1. 서 론

철도는 궤도, 역사설비, 전력설비, 신호설비, 통신설비 및 차량 등이 유기적으로 결합된 종합시스템이며, 신호설비와 통신설비가 철도운영의 신뢰성과 효율성 향상에 중요한 역할을 담당하고 있다. 신호설비는 ATP(Automatic Train Protection), 전자연동장치, 디지털 궤도회로 등 디지털 장치로 구성되며, 통신설비는 LTE-R로 전환되고 있다. 그러나 신호설비 및 통신설비가 컴퓨터화되면서 노이즈 유도 및 간섭의 영향을 받아 신호 왜곡, 오동작, 장치 손상 등의 문제가 발생하고 있다. 이는 절연변압기, 전원필터, 고조파 필터, EMI필터, 차폐설비 등을 통해서 노이즈를 차단하거나 제거하고 있다. 또한 적합한 접지방식을 적용하여 노이즈의 영향을 차단하거나 최소화할 수 있다. 접지 노이즈(ground noise)가 발생되거나 지속되는 원인으로 1)전기설비간에 발생되는 접지 전위차 2)접지루프로 인하여 접지선과 신호선을 흐르는 많은 전류 3)낙뢰, 유도성 부하의 스위칭 등으로 인하여 발생되는 높은 과도전압, 과도전류 4)설비 또는 장치를 취급 또는 유지보수하는 과정에서 작업자를 통해서 충전 전하의 방전 등 4가지를 고려할 수 있다⁽¹⁾.

철도의 접지방식은 고속철도 건설 이전에는 개별접지방식이 적용되었고, 개별접지방식으로 인하여 일반철도 선로변에 설치되었던 건널목 제어설비에는 낙뢰 피해가 자주 발생하였다. 이는 철도배전선로의 가공지선과 건널목 제어유니트의 접지선이 연결되어 있는 관계로 낙뢰 전류가 가공지선을 통해 접지선으로 유입되어 건널목 제어유니트의 전자소자가 소손되는 것으로 진단되었다. 이에 대한 대응으로 가공지선과 접지선을 분리하여 낙뢰 전류가 접지선으로 유입되는 것을 차단하였다. 고속철도를 국내에 도입하면서 철도접지는 개별접지방식에서 선로변에 접지선을 매설하는 공통접지방식으로 전환되었다. 고속철도의 공통접지방식은 상선에 매설접지선을 시공하고 하선에는 절연접지선을 시공하도록 되어있다. 또한 반대측 선로(하선)에 신호설비가 있는 경우 별도의 매설접지 접속함을 설치하고, 신호설비에 연결된 접지단자함은 반드시 매설접지선에 연결한다. 그러나 비절연보호선과 연결된 보호선용 접속선을 접지선으로 판단하여 이 선들을 신호기구함용 접지선에 연결하는 사례가 시공현장에서 많이 확인되었다. 이같이 잘못된 접지시공으로 인하여 보호선에 유입된 낙뢰가 신호기구함과 신호기계실로 유입할 수 있는 경로를 만들었으며, 고속열차 운행시 대용량의 귀선전류가 접지선을 통해 신호기구함으로 일부 유입되는 사례도 확인되었다⁽²⁾.

위 사례와 같이 공통접지방식으로 전환하면서 발생하는 접지공사 오류로 인하여 접지전류가 신호기구함뿐만 아니라 신호기계실로도 침투하고 있으며, 이러한 접지전류가 컴퓨터화된 ATC(Automatic Train Control)장치, 전자연동장치, 궤도회로 등에 심각한 영향을 주는 것으로 예상된다. 고속철도 궤도회로 장애는 정의되지 않은 CORZ(Carte Orientation Zone)방향정보 출력, 궤도회로 방향 상실, 궤도회로 순간 단락, 특정 시간대에서의 궤도회로 단락 현상 등이 발생하였다. 전자연동장치 장애는 안전퓨즈 용단으로 연동로직처리를 담당하는 MPM (Multi-Processor Module)이 다운되는 장애이다. MPM은 2out of 3로 구성되는데, 3개가 모두 다운되는 장애이었다⁽³⁾. 궤도회로 또는 전자연동장치의 장애가 발생하면 보드, 랙에 대한 정밀점검, 성능시험을 실시하고, 신호기계실의 케이블 및 단자 접속상태 점검, 연결기 해체 및 재접속, 현장과 기계실간 케이블의 절연저항 측정, 궤도회로 귀선전류 및 고조파 점검 등을 실시하지만, 특이 사항은 발견되지 않았다. 따라서, 신호기계실의 ATC장치, 전자연동장치, 궤도회로의 장애는 내부적인 원인으로 발생하기 보다는 외부적인 영향에 의한 것으로 판단되지만, 장애 발생시 점검항목에는 신호기계실로 침투하는 접지전류는 포함되어 있지 않다. 본 논문에서는 고속철도의 신호기계실을 대상으로 접지계통으로 침입하는 접지전류의 노이즈 현황과 신호기계실의 접지계통을 진단하고, 필요한 개선방안을 제시하고자 한다.

2. 고속철도의 접지계통 및 귀선전류

전기설비기술기준의 판단기준(제18조)에서는 접지를 통합접지, 공통접지 및 개별접지로 분류한다. 통합접지는 전력계통(특고압, 고압, 저압), 통신, 피뢰설비가 모두 하나의 접지를 사용하는 방식이며, 한 곳에서 접지 문제가 발생하면 연결된 모든 시스템이 손상을 입을 수 있다. 공통접지는 전력계통의 접지를 하나로 묶고, 통신 및 피뢰설비의 접지를 분리하는 방식이다. 개별접지는 전력계통의 특고압, 고압, 저압을 분리하여 접지하고, 통신 및 피뢰설비도 접지를 분리하는 것이며, 이를 적용하기 위해서는 완전한 전기적 절연이 요구된다. 철도현장에서는 개별접지에 대한 이해도가 높지만, 통합접지와 공통접지를 명확하게 구분하지 않고 동일시 하는 경우가 있다. 국내 철도의 접지방식은 고속철도건설사업과 기존철도의 전철화사업을 수행하면서 개별접지에서 공통접지방식으로 전환되었고, 국가철도공단은 이에 필요한 접지설계지침⁽⁴⁾을 내부 지침으로 제정하였다. 본 지침에 따라 비절연보호선을 가공으로 설치하고, 선로를 따라 매설접지선과 공동관로를 그림 1과 같이 시공한다. 역구내의 매설접지선은 환형 또는 망상형으로 구성한다. 변전실 및 전기실의 접지단자함, 선로변 철도시설물의 금속제 외함, 금속제 관로, 금속 구조물 등은 매설접지선에 연결한다. 철도역사에 설치되는 수전실 및 전기실은 공통접지 및 건축물의 구조체와 연결한다⁽⁴⁾. 통신실에 설치되는 통신기기에 대한 접지설계지침⁽⁵⁾도 제정되었으며 공통접지를 적용한다. 공단의 접지설계지침에 의하면 기기실 내에서는 공동접지로 시공되고, 기기실 밖에서는 통합접지로 시공된다.

국가철도공단의 접지설계지침에 따라 설치된 매설접지선은 귀선전류의 흐름에 영향을 주며, 관련 귀선전류는 개별접지에 비해 매우 작아서 선로변 안전 및 전기설비의 장애를 최소화 할수 있는 것을 현장 측정을 통해 확인되었다^(6,7). KTX산천이 하선을 주행할 시, 하선 A-Type 임피던스본드를 통하여 귀선전류 중 일부가 그림 2와 같이 매설접지선에 공동 연결된 상선 C-Type 임피던스본드로 유입된다. 특히 KTX산천이 주행하면서 발생한 고주파 전류(1,980[Hz])가 반대선로에 있는 궤도회로의 주파수에 영향을 주며, 매설접지선이 고조파 전류의 경로로도 활용된다⁽⁸⁾. 또한 매설접지선으로 인하여 주행중인 열차위치에 따라 귀선전류가 흐르는 방향도 변한다. 그림 3(a)는 열차가 운행하지 않는 경우로, 전차선 전류(IC)는 AT1을 통하여 변전소로 귀환하며, 레일에는 전류가 흐르지 않는다. 그림 3(b)는 변전소와 단권변압기(AT:Auto Transformer) 구간 사이의 선로에 열차가 위치한 경우로 전차선 전류(IC)의 일부는 AT1 → (-) feeder를 경유하여 변전소로 귀환하고, 일부는 레일을 통하여 흐르는 귀선전류(IR)와 접지망을 통해 흐르는 접지전류(IE)로 분류되어 변전소로 귀환한다. 그림 3(c)는 AT1과 AT2 구간 사이의 선로에 열차가 위치한 경우로 전차선 전류(IC)의 일부는 AT1 → (-) feeder와 AT2 → (-) feeder를 통하여 변전소로 귀환하고, 일부는 레일을 통하여 흐르는 귀선전류(IR)와 접지망을 통해 흐르는 접지전류(IE)로 분류되어 변전소로 귀환한다⁽⁹⁾.

3. 신호기계실에서의 접지전류 측정

위에서 기술된 것처럼 선로변 매설접지선은 귀선전류의 흐름에 영향을 주고 있는 것이 확인되었으나^(6,7), 접지전류를 ATC, 전자연동장치, 궤도회로 등 신호장치의 장애 원인으로는 고려하지 않았다. 접지전류가 궤도회로 케이블을 통하여 신호기계실로 유입되는 것을 확인하기에 앞서, 궤도회로 케이블의 시공(또는 포설)상황을 현장에서 직접 조사하였다.

궤도회로 케이블의 신호선과 접지선은 기구함의 내부에 있는 단자대에 접속되어 있다. 궤도회로 케이블의 신호선은 송신선과 수신선으로 구분되며, 송신선은 현장에 있는 Matching unit와 신호기계실에 있는 Transmitter를 연결하고, 수신선은 현장에 있는 다른 Matching unit와 신호기계실에 있는 Receiver를 연결한다. 신호기계실로 인입된 궤도회로 케이블의 신호선과 접지선도 그림 5와 같이 단자대에 접속되어 있다.

궤도회로 케이블은 ZC03, ZPUA, ZPFU 3종이 사용되고 있으며, 현장의 기구함에서 신호기계실의 단자대까지는 ZC03케이블을 사용한다. ZC03는 다른 케이블 2종과 달리 2개의 차폐층을 가지며, 케이블 단말처리시 각각의 차폐층마다 접지선을 별도로 연결한다. 고속철도의 경우, 현장의 기구함에서 신호기계실 단자대까지 포설할 수 있는 궤도회로 케이블의 최대길이는 7,500m이며, 1,000m 또는 500m로 제작된 케이블을 그림 6과 같이 연장하며, 케이블 연장개소(JB, Junction Box)에는 단말과 달리 접지선을 연결하지 않는다.

고속철도 역사 1개소(이하 A역)를 선정하여 궤도회로 케이블의 차폐층에 접속되어 있는 접지선을 흐르는 접지전류를 3회에 걸쳐 측정하였다. A역의 신호기계실에는 ATC장치, 전자연동장치, 궤도회로 등을 구성하는 캐비넷이 여러 개 배치되어있다. 그림 7과 같이 캐비넷(신호장치 #1, #2, #3..)의 접지선은 직렬접지선에 직접 연결되었고, 궤도회로 케이블 ZC03 차폐층에 연결된 접지선 2가닥은 궤도회로용 접지바에 연결되었다. 직렬접지선과 접지바는 단자함내 접지바에 서로 연결되었고, 단자함내 접지바는 매설접지선과 연결되었다. 궤도회로용 접지바는 지중접지함과도 연결하도록 되었는데, 건축구조물 철골접지에 연결된 것으로 확인되었다.

1차 측정은 상행 선로용 궤도회로중 A역의 신호기계실에서 가장 먼 거리에 설치된 궤도회로의 케이블(이하 케이블 1)과 역 구내에 설치된 궤도회로의 케이블(이하 케이블 2)의 접지전류를 측정하였다. 케이블 2의 경우, 다른 궤도회로와 비교할 때, 열차 검지, 궤도회로 방향 검지 장애가 자주 발생하여 선정하였고, 케이블 1의 경우, 궤도회로 케이블의 길이(설치 위치)와 접지전류간의 관계를 확인하기 위해서 선정하였다. 케이블 시공도면에서 케이블 1의 길이는 6,551m이었고, 케이블 2의 길이는 1,116m이었다. 1차 측정은 평일 11:30부터 13:20까지 진행되었고, 측정전압 10mV(접지전류 100mA)를 초과하면 100ms동안 접지전류값을 저장하였다. 케이블 2의 접지전류 값이 매우 작게 검출된 관계로 케이블 1의 접지전류 파형만을 분석하였다. 케이블 2의 접지전류 값이 작은 것은 A역이 종점역(또는 시발역)이었고, 케이블을 구성하는 차폐층 2개중 임피던스가 큰 차폐층을 선택해서 접지전류가 매우 작은 것으로 판단된다.

그림 8(a)는 케이블 1이 접속된 궤도회로, 전방 궤도회로 및 후방 궤도회로를 주행중인 열차가 없는 경우의 접지전류 파형이고, 그림 8(b)는 궤도회로를 주행중인 열차가 있는 경우의 접지전류 파형이다. 케이블 1의 접지전류 파형은 정현파에 가깝고(duty 53\%), 주기는 16.67ms(주파수 60Hz), 최고값 62.3mV (=623mA), 최소값 –74.0mV(=-740mA)을 갖는다. 그림 9는 열차가 감속할 때 생성되는 회생전력으로 인하여 케이블 1을 흐르는 접지전류의 왜곡이 발생함을 나타내며, 주파수는 변화없이 60Hz를 유지한다. 1차 측정을 통해 정상적인 상태에서 역구내에 있는 궤도회로의 접지전류가 신호기계실로 침입하는 것은 매우 작지만, 역에서 가장 멀리 떨어진 궤도회로의 접지전류가 신호기계실에 미치는 영향에 대해서는 충분한 측정과 분석이 필요한 것을 확인하였다.

2차 측정은 측정전압 100mV(접지전류 1A)를 초과하면 1초동안 접지전류를 저장하는 방식으로 측정을 약 23시간 동안 수행하였다(11:30부터 다음 날 10:00까지). 1차 측정을 통해서 신호기계실로 침입하는 케이블 1의 접지전류가 예상보다 큰 것을 확인하였으나, 저장시간을 100ms로 매우 짧게 설정하여 접지전류의 급격한 변화(또는 써지임펄스전류)를 충분히 확인할 수 없었다. 또한 궤도회로 케이블을 구성하는 2개의 차폐층을 흐르는 전류값을 측정하였고, 케이블 1의 접지전류가 케이블 2의 접지전류에 미치는 영향도 측정하였다, 이를 위해 케이블 1의 차폐층 2개에 접속된 접지선과 케이블 2의 차폐층 1개에 접속된 접지선에 전류센서를 설치하였다. 케이블 2의 경우는 접지선 2개중 접지전류가 많이 흐르는 접지선을 선택하였다. 케이블 1의 접지전류 측정에서 케이블의 차폐층을 흐르는 전류의 크기가 서로 다른 것을 확인하였다. 그림 10(a)와 10(b)에서 케이블 1의 2개의 차폐층중 1개의 차폐층을 흐르는 접지전류는 1.5A 이상이고, 다른 1개의 차폐층을 흐르는 전류는 0.5A 이상이었다. 접지전류가 갑자기 증가하는 과도전류(써지임펄스 전류)의 특성을 보여주고 있으나, 전류주파수는 변하지 않고 60Hz를 유지하였다. 그림 9에서도 접지전류의 파형이 왜곡되었지만 주파수는 유지되는 것이 확인되었다.

그림 10에서 케이블 1의 접지전류 측정을 통해 접지전류의 과도전류가 발생하여 일정시간동안 과도현상이 지속되는 것을 확인하였다. 케이블 1의 접지전류가 급변할 때마다 항상 발생하는 것은 아니지만, 케이블 2의 접지전류에 영향을 주는 것을 확인하였다. 그림 10(a), (b)와 같이 140ms 시점에 케이블 1의 접지전류에 급격한 변화가 발생하고, 같은 시각에 케이블 2의 접지전류도 급격한 변화가 발생한 것을 그림 10(c)에서 확인할 수 있다. 케이블 2를 흐르는 전류의 과도현상도 일정시간동안 유지되었는데, 케이블 1의 과도시간보다는 매우 짧았다. 케이블 1과 케이블 2의 접지전류간 위상차가 180°인데, 측정시 전류센서의 방향성을 확인하지 못한 계측오류가 있었다. 따라서 케이블 1의 접지선을 흐르는 과도전류가 케이블 2의 접지선으로 흘러 들어가는 것인지, 과도전류가 케이블 1과 케이블 2의 접지선을 동시에 흐르는 것인지를 명확히 확인할 수 없었다.

2차 측정에서 궤도회로를 통해서 침입하는 접지전류의 과도현상을 확인하였으나, 접지전류의 발생형태를 연속적으로 확인할 수 없었고, 열차운행중 접지전류의 최대값과 최속값도 확인할 수 없었다. 이에 3차 측정을 실시하였고, 3차 측정은 그림 11과 같이 신호기계실 접지단자함내 접지바의 접지전류(접지전류 A)와 전자연동장치의 접지전류(접지전류 B)를 약 30시간(14:00부터 익일 23:00까지)동안 연속적으로 측정하였다.

접지전류 A는 단자함내 접지바에서 공통접지의 매설접지선을 흐르는 전류이고, 접지전류 B는 전자연동장치용 직렬접지선에서 단자함내 접지바를 흐르는 전류이다. 접지전류의 실효값과 순시값을 모두 측정하였고, 매설접지선 전류측정의 경우 전류값이 클 것을 고려하여 60A까지 측정할 수 있는 전류클램프(50mA/V)를 사용하였다. 3차 측정에서 접지전류 A의 실효치가 1A 이상을 초과하는 것이 매우 많이 발생하는 것을 확인하였다. 그림 12(a)은 16:43부터 30분 동안의 접지전류 A의 실효값, 그림 12(b)는 고속철도 운행이 종료된 04:27부터 30분 동안의 실효값을 측정한 그래프로서 샘플링 주기는 초당 20kHz로 설정하였고, 0.5초 주기로 실효값을 계산하였다. 측정 결과, 그림 12(a)에서는 실효값 2A를 초과하는 경우가 8회 발생하였고, 그림 12(b)에서는 실효값 1A를 초과하는 경우가 7회 발생하였다. 특히 고속철도 영업이 종료된 이후에 약 5분 간격으로 써지 임펄스 전류가 발생하는 것을 그림 12(b)에서 확인되었으나, 발생원은 확인하지 못하였다. 발생원을 알 수 없는 이 전류는 고속철도 영업시간에도 발생하는 것으로 예상되지만, 그림 12(a)와 같이 열차 운행시에 써지 임펄스 전류가 많이 발생되고 있어, 이를 구분하는 것은 어려움이 있을 것으로 판단된다.

그림 13은 17시03분부터 17시08분까지 약 5분(저장시간 30분중 20분04초에서 23분06초 구간)동안 흐른 접지전류 A의 순시값을 나타낸다. 순시값의 최소치는 –4.8A이고, ±2.4A를 초과하는 경우가 22회 발생하였다. 또한 04시27분부터 30분 동안 흐른 접지전류의 순시값이 ±5.0A를 초과하는 것을 확인하였다. 위의 측정을 통해 전기철도에서의 접지저항 기준값인 1Ω 이하⁽¹⁰⁾를 유지하지 못하는 경우가 수시로 발생하였다. 이는 신호기계실의 접지전류가 지속적으로 불안정한 상태를 유지하고 있음을 의미하며, 신호기계실에 있는 컴퓨터화된 각종 장치가 전기적 위험에 노출되었다고 판단할 수 있다. 측정한 접지전류를 순시값으로 저장하는 과정에서 스케일 설정 오류가 발생하였는데, 저장된 순시값에 8을 곱하면 실제 전류값으로 보정된다.

그림 13과 그림 14는 저장한 순시값을 보정하지 않은 전류파형으로, 접지전류 A와 접지전류 B간 상호영향을 분석하기 위해 3가지 경우의 순시전류파형을 분석하였다. 그림 14(a)에서 접지전류 A의 과도현상이 12분 31.9초에 발생하였고, 같은 시각에 그림 14(b)의 접지전류 B에서도 과도현상이 발생한 것을 확인할 수 있다. 그림 14(c)에서 접지전류 A는 28분 24.35초에 과도현상이 발생하였고, 그림 14(d)는 동일한 시각에 접지전류 B도 과도현상이 발생한 것을 나타낸다. 이 경우는 접지전류 A의 최소값(-2.4A)와 접지전류 B의 최소값(-2.24A) 간의 차이가 적은 것이 특징이다.

그림 14(e)에서 접지전류 A는 21분 16.1초에 과도현상이 발생하였고, 접지전류 B도 21분 16.1초에 과도현상이 발생한 것을 그림 14(f)에서 확인된다. 이 경우는 고유주파수 측정을 통해서 접지전류 A의 최대값 극성과 접지전류 B의 최소값 극성이 반대인 것을 확인하였다. 이것은 접지전류 B가 공통 매설접지선으로 흘러 나가지 못하고, 전자연동장치로 흘러 들어 간다고 볼수 있다. 또는 신호기계실 내에서 순환전류가 흐른다고 생각할 수 있고, 이로 인하여 신호기계실 장치간에 전위차가 발생한다고 생각할 수 있다. 그림 14(a) ~ 14(f)를 통해서 접지전류 A에 과도현상이 발생했을 때는 접지전류 B의 과도현상이 발생하지만, 접지전류 A의 값이 최대값 또는 최소값에 대해서도 과도현상이 없는 상태에서는 접지전류 B에 영향을 주지 않는 것을 확인하였다.

열차운행스케쥴로 인하여 철도차량은 현재 위치, 현재 속도, 가·감속 상태 등 매우 복잡한 운행상태를 갖게 되며, 이로 인하여 발생된 써지임퍼스 접지전류는 공통접지로 연결된 신호장치, 통신장치에 영향을 준다. 따라서 접지전류가 신호장치에 주는 영향을 분석하기 위해서는 3번째 측정방식과 같이 장시간에 걸쳐서 연속적으로 접지전류를 측정하는 것이 적합한 것으로 판단된다.

4. 신호기계실의 접지설비 진단

통합접지를 적용한 관계로 현장의 접지전류가 신호기계실로 침투하는 것을 확인하였고, 철도운행이 종료된 이후에도 발생원을 알 수 없는 접지전류가 일정한 간격으로 침투하는 것도 확인하였다. 또한 신호기계실로 침투한 접지전류가 급격히 변한 경우(써지임펄스 전류 발생), 다른 접지선의 접지전류에도 영향을 주는 것을 확인하였다. 이처럼 신호기계실의 접지전류가 불안정한 상태를 지속하는 원인을 파악하기 위하여 신호기계실의 접지망을 진단하였다. 신호기계실에는 그림 15와 같이 ATC설비, 전자연동장치, 궤도회로장치, 전원장치, UPS장치 등이 설치되었고, 접지설비는 건물구조체 철골접지, 외부인입선로 매설접지선으로 구성되어 전체를 등전위 접속 형태로 시공되었다. 궤도회로 케이블의 접지선을 연결하는 케이블 프레임 단자대(X1, V0)의 접지전류는 앞 단원에서 상세히 기술하였다. 단자대(X1)은 TCB 4의 건물구조체 철골접지선에 접속되어 접지전류가 빠르게 방전되는 구조이나, 대용량 서지 임펄스가 지속적으로 침입하고 있다.

접지단자함 TCB 1은 건물구조체 철골접지선이며, 신호기계실의 누설전류 및 접지전류의 방전경로로 사용되나, 간헐적으로 대용량 고주파 서지전류가 건물 구조체 철골에서 발생되는 것을 그림 16(a)와 같이 확인하였다. 써지전류가 유입되지 않을 때는 전류값이 1.10A이지만, 써지전류가 유입되었을 때는 20.0A이다. 신호기계실에 설치된 전자연동장치와 현장에 설치된 신호기, 선로전환기 등을 연결하는 TFM(Track-side Functional Module)의 접지단자대 TFM 05A, 05M의 접지접류도 진단하였다. 전자연동장치와 TFM간 연결은 신호노이즈가 침입하는 것을 차단하기 위해 광통신을 사용한다. TFM 05A와 05M의 경우도 대용량 써지전류가 유입되는 것을 그림 16(b)와 같이 확인하였으며, 선로변 매설접지선이 IXL T1, T2와 접속되어 써지전류가 유입하는 것으로 판단된다. 써지전류가 유입되지 않을 때는 전류값이 0.8A이지만, 써지전류가 유입되었을 때는 15.8A이다. 써지 전류의 높은 주파수(고조파 성분)로 인해서 써지전류가 외부로 신속히 방전되지 못하고, 큰 전위차가 발생하여 높은 순환전류가 신호기계실을 흐르는 것으로 판단된다.

전자연동장치 3대(SSI 1, 2, 3)의 접지는 직렬 공통접지로 구성되었다. 평상시에는 접지전류가 거의 발생되지 않으나, 고속열차가 운행되면 넓은 주파수 대역에서 많은 누설전류가 발생되었다. 전자연동장치 3대중 심각한 장애가 집중된 SSI 3의 경우, GCB단자, 건물구조체 철골과 접속되어 있어 외부에서 유입되는 임펄스 서지가 측정되었으며, 이로 인하여 전자연동장치간에 전위차가 발생하고 순환전류가 흐르는 것으로 분석되었다. 그림 17(a)와 같이 서지전류가 유입되지 않을 때는 전류값이 0.8A이지만, 그림 17(b)와 같이 서지가 유입되었을 때는 1.55A로 측정되었다.

5. 결 론

궤도회로의 기능장애, 전자연동장치 소손 등이 발생하면 보드, 랙에 대한 정밀점검, 케이블 및 단자 접속상태 점검, 케이블의 절연저항 측정, 궤도회로 귀선전류 및 고조파 점검 등을 실시하지만, 신호기계실로 침투하는 접지전류가 컴퓨터화된 신호장치에 미치는 영향에 대한 분석은 거의 수행되지 않고 있다. 또한 철도의 접지방식을 개별접지에서 통합접지로 전환하였으나, 통합접지와 공통접지에 대한 이해가 부족하여 잘못된 접지시공이 수시로 현장에서 이루어지고 있다. 본 논문은 고속철도 역에 설치된 신호기계실로 써지 임펄스전류가 지속적으로 침투하는 것을 측정하였고, 과도전류가 침투하는 경로는 궤도회로 케이블의 차폐층과 연결되어 있는 접지선과 신호기, 선로전환기와 연결된 TFM 케이블의 차폐층과 연결되어 있는 접지선인 것을 확인하였다. 또한 건물구조체 철골접지와 연결된 접지선을 통해서도 과도전류(대용량, 고주파 서지)가 침투하는 것을 확인하였다. 고속철도가 운영되는 상황에서 동작중인 설비에 대한 접근에 많은 제약이 있는 관계로 본 논문에서는 순환전류로 인한 전위차 측정과 분석을 수행하지 못하였다. 신호기계실에서 발생되는 접지선을 통해 침입하는 써지전류를 차단하고, 신호기계실 내의 순환전류 발생을 차단하기 위해서는 경부고속선에 적용된 다음과 같은 공통접지의 규정을 적용하여 신호기계실내 접지계통에 대한 개선이 요구된다.

(1) 장비간 loop 및 이중 혼선된 배선을 접지단자함에서 단독으로 배선하고, 접지전극으로 직접 연결

(2) 서지의 유입경로 역할을 하는 접지선을 외부 접지전극으로 직접 연결하고, 장비간 전위차를 제거하는 등전위 tree 구조의 접지배선 적용

(3) 외부 인입설비, 유사신호 장비, 누설전류신호 특성 등을 그룹화하는 그룹화된 등전위 배선을 통해 등전위 tree 구조의 접지배선 적용

(4) 외부 접지전극을 신설 보강하여 선로변 매설접지선과 건물 철골 구조체를 직접 접속하여 유입 서지를 순환없이 대지로 방전하는 접지전극의 보강

결과적으로 위 4가지의 개선방안과 함께 신호기계실의 접지전류를 지속적으로 확인할 수 있는 감시장치를 설치하는 것을 추가로 제안한다. 다양한 종류의 철도차량, 철도노선의 연장, 철도시설물 개량, 철도에 인접한 곳에 대규모 시설의 신설 등은 철도 접지조건을 변화시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 철도 접지전류의 상태변화를 연속적으로 확인하여 철도신호장치에 미치는 영향을 차단하거나 최소화하는 적극적인 대책을 마련해야 할 필요가 있다.