KR102681443B1 - Power line communication systems for electric railways with improved means - Google Patents
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Abstract
본 발명은 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템에 관한 것으로서, 전기 철도에서의 전력선 통신을 위한 신호결합용 지상장치와 신호결합용 차상장치를 포함하며, 상기 신호결합용 지상장치로서 전철변전소로부터 25kV의 전원을 공급받고 철도차량 상부의 집전장치인 팬터그래프와 접촉되어 전기를 공급하는 전차선이나 상기 전차선을 같은 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선에 연결되어 설치되고 과전압이 인가되는 경우 방전하여 접지로 과전류를 흘려보내기 위한 전차선로용 피뢰기와, 상기 전차선로용 피뢰기에 일단이 연결되고 타단이 연결선을 통해 전차선 또는 조가선에 연결되는 컷아웃스위치와, 상기 전차선로용 피뢰기에 연결되고 전력선 통신용 데이터를 송수신하기 위한 지상PLC모뎀과, 주변시설 정보수집 및 실시간 정보 공유를 위한 데이터 송신용 CCTV카메라를 포함하는 전기 철도용 전력선 통신 시스템에 있어서, 상기 전차선로용 피뢰기는 전장 250~280mm 및 누설거리 670~720mm를 갖는 폴리머 피뢰기이되, 상부전극 및 하부전극 사이에 산화아연(ZnO) 바리스터소자를 정렬시킨 후 글라스화이바 또는 필라멘트로 와인딩 처리하여 밀봉 및 절연시키고, 실리콘고무혼합물을 외면에 사출하여 일체형으로 몰딩 처리함으로써 절연하우징을 갖게 한 구성으로서, 정격전압 40~45kV, 정격주파수 60Hz, 공칭전압 25~30kV, 공칭방전전류 10~12kA, 및 동작개시전압 52kV 이상의 특성을 발휘하는 구성이며, 상기 산화아연(ZnO) 바리스터소자의 열화기능 상실시 파손되어 피뢰기를 대지로부터 분리하여 줌으로써 사고발생을 방지하기 위한 단로기가 하측에 연결 장착되고, 상기 절연하우징은 상용주파수내전압 40~60kV 및 뇌충격내전압 120~140kV의 특성을 만족하고, 상기 실리콘고무혼합물은 피뢰기 측 내마모성과 내유성, 내약품성 및 가스투과성을 보강하도록 하기 위해 실리콘고무 100중량부에 대하여 아크릴로니트릴부타디엔고무 또는 불소고무 30~50중량부, 부틸고무 또는 부틸과 EPDM 복합고무 5~10중량부가 배합되고, 피뢰기 측 열화방지를 위해 베타 실리콘카바이드(β-SiC) 분말이 실리콘고무 100중량부에 대하여 10~30중량부가 배합된 혼합 조성인 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a power line communication system for electric railways with an improved method, comprising a ground device for signal combining and an on-board device for signal combining for power line communication in an electric railway, and the ground device for signal combining is a substation of a subway station. It receives 25kV power from the railcar and is installed connected to a tram line that supplies electricity by contacting the pantograph, which is a current collector on the top of the railroad car, or a wire that keeps the tram line horizontal and at the same height. When overvoltage is applied, it discharges and goes to ground. A lightning arrester for a tram line for sending overcurrent, a cutout switch whose one end is connected to the lightning arrester for a tram line and the other end is connected to a tram line or jog wire through a connection line, and which is connected to the lightning arrester for a tram line and transmits and receives data for power line communication. In the power line communication system for electric railways, which includes a ground PLC modem for collecting peripheral facility information and a CCTV camera for data transmission for real-time information sharing, the lightning arrester for the tram line has a total length of 250 to 280 mm and a leakage distance of 670 to 720 mm. It is a polymer lightning arrester with a zinc oxide (ZnO) varistor element aligned between the upper and lower electrodes, then wound with glass fiber or filament to seal and insulate, and a silicone rubber mixture is injected onto the outer surface and molded into an integrated piece. It is a configuration with an insulating housing and exhibits characteristics of a rated voltage of 40 to 45 kV, a rated frequency of 60 Hz, a nominal voltage of 25 to 30 kV, a nominal discharge current of 10 to 12 kA, and an operation start voltage of 52 kV, and the zinc oxide (ZnO) A disconnector is connected to the bottom to prevent accidents by separating the arrester from the ground due to damage when the varistor element loses its deterioration function, and the insulating housing has the characteristics of a commercial frequency withstand voltage of 40 to 60 kV and a lightning shock withstand voltage of 120 to 140 kV. In order to reinforce the abrasion resistance, oil resistance, chemical resistance and gas permeability of the lightning arrester, the silicone rubber mixture contains 30 to 50 parts by weight of acrylonitrile butadiene rubber or fluorine rubber, butyl rubber or butyl per 100 parts by weight of silicone rubber. It is characterized by a mixed composition in which 5 to 10 parts by weight of EPDM composite rubber is mixed, and 10 to 30 parts by weight of beta silicon carbide (β-SiC) powder is mixed with 100 parts by weight of silicone rubber to prevent deterioration of the arrester side.
Description
본 발명은 전기 철도용 전력선 통신 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 철도에서의 전력선 통신을 수행할 시 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있도록 하며 기존에 비해 신호 전달 특성을 향상시킬 수 있도록 한 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power line communication system for electric railways, and more specifically, to an improved system that ensures safety and reliability when performing power line communication in electric railways and improves signal transmission characteristics compared to the existing system. It relates to a power line communication system for electric railways having a method.
일반적으로 전기 철도(電氣鐵道)는 전기에서 구동력을 얻어 움직이는 철도로서, 흔히 전철(電鐵)이라 약칭하여 사용하고 있다.In general, an electric railway (電氣鐵道) is a railway that moves by obtaining driving force from electricity, and is often abbreviated as electric railway (electric railway).
국내 철도산업은 고속철도(KTX)의 상용화를 계기로 전기 철도 확충, 철도부품의 국산화와 지자체를 중심으로 경량전철 도입 등 활발한 연구개발이 이루어지고 있다. 특히 철도신호 및 통신분야인 경우 국내 IT기술이 발달됨에 따라 CBTC(Communication Base Train Control), 무선영상 전송 시스템 개발 등 이를 접목한 새로운 융복합 기술이 대두되고 있다.In the domestic railway industry, with the commercialization of the high-speed railway (KTX), active research and development is being carried out, such as expansion of electric railways, local production of railway parts, and introduction of light rail mainly by local governments. In particular, in the field of railway signals and communications, as domestic IT technology develops, new convergence technologies that incorporate this, such as CBTC (Communication Base Train Control) and the development of wireless video transmission systems, are emerging.
한편, 전력선 통신은 고속의 데이터 전송에 대한 수요를 충족할 수 있는 기술로서, 주로 전력회사의 미터 계측용이나 배전 자동화용으로 많이 연구되어 왔으며, 많은 제한적인 이유 때문에 사용이 극히 일부분의 응용에 적용 되어 왔다. 최근에 전력선 통신 기술은 고속 데이터 통신을 위한 새로운 기술로 부각되고 있으며, 디지털 변조 기술의 발전에 따른 통신 속도 및 신뢰성의 향상, 인터넷의 급속한 발전으로 통신 매체로써 전력선이 각광을 받고 있다. 특히 기존의 전력 시설을 활용하기 때문에 비용이 적게 들고 별도의 설치가 없거나 기간이 매우 짧아 새로운 고속 접속망을 구축하는 것보다는 비용측면에서 매우 효율적이다.Meanwhile, power line communication is a technology that can meet the demand for high-speed data transmission, and has been widely studied mainly for meter measurement by power companies or distribution automation. However, due to many limited reasons, its use is applied to only a small portion of applications. It has been done. Recently, power line communication technology has emerged as a new technology for high-speed data communication, and with the improvement of communication speed and reliability due to the development of digital modulation technology and the rapid development of the Internet, power lines are attracting attention as a communication medium. In particular, because it utilizes existing power facilities, the cost is low and there is no separate installation or the period is very short, so it is very cost-effective than building a new high-speed access network.
부연하여, 전력선 통신(PLC: Power Line Communications)은 전력전달을 위한 전력선을 매체로 통신 신호를 수십 [kHz]에서 수십 [MHz]의 고주파 신호로 변환하여 전송하고 이를 필터를 이용하여 전력 신호와 분리하여 수신하는 방식이다. 도 1에서 보여주는 바와 같이, 데이터를 송신할 PC 측에서 전력선에 데이터를 송신하기 위해 전력선통신 모뎀을 이용하여 통신신호를 변조하여 전력선에 커플링하고, 데이터를 수신할 PC 측에서는 전력선에 흐르는 통신신호의 수신을 위해 전력선통신 모뎀을 이용하여 60[Hz] 전력 신호가 필터링된 신호를 복조하여 받아들인다. 이는 유선 LAN이나 HFC(Hybrid Fiber Coax: 광동축 혼합망) 등의 기타 통신방식과 매체를 달리할 뿐 통신방식에 있어 거의 동일한 형태를 띤다.In detail, Power Line Communications (PLC) converts and transmits communication signals from tens of [kHz] to tens of [MHz] high-frequency signals using power lines as a medium for power transmission, and separates them from the power signals using a filter. This is the way to receive it. As shown in Figure 1, the PC side that will transmit data modulates the communication signal using a power line communication modem to transmit data to the power line and couples it to the power line, and the PC side that will receive the data modulates the communication signal flowing in the power line. For reception, the 60 [Hz] power signal is demodulated and received using a power line communication modem. This is almost the same as other communication methods such as wired LAN or HFC (Hybrid Fiber Coax), except that the medium is different.
이러한 전력선 통신 방법의 기본 원리는 매체에 흐르는 전류 파형에 미약한 고주파 변조 신호를 중첩시켜서 통신하는 방식으로서, 전기 철도의 고압 급전선을 이용한 전력선 통신에 있어서 전송 특성이나 통신망 구성 장치에 대한 연구는 부족한 실정이다.The basic principle of this power line communication method is to communicate by superimposing a weak high-frequency modulation signal on the current waveform flowing through the medium. There is a lack of research on transmission characteristics or communication network configuration devices in power line communication using high-voltage feed lines of electric railways. am.
한편, 전기 철도에서 전력선 통신을 이용하는 전력 전송에 있어서는 일반 전력산업에서의 송전방식과는 달리 AC 25,000V를 단상(전차선)으로 전송하는 방식을 적용하고 있으며, 이에 따라 전기 철도의 전차선을 전력선으로 하여 전력선 통신망을 구축하기 위해서는 PLC 모뎀을 AC 25,000V의 전차선(조가선)에 직접 연결할 수 있는 신호결합기가 필요하고, 이를 철도법에서 규정하는 정도의 특성을 만족하면서 전력선 통신을 위한 특성을 가지도록 구성하는 것은 상당히 어렵다. 특히, 전기 철도의 전차선에 별도의 장비를 부착할 경우 철도 안전법에 따라 애자 등급의 42,000V 내전압에 견딜 수 있는 절연특성이 요구되며 고전압에 적용되는 것이라는 점에서 안정성에 대한 수많은 시험 과정과 시험 시간 등이 필요하여 이를 필수 구성으로 하는 전력선 통신 시스템의 적용이 쉽지 않다. 더불어, 이러한 신호결합기는 고전압에 사용되는 장치이므로 그 개발 중에 안전 사고 발생 가능성이 높고, 어느 정도 특성을 만족하는 제품이 개발된다 하더라도 이를 안전에 극도로 민감한 전기 절도 시스템에 쉽게 적용하기 어려워 이와 같은 신호결합기의 신뢰성이 요구된다.Meanwhile, in the case of power transmission using power line communication in electric railways, unlike the transmission method in the general electric power industry, a method of transmitting AC 25,000V through a single phase (tramline) is applied, and accordingly, the tramline of the electric railway is used as a power line. In order to build a power line communication network, a signal coupler is needed to connect a PLC modem directly to an AC 25,000V tram line (jog line). It is difficult to configure it to have the characteristics for power line communication while satisfying the characteristics specified in the Railway Act. It's quite difficult. In particular, when attaching separate equipment to the catenary of an electric railway, insulation characteristics that can withstand an insulator grade 42,000V withstand voltage are required according to the Railway Safety Act, and since it is applied to high voltage, numerous test processes and test times for stability, etc. Because this is necessary, it is not easy to apply a power line communication system that includes this as an essential component. In addition, since these signal couplers are devices used for high voltage, there is a high possibility of safety accidents occurring during their development, and even if a product that satisfies certain characteristics is developed, it is difficult to easily apply it to an electrical theft system that is extremely sensitive to safety. Reliability of the combiner is required.
즉, 고압이 사용되는 전기 철도 분야에 적용하기 위한 전력선 통신 기술의 안전성 확보가 요구된다.In other words, securing the safety of power line communication technology for application to the electric railway field where high voltage is used is required.
또한, 전기 철도에서의 전력선 통신 시스템을 구성하기 위해 설치되는 각종 장치 및 부품 측 내구성을 확보하는 것은 물론 설치시 요구되는 파라미터 조건을 만족시키는 것이 중요하다.In addition, it is important to ensure the durability of various devices and components installed to construct a power line communication system in an electric railway, as well as to satisfy the parameter conditions required during installation.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 전기 철도에서의 전력선 통신을 수행할 시 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있도록 하며 전력선 통신을 이용하여 주변시설 정보수집 및 실시간 정보 공유를 수행할 수 있도록 한 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was developed to solve and take into account the above-described conventional problems. It ensures safety and reliability when performing power line communication in electric railways, and uses power line communication to collect information about surrounding facilities and share real-time information. The purpose is to provide a power line communication system for electric railways with an improved method that can perform.
본 발명은 전력선 통신에 있어 신호 전달 특성을 향상시킬 수 있도록 하며, 시스템을 구성하는 장치 및 부품의 기계적 물성 증대 등 내구성을 확보할 수 있도록 한 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a power line communication system for electric railways with an improved method that improves signal transmission characteristics in power line communication and ensures durability, such as increasing the mechanical properties of the devices and parts constituting the system. It has a purpose.
본 발명은 임피던스 정합을 이용하여 신호감쇠율을 개선함으로써 전력선 통신에 따른 최대 신호 전송을 구현할 수 있도록 한 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The purpose of the present invention is to provide a power line communication system for electric railways with an improved method that enables maximum signal transmission according to power line communication by improving the signal attenuation rate using impedance matching.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템은, 전기 철도에서의 전력선 통신을 위한 신호결합용 지상장치와 신호결합용 차상장치를 포함하며, 상기 신호결합용 지상장치로서 전철변전소로부터 25kV의 전원을 공급받고 철도차량 상부의 집전장치인 팬터그래프와 접촉되어 전기를 공급하는 전차선이나 상기 전차선을 같은 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선에 연결되어 설치되고 과전압이 인가되는 경우 방전하여 접지로 과전류를 흘려보내기 위한 전차선로용 피뢰기와, 상기 전차선로용 피뢰기에 일단이 연결되고 타단이 연결선을 통해 전차선 또는 조가선에 연결되는 컷아웃스위치와, 상기 전차선로용 피뢰기에 연결되고 전력선 통신용 데이터를 송수신하기 위한 지상PLC모뎀과, 주변시설 정보수집 및 실시간 정보 공유를 위한 데이터 송신용 CCTV카메라를 포함하는 전기 철도용 전력선 통신 시스템에 있어서, 상기 전차선로용 피뢰기는 전장 250~280mm 및 누설거리 670~720mm를 갖는 폴리머 피뢰기이되, 상부전극 및 하부전극 사이에 산화아연(ZnO) 바리스터소자를 정렬시킨 후 글라스화이바 또는 필라멘트로 와인딩 처리하여 밀봉 및 절연시키고, 실리콘고무혼합물을 외면에 사출하여 일체형으로 몰딩 처리함으로써 절연하우징을 갖게 한 구성으로서, 정격전압 40~45kV, 정격주파수 60Hz, 공칭전압 25~30kV, 공칭방전전류 10~12kA, 및 동작개시전압 52kV 이상의 특성을 갖는 구성이며, 상기 산화아연(ZnO) 바리스터소자의 열화기능 상실시 파손되어 피뢰기를 대지로부터 분리하여 줌으로써 사고발생을 방지하기 위한 단로기가 하측에 연결 장착되고, 상기 절연하우징은 상용주파수내전압 40~60kV 및 뇌충격내전압 120~140kV의 특성을 갖고, 상기 실리콘고무혼합물은 피뢰기 측 내마모성과 내유성, 내약품성 및 가스투과성을 보강하도록 하기 위해 실리콘고무 100중량부에 대하여 아크릴로니트릴부타디엔고무 또는 불소고무 30~50중량부, 부틸고무 또는 부틸과 EPDM 복합고무 5~10중량부가 배합되고, 피뢰기 측 열화방지를 위해 베타 실리콘카바이드(β-SiC) 분말이 실리콘고무 100중량부에 대하여 10~30중량부가 배합된 혼합 조성인 것을 특징으로 한다.A power line communication system for electric railways with an improved method according to the present invention for achieving the above object includes a ground device for signal combining and an on-board device for signal combining for power line communication in an electric railway, and the signal combining As a ground device, it is supplied with 25kV power from the substation and is installed connected to a tram line that supplies electricity by contacting the pantograph, a current collector on the top of the railroad car, or a tram line that keeps the tram line horizontal and at the same height, and is installed when overvoltage is applied. A lightning arrester for a tram line to discharge the overcurrent to the ground by discharging it in case of discharge, a cutout switch whose one end is connected to the lightning arrester for a tram line and the other end is connected to a tram line or jog wire through a connection line, and a lightning arrester for the tram line. In the power line communication system for electric railways, which includes a ground PLC modem for transmitting and receiving data for power line communication, and a CCTV camera for data transmission for collecting information on surrounding facilities and sharing real-time information, the lightning arrester for the tram line has a total length of 250 to 280 mm. and a polymer lightning arrester with a leakage distance of 670 to 720 mm, in which zinc oxide (ZnO) varistor elements are aligned between the upper and lower electrodes and then wound with glass fiber or filament to seal and insulate them, and a silicone rubber mixture is injected onto the outer surface. It is a configuration that has an insulating housing by molding it into one piece, and has the characteristics of a rated voltage of 40 to 45 kV, a rated frequency of 60 Hz, a nominal voltage of 25 to 30 kV, a nominal discharge current of 10 to 12 kA, and an operation start voltage of 52 kV or more. When the zinc oxide (ZnO) varistor element loses its deterioration function, it is damaged and a disconnector is connected to the lower side to prevent accidents by separating the lightning arrester from the ground, and the insulating housing has a commercial frequency withstand voltage of 40 to 60 kV and a lightning shock withstand voltage of 120 kV. It has characteristics of ~140kV, and the silicone rubber mixture contains 30 to 50 parts by weight of acrylonitrile butadiene rubber or fluorine rubber and butyl per 100 parts by weight of silicone rubber to reinforce the wear resistance, oil resistance, chemical resistance, and gas permeability of the lightning arrester. It is a mixture of 5 to 10 parts by weight of rubber or butyl and EPDM composite rubber, and 10 to 30 parts by weight of beta silicon carbide (β-SiC) powder per 100 parts by weight of silicone rubber to prevent deterioration of the lightning arrester. Do it as
여기에서, 상기 컷아웃스위치는 메인몸체가 되는 COS 퓨즈; 상기 COS 퓨즈를 지지하기 위한 퓨즈홀더; 상기 COS 퓨즈와 퓨즈홀더를 연결 접속하기 위한 상부접속자 및 하부접속자; 상기 COS 퓨즈 또는 퓨즈홀더의 하단에 장착 및 교체 가능하게 구비되고, 상기 COS 퓨즈 용단시 발생되는 충격파에 의한 단발성 소음을 흡수하여 저감시키기 위한 소음저감기;를 포함하며, 상기 소음저감기는 상기 COS 퓨즈 용단시 발생되는 충격파에 의한 단발성 소음을 유입 및 반대쪽에서 방출시키기 위한 유입구와 방출구가 형성되고, 내열 및 내식성을 보유하도록 스테인리스 소재로 구비되는 소음저감실; 상기 소음저감실 내의 소음 유입 초입부에 형성되고, 미세 공극을 갖는 철솜 또는 철망을 충진하여 소음에 대해 공명 주파수를 이용하여 소멸 및 감소시키기 위한 제1 소음저감부; 상기 제1 소음저감부의 아래쪽에 형성되고, 일정 깊이를 갖는 소음저감홀을 동일 평면상에 다수 형성 및 배열하여 음파의 통로 분지를 통해 소음을 감소시키기 위한 제2 소음저감부; 상기 제2 소음저감부의 아래쪽에 형성되고, 다공성 뮬라이트(Al2O3+SiO2 복합재) 소결체를 충진시켜 소음을 흡수하여 저감시키기 위한 흡음부;를 포함하는 구성일 수 있다.Here, the cutout switch includes a COS fuse that becomes the main body; A fuse holder for supporting the COS fuse; an upper connector and a lower connector for connecting the COS fuse and the fuse holder; It is mounted and replaceable at the bottom of the COS fuse or fuse holder, and includes a noise reducer for absorbing and reducing single-shot noise caused by a shock wave generated when the COS fuse blows, wherein the noise reducer is the COS fuse. A noise reduction chamber formed with an inlet and an outlet for discharging single-shot noise caused by shock waves generated during melting, and made of stainless steel to have heat resistance and corrosion resistance; A first noise reduction unit formed at the noise inlet in the noise reduction chamber and filled with steel wool or wire mesh having fine pores to dissipate and reduce noise using a resonance frequency; a second noise reduction unit formed below the first noise reduction unit to reduce noise through a passage branch of sound waves by forming and arranging a plurality of noise reduction holes having a certain depth on the same plane; It may be formed below the second noise reduction part and include a sound-absorbing part for absorbing and reducing noise by filling it with porous mullite (Al 2 O 3 + SiO 2 composite) sintered body.
여기에서, 상기 신호결합용 차상장치는 상기 전차선을 통해 공급되는 전원을 차량 내부로 공급하기 위한 팬터그래프; 상기 철도차량 상에 설치되는 차상변압기; 상기 차상변압기의 1차측에 연결되고, 연결된 배전선으로 신호전류를 유도하기 위한 비접촉식 유도성 신호결합기; 상기 비접촉식 유도성 신호결합기에 연결되고, 지상PLC모뎀과 전력선 통신을 위한 데이터를 송수신하기 위한 차상PLC모뎀; 상기 철도차량 내부에서 수집 또는 공유되는 데이터 및 신호를 모니터링하기 위한 MMI모니터;를 포함하며, 상기 비접촉식 유도성 신호결합기는 중공 구조를 갖는 코어케이스; 상기 코어케이스 내에 삽입되어 안착 고정되는 중공을 갖는 자성체 코어; 상기 자성체 코어를 차상PLC모뎀과 연결하기 위해 자성체 코어 상에 구비된 연결단자; 상기 자성체 코어 상에 권선되는 것으로서, 전력선 통신시 최소결합손실에 의한 신호결합효율을 높이도록 3~5회 권선 처리한 전선;을 포함하며, 상기 코어케이스의 중공을 관통하여 배전선이 배치되는 구성일 수 있다.Here, the on-board device for signal combining includes a pantograph for supplying power supplied through the tram line to the inside of the vehicle; An on-board transformer installed on the railway vehicle; A non-contact inductive signal coupler connected to the primary side of the on-board transformer and for inducing a signal current to the connected distribution line; An on-board PLC modem connected to the non-contact inductive signal coupler and configured to transmit and receive data for power line communication with a ground PLC modem; It includes an MMI monitor for monitoring data and signals collected or shared inside the railway vehicle, wherein the non-contact inductive signal coupler includes a core case having a hollow structure; a magnetic core having a hollow body that is inserted into the core case and seated and fixed therein; A connection terminal provided on the magnetic core to connect the magnetic core to an on-board PLC modem; A wire wound on the magnetic core and wound 3 to 5 times to increase signal coupling efficiency with minimum coupling loss during power line communication, wherein a distribution line is disposed through the hollow of the core case. You can.
여기에서, 상기 자성체 코어는 전력선 통신시 와전류 손실을 없애 신호 전달 특성을 향상시키기 위해 Fe, Si, B, Cu, Mo, Nb, Ni, Co를 포함하는 스트립(strip) 형태의 합금인 나노크리스탈린 재료를 사용하되, 일정 두께로 적층하여 중공을 갖는 원통형 코어로 제작한 구성일 수 있다.Here, the magnetic core is nanocrystalline, a strip-shaped alloy containing Fe, Si, B, Cu, Mo, Nb, Ni, and Co to improve signal transmission characteristics by eliminating eddy current loss during power line communication. It may be constructed using materials that are laminated to a certain thickness and manufactured into a hollow cylindrical core.
여기에서, 상기 변압기는 전력선 통신시 임피던스 매칭 기능을 수행하는 임피던스 매칭부를 형성하고, 상기 비접촉식 유도성 신호결합기와 결합되어 협대역인 경우와 광대역인 경우의 임피던스 매칭을 수행함으로써 신호 전달 특성을 향상시키는 구성을 갖게 할 수 있다.Here, the transformer forms an impedance matching unit that performs an impedance matching function during power line communication, and is combined with the non-contact inductive signal coupler to improve signal transmission characteristics by performing impedance matching in the case of narrowband and wideband. It can be configured.
여기에서, 상기 전차선 또는 조가선 상에 연결 장착되는 것으로서, 전송매체의 임피던스 특성을 고려하여 결합력을 높이기 위해 1차측:2차측 = 2:3의 권선비를 갖는 임피던스 정합용 코어; 상기 레일 상에 설치 또는 연결되어 전력선 통신에서 임피던스 부정합을 방지하여 최대 신호 전송을 구현함과 더불어 레일에 고주파 신호를 주입하여주기 위한 임피던스 정합용 변압기;를 포함하며, 상기 레일은 표면 연마를 통해 접속저항이 '0Ω'이 되게 전처리하고, 상기 임피던스 정합용 변압기는 실제 정합된 비율에 맞는 권선 회전수의 유효성을 확보하도록 가변저항기가 사용되는 구성일 수 있다.Here, an impedance matching core that is connected and mounted on the tram line or tram line and has a winding ratio of primary side: secondary side = 2:3 to increase coupling force in consideration of the impedance characteristics of the transmission medium; An impedance matching transformer installed or connected to the rail to prevent impedance mismatch in power line communication to achieve maximum signal transmission and to inject a high-frequency signal into the rail, wherein the rail is connected through surface polishing. The resistance is preprocessed to be '0Ω', and the impedance matching transformer may be configured to use a variable resistor to ensure the effectiveness of the winding rotation speed corresponding to the actual matched ratio.
본 발명에 따르면, 전기 철도에서의 전력선 통신을 수행할 시 안전성 및 신뢰성을 더욱 확보할 수 있으며, 전력선 통신을 이용하여 주변시설 정보수집은 물론 실시간으로 안전 정보를 공유할 수 있는 개선된 방식의 전기 철도용 전력선 통신 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, safety and reliability can be further secured when performing power line communication in an electric railway, and an improved method of electricity can be used to collect information on surrounding facilities as well as share safety information in real time using power line communication. A power line communication system for railways can be provided.
본 발명에 따르면, 전력선 통신에 있어 신호 전달 특성을 향상시킬 수 있으며, 시스템을 구성하는 장치 및 부품의 기계적 물성 증대 등 내구성을 확보할 수 있어 더욱 안정된 특성을 발휘할 수 있는 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, signal transmission characteristics can be improved in power line communication, and durability such as increased mechanical properties of devices and parts constituting the system can be secured, thereby providing an electric railway with an improved method that can exhibit more stable characteristics. A power line communication system can be provided.
본 발명에 따르면, 임피던스 정합을 이용하여 신호감쇠율을 개선함으로써 전력선 통신에 따른 최대 신호 전송을 구현할 수 있는 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a power line communication system for electric railways with an improved method that can implement maximum signal transmission according to power line communication by improving the signal attenuation rate using impedance matching.
도 1은 일반적인 전력선 통신의 원리를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템을 나타낸 개략적 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템을 설명하기 위해 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템에 있어 신호결합용 지상장치를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템에 있어 신호결합용 지상장치 측 컷아웃스위치를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명에 있어 컷아웃스위치에 장착되는 소음저감기를 나타낸 개략적 단면 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템에 있어 신호결합용 차상장치를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템에 있어 신호결합용 차상장치 측 비접촉식 유도성 신호결합기를 나타낸 예시도이다.Figure 1 is a diagram showing the principle of general power line communication.
Figure 2 is a schematic block diagram showing a power line communication system for electric railways with an improved method according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a conceptual diagram showing a power line communication system for electric railways with an improved method according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an exemplary diagram showing a ground device for signal combining in a power line communication system for electric railways with an improved method according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an exemplary diagram showing a cutout switch on the ground device side for signal combining in a power line communication system for electric railways with an improved method according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic cross-sectional diagram showing the noise reduction device mounted on the cutout switch in the present invention.
Figure 7 is an exemplary diagram showing an on-board device for signal combining in a power line communication system for electric railways with an improved method according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is an exemplary diagram showing a non-contact inductive signal coupler on the on-board device for signal coupling in an improved power line communication system for electric railways according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings as follows. Through this detailed description, the purpose and configuration of the present invention and its characteristics will be better understood.
본 발명의 실시예에 따른 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템은 도 2 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 전기 철도에서의 전력선 통신을 이용하기 위해 철도 레일을 따라 지상에 설치되는 신호결합용 지상장치(100)와, 상기 철도 레일 상에서 전력 공급에 의해 구동되는 철도차량에 설치되는 신호결합용 차상장치(200)를 포함한다.As shown in Figures 2 to 8, the power line communication system for electric railways with an improved method according to an embodiment of the present invention is a signal combining system installed on the ground along railway rails to use power line communication in electric railways. It includes a ground device 100 and an on-board device 200 for signal combination installed on a railroad car driven by power supply on the railroad rail.
상기 신호결합용 지상장치(100)와 신호결합용 차상장치(200)는 기본적으로 전차선을 이용한 전력선 통신(Power Line Communication; PLC)을 수행하며, 이를 위해 PLC 통신망을 사용한다.The ground device 100 for signal combining and the onboard device 200 for signal combining basically perform power line communication (PLC) using a tram line, and for this purpose, a PLC communication network is used.
이러한 전기 철도에서의 PLC 통신망은 전력선 통신을 위한 매개체로서 철도차량에 전력(전원)을 공급하기 위한 전차선(10)과 상기 전차선(10)을 같은 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선(20)이 사용된다.The PLC communication network in this electric railway uses a tram line (10) to supply power (power) to railway vehicles as a medium for power line communication and a tram line (20) to maintain the tram line (10) at the same height and horizontally. do.
상기 전차선(10)은 전철변전소로부터 25kV의 전원을 공급받으며, 이를 철도차량 상부의 집전장치인 팬터그래프와 접촉되어 철도차량으로 전기를 공급한다.The tram line 10 receives 25 kV power from the substation, and connects it to the pantograph, which is a current collector on the top of the railroad car, to supply electricity to the railroad car.
상기 전차선(10)은 복수 개의 구간으로 구획되어 제공될 수 있으며, 전기 철도의 레일(30)을 따라 설치된다.The tram line 10 may be divided into a plurality of sections and installed along the rail 30 of the electric railway.
상기 전차선(10)은 임의의 지점에 전차선(10)을 통해 전달되는 신호를 증폭시켜주는 리피터(Repeater)가 제공될 수 있는데, 디지털 신호는 일정 거리 이상 진행하면 출력이 감쇠하는 성질이 있으므로 상기 리피터를 상기 전차선(10)에 연결하여 통신 신호의 출력을 유지토록 구성할 수 있다.The tram line 10 may be provided with a repeater at any point that amplifies the signal transmitted through the tram line 10. Since digital signals have the property of attenuating their output when they travel over a certain distance, the repeater It can be configured to maintain the output of a communication signal by connecting to the tram line 10.
상기 리피터는 각 구간마다 적어도 하나 이상 제공될 수 있고 일정한 간격으로 배치될 수도 있으며, 이를 통해 레일(30)이 장거리로 연장되더라도 통신 신호의 출력 저하 없이 안정된 PLC 통신을 제공하는 역할을 담당한다.The repeater may be provided at least one in each section and may be placed at regular intervals. Through this, it is responsible for providing stable PLC communication without deteriorating the output of the communication signal even if the rail 30 is extended over a long distance.
상기 레일(30)의 곳곳에는 철도차량이 안전하게 운행할 수 있도록 안전 정보를 수집하는 다수 개의 정보수집부가 제공될 수 있다.A plurality of information collection units may be provided throughout the rail 30 to collect safety information so that the railway vehicle can operate safely.
예를 들면, 상기 정보수집부의 감지장치로서, CCTV카메라나 지장물 감지장치가 제공될 수 있는데, 이와 같은 CCTV카메라 등의 감지장치에서 수집된 데이터는 디지털로 변환되어 상기 신호결합용 지상장치(100)를 통해 상기 전차선(10)에 실리고 전차선(10)을 통해 모니터링부로 전송된다.For example, as a detection device of the information collection unit, a CCTV camera or an obstacle detection device may be provided, and the data collected from the detection device such as a CCTV camera is converted into digital and used in the signal combining ground device (100). ) is loaded on the tramline (10) and transmitted to the monitoring unit through the tramline (10).
상기 모니터링부 중 일부는 철도차량에 탑재되고, 다른 일부는 전기 철도의 운행을 관제하는 관제센터나 레일 및 철도차량의 신호를 관리하는 관리지소 등에 각각 설치될 수 있다.Some of the monitoring units may be mounted on railway vehicles, and others may be installed in control centers that control the operation of electric railways or management offices that manage signals of rails and railway vehicles.
이때, 상기 철도차량에 탑재된 모니터링부를 통해서는 철도차량을 운전하는 기관사, 관제사, 지소관리원 등이 상기 정보수집부의 감지장치를 통해 실시간으로 수집 및 전송되는 데이터를 인식 또는 확인할 수 있도록 제공된다.At this time, the monitoring unit mounted on the railway vehicle is provided so that engineers, controllers, branch managers, etc. who drive the railway vehicle can recognize or confirm data collected and transmitted in real time through the sensing device of the information collection unit.
상기 신호결합용 지상장치(100)의 구성에 대해 상세하게 설명하면, 전차선로용 피뢰기(110), 컷아웃스위치(120), 지상PLC모뎀(130) 및 CCTV카메라(140) 등을 포함할 수 있다.If the configuration of the signal combining ground device 100 is described in detail, it may include a tram line lightning arrester 110, a cutout switch 120, a ground PLC modem 130, and a CCTV camera 140. there is.
상기 전차선로용 피뢰기(110)는 전차선(10)이나 상기 전차선을 같은 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선(20)에 연결되어 설치되는 것으로서, 과전압이 인가되는 경우 방전하여 접지로 과전류를 흘려보내기 위한 구성요소이다.The lightning arrester 110 for the tram line is installed by being connected to the tram line 10 or the tram line 20 that maintains the tram line horizontally at the same height, and is used to discharge the electric current when overvoltage is applied and send the overcurrent to the ground. It is a component.
일반적으로 전기철도용 변전소와 급전계통, 전동차 등의 전력설비에는 낙뢰와 같은 외부 요인이나, 급전계통 운영에 요구되는 차단기의 동작이나 팬토그라프와 전차선의 이동 접촉, 인버터 등의 전력 변환기 사용에 따른 개폐 과전압 등의 내부 요인에 의해 과도한 과전압이 일상적으로 발생하고 있는데, 이러한 과도과전압(transient overvoltage)은 정상적인 운전전압에 비해 수~수십배에 달하므로 계통에 연계되어 있는 절연선, 애자, 부싱, 변압기, 차단기, 인버터 등의 전력설비와 각종 저압용 기기(전자, 전기, 신호, 통신)의 절연을 위협하게 된다. 이러한 과도과전압에 대한 각종 설비와 기기의 보호를 위해 전압-전류의 비선형 저항특성이 우수한 피뢰기를 사용하고 있다.In general, power facilities such as electric railway substations, power supply systems, and electric trains are subject to switching overvoltage due to external factors such as lightning, operation of circuit breakers required for power supply system operation, moving contact between pantographs and tram lines, and use of power converters such as inverters. Excessive overvoltage occurs on a daily basis due to internal factors such as: This transient overvoltage is several to dozens of times higher than the normal operating voltage, so the insulating wires, insulators, bushings, transformers, circuit breakers, and inverters connected to the system It threatens the insulation of power facilities and various low-voltage devices (electronic, electrical, signal, and communication). To protect various facilities and devices against such transient overvoltages, lightning arresters with excellent voltage-current nonlinear resistance characteristics are used.
본 발명에 있어서는 상기 전차선로용 피뢰기(110)에 대해 전장 250~280mm 및 누설거리 670~720mm를 갖는 폴리머 피뢰기로 구성할 수 있다.In the present invention, the lightning arrester 110 for a tram line can be configured as a polymer lightning arrester with a total length of 250 to 280 mm and a leakage distance of 670 to 720 mm.
상기 전차선로용 피뢰기(110)는 상부전극 및 하부전극 사이에 산화아연(ZnO) 바리스터소자를 정렬시킨 후 글라스화이바 또는 필라멘트로 와인딩 처리하여 밀봉 및 절연시키고, 실리콘고무혼합물을 외면에 사출하여 일체형으로 몰딩 처리함으로써 절연하우징을 갖도록 제공된다.The lightning arrester 110 for a tram line is sealed and insulated by aligning zinc oxide (ZnO) varistor elements between the upper and lower electrodes and winding them with glass fiber or filament, and injecting a silicone rubber mixture on the outer surface to form an integrated structure. It is provided to have an insulating housing by molding.
이때, 상기 실리콘고무혼합물은 피뢰기 측 내마모성과 내유성, 내약품성 및 가스투과성을 보강하도록 하기 위해 실리콘고무 100중량부에 대하여 아크릴로니트릴부타디엔고무 또는 불소고무 30~50중량부, 부틸고무 또는 부틸과 EPDM 복합고무 5~10중량부가 배합되고, 피뢰기 측 열화방지를 위해 베타 실리콘카바이드(β-SiC) 분말이 실리콘고무 100중량부에 대하여 10~30중량부가 배합된 혼합 조성일 수 있다.At this time, the silicone rubber mixture contains 30 to 50 parts by weight of acrylonitrile butadiene rubber or fluorine rubber, butyl rubber or butyl and EPDM per 100 parts by weight of silicone rubber to reinforce the abrasion resistance, oil resistance, chemical resistance and gas permeability of the lightning arrester. It may be a mixed composition in which 5 to 10 parts by weight of composite rubber is mixed, and 10 to 30 parts by weight of beta silicon carbide (β-SiC) powder is mixed with respect to 100 parts by weight of silicone rubber to prevent deterioration of the arrester side.
여기에서, 상술한 혼합 조성을 갖는 실리콘고무혼합물을 사용하는 이유는 실리콘고무의 단독 사용시 우수한 전기절연성과 내열성, 내후성 및 내오존성, 내한성, 넓은 온도 범위에서 우수한 압축복원성의 장점을 제공할 수 있으나, 내마모성과 내유성 및 내약품성이 떨어지고 가스투과성이 높은 단점을 보유하고 있다.Here, the reason for using a silicone rubber mixture having the above-mentioned mixing composition is that when silicone rubber is used alone, it can provide the advantages of excellent electrical insulation, heat resistance, weather resistance and ozone resistance, cold resistance, and excellent compression recovery over a wide temperature range, but has low abrasion resistance. It has the disadvantages of poor oil and chemical resistance and high gas permeability.
이에, 상기 아크릴로니트릴부타디엔고무 또는 불소고무를 배합함으로써 실리콘고무가 갖는 단점인 내마모성, 내유성, 내약품성을 보강할 수 있으며, 상기 부틸고무를 통해서는 가스투과성을 낮춰 보강할 수 있고 부틸과 EPDM 복합고무를 통해서는 가스투과성을 낮춰줌과 더불어 충격흡수성을 보강할 수 있다.Accordingly, by mixing the acrylonitrile butadiene rubber or fluorine rubber, the wear resistance, oil resistance, and chemical resistance, which are the disadvantages of silicone rubber, can be strengthened, and the gas permeability can be reinforced by lowering the gas permeability through the butyl rubber, and the butyl and EPDM composite Rubber can reduce gas permeability and enhance shock absorption.
여기에서, 상기 부틸과 EPDM 복합고무에 있어서는 그 기능성 및 효율을 높이기 위해 총 100중량% 중에서 부틸 55~75중량% 및 EPDM 25~45중량%으로 배합하는 것이 바람직하다.Here, in the butyl and EPDM composite rubber, it is preferable to mix 55 to 75% by weight of butyl and 25 to 45% by weight of EPDM out of the total 100% by weight in order to increase functionality and efficiency.
그리고, 상기 실리콘카바이드(SiC)를 통해서는 우수한 열전도 특성으로 피뢰기 측 산화아연(ZnO) 바리스터소자에 대한 열화방지효과를 제공할 수 있으며, 알파-SiC에 비해 베타-SiC를 적용함이 더욱 효과적이다.In addition, the silicon carbide (SiC) can provide a deterioration prevention effect for the zinc oxide (ZnO) varistor element on the lightning arrester side with excellent heat conduction properties, and applying beta-SiC is more effective than alpha-SiC. .
또한, 상기 전차선로용 피뢰기(110)는 산화아연(ZnO) 바리스터소자의 열화기능 상실시 파손되어 피뢰기를 대지로부터 분리하여 줌으로써 사고발생을 방지하기 위한 단로기(111)가 하측에 연결 장착된다.In addition, the lightning arrester 110 for the tram line is connected to the lower side of the lightning arrester 110 to prevent accidents by separating the lightning arrester from the ground when the zinc oxide (ZnO) varistor element loses its deterioration function.
상기 전차선로용 피뢰기(110)는 정격전압 40~45kV, 정격주파수 60Hz, 공칭전압 25~30kV, 공칭방전전류 10~12kA, 및 동작개시전압 52kV 이상의 특성을 가질 수 있다.The lightning arrester 110 for a tram line may have characteristics of a rated voltage of 40 to 45 kV, a rated frequency of 60 Hz, a nominal voltage of 25 to 30 kV, a nominal discharge current of 10 to 12 kA, and an operation start voltage of 52 kV or more.
그리고, 상술한 혼합 조성을 갖는 실리콘고무혼합물로 몰딩되는 상기 절연하우징은 상용주파수내전압 40~60kV 및 뇌충격내전압 120~140kV의 특성을 가질 수 있다.In addition, the insulating housing molded from a silicone rubber mixture having the above-described mixing composition may have characteristics of 40 to 60 kV of commercial frequency withstand voltage and 120 to 140 kV of lightning shock withstand voltage.
상기 컷아웃스위치(120)는 상기 전차선로용 피뢰기(110)에 일단이 연결되고 타단이 연결선을 통해 전차선(10) 또는 조가선(20)에 연결되는 구성요소로서, 단락 등에 의한 과전류로부터 피뢰기를 보호하고 전차선로를 개폐하기 위한 용도로 제공된다.The cutout switch 120 is a component whose one end is connected to the tram line lightning arrester 110 and the other end is connected to the tram line 10 or the tram line 20 through a connection line, and protects the lightning arrester from overcurrent due to short circuit, etc. It is provided for opening and closing tram lines.
상기 컷아웃스위치(120)는 메인몸체가 되는 COS 퓨즈(121)와, 상기 COS 퓨즈를 지지하기 위한 퓨즈홀더(122)와, 상기 COS 퓨즈(121)와 퓨즈홀더(122)를 연결 접속하기 위한 상부접속자(123) 및 하부접속자(124)와, 상기 COS 퓨즈(121) 또는 퓨즈홀더(122)의 하단에 장착 및 교체 가능하게 구비되고 상기 COS 퓨즈 용단시 발생되는 충격파에 의한 단발성 소음을 흡수하여 저감시키기 위한 소음저감기(125)를 포함한다.The cutout switch 120 is a COS fuse 121 that is the main body, a fuse holder 122 for supporting the COS fuse, and a device for connecting the COS fuse 121 and the fuse holder 122. The upper connector 123, the lower connector 124, and the COS fuse 121 or the fuse holder 122 are provided to be mounted and replaceable at the bottom, and absorb single-shot noise caused by a shock wave generated when the COS fuse is blown. Includes a noise reducer (125) to reduce noise.
이때, 상기 소음저감기(125)는 소음저감실(125a), 제1 소음저감부(125b), 제2 소음저감부(125c), 흡음부(125d)를 포함한다.At this time, the noise reducer 125 includes a noise reduction chamber 125a, a first noise reduction unit 125b, a second noise reduction unit 125c, and a sound absorption unit 125d.
상기 소음저감실(125a)은 상기 COS 퓨즈(121) 용단시 발생되는 충격파에 의한 단발성 소음을 유입 및 반대쪽에서 방출시키기 위한 유입구와 방출구가 형성되고, 내부 중공을 갖는 구조체로서 내열 및 내식성을 보유하도록 스테인리스 소재로 구비함이 바람직하다.The noise reduction chamber 125a is formed with an inlet and an outlet for discharging single-shot noise caused by a shock wave generated when the COS fuse 121 blows in and out from the opposite side, and is a structure with an internal hollow and has heat resistance and corrosion resistance. It is desirable to have it made of stainless steel material.
상기 제1 소음저감부(125b)는 상기 소음저감실(125a) 내의 소음 유입 초입부분에 형성되고, 미세 공극을 갖는 철솜 또는 철망을 충진하는 구성으로서, 소음에 대해 공명 주파수를 이용하여 소멸 및 감소시키기 위한 구성이다.The first noise reduction unit (125b) is formed at the entrance of noise in the noise reduction chamber (125a) and is filled with steel wool or wire mesh having fine pores, and eliminates and reduces noise using a resonance frequency. It is configured to do so.
상기 제2 소음저감부(125c)는 상기 제1 소음저감부(125b)의 아래쪽에 형성되고, 일정 깊이를 갖는 소음저감홀을 동일 평면상에 다수 형성 및 배열하여 음파의 통로 분지를 통해 소음을 감소시키기 위한 구성이다.The second noise reduction unit 125c is formed below the first noise reduction unit 125b, and has a plurality of noise reduction holes with a certain depth formed and arranged on the same plane to reduce noise through the passage branch of the sound wave. It is designed to reduce
이때, 상기 제2 소음저감부(125c) 측 소음저감홀의 내부에는 각각 소음 반사에 의한 저감효율을 높이도록 소음저감돌기들이 지그재그 방향으로 다수 형성 및 배열될 수 있다.At this time, a number of noise reduction protrusions may be formed and arranged in a zigzag direction inside the noise reduction hole on the side of the second noise reduction unit 125c to increase the reduction efficiency by noise reflection.
상기 흡음부(125d)는 상기 제2 소음저감부(125c)의 아래쪽에 형성되고, 다공성 뮬라이트(Al2O3+SiO2 복합재) 소결체를 충진하는 구성으로서, 다공성 구조를 통해 소음을 흡수하여 저감시키기 위한 구성이다.The sound-absorbing part 125d is formed below the second noise reduction part 125c and is filled with porous mullite (Al 2 O 3 + SiO 2 composite) sintered body, and absorbs and reduces noise through the porous structure. It is configured to do so.
상기 지상PLC모뎀(130)은 상기 전차선로용 피뢰기(110)에 연결되고 전력선 통신용 데이터를 송수신하기 위한 구성요소이다.The ground PLC modem 130 is connected to the tram line lightning arrester 110 and is a component for transmitting and receiving data for power line communication.
상기 CCTV카메라(140)는 상기 레일(103)이 설치된 주변시설의 정보수집 및 실시간 정보 공유를 위한 데이터 송신용 구성요소로서, 앞서 설명한 정보수집부의 감지장치의 하나일 수 있다.The CCTV camera 140 is a data transmission component for collecting information about surrounding facilities where the rail 103 is installed and sharing real-time information, and may be one of the sensing devices of the information collection unit described above.
한편, 상기 신호결합용 차상장치(200)는 상기 전차선(10)을 통해 공급되는 전원을 차량 내부로 공급하기 위한 팬터그래프(210)와, 상기 철도차량 상에 설치되고 팬터그래프와 연결되는 차상변압기(220)와, 상기 차상변압기(220)의 1차측에 연결되고 연결된 배전선으로 신호전류를 유도하기 위한 비접촉식 유도성 신호결합기(230)와, 상기 비접촉식 유도성 신호결합기(230)에 연결되고 지상PLC모뎀(130)과 전력선 통신을 위해 데이터를 송수신하기 위한 차상PLC모뎀(240)과, 상기 철도차량 내부에서 수집 또는 공유되는 데이터 및 신호를 모니터링하기 위한 것으로서 차상PLC모뎀(240)에 연결되는 차상모니터(250)를 포함한다.Meanwhile, the on-board device 200 for signal combining includes a pantograph 210 for supplying power supplied through the tram line 10 to the inside of the vehicle, and an on-board transformer 220 installed on the railway vehicle and connected to the pantograph. ), a non-contact inductive signal coupler 230 for inducing a signal current to the distribution line connected to the primary side of the on-board transformer 220, and a ground PLC modem (connected to the non-contact inductive signal coupler 230) 130) and an on-board PLC modem 240 for transmitting and receiving data for power line communication, and an on-board monitor 250 connected to the on-board PLC modem 240 for monitoring data and signals collected or shared inside the railway vehicle. ) includes.
상기 차상변압기(220)는 전력선 통신시 임피던스 매칭 기능을 수행하는 임피던스 매칭부를 형성하고, 상기 비접촉식 유도성 신호결합기(230)와 결합되어 협대역인 경우와 광대역인 경우의 임피던스 매칭을 수행함으로써 신호 전달 특성을 향상시키는 구성을 갖게 할 수 있다.The on-board transformer 220 forms an impedance matching unit that performs an impedance matching function during power line communication, and is combined with the non-contact inductive signal coupler 230 to transmit signals by performing impedance matching in the case of narrowband and wideband. It can be configured to improve characteristics.
상기 비접촉식 유도성 신호결합기(230)는 관통중공을 갖는 원통형몸체의 코어케이스(231)와, 상기 코어케이스(231) 내에 삽입되어 안착 고정되는 중공을 갖는 자성체 코어(232)와, 상기 자성체 코어(232)를 차상PLC모뎀(240)과 연결하기 위해 자성체 코어 상에 구비된 연결단자(233)와, 상기 자성체 코어(232) 상에 권선되는 것으로서 전력선 통신시 최소 결합손실에 의한 신호결합효율을 높이도록 3~5회 권선 처리한 전선(234)을 포함한다.The non-contact inductive signal coupler 230 includes a core case 231 of a cylindrical body having a through hollow, a magnetic core 232 having a hollow that is inserted and seated and fixed into the core case 231, and the magnetic core ( 232) is provided on the magnetic core to connect it with the on-board PLC modem 240, and is wound on the magnetic core 232 to increase signal coupling efficiency by minimizing coupling loss during power line communication. The figure includes a wire 234 wound 3 to 5 times.
그리고, 상기 코어케이스(231)의 중공을 관통하여 배전선이 배치된다.And, a distribution line is disposed through the hollow of the core case 231.
상기 자성체 코어(232)는 전력선 통신시 와전류 손실을 없애 신호 전달 특성을 향상시키기 위해 Fe, Si, B, Cu, Mo, Nb, Ni, Co를 포함하는 스트립(strip) 형태의 합금인 나노크리스탈린 재료를 사용하되, 일정 두께로 적층하여 중공을 갖는 원통형 코어로 제작한 구성일 수 있다.The magnetic core 232 is nanocrystalline, a strip-shaped alloy containing Fe, Si, B, Cu, Mo, Nb, Ni, and Co to improve signal transmission characteristics by eliminating eddy current loss during power line communication. It may be constructed using materials that are laminated to a certain thickness and manufactured into a hollow cylindrical core.
여기에서, 상기 나노크리스탈린은 온도 안정성과 내식성이 높으며 손실이 작은 장점을 발휘할 수 있다.Here, the nanocrystalline can exhibit the advantages of high temperature stability, high corrosion resistance, and low loss.
여기에서, 상기 자성체 코어(232)는 자성체의 공진 주파수 이상에서 자성체의 기능을 상실하여 신호결합기의 신호 전달 능력이 급격하게 저하될 수 있는데, 나노크리스탈린의 접목에 따라 1MHz~30MHz 이상의 대역에서 공진 주파수를 가지며 높은 투자율과 포화자속밀도(saturation induction) 및 항자력(coercivity)을 제공함으로써 신호 전달 능력의 급격한 저하를 방지할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.Here, the magnetic core 232 loses its function as a magnetic material above the resonance frequency of the magnetic material, and the signal transmission ability of the signal coupler may rapidly deteriorate. Depending on the grafting of nanocrystallin, it resonates in the band of 1 MHz to 30 MHz or more. It has a high frequency and provides high permeability, saturation induction, and coercivity, thereby providing the advantage of preventing a rapid decline in signal transmission ability.
상기 차상모니터(250)는 MMI(Man and Machine Interface) 방식을 갖는 구성이 바람직한데, MMI는 데이터를 기관사가 입력하거나 또는 열차운행 관련 정보를 기관사에게 제시하여주는 기관사와 차상신호장치와 인터페이스하는 장치로서 데이터 입력 자판과 기관차 내 현시장치를 포함한다.The on-board monitor 250 is preferably configured to have a Man and Machine Interface (MMI) type. MMI is a device that interfaces with the on-board signaling device and the driver who inputs data or presents train operation-related information to the driver. It includes a data input keyboard and a display device within the locomotive.
한편, 본 발명에서는 임피던스 정합기술을 이용하여 신호감쇠율을 개선함으로써 전력선 통신에 따른 최대 신호 전송을 구현할 수 있도록 하기 위해 임피던스 정합용 코어와 임피던스 정합용 변압기를 제공할 수 있다.Meanwhile, the present invention can provide an impedance matching core and an impedance matching transformer to enable maximum signal transmission according to power line communication by improving the signal attenuation rate using impedance matching technology.
상기 임피던스 정합용 코어는 상기 전차선 또는 조가선 상에 연결 장착되는 것으로서, 전송매체의 임피던스 특성을 고려하여 결합력을 높이기 위해 1차측:2차측 = 2:3의 권선비를 갖도록 전선을 권선 처리한다.The impedance matching core is connected and mounted on the tram wire or tram wire, and the wire is wound to have a turns ratio of primary side: secondary side = 2:3 to increase coupling force in consideration of the impedance characteristics of the transmission medium.
상기 임피던스 정합용 변압기는 상기 레일 상에 설치 또는 연결되어 전력선 통신에서 임피던스 부정합을 방지하여 최대 신호 전송을 구현함과 더불어 레일에 고주파 신호를 주입하여줄 수 있도록 한다.The impedance matching transformer is installed or connected to the rail to prevent impedance mismatch in power line communication to achieve maximum signal transmission and to inject high-frequency signals into the rail.
이때, 상기 레일은 표면 연마를 통해 접속저항이 '0Ω'이 되게 전처리함이 바람직하고, 상기 임피던스 정합용 변압기는 실제 정합된 비율에 맞는 권선 회전수의 유효성을 확보하도록 가변저항기를 사용함이 바람직하다.At this time, the rail is preferably pretreated to have a connection resistance of '0Ω' through surface polishing, and the impedance matching transformer preferably uses a variable resistor to ensure the effectiveness of the winding rotation speed corresponding to the actual matched ratio. .
이에 따라, 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 전기 철도용 전력선 통신 시스템을 통해서는 개선된 방식을 접목함으로써 전기 철도에서의 전력선 통신을 수행할 시 기존에 비해 안전성 및 신뢰성을 더욱 확보할 수 있고, 전력선 통신을 이용하여 주변시설 정보수집은 물론 실시간으로 안전 정보를 공유할 수 있으며, 전력선 통신에 있어 신호 전달 특성을 향상시킬 수 있으며, 시스템을 구성하는 장치 및 부품의 기계적 물성 증대 등 내구성을 확보할 수 있어 더욱 안정된 특성을 발휘할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.Accordingly, by incorporating an improved method through the power line communication system for electric railways according to the present invention consisting of the above-described configuration, safety and reliability can be further secured compared to the existing system when performing power line communication in electric railways, Using power line communication, it is possible to collect information on surrounding facilities as well as share safety information in real time, improve signal transmission characteristics in power line communication, and secure durability by increasing the mechanical properties of devices and parts that make up the system. This can provide the advantage of demonstrating more stable characteristics.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되지 않는다 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 등이 이루어질 수 있다 할 것인데, 이는 본 발명의 기술적 권리범위 내에 속한다 할 것이다.The embodiments described above merely describe preferred embodiments of the present invention and are not extremely limited to these embodiments. Various modifications and variations can be made by those skilled in the art within the technical spirit and scope of the claims of the present invention. It can be said that this can be done, and it can be said that it falls within the scope of the technical rights of the present invention.
10: 전차선 20: 조가선
30: 레일 100: 신호결합용 지상장치
110: 전차선로용 피뢰기 120: 컷아웃스위치
130: 지상PLC모뎀 140: CCTV카메라
200: 신호결합용 차상장치 210: 팬터그래프
220: 차상변압기 230: 비접촉식 유도성 신호결합기
240: 차상PLC모뎀 250: 차상모니터10: tram line 20: joga line
30: Rail 100: Ground device for signal combination
110: Lightning arrester for tram line 120: Cutout switch
130: Ground PLC modem 140: CCTV camera
200: On-board device for signal combination 210: Pantograph
220: On-board transformer 230: Non-contact inductive signal coupler
240: On-board PLC modem 250: On-board monitor
Claims (6)
상기 신호결합용 지상장치로서 전철변전소로부터 25kV의 전원을 공급받고 철도차량 상부의 집전장치인 팬터그래프와 접촉되어 전기를 공급하는 전차선이나 상기 전차선을 같은 높이로 수평하게 유지시켜주는 조가선에 연결되어 설치되고 과전압이 인가되는 경우 방전하여 접지로 과전류를 흘려보내기 위한 전차선로용 피뢰기와, 상기 전차선로용 피뢰기에 일단이 연결되고 타단이 연결선을 통해 전차선 또는 조가선에 연결되는 컷아웃스위치와, 상기 전차선로용 피뢰기에 연결되고 전력선 통신용 데이터를 송수신하기 위한 지상PLC모뎀과, 주변시설 정보수집 및 실시간 정보 공유를 위한 데이터 송신용 CCTV카메라를 포함하는 전기 철도용 전력선 통신 시스템에 있어서,
상기 전차선로용 피뢰기는,
전장 250~280mm 및 누설거리 670~720mm를 갖는 폴리머 피뢰기이되, 상부전극 및 하부전극 사이에 산화아연(ZnO) 바리스터소자를 정렬시킨 후 글라스화이바 또는 필라멘트로 와인딩 처리하여 밀봉 및 절연시키고,
상기 피뢰기는 실리콘고무 100중량부에 대하여 아크릴로니트릴부타디엔고무 또는 불소고무 30~50중량부, 부틸고무 또는 부틸과 EPDM 복합고무 5~10중량부가 배합되고, 피뢰기 측 열화방지를 위해 베타 실리콘카바이드(β-SiC)분말이 실리콘고무 100중량부에 대하여 10~30중량부가 배합된 혼합 조성으로 이루어진 실리콘고무혼합물을 외면에 사출하여 일체형으로 몰딩 처리함으로써 절연하우징을 갖게 한 구성으로서, 정격전압 40~45kV, 정격주파수 60Hz, 공칭전압 25~30kV, 공칭방전전류 10~12kA, 및 동작개시전압 52kV 이상의 특성을 갖는 구성이며,
상기 절연하우징은 상용주파수내전압 40~60kV 및 뇌충격내전압 120~140kV의 특성을 갖고,
상기 산화아연(ZnO) 바리스터소자의 열화기능 상실시 파손되어 피뢰기를 대지로부터 분리하여 줌으로써 사고발생을 방지하기 위한 단로기가 하측에 연결 장착되고,
상기 컷아웃스위치는 메인몸체가 되는 COS 퓨즈; 상기 COS 퓨즈를 지지하기 위한 퓨즈홀더; 상기 COS 퓨즈와 퓨즈홀더를 연결 접속하기 위한 상부접속자 및 하부접속자; 상기 COS 퓨즈 또는 퓨즈홀더의 하단에 장착 및 교체 가능하게 구비되고, 상기 COS 퓨즈 용단시 발생되는 충격파에 의한 단발성 소음을 흡수하여 소음저감기를 포함하되,
상기 소음저감기는 단발성 소음을 유입 및 반대쪽에서 방출시키기 위한 유입구와 방출구가 형성되고, 내열 및 내식성을 보유하도록 스테인리스 소재로 구비되는 소음저감실; 상기 소음저감실 내의 소음 유입 초입부에 형성되고, 미세 공극을 갖는 철솜 또는 철망을 충진하여 소음에 대해 공명 주파수를 이용하여 소멸 및 감소시키기 위한 제1 소음저감부; 상기 제1 소음저감부의 아래쪽에 형성되고, 일정 깊이를 갖는 소음저감홀을 동일 평면상에 다수 형성 및 배열하여 음파의 통로 분지를 통해 소음을 감소시키기 위한 제2 소음저감부; 상기 제2 소음저감부의 아래쪽에 형성되고, 다공성 뮬라이트(Al2O3+SiO2 복합재) 소결체를 충진시켜 소음을 흡수하여 저감시키기 위한 흡음부; 를 포함하며,
상기 신호결합용 차상장치는,
상기 전차선을 통해 공급되는 전원을 차량 내부로 공급하기 위한 팬터그래프; 상기 철도차량 상에 설치되는 차상변압기; 상기 차상변압기의 1차측에 연결되고, 연결된 배전선으로 신호전류를 유도하기 위한 비접촉식 유도성 신호결합기; 상기 비접촉식 유도성 신호결합기에 연결되고, 지상PLC모뎀과 전력선 통신을 위한 데이터를 송수신하기 위한 차상PLC모뎀; 상기 철도차량 내부에서 수집 또는 공유되는 데이터 및 신호를 모니터링하기 위한 MMI모니터; 를 포함하며,
상기 비접촉식 유도성 신호결합기는, 중공 구조를 갖는 코어케이스; 상기 코어케이스 내에 삽입되어 안착 고정되는 중공을가지며, 전력선 통신시 와전류 손실을 없애 신호 전달 특성을 향상시키기 위해 Fe, Si, B, Cu, Mo, Nb, Ni, Co를 포함하는 스트립(strip) 형태의 합금인 나노크리스탈린 재료를 사용하되, 일정 두께로 적층하여 중공을 갖는 원통형 코어로 형성하한 자성체 코어; 상기 자성체 코어를 차상PLC모뎀과 연결하기 위해 자성체 코어 상에 구비된 연결단자; 상기 자성체 코어 상에 권선되는 것으로서, 전력선 통신시 최소결합손실에 의한 신호결합효율을 높이도록 3~5회 권선 처리한 전선; 을 포함하며, 상기 코어케이스의 중공을 관통하여 배전선이 배치되는 것을 특징으로 하는 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템.In order to use power line communication in electric railways, it includes a signal combining ground device installed on the ground along the railroad rail and an onboard signal combining device installed on a railroad car driven by power supply on the railroad rail.
As the above-mentioned signal coupling ground device, it is supplied with 25kV power from the substation and is installed by being connected to a tram line that supplies electricity by contacting the pantograph, which is a current collector on the top of the railroad car, or a tram line that maintains the tram line horizontally at the same height. A lightning arrester for a tram line that discharges when overvoltage is applied and sends the overcurrent to the ground, a cutout switch whose one end is connected to the lightning arrester for a tram line and the other end is connected to a tram line or jog wire through a connection line, and a cutout switch for the tram line In the power line communication system for electric railways, which is connected to a lightning arrester and includes a ground PLC modem for transmitting and receiving data for power line communication, and a CCTV camera for data transmission for collecting information on surrounding facilities and sharing real-time information,
The lightning arrester for the tram line,
It is a polymer lightning arrester with a total length of 250 to 280 mm and a leakage distance of 670 to 720 mm, and is sealed and insulated by aligning zinc oxide (ZnO) varistor elements between the upper and lower electrodes and winding them with glass fiber or filament,
The lightning arrester is a mixture of 30 to 50 parts by weight of acrylonitrile butadiene rubber or fluorine rubber and 5 to 10 parts by weight of butyl rubber or butyl and EPDM composite rubber per 100 parts by weight of silicone rubber, and beta silicon carbide (beta silicon carbide) to prevent deterioration of the arrester side. A silicone rubber mixture consisting of 10 to 30 parts by weight of β-SiC) powder mixed with 100 parts by weight of silicone rubber is injected onto the outer surface and molded into an integrated structure to have an insulating housing, rated voltage 40 to 45 kV. , a rated frequency of 60Hz, a nominal voltage of 25~30kV, a nominal discharge current of 10~12kA, and an operation start voltage of 52kV or more.
The insulating housing has the characteristics of a commercial frequency withstand voltage of 40 to 60 kV and a lightning shock withstand voltage of 120 to 140 kV,
When the zinc oxide (ZnO) varistor element loses its deterioration function, it is damaged and a disconnector is connected to the lower side to prevent accidents by separating the lightning arrester from the ground,
The cutout switch includes a COS fuse that becomes the main body; A fuse holder for supporting the COS fuse; an upper connector and a lower connector for connecting the COS fuse and the fuse holder; It is provided to be mounted and replaceable at the bottom of the COS fuse or fuse holder, and includes a noise reducer by absorbing single-shot noise caused by a shock wave generated when the COS fuse is blown,
The noise reducer includes a noise reduction chamber formed with an inlet and an outlet for incoming and discharging single-shot noise from opposite sides, and made of stainless steel to maintain heat resistance and corrosion resistance; A first noise reduction unit formed at the noise inlet in the noise reduction chamber and filled with steel wool or wire mesh having fine pores to dissipate and reduce noise using a resonance frequency; a second noise reduction unit formed below the first noise reduction unit to reduce noise through a passage branch of sound waves by forming and arranging a plurality of noise reduction holes having a certain depth on the same plane; A sound-absorbing part formed below the second noise reduction part and filled with porous mullite (Al 2 O 3 +SiO 2 composite) sintered body to absorb and reduce noise; Includes,
The on-board device for signal combining is,
A pantograph for supplying power supplied through the tram line to the interior of the vehicle; An on-board transformer installed on the railway vehicle; A non-contact inductive signal coupler connected to the primary side of the on-board transformer and for inducing a signal current to the connected distribution line; An on-board PLC modem connected to the non-contact inductive signal coupler and configured to transmit and receive data for power line communication with a ground PLC modem; MMI monitor for monitoring data and signals collected or shared within the railway vehicle; Includes,
The non-contact inductive signal coupler includes a core case having a hollow structure; It has a hollow inserted into the core case and is seated and fixed, and is in the form of a strip containing Fe, Si, B, Cu, Mo, Nb, Ni, and Co to improve signal transmission characteristics by eliminating eddy current loss during power line communication. A magnetic core made of a nanocrystalline material, an alloy of which is laminated to a certain thickness to form a hollow cylindrical core; A connection terminal provided on the magnetic core to connect the magnetic core to an on-board PLC modem; A wire wound on the magnetic core and wound 3 to 5 times to increase signal coupling efficiency with minimum coupling loss during power line communication; A power line communication system for an electric railway with an improved method, characterized in that the distribution line is disposed through the hollow of the core case.
상기 차상변압기는,
전력선 통신시 임피던스 매칭 기능을 수행하는 임피던스 매칭부를 형성하고,
상기 비접촉식 유도성 신호결합기와 결합되어 협대역인 경우와 광대역인 경우의 임피던스 매칭을 수행함으로써 신호 전달 특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템.According to clause 1,
The on-board transformer is,
Forming an impedance matching unit that performs an impedance matching function during power line communication,
A power line communication system for electric railways with an improved method, characterized in that it improves signal transmission characteristics by performing impedance matching in narrowband and wideband cases in combination with the non-contact inductive signal coupler.
상기 전차선 또는 조가선 상에 연결 장착되는 것으로서, 전송매체의 임피던스 특성을 고려하여 결합력을 높이기 위해 1차측:2차측 = 2:3의 권선비를 갖는 임피던스 정합용 코어;
상기 레일 상에 설치 또는 연결되어 전력선 통신에서 임피던스 부정합을 방지하여 최대 신호 전송을 구현함과 더불어 레일에 고주파 신호를 주입하여주기 위한 임피던스 정합용 변압기; 를 포함하며,
상기 레일은 표면 연마를 통해 접속저항이 '0Ω'이 되게 전처리하고,
상기 임피던스 정합용 변압기는 실제 정합된 비율에 맞는 권선 회전수의 유효성을 확보하도록 가변저항기가 사용되는 것을 특징으로 하는 개선된 방식을 갖는 전기 철도용 전력선 통신 시스템.According to clause 1,
An impedance matching core that is connected and mounted on the tram line or jog line and has a winding ratio of primary side: secondary side = 2:3 to increase coupling force in consideration of the impedance characteristics of the transmission medium;
An impedance matching transformer installed or connected to the rail to prevent impedance mismatch in power line communication to achieve maximum signal transmission and to inject a high-frequency signal into the rail; Includes,
The rail is pretreated to have a connection resistance of '0Ω' through surface polishing,
The impedance matching transformer is a power line communication system for electric railways with an improved method, wherein a variable resistor is used to ensure the effectiveness of the winding rotation speed corresponding to the actual matched ratio.
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| KR1020230163512A KR102681443B1 (en) | 2023-11-22 | 2023-11-22 | Power line communication systems for electric railways with improved means |
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