2014 년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집 KSR2014S245

400km/h급 고속철도용 드로퍼 클램프의 전기적 성능평가

A Electrical Performance Test of Dropper clamp for 400km/h Class High-speed

Railway

조호령*†, 이상식*, 박재원*, 이기원**, 권삼영**, 조용현**

Ho-Ryung Cho*†, Sang-Sik Lee*, Jae-Won Park*, Ki-Won Lee*, Sam-young Kwon*, Young-Hyun Cho

Abstract The dropper clamp supplied to Honam high-speed railway being constructed at present is designed based on pressure equalization method, is compact, light-weighted and simple in structure unlike conventional dropper connected with dropper wire, and developed suitable for velocity of 400 km/h. The equalizing dropper clamp developed this time meet all the requirements specified in the specification of Korea Rail Network Authority. For the equalizing dropper clamp, mechanical as well as electrical pressure equalization characteristics of the messenger and contact wires is very important. In this paper, the reliability of the pressure equalization characteristics has been determined through performance evaluation tests such as current carrying characteristics, resistance characteristics, etc. for the normal specimens and the specimens which already passed the 2,000,000 times of vibration fatigue test as per specification of the dropper clamp.

Keywords : Dropper Clamp, Pressure Equalization, Equalizing, Current characteristics, Resistance

초 록 현재 건설되고 있는 호남고속철도에 공급되는 드로퍼 클램프는 균압방식을 적용한 제품으로, 기존의 드로퍼 와이어가 접속되는 방식과 달리 콤팩트하고 단순한 구조로 경량화되어400km/hr의 고속주행에 적합하도록 개발되었다. 개발된 균압용 드로퍼 클램프는 철도용품 공단규격서의 규정된 요구성능을 모두 만족하는 제품이다. 균압용 드로퍼 클램프는 기계적 특성은 물론, 조가선과 전차선의 전기적인 균압특성도 상당히 중요한 특성이다. 본 논문에서는 드로퍼 클램프 규격에서 정한 200만회의 진동피로시험을 한 시료와 일반시료들에 대하여 전류통전특성 및 저항 특성 등의 성능평가시험을 통하여 균압특성에 대한 신뢰성을 확인하였다. 주요어 : 드로퍼 클램프, 면압, 균압, 전류통전시험, 저항시험

1. 서 론 이 논문은 호남고속철도에 건설되는 400km/hr급 테스트베드 전차선로에 공급하기 위하여 개발된 드로퍼 클램프의 전기적 특성에 대한 평가에 관한 것이다. 새로 개발된 균압용 드로퍼 클램프는 면압방식을 적용한 제품으로, 기존의 드로퍼 와이어가 접속되는 방식과 달리 콤팩트하고 단순한 구조로 경량화되어 400km/hr의 고속주행에 적합하도록 개발되었다. 개발된 균압용드로퍼 클램프는 철도용품 공단규격서의 규정된 요구성능을 모두 만족하는 제품이며 기계적특성은 물론, 조가선과 전차선의 전기적인 균압 특성도 상당히 중요한 특성이다. 본 논문에서는개발된 드로퍼 클램프를 200만회의 진동피로시험을 통과한 시료와 일반시료로 구분하고 이시료들에 대하여 전류통전특성 및 저항특성 등의 성능평가시험을 통하여 균압특성에 대한 신뢰성을 확인하였다.

† 교신저자: 평일 기술연구소(hrcho@pyungil.com)

* 평일 기술연구소

** 철도기술연구원 전철전력연구실

2. 본 론

2.1 400km/h급 드로퍼 클램프의 주요 특성

2.2.1 400km/h급 드로퍼 클램프의 구조 및 특징

400km/hr의 고속주행에 적합하도록 개발된 균압용 드로퍼 클램프는 다음과 같이 한국철도

시설공단의 “철도용품 공단규격서”KRSA-3017“드로퍼 클램프”와 KRSA-3033“드로퍼 단말

접속금구”로 구분하여 제정되어 있다.

Table 1 드로퍼 클램프의 종류

Fig. 1 전차선 150 용(균압용) Fig. 2 조가선 116 용(균압용)

Table 2 드로퍼 금구의 종류

종별 기호 용도 미끄럼하중 (N) 파괴하중 (N) 부도

드로퍼 단말접속금구

DS-8P 전차선 및 조가선

클램프용(400km/h급) 3,600 6,950 Fig. 3

Fig. 3 드로퍼 단말접속금구 Fig.4 드로퍼 클램프 조립 그림

종 별 기 호 용 도 부도

드로퍼 클램프 (400km/h용)

HCD-4P 전차선 150 용(균압용) Fig. 1

HCD-5P 조가선 116 용(균압용) Fig. 2

2.2.2 400km/h급 드로퍼 클램프와 단말접속금구의 성능기준 및 시험결과 확인

400km/hr급 드로퍼 클램프와 단말금구의 시험내용과 합격품질수준, 시험결과는 다음과 같다.

Table 3 드로퍼 금구의 시험내용과 시험결과

No 시험(검사) 명 합격 품질 수준 시험결과

1 겉모양, 치수, 구조 부도에 따름 만족함

2 무게 검사

드로퍼 클램프 / 전차선 150 용

0.09 ± 10% 이내 0.092

드로퍼 클램프 / 조가선 116 용

0.11 ± 10% 이내 0.114

3 재질 시험

화학 성분 분석 시험 요구기준에 만족하여야 함 만족함

인장 강도 시험 요구기준에 만족하여야 함 만족함

브리넬 경도 시험

4 진동피로 시험 2,000,000회의 피로시험후 이상이 없어야 함 이상 없음

Table 4 드로퍼 단말접속금구의 시험내용과 시험결과

No 시험(검사) 명 합격 품질 수준 시험결과

1 겉모양, 치수, 구조 부도에 따름 만족함

2 무게 검사 0.0234kg 이상 0.0236

3 재질 시험

화학 성분 분석 시험 요구기준에 만족하여야 함 만족함

인장 강도 시험 요구기준에 만족하여야 함 만족함

브리넬 경도 시험

4 방사선 투과 시험

KS D 0227(주강품의 방사선 투과 시험 방법) 및 ASTM E 1742(2001) Standard Practice for Radio

graphic Examination에 따라 실시하며, KS D 0227의 3류 이상 또는 AMS STD 2175(주물류 분류법과 검사)의 Grade.C 이상이어야 한다.

만족함

5 침투 탐상 시험

형광 침투 탐상 시험은 KS B 0816(침투 탐상 시험 방법 및 지시 모양의 분류) 및 ASTM E 1417

(Practice for Liquid Penetrant Testing)에 따라 실시하며, AMS STD 2175(주물류 분류법과

검사)의 Grade.C 이상이어야 한다.

만족함

6 미끄럼 하중 3,600 N 이상 이상 없음

7 파괴하중시험 6,950 N 이상 9,369N

Fig. 5 드로퍼 클램프 파괴시험 사진 Fig.6 드로퍼 클램프 시험시료 사진

Fig.7 드로퍼 클램프의 진동피로시험

드로퍼 클램프를 실사용 상태 또는 유사상태로 시험기에 취부한 후 위와 같은 사

이클로 하여 시험하며, 압축진폭을 20~200로 하였을 때 드로퍼에 작용되는 동하중

은 300N이 되도록하고, 시험주파수는 0.5~10Hz로 2백만회의 내진동 회수를 가한다.

Fig. 8 드로퍼 피로시험기 사진 Fig.9 드로퍼 피로시험 사진

2.2 전기적 시험에 따른 균압특성 확인시험

2.2.1 개 요

2.1항에서와 같이 400km/h급 드로퍼 클램프 규격에 따라서 기계적 특성들에 대한 시험을

마친 시료들에 대하여 드로퍼의 가장 중요한 특성인 전기적인 균압특성을 확인하기 위하여

저항시험과 전류시험을 시행하여 신뢰성을 평가하였다.

2.2.2 저항시험

다음에서와 같이 드로퍼 와이어를 드로퍼 단말금구에 압착한 다음, 전차선과 조가선에 각

각 드로퍼 클램프를 조립하여 사용상태로 시료를 준비한 다음, 도체저항시험기를 사용하여

각각의 저항특성들을 확인한 결과, 저항특성에 변화가 없음을 확인하였다.

Table 5 드로퍼 와이어와 드로퍼 클램프의 저항시험 결과

구분 저항 비고

드로퍼 와이어 1.887 mΩ 1m 거리에서 측정

* 유동상태에서도 변화 없음 드로퍼 클램프(전차선) 1.786~1.789 mΩ

드로퍼 클램프(조가선) 1.795~1.800 mΩ

Fig. 10 드로퍼 와이어 저항측정 Fig.11 드로퍼 (전차선) 저항측정 Fig.12 드로퍼 (전차선) 저항측정

2.2.3 전류시험

다음에서와 피로시험(300N-200만회)시료와 일반시료를 구분하여 설치상태로 조립하여 폐회로가 되

도록 하고 각 부분에 온도센서를 취부하여 준비한 다음, 허부하 시험기를 이용하여 105A의 전류를 흐

르게 하여 온도가 포화되는 시점에서의 각 부분의 온도를 확인하는 방법으로 시험을 진행하였다.

Fig. 13 전류시험 준비사진(온도센서 부착상태) Fig.14 드로퍼(조가선) 온도센서 부착사진

Fig. 15 전류시험에 따른 포화온도 확인 Data (피로시험 시료)

Fig. 16 전류시험에 따른 포화온도 확인 Data (일반시료)

전류시험 결과 분석

- 피로시험 시료의 경우, 105A 의 전류가 흐르는 상황에서의 드로퍼 와이어의 온도가

110 일 때, 각 드로퍼 클램프와 단말금구의 최대온도는 61 ~ 70로 안정적임

- 일반시료의 경우, 105A 의 전류가 흐르는 상황에서의 드로퍼 와이어의 온도가 112 일

때, 각 드로퍼 클램프와 단말금구의 최대온도는 61.5 ~ 74로 안정적임

- 결론적으로 피로시험을 수행했던 드로퍼 클램프와 그렇지 않은 드로퍼 클램프가 모두,

105A의 전류가 흐르는 상황하에서 드로퍼 와이어의 온도보다 30 ~ 40 만큼 낮은 온

도가 유지 된다는 것은 둘 다 양호한 도전특성을 가지고 있어 균압이 잘 되고 있음을 나

타내는 것임

3. 결 론

위에서와 같이 400km/h급 균압용 드로퍼 클램프는 철도용품공단규격서의 규정된 요구성능을

모두 만족하고 있으며, 저항시험과 전류시험을 통한 균압특성에 대한 확인시험 결과도 양호한

결과를 나타내고 있음을 확인하였다. 따라서 새로 개발된 균압용 드로퍼 클램프는 호남고속철

도에 적용되어 안정적인 고속철도운영에 기여할 것으로 판단된다. 향후에는 호남고속철도

400km/h 시험선로에 설치되는 드로퍼 클램프의 전기적 성능평가에 대하여 검토할 예정이다.

감사의 글

본 논문은 국토해양부 “400km/h급 고속철도 인프라 시범적용 기술개발”사업의 연구비

지원에 따라 수행된 과제의 성과물에 대한 것입니다.

참고문헌

(1) 2013. 02. 01. 철도용품 공단규격서 “드로퍼 클램프(Dropper Clamp /HSL)”, “KRSA-3017”

(2) 2013. 02. 01. 철도용품 공단규격서 “드로퍼 단말접속금구(Dropper Spliced End /HSL)”,

“KRSA-3017”

(한국철도학회 정기학술대회 Full Paper - Template 작성일: 2014.04.11)