레일체결장치 절연특성이 AF궤도회로 신호 전송에 미치는 영향에 관한 연구 = A study on the influence to AF track circuit signal transmission related to the insulation of rail fastening systems

국문 초록 (Abstract)

호남고속철도는 ATC 기반의 TVM-SEI 열차제어시스템으로 디지털 전송방식의 AF궤도회로로 구성되어 있다. TVM 자동열차제어장치(ATC)는 지상에서 열차 운전에 필요한 각종 신호정보를 차상으로 송신하여 고속열차를 제어하는 장치이다. ATC장치는 자동으로 열차의 속도를 제어하는 장치이다. AF궤도회로는 레일을 일정한 길이로 분할하여 독립적인 전기회로를 구성함으로써 열차 점유 시 차축에 의해 양측 레일 사이를 단락하여 계전기를 낙하시켜 열차의 유무를 검지하는 회로로 지상 신호정보를 반송신호에 실어 차상에 전송하고 열차는 픽업코일에 의해 정보를 수신한다.
우기(7월) 및 혹서기(8월)에 호남고속선 일부 터널 내 궤도회로에서 수신 전압값 저하 현상이 발생하였다. 그 중 오송 ~ 공주 구간에 봉명터널 및 계룡터널에서 전압값이 최솟값 이하로 저하되어 동 구간을 열차가 점유한 것으로 인식하여 열차 운행에 지장을 주었다. 장마 및 혹서기 빗물 유입 및 장기적인 고온고습도 환경에 의한 결로현상으로 AF궤도회로장치의 절연저항값이 저하된 것으로 추정되며 이에 대한 원인 분석 및 대책이 필요하다.
본 논문에서는 호남고속선 AF궤도회로의 분할 길이 및 수신전압 저하 개소 특성 분석, 경부 2 단계와 호남고속철도 궤도회로 특성시험 결과를 비교 분석하여 호남고속선 AF궤도회로 수신전압 저하 현상에 대한 원인 분석을 수행하였고 호남고속철도에 적용된 콘크리트궤도를 모사한 시험체를 이용하여 레일체결장치 전기저항시험 및 절연저항 측정 시험을 수행한 결과 분석을 통하여 레일체결장치의 절연성능 향상방안을 제안하였다. 향후, 제안한 레일체결장치의 절연성능 향상방안을 실제 적용하기 위해서는 현장 시범 부설을 통한 성능검증이 필요하다.
본 연구를 통해 빗물 유입 및 장기적인 고온고습도 환경에 의한 결로현상으로 인한 AF궤도회로 수신전압 저하 현상에 대한 원인 분석 결과와 레일체결장치 절연성능 향상 방안이 향후 호남고속철도 AF궤도회로 수신전압 저하 현상의 대책이 되기를 기대한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Honam High-Speed ​​Railway is an ATC-based TVM-SEI train control system consisting of an AF track circuit of digital transmission system. The TVM Automatic Train Control(ATC) is a device that controls high-speed trains by transmitting various signal information necessary for train operation on the ground. The AF track circuit is a device that control speed of train automatically. The AF track circuit divides the rail into a certain length to form an independent electric circuit, thereby detecting the presence of the train by dropping the relay between the two rails by the axle when the train is occupied. This carries ground signal information on the carrier signal and carries on the car, and the train receives the information by the pickup coil. In July and August, Some tunnels have been found about the voltage values received in the track circuits of the tunnel in Honam High Speed Railway. Among them, the voltage value in Bongmyung tunnel and Gyeryong tunnel decreased to below the minimum value between Osong ∼ Gongju section, and this phenomenon makes to be recognized as the section is occupied by the train. This interferes train operation. It is presumed that the insulation characteristic value of the track has been lowered due to rainwater inflow of the rainy and rainy season and tunnel condensation phenomenon. It is highly required to cause analysis and countermeasures. In this paper, cause analyzation of phenomenon of receiving voltage drop of AF track circuit in Honam High-Speed line is performed. This analysis compared divided length of AF track circuit, dropped places of receiving voltage in Honam High-Speed ​​Railway, and compared characteristics test results of track circuit of 2nd stage of Gyeongbu High-Speed ​​Railway and Honam High-Speed ​​Railway. In addition, the improved methods of insulation performance of rail fastening device are presented by analyzing the test results of electrical resistance measurement of rail fastening device and insulation resistance measurement. Those tests use the specimen simulation of the concrete track which is adopted in the Honam High-Speed ​​Railway. In order to actual adoption of the improvement method of insulation performance, it is necessary to verify the performance on-site test-bed. This study suggests the analysis results of the phenomenon of receiving voltage drop of AF track circuit by rainwater inflow and tunnel condensation, and presents reinforcement method of insulation performance of rail fastening device. It is expected that the result of this study will be the solution of phenomenon of receiving voltage drop AF track circuit in Honam High Speed ​​Rail.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 연구 목적 및 내용 4
• II. AF궤도회로 시스템 5
• 1. AF궤도회로장치 및 구성 5
• 2. AF궤도회로의 전기적 특성 9
• III. 호남고속선 AF궤도회로 수신전압값 저하 현상에 대한 원인 분석 12
• 1. 경부 2단계 및 호남고속철도 구간 AF궤도회로 길이 분석 12
• 2. 호남고속철도 궤도회로 수신전압값 저하 개소 분석 19
• 3. 특성값 저하 개소 현장조사를 통한 궤도회로 수신전압 및 절연저항 측정 결과 31
• 4. 궤도회로 특성시험 결과 비교 분석 41
• IV. 실험 결과 및 고찰 51
• 1. 레일체결장치 전기저항값과 AF궤도회로장치의 절연저항값 상관관계 분석 52
• 2. AF궤도회로장치의 절연저항값 차이에 따른 궤도회로 특성변화 시뮬레이션 54
• 3. 시험체를 이용한 레일체결장치 절연저항 측정 실험 58
• 4. 시험체를 이용한 레일체결장치 전기저항 실험 78
• 5. 레일체결장치 절연성능 향상 방안 83
• V. 결 론 89
• 참고문헌 92
• 부록 95
• 영문초록(Abstract) 101
• 감사의 글 103