철도시스템의 낙뢰와 서지 보호

철도시스템에서 낙뢰나 각종 서지로 인한 사고는 신호 시스템, 제어 장치, 전원 공급 라인 등 민감한 전자 장비에 심각한 영향을 미쳐 열차 운행 중단, 장비 손상, 심지어 안전사고로 이어질 수 있습니다.

써지프리 Surge Black Box (SBB) Procatch 와 서지 보호 장치(SPD)가 철도시스템에 설치되었을 때의 효과와 함께, 실제 사고 사례와 이에 대한 대책입니다.

1. 철도시스템에서의 낙뢰/서지 사고 사례

철도시스템은 광범위한 노출된 인프라(철로, 가선, 신호 장치 등)로 인해 낙뢰와 서지의 영향을 쉽게 받습니다. 아래는 대표적인 사고 사례입니다:

  가. 중국 고속철도 사고 (2011년):

• 사고 내용: 중국 동부에서 고속열차가 낙뢰로 인해 전원 공급이 차단되어 정지. 이후 후속 열차가 정지된 열차와 충돌하여 40명 사망, 200명 이상 부상.

• 원인: 낙뢰로 인한 과전압이 전원 및 신호 시스템에 영향을 미쳐 열차 제어 시스템이 작동하지 않음. 낙뢰로 인한 서지프로텍션 시스템 취약과 서지모니터링 시스템의 취약성이 문제로 지적됨.

• 영향: 전자 시스템의 고장으로 열차 운행 중단 및 대형 사고 발생.

  나. 일본 츠쿠바 익스프레스 라인 (2006년):

• 사고 내용: 폭풍우로 인한 낙뢰가 신호 및 제어 시스템을 손상시켜 운행 중단.

• 원인: 기존의 낙뢰 보호 시스템이 민감한 전자 장비를 충분히 보호하지 못함.

• 영향: 컴퓨터화된 운영 시스템의 일시적 마비로 열차 지연 및 승객 불편 발생.

  다. 일반적 사례:

• 신호 시스템 고장: 낙뢰가 철로, 가선, 또는 신호 케이블을 통해 침투하여 전자식 열차 탐지기(예: 일본의 건널목 시스템)나 신호 박스를 손상.

• 전원 시스템 손상: 낙뢰로 인한 과전압이 전원 공급 라인을 통해 전파되며, 변전소나 배전반의 장비를 파괴.

• 데이터 손실: 통신 및 데이터 네트워크가 서지로 인해 손상되어 열차 제어 및 스케줄링 시스템에 장애 발생.

2. 써지프리 SBB Procatch 철도시스템 적용

써지프리 SBB Procatch  서지 데이터와 누설전류를 모니터링하여 철도시스템의 안정성을 높이는 데 기여합니다.

철도시스템에서의 설치 장소와 효과는 다음과 같습니다:

   가. 설치 장소

      주 배전반:

• 철도시스템의 전원 공급이 시작되는 주 배전반에 설치.

• 예: 변전소나 주요 역의 전원 입력 지점.

     신호 및 제어 시스템:

• 신호 박스, 전자식 열차 탐지기, 건널목 시스템 근처의 보조 배전반에 설치.

     효과: 민감한 신호 및 제어 장비를 서지로부터 보호, 서지 데이타 및 누설전류 모니터링.

     통신 시스템:

     GSM-R 송수신기, 데이터 네트워크 장비 근처, 기계실에 설치.

     효과: 통신 시스템의 안정성을 유지하며, 서지로 인한 데이터 전송 오류 방지 데이타 활용.

  나. 기대 효과

     1) 데이터 기록 및 분석:

• 서지 이벤트(횟수, 강도,크기,방향)와 누설전류 데이터를 기록, 잔여 수명 예측.

• IoT HMI 소프트웨어(예: Autobase HMI와 유사)로 데이터 전송 및 추세 분석 가능.

    2) 예보 및 유지보수:

       누설전류 증가 추세를 통해 MOV 교체 시기를 예측, 예기치 않은 정전 방지.

3. 철도시스템 낙뢰/서지 대책

철도시스템의 낙뢰 및 서지 대책은 종합적인 보호 개념과 써지프리 SBB Procatch 와 함께 서지프로텍션을 구현합니다.

아래는 주요 대책입니다:

   가. 종합적인 낙뢰 보호 구역(LPZ) 개념:

      설명: 외부 낙뢰 보호(피뢰침, 접지 시스템), 내부 서지 보호(SPD), 등전위, 차폐 케이블 사용을 포함한 다층적 보호.

       구현:

       외부 보호: 철로, 가선, 마스트에 피뢰침 및 접지 시스템 설치.

       내부 보호: SBB Procatch 와 Type 1 SPD를 주 배전반에 설치, Type 2/3 SPD 및 신호,통신 SPD를 신호 및 통신 장비에 추가.

       차폐: 비차폐 케이블을 차폐 케이블로 교체, 접지 바에 연결.

       효과: 낙뢰 및 각종 서지로 인한 직접 및 간접 서지에너지를 방호하여 시스템 안정성 유지.

   나. SPD의 단계적 설치:

       Type 1 SPD  전원 입력 지점에 설치, 고에너지 낙뢰 서지 흡수.

       Type 2 SPD  배전반에서 과전압 확산 방지.

       Type 3 SPD 민감한 장비(컴퓨터, 신호 장치) 근처에 설치, 추가 보호 제공.

       효과: 다단계 보호로 서지 침투를 최소화.

   다. 접지 및 등전위 접합:

       설명: 모든 장비와 차폐 케이블을 동일한 접지 바에 연결하여 등전위 유지.

       구현: 철도시스템의 접지 저항을 낮추고, 접지 시스템을 정기적으로 점검.

       효과: 서지 전류를 효과적으로 방출, 장비 손상 및 전자기 간섭 감소.

  라. 데이터 모니터링 및 유지보수:

       설명: SBB Procatch로 서지데이타를 확보하여 서지 이벤트와 누설전류를 실시간 모니터링.

       구현: 클라우드 기반 모니터링 시스템(예: SurgeMap AutoBase) 도입.

       효과: 서지 데이타 활용으로 사고 예방 대책 확보와 유지보수 계획 최적화, 시스템 가동률 향상.

4. 결론 및 권장사항

철도시스템은 낙뢰와 서지로 인해 신호 시스템, 전원 라인, 통신 장비 등이 손상될 위험이 높습니다.

SBB Procatch는, 주 배전반, 신호 박스, 통신 시스템에 설치하여 서지데이타를 기반으로 과학적인 서지프로텍션을 구축하며,

누설전류 및 서지 데이터를 모니터링하여 사고 분석하며 사전 사고를 예측하여, 유지보수를 최적화합니다.

이를 종합적인 낙뢰 보호 구역 개념, 다단계 SPD, 접지 개선, 서지데이터 모니터링과 결합하면 철도시스템의 안정성과 안전성을 크게 향상시킬 수 있습니다.