고전압임펄스궤도회로

왜 배우는가: 고전압임펄스궤도회로는 전철구간에서 귀선전류와 레일 상태라는 실무 문제를 함께 다루는 궤도회로 방식이다. 여러 회차에 걸쳐 구성과 임피던스 본드의 역할이 반복해서 출제되었다. 정의와 배경을 먼저 잡아야 구성도 문항과 귀선전류 대책 문항을 같은 틀로 풀 수 있다.

출제 이력: 제114회 4교시 4번, 제99회 2교시 4번, 제96회 1교시 2번, 제94회 1교시 13번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

고전압임펄스궤도회로는 극성이 다른 고전압 펄스를 교대로 송신하고, 수신단에서 그 펄스의 적분 결과로 열차 유무를 검지하는 궤도회로이다.

고전압임펄스궤도회로는 전철화 구간의 열차 검지에 쓰이는 궤도회로 방식이다. 송신단과 수신단이 레일로 연결되며, 열차 차축에 의한 단락 여부를 수신 계전기의 동작으로 판단한다. 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 고전압임펄스궤도회로(HVIT): 고전압의 펄스 신호를 레일에 송신하여 궤도를 검지하는 방식이다.
• 임펄스 송신: 극성이 반대인 두 펄스를 번갈아 보내는 송신 방식이다.
• R-C 적분회로: 수신단에서 펄스를 적분하여 계전기 동작 여부를 정하는 회로이다.
• 임피던스 본드: 레일 절연 구간에서 견인전류를 우회시키는 중간 탭 코일이다.
• 귀선전류: 견인전류가 레일을 따라 변전소로 되돌아오는 전류이다.
• 궤도 계전기: 수신 신호의 유무로 열차 점유 상태를 나타내는 계전기이다.

2. 개념 풀이

고전압임펄스궤도회로는 궤도 신호로 고전압의 펄스 전압을 사용하는 궤도회로이다. 고전압은 레일 표면의 녹 등 접촉 문제를 관통하는 특성이 있다고 알려져 있다. 이 방식은 전철구간의 열차 검지를 위해 쓰이는 방식이며, 교류와 직류 전철구간 모두에서 추가 설비를 더해 운용한다.

원리는 송신단에서 극성이 반대인 두 펄스를 교대로 송신하는 데 있다. 양(+)의 펄스는 좁고 전압이 높으며, 음(-)의 펄스는 넓고 전압이 낮다. 두 펄스가 가진 에너지는 같도록 구성한다. 펄스는 일정한 주기로 반복된다.

수신단의 R-C 적분회로는 들어온 두 펄스를 적분하여 계전기가 동작할 수 있는 값으로 바꾼다. 두 펄스의 비율이 정해진 값으로 맞아야 궤도 계전기가 여자된다. 같은 회로가 두 펄스의 위상이 올바른 순서로 들어왔는지도 판별하므로, 정해진 펄스 패턴과 맞지 않는 신호에서는 계전기가 여자되지 않는다.

열차가 궤도를 점유하면 차축이 레일 사이를 단락하여 수신 신호가 소멸하고, 궤도 계전기가 낙하한다. 낙하 상태는 해당 구간의 열차 점유로 판정되어 신호기와 연동장치에 전달된다. 궤도회로는 열차 검지뿐 아니라 선로전환기의 전환 가능 여부와 진로 쇄정 조건으로도 쓰인다.

기본 구성은 전압 안정기, 송신기, 안정기, 임피던스 본드, 수신기 궤도 계전기로 이루어진다. 구성도는 4절에서 다룬다.

3. 등장 배경과 필요성

전철화 구간에서는 견인전류가 수천 A 규모로 흐르고, 이 전류는 레일을 따라 변전소로 되돌아온다. 귀선전류가 레일로 흐르는 구간에서는 궤도 신호 전류와 귀선전류가 섞이지 않도록 대책이 필요하다. 전철구간에서 고전압임펄스궤도회로가 적용되는 배경이 여기에 있다.

「철도의 건설기준에 관한 규정」 제58조(궤도회로의 설치)는 궤도회로를 선로 조건에 맞게 설치하도록 정한다. 조문은 직류 전철구간에 가청주파수 궤도회로, 고전압임펄스 궤도회로, 상용주파수 궤도회로를 두고, 교류 전철구간에 가청주파수 궤도회로, 고전압임펄스 궤도회로, 직류바이어스 궤도회로를 둔다. 비전철구간의 목록에는 고전압임펄스 궤도회로가 없다. 이에 따라 고전압임펄스궤도회로는 전철구간을 기준으로 이해하는 것이 맞다.

레일을 양쪽 모두 절연 이음매로 끊는 구간에서는 견인전류가 절연 이음매를 우회할 경로가 필요하다. 이 우회 경로를 만드는 장치가 임피던스 본드이다. 임피던스 본드는 견인전류에는 낮은 임피던스를, 신호전류에는 높은 임피던스를 주는 중간 탭 코일이다. 따라서 견인전류는 통과시키고 궤도 신호는 인접 구간으로 넘어가지 않게 한다.

정리하면 고전압임펄스궤도회로는 전철화로 생긴 귀선전류 문제와 레일 상태에 따른 검지 문제를 함께 풀기 위해 등장한 방식이다. 이 배경을 알아야 임펄스 송신, R-C 적분, 임피던스 본드의 역할이 한 흐름으로 이해된다. 임피던스 본드의 구조와 특성은 다른 절에서 자세히 다룬다.

4. 구성요소·원리·절차

고전압임펄스 궤도회로장치는 송신단과 수신단으로 나뉘며, 두 단이 레일을 매개로 신호를 주고받아 구간의 열차 유무를 판정하는 구조이다. 송신단에는 전원장치와 송신기가, 수신단에는 수신기와 궤도계전기가 설치된다. 레일 연결부에는 임피던스본드가 놓여 전철 귀선전류의 통로를 확보한다. 각 구성 기기의 역할은 다음 표와 같다.