혹한기시 열차 급전시스템 결빙방지를 위한 히팅시스템 열전달 해석

초록

오늘날 경전철은 버스와 일반 지하철의 중간규모의 수송능력을 가지며, 버스에 비해 소음이나 CO2배출면에서 유리하고 지하철의 신속성과 정시성의 장점을 동시에 지니고 있는 것이 특징으로 도시 지선망에 주로 적용되고 있다. 경전철 구성시스템은 열차종류마다 다양한데 그중 의정부에서 운행중인 열차는 열차 구동용 필요 전력을 공급하기 위한 급전시스템으로 전차선 구조 대신 급전 레일(가이드 레일)을 주행로와 근접하게 설치되어 있다. 이는 인프라 구성시 소요비용을 줄일 수 있는 장점으로 작용하지만 한편으로는 기후 등에 따라 급전시설 운영에 영향을 미치게 된다. 동절기시 문제점은 주행로 결빙에 의해 고무차륜의 주행 안정성에 문제가 발생할 수 있으며, 또한 가이드 레일에 눈과 얼음 덩어리 등이 고착되고 이로 인해 급전부와 집전부의 이격이 발생하여 열차 운행이 중단 될 수 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 주행로와 가이드 레일에 전열히팅 방식을 적용한 융설설비가 설치된다. 하지만 전열히팅 방식을 적용시 많은 전력량을 소모함으로써 경제성이 낮다는 단점이 있다. 이와 같은 점들을 고려할 때 전력소모를 최소화하면서, 열차 운행 안정성을 유지할 수 있는 전열히팅 운영의 기준이 마련되어야 한다. 이번 연구에서는 한국 경기도 의정부시에서 운행중인 경전철 설비를 대상으로 전열히팅 운영기준을 마련하기 위한 히팅설비의 열전달 모델링을 수립하였다.