추진중

24 자기부상식 철도의 기술동향 세계 기술현황 (일본) - 500㎞/h 이상의 초고속 자기부상열차 연구개발 진행 중
- SC-EDS-LSM 방식 (초전도자석-반발식 부상- 선형동기전동기 사용) 적용 - 부상을 위한 고무휠 주행, 100㎜ 부상, 초전도체를 위한 냉각장치 등이 특징 - 대규모 시험시설 건설(1996년) - 시험선 연장 42.8㎞ - 주행열차로서 세계 최고속도 기록 (581㎞/h, 2003년)

25 자기부상식 철도의 기술동향 세계 기술현황 (중국) - 독일의 자기부상열차 시스템을 도입 - 현재 영업 운행 중
- 독일의 선로 기술 이전 기술 확보 및 건설 추진 - 자체 중저속형, 초전도 초고속형 자기부상열차 기술개발 및 시험 중 - HTS 자기부상열차 대차 개발 (High Temperature Superconducting)

26 04 결론 참고문헌 2009년 2학기 발표내용

27 결론 참고문헌 한국철도 공사, 한국철도시설 공단, 한국철도 기술 연구원
I II 세계의 고속철도와 속도향상 및 자기부상식 철도기술 – 백남욱, 이상진 (저) III 최신 전기철도 공학 – 양병남 (저) IV 최근 전기철도 개론 – 강인권 (저) 현대 철도의 이해 V

28 결론 2009년 2학기 발표내용 태양광 – 2009년 10월 6일 전기철도 – 2009년 10월 20일
I 전기철도 – 2009년 10월 20일 II 전기철도 2 (고속철도) – 2009년 11월 10일 III IV 전기철도 (서론) – 2009년 11월 17일 전기철도 (자기부상식 철도) – 2009년 11월 24일 V 전기철도의 구성 및 기술동향 1 – 2009년 11월 24일 Ⅵ 전기철도의 구성 및 기술동향 2 – 2009년 12월 1일 Ⅶ 전기철도의 구성 및 기술동향 3 – 2009년 12월 8일 Ⅷ

29 이것으로 발표를 마치겠습니다 감사합니다. 이상으로 기말레포트를 마치겠습니다. 한 학기동안 수고하였습니다. 감사합니다.