||<table align=center><tablewidth=500><table bordercolor=#000><:><#000><-5>철도의 구조||
| 레일 | 레일 | |||
| 침목 | ||||
| 도상(철길 지지 구조) | ||||
| 노반 | ||||
| 기타 | 분기기 | 전차선 (가공전차선 | 제3궤조집전식 | 전자기유도집전) | |||
| 가공전차선 架空電車線 | overhead line |
| 스위스 외틀리베르크 선의 가공강체가선[1] |
| 울산역의 전차선(교류 25000V)[2] |
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1. 개요
가공전차선(架空電車線, overhead line)은 전철, 노면전차 및 무궤도전차 등의 차량에 전기를 공급하기 위해 공중에 가설하는 전기선과 그 구조물을 말한다. 줄여서 '전차선', '가선'(catenary), '가공 트롤리선'이라고도 한다.2. 특징
주요한 특징으로 전차선이 공중에 떠 있는 것이다. 제3궤조집전식의 전차선이 선로 옆에 설치되어 있거나 선로에서 약간 떠있는 반면, 이 방식은 지지대에 의해 아예 공중에 떠 있는 가선을 통해 열차에 전기를 공급한다.전기를 사용하는 철도차량 또는 기타 교통수단 중 축전지가 아니라 외부에서 전기를 공급받아 움직이는 차량은 어떤 형태로든지 급전을 위한 설비를 필요로 한다. 가공전차선은 이를 위한 설비 중 하나로, 지지대에 의해 공중에 떠 있는 전기선 또는 가선(架線)[3]을 통해 전기를 공급하는 설비 및 급전방식이다. 차량은 집전장치 등의 집전장치를 이용해 여기서 동력에 필요한 전기를 공급받는다.
일반적으로 가공전차선은 1개의 전선으로 구성되어 있다. 그런데 전기는 기본적으로 급전선과 귀전선이라는 2개의 선을 필요로 한다. 철도차량은 전차선을 통해 급전하고, 차륜을 통해 레일에 전기를 흘러보내 귀전시킨다. 하나 이것은 일반적인 전차선로를 이용하는 열차의 사례로, 귀전을 위해 별도의 가공전차선을 하나 더 설치하는 형태의 가공전차선도 존재한다. 대표적인 것이 트롤리버스의 사례로, 트롤리버스는 도로를 고무 바퀴로 다니기 때문에 귀전을 위한 별도의 가선을 설치해야 한다. 또한 해외에서는 드물게 3상 교류로 급전되는 노선이 있는데, 2개의 가선으로 두 상을 공급하고, 나머지 한 상을 접지하여 레일로 연결하는 방식을 사용한다.
가공전차선은 차량을 움직이는 동력의 공급원으로 사용되므로 일반적으론 높은 전압이 흐른다. 대한민국 철도에서 교류는 25,000V가, 직류는 1,500V가 흐른다. 트램은 안전을 위해 더 낮은 전압을 사용하지만 그래도 최소가 600V다. 그리고 습도가 높은 환경에선 직접 접촉 없이 근접하기만 해도 감전될 수 있다. 절대 만져서도, 가까이 가서도 안 된다. 스크린도어가 없던 시절에 승강장에 풍선을 들고 가지 못하게 했던 이유가 이것이다.
KBS 보도등에서 소개되듯 철도가 건설된지 오래된 구미권 국가들에서 가공전차선 대신 제3궤조집전식을 사용된다고 이게 후진적이라 생각하는 사람들이 있는데, 제3궤조집전식은 감전사고의 위험이 높다는 점과 200km/h 이상의 주행상황에서 집전장치에 가해지는 충격 등과 전력전달매개체가 강체라는 점 때문에 고속열차에 부적합 할 뿐[4], 구조가 단순하여 건설비가 싸고 유지보수가 쉬워 관리비용이 싸며 공간 차지가 적기 때문에, 감전/합선사고를 감수하면서 새로 건설되는 지하철, 경전철에서도 간간이 꾸준하게 채택되고 있다. 무엇보다 스크린도어가 생긴 지금은 제3궤조집전식을 사용해도 추락에 의한 감전사고의 위험이 없다.
한국에서는 철도건설규칙, 도시철도건설규칙, 철도의 건설기준에 관한 규정에 따라 경전철을 제외한 모든 철도에 가공전차선방식을 강제하고 있고, 특히 도시철도가 아닌 모든 철도의 지상구간은 심플카테너리와 헤비심플카테너리를 규정하고 있다. 도시철도는 각 지역별로 위임을 했으나, 역시 지상구간에서는 심플카테너리 방식을 채용하고 있다.
현대로템이 설명한 전차선 관련 상식
2.1. 장점
이 방식의 장점은 다음과 같다.- 고전압을 사용할 수 있다.
제3궤조집전식은 특성상 안전문제로 고전압을 사용할 수 없지만, 가공전차선은 공중에 떨어져 있어 일반인의 손에 닿는 위치가 아니므로 비교적 안전하다. 또한 열차의 고성능화를 촉진한다.
- 열차의 고속주행이 가능하다.
집전장치에 가해지는 충격이 적어 고속주행에 적합하다. 제3궤조집전식은 집전장치에 걸리는 충격 때문에 고속운전이 제한된다. 다만 가공전차선의 형태에 따라 고속운전이 불가능한 경우도 존재한다. 직접조가방식을 비롯한 간이 전철화의 경우는 조가방식 특성에서 비롯되는 제약 때문에, 강체가선 방식은 제3궤조와 마찬가지로 강체(쇠막대)형태로 이루어져 있기 때문에 고속운전에 제약이 있다.
- 접촉, 침수로 인한 감전사고 및 합선사고가 적다.
제3궤조집전식이 전기사고 위험이 높은 반면, 가공전차선 방식은 의도적이거나 정말로 불의의 사고가 아닌 이상 전기사고가 발생할 확률이 낮다. 침수가 되더라도 공중에 있으니 감전될 확률은 낮은 편이다.
2.2. 단점
- 차량, 구조물에 높이로 인한 제약이 존재한다.
차량 위쪽에 전차선이 있기 때문에, 전기의 특성상 절연을 위해 구조물과 이격거리를 설정해야 한다. 이는 터널에서 굴착 단면적을 늘리는 요소이며, 어떤 구조물이 가공전차선 위를 지나갈 경우 전차선을 단전시키거나[5] 구조물을 충분히 높게 설계해야 한다.[6] 또한 철도차량 설계에도 제약을 받는다.[7]
예를 들어, 전차선이 없어 차량한계가 높은 구간의 열차가 전차선 때문에 차량한계가 낮은 구간으로 갈 경우 통행이 불가능한 경우도 있다. 그래서 전기기관차는 상·하적이 필요 없는 간선 운송이거나 윗부분을 열 필요가 없는 유개화차, 여객열차에 주로 쓰인다.
- 별도의 지지대 구조물을 필요로 한다.
어떤 급전방식이든 구조물은 필요로 하지만, 가공전차선은 공중에 띄우는 구조물이므로 일정 거리마다 박을 지지대를 필요로 한다. 따라서 구조물에 수반되는 비용이 크다. 또한, 이런 구조물 때문에 도시의 미관을 해친다는 의견도 있다.
- 건널목에서 높이제한이 발생하며, 사고가 발생할 수 있다.
건널목의 경우 필연적으로 높이 제한이 발생하는데 이 때문에 통행이 불가능한 차량도 생기며 가끔 차량들이 높이 제한을 무시하고 가다가 사고가 발생하기도 한다. 특히 공업 지역에서는 높이가 높은 화물 차량이 자주 다니므로 문제가 발생할 가능성이 큰데, 이 때문에 대불역 인근의 선로의 경우 특이한 전차선을 사용하고 있다. 모형
- 강풍, 낙뢰에 민감하다.
전선으로 이루어진 구조물의 특성상 강풍에 흔들리기 쉬우며, 강풍이 불 경우 가선이 흔들려 운행불능이 될 수도 있다. 또 낙뢰로 인해 가선에 번개가 칠 경우 과전류로 인해 운행불능이 될 수도 있다.
- 관리가 번거롭다.(= 유지비가 비싸다.)
전선이라는 특성상 항상 장력 유지, 마모 등의 상태를 점검해야 하고, 관리가 잘 안 될 경우 사고가 발생하기 쉽다. 따라서 관리를 자주 해야 하고, 이는 비싼 유지비로 직결된다. 강체가선은 그 특성상 이 점에서는 비교적 유리하다.
3. 종류
가공전차선은 전차선의 종류나 전차선을 현수하는 방식(조가방식)에 따라 여러가지 종류로 나뉜다.3.1. 직접조가(直接吊架)방식
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| 직접조가방식의 예(삿포로 시영 전차) 출처 |
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| 트롤리버스 노선에 적용된 버전 |
일반적으로 노면전차, 무궤도전차에서 사용하고 일반철도 선로에서는 잘 사용하지 않는다. 일반철도 선로에서 사용하는 경우는 운전밀도가 낮고 고속으로 운전할 필요가 없는 선로에서만 사용된다. 대한민국에서는 현재 경원선 한강대교 하부 구간에서만 사용되는 방식이며, 초기의 서울 전차가 이 방식으로 전선이 조가된 것으로 보인다.
3.2. 카테너리방식
가장 일반적으로 볼 수 있는 전차선로 방식으로, 가선이라는 지지용 선에 전선을 매다는 방식. 직접조가방식보다 전차선의 형태를 안정시킬 수 있고 전선의 특성상 집전장치에 부담이 적으므로 열차의 고속화에 유리하다. 카테너리 방식은 그 형태에 따라 여러가지 종류로 나눠지는데, 각각의 조가방식에 따라 열차가 운행할 수 있는 최고속도가 달라지기도 한다. 보통 고속운전으로 갈수록 가선의 크기와 구조가 크고 복잡해진다.다른 방식보다 더 높은 구조물이나 터널단면적을 요구하게 된다. 따라서 강체가선 방식을 사용하기 어려운 고속열차의 경우 터널에서도 카테너리 방식을 써야 하므로 더 높은 단면적을 사용해야 한다. 대강 130~150km/h 이상으로 주행하는 열차가 있는 선로의 경우 카테너리 방식만 사용하는 것이 권장된다.
이 방식은 사고나 다른 이유로 가선이 끊어질 시 전 구간의 가선을 바꿀 수 없다. 그렇기 때문에 어래 사진과 같이 가선을 일정구간 나눠놓고 트윈 심플 카테너리 방식으로 짧은 구간의 가선을 겹치게 해놓은 뒤종점부를 장력조정장치를 둬 반복하는 방식으로 연결해 놓는다.[10]
당연히 장력에 의해 전철주와 가선을 지지하는 가동 브라켓이 움직이거나 휘면 안 되기 때문에 장력조절기의 반대편 각도로 지선을 45° 각도로 박아놓는다.
3.2.1. 심플카테너리
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| 예시 A: 애자 등의 절연장치 / B: 조가선 / C: 드로퍼 / D: 전차선 출처 |
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| 심플카테너리 가선 (서울역, AC 25,000V 60Hz)출처 |
가선을 굵게하고 장력을 높인 '헤비심플카테너리'라는 방식도 있다. 이 방식은 유지보수빈도를 줄일 수 있고, 제한속도를 130km/h로 높일 수 있어서 열차의 속도와 빈도가 그렇게 크고 빈번하지 않지만 어느 정도 유지해야 하는 한적한 지방간선 등에 쓰인다. 유럽의 철도는 고속선까지도 헤비심플카테너리 방식으로 잘만 굴리고 있고, 관련 기술이 발전하면서 21세기에 생긴 다른 대륙의 고속철도들도 헤비심플가테너리만 가지고도 잘 굴리고 있다.
가선의 재질은 행거 같은 조가선의 경우 아연도금선을, 전선부분은 홈을 판 경동선을 사용한다.
대한민국의 경우 부산 도시철도 지하구간[11]과 서울교통공사의 지상구간 중 일부를 제외한[12] 모든 지상구간에서 심플카테너리와 헤비심플카테너리 방식을 사용하고 있다. 특히 기존보다 선 굵기와 장력을 키운 헤비심플카테너리 방식은 유럽 기준으로 320km/h의 상업운전에 사용되고, 변태적 엔지니어링의 달인 SNCF는 TGV 최고속도실험 당시에도 기존 헤비심플카테너리 방식의 전차선 장력을 40kN으로 높여 574.8km/h에 대응했다. 헤비컴파운드카테너리 방식을 고속철도에 쓰던 일본도 1997년 이후 개통 구간에서는 헤비심플카테너리를 사용하고 있다.
3.2.2. 트윈심플카테너리
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| 트윈심플카테너리의 예. A는 애자 등의 절연장치, B는 조가선, C는 행거선, D는 전선 출처 | 케이요선의 트윈심플카테너리. 사용전압 직류 1500V 출처 |
대한민국에서는 서울교통공사, 인천교통공사 등 직류를 쓰는 도시철도 노선의 지상과 지하의 전환구간에서 채용하고 있다. 완전한 지상구간에서 사용하는 사례는 서울교통공사 노선 중에서도 과거 서울특별시도시철도공사 출신의 지상구간인 6호선 신내역 및 신내차량사업소 입출고선과 7호선의 도봉차량사업소/장암역 - 도봉산역 - 수락산역 직전 지하터널 입구와 청담대교 전후 구간이나[13] 8호선의 남위례역 전후 지상구간에서 사용하고 있다.[14] 반대로 서울메트로 출신 노선들의 지상구간은 다른 회사의 지상구간처럼 평범하게 심플카테너리를 사용한다.
3.2.3. 더블메신저심플카테너리
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| 더블메신저심플카테너리의 모습. 메이테츠 공항선, 직류 1500V 출처 |
3.2.4. 컴파운드카테너리
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| 컴파운드카테너리의 예. A는 조가선 지지점 및 애자 등의 절연장치, B 조가선, C 드롭퍼선, D 보조조가선, E 행거선, F 전선. 출처 | 컴파운드카테너리의 모습. 부산 도시철도 2호선, 사용전압 직류 1500V |
장점은 높은 속도에서도 집전장치와 전선 사이의 이선현상이 굉장히 억제되기 때문에 집전용량이 증가한다는 점이다. 그렇기 때문에 고속운전과 고밀도운전이 가능해진다. 그래서 고속 및 고밀도운전을 하는 선구의 가공전차선은 컴파운드카테너리를 사용하지 않을 수 없다.
단점은 구조가 복잡하기 때문에 도입비용과 유지보수비용이 높으며, 다른 조가방식보다 공간을 더 높게 차지하기 때문에 터널 등의 구조물에서 필요한 단면적이 상당히 커진다는 것이다.
한편 컴파운드카테너리에도 전선과 가선을 특별히 굵게 하고 장력을 높인 헤비컴파운드카테너리가 존재한다. 각 방식의 속도제한은 컴파운드카테너리가 160km/h 수준이고, 헤비컴파운드카테너리는 200km/h 이상이다. 1997년 이전에 개통한 신칸센과 타이완 고속철도, 그리고 이탈리아의 피렌체-로마 고속선[16]의 가공전차선은 헤비컴파운드카테너리로 구성되어 있다. 가공전차선 조가기술이 아직 부족하던 시절에는 고속철도에는 이 방식이 강제되었으나 1980년대 후반 즈음 기술 발전으로 고속선용 헤비심플카테너리가 나오면서 이후에 부설된 고속철도들은 전부 헤비심플카테너리 식으로 갈아탔다. 1997년 이후로는 신칸센용 헤비심플카테너리가 개발됨에 따라 일본도 결국 심플카테너리로 갈아탔다.
참고로 부산 도시철도는 특이하게도 지하 구간에서 1호선과 2, 3호선이 컴파운드카테너리 조가방식을 사용하는 중이다.[17] 다만 지상-지하 전환 구간을 제외한 지상구간에서는 일반적인 헤비심플카테너리 방식을 사용하고 있다.
일본에서는 이 방식에서 전선만 강체가선으로 바꾼 방식을 채택하기도 한다. 아래 나오는 강체가선방식과도 유사하지만 근본적인 구조는 컴파운드카테너리인데, 일반 컴파운드카테너리에 비해 터널을 작게 팔 수 있으면서도 강체가선의 단점인 고속주행의 어려움이 약간 완화된다. 킨테츠 오사카선의 터널 구간과 킨테츠 난바선 지하구간, 고베 시영 지하철 세이신·야마테선 지하구간 등 어느 정도 고속 주행이 필요한 지하 구간에 사용된다.
3.3. 궤전조가선 방식
카테너리 조가방식과 같은 종류의 조가방식이지만, 전선을 조가하는 가선을 '궤전선'[18]으로 사용하는 조가방식이다. 따라서 가선 역시 전선과 똑같은 경동재질의 선로를 사용한다. 이 방식은 가선에 필요한 선의 수나 부품을 줄일 수 있기 때문에 유지보수비용을 줄일 수 있고 공간을 덜 차지하기 때문에 협소한 터널에 설치하거나 터널 건설시 단면적을 줄일 수 있다. 'π가선방식'이라는 이름으로 일본의 츄오 본선에서 사용되고 있는 방식이다. 한국도 규정상에는 카테너리 조가방식에서 급전선을 따로 두지 않을 경우, 조가선을 급전선으로 사용할 수 있게 하고 있다.3.4. 가공강체가선방식
지하철에서 일반적인 가공전차선 방식으로, 전차선으로 전선이 아니라 쇠막대 형태의 강체가선을 사용하는 방식이다.이 방식의 장점은 다음과 같다.
- 전선을 조가하는 복잡한 가선을 쓰지 않아도 준수한 수평형태가 유지된다. 그렇기 때문에 카테너리 방식에 비해 선로절연거리를 단축시킬 수 있으므로 터널 단면적을 다른 조가방식에 비해 크게 줄일 수 있다. 이는 터널 건설비의 절감으로 이어진다.
- 선로가 강체이므로 카테너리 방식과 달리 단선되기 어렵다. 특히 카테너리 방식은 단선우려 때문에 전선의 마모관리를 지속적으로 해줘야 하지만 강체가선은 이런 이유에서 비롯되는 관리를 해줄 필요가 없다.
- 장력유지가 불필요하다.
- 유지보수 비용이 카테너리 방식에 비해 많이 절감된다. 가선이 강체이므로 장력유지가 불필요하며, 마모한계치[19]가 크고 지속적인 압력에 의한 가선의 구조변화 정도도 카테너리 방식보다 낮다. 따라서 가선관리를 위한 작업이 절감되며 전차선의 교체주기도 카테너리 방식보다 길다. 사용되는 부속부품의 수도 카테너리 방식보다 적어 유지보수가 간단하다.
- 강풍 등의 자연환경에 영향을 덜 받는다.
- 카테너리 조가방식과의 호환이 가능하다.
- 직류를 사용할 경우, 강체전차선의 특성상 전선의 용량이 충분하므로 별도의 급전선을 설치할 필요가 없다.
- 장력유지가 불필요하므로 전차선을 쉽게 이동시킬 수 있다. 따라서 도개교나 화물차가 자주 다니는 건널목, 화물 승하차 구역, 차량기지 검수선 등 전차선을 이동시켜야 하는 장소에서 사용 가능하다.
- 서로 연결되지 않은 강체전차선을 지그재그로 배치하는 방식으로 별도의 절연물 없이 절연구간을 구현할 수 있다. 또한 FRP 등의 절연물보다 마모한계치가 크므로 유지보수도 절감된다.
한편 가공강체가선의 단점은 다음과 같다.
- 강체라는 특성상 제3궤조집전식처럼 집전장치에 부담이 걸리는 편이다. 이런 이유로 집전특성이 나빠 운행속도가 낮은 편이다.
- 유연성이 없어 전차선과 집전장치 습동판이 쉽게 손상되거나 마모된다.[21]
- 카테너리 조가방식이 전선이라는 특성상 유연해서 집전장치와 선로에 이선현상을 줄일 수 있는 반면, 강체가선은 딱딱하므로 이선현상이 자주 발생한다. 특히 고속영역으로 갈수록 이선현상이 자주 발생한다.
- 높은 시공정밀성이 요구되고, 레일과 도상도 균질적인 높이를 유지하는데 크게 신경써야 한다. 이선현상이 쉽게 나타나는 방식이기 때문.
- 지상구간에서 사용할 경우 전철주를 카테너리 방식보다 좁은 간격으로 많이 설치해야 한다. 카테너리 방식은 50m당 하나만 세우면 되지만 강체방식의 경우 10m마다 하나씩 세워야 한다. 이런 이유로 지상구간에서는 거의 사용되지 않는다.[22]
가공강체가선방식의 경우 R-Bar 식과 T-Bar 식이 있다. 자세한 정보는 참고문헌의 석사논문들을 참고.
3.4.1. T-Bar 식
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| T-Bar 식 가공강체가선의 모습 수도권 전철 5호선(하남선), 사용전압 직류 1500V 출처 |
일본에서 개발된 가공강체가선으로, T자 형태의 구조를 하고 있다. 1961년 일본 도쿄메트로 히비야선에 처음으로 채용되어 건설되었다. 지하철뿐만 아니라 협소한 터널에서도 사용하고 있다고 한다. 대한민국에서는 서울 지하철 1호선 구간에 최초로 도입되었고 이후 직류 1500V를 사용하는 지하철 구간의 표준적인 가공강체가선으로 사용되고 있다.
동양권 곳곳에서 많이 사용되고 있고 서양에서도 스페인 마드리드 지하철과 바르셀로나 지하철에서 사용하고 있지만, 이 방식은 R-bar보다 좋은 게 거의 없다. 건설비도 꽤나 비싸고, 구조가 복잡하고, 철거가 어려워 유지보수가 번거롭고 오래걸리며, 유지보수비용도 많이 들고, 이선율도 높은 특성 때문에 최고속도가 80km/h다. 그럼에도 대한민국에서 이 방식이 여전히 사용되는 이유는 R-bar에 비해 T-bar 방식이 오래전에 국산화되어 대한민국 내에서의 건설비나 유지보수비는 T-bar가 나은 것으로 나왔기 때문이다.
대한민국에서 T-Bar를 쓰는 철도 구간은 직류를 사용하는 지하철 구간으로, 서울 지하철 1~9호선 직류구간(일산선, 하남선, 별내선 포함), 인천 도시철도 1호선, 대구 도시철도 1호선, 광주 도시철도 1호선, 대전 도시철도 1호선, 부산 도시철도 1호선 신평~다대포해수욕장, 부산 도시철도 3호선 구포~덕천이 있다.
3.4.2. R-Bar 식
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| R-Bar 식 가공강체가선의 모습 인천국제공항철도, 사용전압 교류 25000V 60hz 출처 |
이 방식의 장점은 T-bar의 단점과 반대로, T-bar보다 성능, 가격면에서 절대적으로 우위를 점하는 방식이라 할 수 있다. 이런 이유 때문에 향후 건설되는 가공강체가선은 이 방식으로 건설할 것을 철도학계에서 추천하고 있다. 2013년에는 한국도 LS전선에서 R-Bar식 교류 가공강체가선의 국산화에 성공하였다. # 이어 2024년에는 마찬가지로 LS전선에서 R-bar식 직류 가공강체가선 국산화에 성공했다. #
R-bar 방식으로 건설된 선로의 최고속도는 160km/h(2세대 기준)이며, 개량하여 180km/h까지 사용가능한 R-bar도 건설되어 있다. FURRER+FREY사가 2002년에 250km/h 고속운전을 목표로 하는 3세대 R-bar를 개발하여 호주의 시험선에서 200km/h 시험 운전을 했다고 한다. 이에 관한 자세한 정보는 제공되지 않고 있지만 이론적인 근거는 이미 마련된 상태로, 가공강체가선에 스프링이나 충격흡수가 가능한 지지금구류를 사용해 카테너리 가선처럼 유연성을 부여하고 지지 간격을 좁히는 것이라고 한다. 대한민국 역시 LS전선이 주도하여 250km/h 급의 R-bar 강체가선의 개발을 완료하였다.
대한민국에서는 교류 광역전철인 신분당선, 수인선, 분당선, 과천선, 공항철도 지하구간, 수서평택고속선 수서역 구내[23], 강릉역 구내 등지에서 사용되고 있으며, 특히 과천선과 분당선[24]은 세계 최초의 교류 25,000V R-Bar 사용 상용선로와 동양 최초의 R-Bar 사용 선로라는 타이틀을 가지고 있다. 대한민국에서 사용되고 있는 R-bar는 2세대 R-bar다.
3.4.3. 그 외
일본에서 운영하는 고무차륜 AGT의 표준 규격 중에는 특이하게 '측방 접촉식의 3중 가공강체가선'이 있다. 말 그대로 열차 측면에 가공된 강체 가선이 3개로, 3상 교류를 이용한다. 간혹 제3궤조집전식으로 오해받는 경우도 있지만 이 경우 가선이 차축보다 높은 위치에 가공되어 있어 제3궤조집전식으로 보기 어렵다. 유리카모메, 난코 포트타운선, 닛포리·토네리 라이너, 포트 아일랜드선, 롯코 아일랜드선, 사이타마 신도시 교통 이나선이 이 방식으로 급전하고 있다.4. 장력조정장치
가공전차선 중 카테나리 방식은 고속주행을 위해 장력을 일정 수준으로 유지할 필요가 있다. 그렇기에 일정구간마다 장력조정장치를 둬서 장력을 유지할 수 있도록 한다.장력조정장치는 이렇게 생긴 물건으로 조가선, 전선에 설치된 애자를 통해 절연된다. 보통 위 사진처럼 도르래 형식(활차식)이 많이 쓰이는 편이다.
그러나 최근에는 무게추 없이 장력조절이 가능한 건전지 모양의 스프링 식을 도입해 쓰기도 한다.[25]
5. 여담
옥천역에는 대한민국 내 유일의 이동식 전차선이 있었다. 기차가 운행될때는 펴서 작동하고, 정차하여 컨테이너를 내리거나 실을 때는 접어서 컨테이너 처리작업을 원활하게 하는 역할을 했지만 2022년 4월 1일부로 옥천역의 화물취급이 폐지되어 사용이 중단되었고, 2022년 4월 29일 기준 전신주까지 철거되면서 역사 속으로 사라졌다.무선급전방식이 상용화 될 경우 역사속으로 사라지게 될 물건이다.
6. 관련 문서
7. 참고문헌
- 위키백과 한국어판 '가공전차선'
- 위키백과 영어판 'overhead line'
- 조한범, '전기철도 강체가선방식의 속도향상 방안 검토'(2011), 서울과학기술대학교 석사논문.
- 임금광, '지하철 터널 구간 강체가선 방식의 특성분석에 관한 연구'(2003), 서울산업대학교 석사논문.
[1] 한 선로에 가공강체가선 두 가닥이 붙어있다. 왼쪽은 직류 1200V를 사용하는 외틀리베르크 사의 가선이고, 오른쪽은 교류 15000V를 사용하는 Sihltal 사의 가선이다. 이 선로에서는 열차가 집전을 위해 집전장치가 한쪽에 치우친 형태로(asymmetrically) 가선에 닿는다고 한다.[2] 고속선용 헤비심플 카테너리 방식[3] 카테너리(catenary). 전기선과 그 전기선을 지지/현수하는 또 다른 선으로 이루어진 가공전차선 선의 총칭.[4] 실제로 미국에서 건설될 텍사스 고속철도 계획도 가공전차선을 사용하는 신칸센 N700계열이 사용될 예정이다.[5] 대표적인건 한강대교의 절연구간이다.[6] 이를 건축한계 또는 안전한계라고 한다.[7] 이를 차량한계라 한다.[8] 매달 조, 시렁(설치 할) 가. 매달아 설치[9] 離線現象. 열차는 주행하다보면 선로나 노반, 가선의 특성상 약간씩 집전장치와 전선이 떨어지는 현상이 있을 수 있다. 고속운전은 이 현상을 최소화 하는 것이 관건이다.[10] 선로의 분기 역시 이러한 형태로 가선을 설치한다.[11] T-bar 강체가선을 사용하는 1호선 신평~다대포해수욕장을 제외한 곳은 컴파운드카테너리를 사용한다.[12] 서울메트로 출신 노선들은 한국철도공사처럼 모든 지상구간에서 심플카테너리를 사용하지만 서울특별시도시철도공사 출신 노선의 지상구간은 후술할 두개의 심플카테너리 전차선을 겹친 트윈심플카테너리 방식을 사용하고 있다.[13] 건대입구 - 자양 - 청담대교 - 청담[14] 복정 - 남위례 - 산성 구간[15] 집전장치가 전선을 들어올리는 힘[16] 이쪽은 급전방식도 직류 3000V의 급전방식을 쓴다[17] 출처 : 임금광, '지하철 터널 구간 강체가선 방식의 특성분석에 관한 연구'(2003), 서울산업대학교 석사논문.[18] 발전소나 변전소에서 다른 변전소를 거치지 않고 직접 전선에 전력을 공급하는 선로.[19] 마모를 허용하는 수준[20] 전차선외의 조가선 등을 설치하려면 추가적인 높이가 필요한데, 이를 위해 터널을 파자니 필요한 자금이 상당히 많이 들어가게 된다.[21] 위의 장점부분과 모순되는 부분이라고 생각할 수도 있다. 이를 위해 설명하자면, 가공강체가선은 유연성이 없어 집전장치의 습판체나 강체가선을 쉽게 마모시키지만, 강체전선은 마모한계치가 높아 상대적으로 많이 마모되더라도 사용할 수 있다는 것이다. 카테너리 방식은 마모한계치가 낮고, 전차선을 지지하는데에 필요한 장력이 가해지고 있는 와중에 단선사고가 일어나면 대형사고가 일어날 수 있으므로 전차선 마모에 따른 교체와 관리를 강체가선보다 더 세심하게 해줘야 한다. 전차선의 마모를 줄이기 위해 제3궤조처럼 집전장치와 접촉하는 부분을 스테인리스강으로 만드는 경우도 있으나, 흔치는 않은 편이다.[22] 다만 수인분당선 사리역(여기도 엄밀히는 반지하다.)이나 바르셀로나 지하철과 같은 예외도 있다. 특히 후자의 경우 차량기지를 포함한 전 구간에서 강체전차선을 사용한다.[23] 율현터널의 고속주행구간은 카테너리 방식이다.[24] ATC 설정을 바꾸면 이론적으로는 110km/h 주행이 가능하다.[25] 해당 사진은 서해선 신현역~시흥시청역 사이 지상구간에서 촬영되었다.