KDS 설계기준 47 30 30 전차선로

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철도 전차선로 시방서

1. 일반사항

1.1 목적

• 철도 전차선로의 시설물 조사, 계획, 설계, 시공, 유지관리에 필요한 기술적 사항 제시

1.2 적용범위

• 합성전차선, 구분장치, 건넘선장치, 지지물 등 전차선로 설계의 일반적인 사항

1.3 참고기준

• 해당 없음

1.4 용어의 정의

• 해당 없음

1.5 기호의 정의

• 해당 없음

1.6 해석과 설계원칙

1.6.1 설계 단계별 업무

1.6.1.1 기본설계

• 시스템 결정 및 실시설계 지침, 개략 공사비 산정
• 주요 내용:
  • 설계조건 조사 (설계기준, 설계도면, 건설계획, 설비방식, 변전소 위치, 전차선로 선종, 기후 환경조사, 열차운영계획 등)
  • 전원 공급계통 조사 및 수급방안 검토
  • 전철급전계통 구성방안 및 건설방식 검토
  • 전기방식 및 급전방식 검토
  • 전철전원설비 건설위치 검토
  • 관련기관 협의

1.6.1.2 실시설계

• 기본설계 시스템 및 지침 검토, 공사 발주 위한 실질적 설계
• 주요 내용:
  • 기본설계 검토
  • 기본조사 및 측량
  • 급전 계통도 및 변전소 위치
  • 지지물 및 기초, 가공전선 이도, 지중관로 검토
  • 전차선로 평면도, 표준도 및 상세도 작성
  • 공사비 예산서, 공정표, 공사시방서 등 작성
  • 운행 전 전차선로 시공품질검사 대가 산출
  • 관계기관 협의내용, 총사업비 자료, 인허가 서류 작성

1.6.2 설계조사

1.6.2.1 자료조사

• 운행 차량 특성 및 운행조건
• 타당성조사 및 기본계획
• 급전계통 운영도
• 선로 배선도

1.6.2.2 관련법규 검토 및 분석

• 상위 계획 및 관련계획
• 전기사업자 전력공급계통
• 법규, 인접지역 규제사항 등
• 설계 대상지역 지진 발생 현황
• 설계 대상지역 기온, 풍속, 적설량 등 기후 조건
• 토목, 궤도, 전철전원, 신호, 정보통신 등 기타 시설 계획

1.6.2.3 현장조사

• 변전소, 구분소, 보조구분소 위치
• 터널, 교량, 과선교, 곡선반경, 구배현황, 방음벽 등 선로현황
• 설계 대상지역 공해, 염해, 분진 등 환경조건
• 설계 대상지역 지진 발생 현황
• 설계 대상지역 기온, 풍속, 적설량 등 기후 조건
• 자재 및 장비 운반 사항
• 타 시설물 (도로, 한전선로 등) 횡단 현황
• 대관, 대민 협의사항
• 토목, 궤도 선로설비
• 신호, 정보통신 등 기타 전기설비 현황 및 계획

2. 조사 및 계획

2.1 계획

2.1.1 전차선로의 계획

• 노선, 전기차량 특성, 열차운행계획, 장래 철도망 건설 계획 등 종합 고려
• 설계속도는 전기차량 최고속도, 해당 노선 설계속도 동일, 구간별 차등 적용 가능
• 장래 속도향상 고려
• 가선 범위 및 전기적 계통 구분은 철도운영자와 협의
• 전기적 특성 (선로정수, 급전거리, 전압강하, 보호, 절연, 이격거리) 및 기계적 특성 (무게, 풍압, 하중, 압상력) 종합 고려하여 설계
• 자재 선정 시 내구성, 안전성, 운용성, 유지보수성, 시공성 등 고려, 친환경 제품 우선 적용

3. 재료

• 해당 없음

4. 설계

4.1 전차선로의 설계일반사항

4.1.1 가선 및 조가방식

• 가공 전차선은 가공단선식 (Simple Catenary) 표준
• 열차 속도, 노반 형태, 부하전류 특성 등에 따라 강체가선방식 등 적용 가능

4.1.2 전차선의 설계기본 파라미터

• 전차선 공칭 높이: 곡선당김금구 설치 지점 레일면상 전차선 높이, 속도등급에 따라 5m~5.2m 표준
• 전차선 편위: 궤도중심선에서 좌우 200mm 표준, 팬터그래프 집전판 고른 마모를 위한 지그재그 편위 고려
• 전차선 기울기: 한 경간 기준, 설계속도에 따라 천분율 적용 (표 참조)
• 경간 설정: 이상적인 집전, 곡선반경, 풍압 하중, 높이 등 고려, 속도등급에 따라 최대 경간 설정

4.1.3 전차선로의 동적성능기준

• 전차선로와 팬터그래프 접촉 시 이선율: 속도등급에 따라 1% 이하
• 전기차 주행 시 전차선로 최대 압상량: 감안하여 설계
• 열차 운영 시 소요 전력량 공급 가능하도록 설계

4.1.4 안전율

• 하중 지탱하는 전차선로 설비 강도: 작용 예상 하중 최악 조건 조합, 소재 인장 파괴 강도 기준, 안전율 곱하여 설계 (표 참조)

4.2 전차선 시스템 선정

4.2.1 조가방식 및 가선계의 선정

• 설계속도 및 선로 조건 등 고려하여 조가방식 선정
• 가선계 (가고, 장력, 경간, 드로퍼 간격, 선종 등): 토공, 교량, 터널 구간별로 설계속도, 팬터그래프 동특성, 차량부하 용량, 선로조건, 환경조건 등 고려하여 설계
• 최대 인류 길이: 선종 및 장력, 기후 고려
• 드로퍼 설치 간격: 5m 표준, 속도등급에 따라 2.5m~6.75m 등 적용 가능
• 사전이도 (Pre-Sag) 가선 설계 가능, 사전이도량은 속도등급, 차량 제원 고려
• 지지점 압상량: 시스템 설계자 또는 시뮬레이션 프로그램에 의해 산출, 압상량 제한장치 유무에 따라 최대 압상량 제한
• 커티너리 방식: 가선계 최고 설계속도는 팬터그래프 동요 임펄스 (Disturbance Impulse) 파동전파속도의 70% 이하로 설계
• 전차선 파동전파속도 향상 위해 장력 증가 및 단위 길이당 질량 감소 가능한 선종 선정
• 설계속도등급에 따라 표준 적용
• 가선계와 팬터그래프 주행 동적성능 시뮬레이션 검증 (기 검증된 설계 또는 동 가선계 적용 사례 있는 경우 생략 가능)

4.2.2 주요 가선 자재의 선정

• 한국철도표준규격 (KRS), 한국산업표준 (KS), 한국철도시설공단규격 (KRSA) 적용, 새로운 규격 적용 시 검증 후 적용
• 전차선, 조가선, 드로퍼, 흐름방지 등 자재 선정: 전기차 부하특성, 가선장력, 마모 특성, 허용전류 등 고려
• 전차선 마모: 최대 허용수명 도달 전 팬터그래프 통과 횟수 2백만회 이상 가능한 재질 적용
• 급전선, 보호선: 전기차 부하특성, 운전조건, 공해, 기후, 구조물, 내식성 등 고려
• 가선 최대 온도 상승: 재료 기계적 특성 손상되는 온도 및 최대 설계운행온도 초과하지 않도록 설계
• 브래킷: 설계속도, 가고, 환경조건, 시공조건 등 고려
• 금구류: 작용하는 하중과 목적 고려
• 자동장력조정장치: 장력 크기, 선종 온도변화, 인류길이, 선로 조건, 설치 장소 등 고려
• 장력조정장치: 일괄 조정 또는 분리 조정 가능, 고속구간은 분리함을 원칙으로 함
• 절연구분애자: 절연성능, 설계속도, 전차선로 조건, 환경조건 등 고려

4.3 전차선로의 설계

4.3.1 합성전차선의 설계

• 가선 범위 확인, 설계속도 및 노반조건에 따라 가선계 적용, 경제적 설계
• 전철변전소, 구분소 중심으로 상별, 상하선별, 운전계통별 전기적 구분
• 전기적 인접 구간, 상 또는 전원 차이로 항상 구분 필요한 개소에 절연구분장치 설치
• 전차선로 운영 및 유지보수를 위한 전기적 구분 필요 개소에 동상구분장치 설치
• 선로 분기 개소에 건넘선장치 설치
• 인류 구간별 전차선 연결은 에어조인트
• 에어섹션 및 에어조인트 평행부분 경간: 2경간 이상 원칙, 200킬로급 이하 40m 이상 경간은 1경간 가능
• 평행부분 전차선 간격: 속도등급에 맞게 설계
• 선로에 따른 전차선 선형, 높이, 편위값, 지지물 종류 및 위치, 인류길이, 조장 등 결정
• 변전소 등 전차선로 인출 모선에는 개폐기 설치 가능

4.3.2 구분장치

• 절연구분장치: 설계속도, 차량조건, 선로조건 등 고려하여 FRP, 이중 에어섹션 등 방식 적용
• 절연구간 팬터그래프 교행 시 거리 고려, 절연구분장치 길이는 전기적 충돌 방지
• 무가압 구간 정차 시 전원 투입 가능한 개폐설비 설치
• 신호기 인근, 열차제어 등 정차 가능한 곳, 곡선 개소에는 설치하지 않음

• 무가압 구간 전차선로는 평상시 접지 금지

• 동상구분장치: 에어섹션 또는 애자섹션으로 구성

  • 에어섹션: 속도등급에 따라 이격거리 확보, 조가선 상호 균압
  • 애자섹션: 건넘선, 측선에 설치, 본선 통과 열차 팬터그래프 지장 없도록 이격 설계, 설치 위치 및 팬터그래프 접촉부 설계, 전차선, 조가선 상호 균압

4.3.3 건넘선장치의 설계

• 선로 분기 개소에 적용, 설계속도, 선로조건, 전주 위치, 경간, 가고, 편위, 인상높이, 선간이격거리 등 고려
• 건넘선 구간 팬터그래프 본선 통과 시 측선 전차선 또는 금구류와 접촉 방지
• 건넘선 구간 조가선 상호, 전차선 상호, 조가선과 전차선 일괄 균압
• 건넘선장치 교차점에서 본선측 궤도중심과 측선측 전차선 간격 1,200mm 지점까지 곡선당김철물 설치 금지

4.4 급전선의 설계

• 나전선 적용, 신설 터널은 가공식 가설 원칙, 부득이한 경우 케이블 설계 가능
• 가공식: 전차선 높이 이상으로 지지물에 병가, 직선접속 원칙
• 신설 터널 내 가공 시 C찬넬 등 적용 가능
• 선상승강장, 인도교, 과선교, 교량 하부 설치 시 절연이격거리 준수, 케이블 또는 절연방호관 적용

4.5 귀선로

4.5.1 귀선로의 설계

• 비절연보호선, 매설접지선, 레일 등으로 구성, 단권변압기 중성점과 공용접지에 접속
• 사고 및 지락 시 충분한 허용전류용량 확보
• 비절연보호선 위치: 통신유도장해 및 레일전위 상승 경감 고려

4.6 보호 및 절연

4.6.1 보호

• 애자 섬락 사고 방지, 접지전위 상승 억제 위한 보호설비 설계
• 급전케이블 설치 터널 인입/인출구, 변전소 인입/인출구, 가공/지중선로 접속 개소에 피뢰기 설계

4.6.2 절연협조

• 뇌격, 지락, 단락, 이상전압 등으로 인한 이상전류 고려, 각 설비 절연협조 확보

4.6.3 절연이격거리

• 가압부로부터 대지, 구조물, 타 전선, 식물 등 최소 절연이격거리 확보 (표 참조)

4.7 접지

• 공통접지방식
• 접지시설 기준 만족 (표 참조)
• 횡단접속선 주기적 시설
• 선로변 철도시설물 접지, 전기안전사고 예방
• 접지단자함 설치, 접지선 굵기 적합하게 설계

4.8 지지물

4.8.1 지지물의 설계하중

• 선로 직각 및 평행 방향에 다음 하중 고려 (항목 참조)
• 지진 하중: 구조물 무게 중심을 작용점으로 수평 6%, 수직 3% 추가 하중 부과

4.8.2 지지물의 선정

• 토공, 교량 구간: 단독지지물 원칙, 단독 불가능 시 가선조건, 선로조건 고려하여 문형지지물 적용
• 터널, 선상역사 구간: 하수강 적용, 부득이한 경우 다른 방식 적용
• 내식성, 내구성 소재 선택, 미관 및 환경 고려
• 열차 진동에 따른 풀림 방지, 경제성, 시공 편의성, 유지보수 고려

4.8.3 단독지지물 (전주)의 설계

• 철주 (강관주, H형강주, 조립철주) 사용 원칙, 부득이한 경우 콘크리트주 사용 가능
• 토공, 교량 구간에 적용, 적용 기온, 풍압, 전선 하중, 구조물 하중, 경간, 애자 등 하중에 견디도록 설계
• 설치 위치: 선로 중심에서 전주 중심까지 3.0m 표준, 건축한계 고려
• 곡선 구간: 전차선 편위, 노반 캔트, 가동 브래킷 길이 등 고려하여 설치 위치 결정
• 조립철주: 주재, 부재, 사재 응력도 검토

4.8.4 문형지지물의 설계

• 단독지지물, 평면빔, V형빔, 4각빔 등으로 구성, 단독지지물로 가선 어려울 때 적용
• 길이: 선로 조건, 가선수, 지형, 구조물 등 고려
• 정거장 홈 적용 시 홈지붕 지지물 겸용 설계 가능
• 구조계산 통해 구조적 안전성 검증

4.8.5 지지물기초의 설계

• 콘크리트 기초, 하중 크기, 방향, 사용 목적, 지형, 토질, 시공방법 등 고려하여 형상 및 크기 결정
• 교량, 고가교 구간: 앵커볼트형 기초 적용
• 배수로 지장 시 배수로용 기초 적용
• 토질 연약 시 침하방지시설, 방호책 포함
• 자갈도상: 기초 높이는 자갈에 덮이지 않도록 설계

4.8.6 지선의 설계

• 선형, 강봉형 등 사용, 장력주, 인류주 등 하중 많이 부담하는 지지물에 적용
• 지선과 지지물 각도: 45도 표준

4.8.7 하수강의 설계

• H형, 강관형 등 사용, 터널, 선하역사, 문형지지물 구간, 교량 하부 등에 적용
• 길이: 노반 지형, 브래킷 규격, 가선방식, 구조물 등 고려
• 구조계산 통해 구조적 안전성 검증
• 터널 하수강: C찬넬 또는 매입전 이용하여 취부

4.8.8 가동브래킷의 설계

• 설계속도, 가고, 노반 지형, 하중 등 고려, 유지보수 고려하여 일관성 있게 설계
• 동적 압상 및 진동에 의한 변형 방지
• 지지물에서 설치 위치: 온도변화 및 장력변화 고려하여 계산
• 평행 구간: 평행틀에 설치 원칙, 부득이한 경우 2본 전주 (복주 방식) 적용 가능
• 터널 시/종단: 터널 시/종점 5m 이내 위치 설치, 선로 여건에 따라 조정 가능
• 구름다리 앞뒤, 터널 입/출구 등 개소: 파손되지 않는 재질 적용

4.8.9 진동방지 및 곡선당김장치의 설계

• 전차선 횡 진동 방지 장치 설계 반영
• 곡선당김장치: 팬터그래프 통과 지장 없도록 설계
• 자동장력조정에 대한 곡선당김장치 억제저항 증가 방지

4.8.10 애자의 설계

• 목적 고려하여 현수애자, 지지애자, 장간애자 선정
• 충격절연강도, 절연누설거리 등 절연성능 및 하중, 풍압, 진동 등 기계적 강도 고려

4.9 안전설비의 설계

• 차량 통행으로 시설물 피해 우려 개소: 방호책 설치
• 조류에 의한 장애 발생 예상 개소: 조류 서식 방지 설비 검토
• 건널목 빔 또는 스팬선 시설: 전차선로와 충분한 거리 확보, 철제 시설은 접지 및 감전 방지 시설 포함
• 과선교, 고상 승강장, 교량: 안전시설 반영 (항목 참조)
• 안전상 필요한 장소: 전기위험표지 설치

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