2.3.1 곡선구간과 직선구간의 전차선 마모 상태

과천선 금정역 ~ 범계역 R-bar 강체전차선로 직선 구간과 곡선구간에서의 전차선 마모형상과 마모량을 측정한 결과, 그림 11에서와 같이 직선구간에서는 전차선 좌, 우측이 동일하게 2 mm 정도로 수평형태로 마모된 것을 확인할 수 있었다. 곡선구간에서는 전차선 좌측은 4 mm, 우측은 3.5 mm 정도로 경사지게 마모되는 편마모 현상을 보이는 것으로 확인되었다.

전차선 마모측정기는 전차선(Cu 110 mm$^{2}$) 형상을 기준으로 마모량을 확인하기 위하여 mm 단위의 눈금을 인쇄하여 제작하였다. 강체전차선로 R-bar에 조립된 전차선에 접촉하는 방식으로 마모량을 직접 확인할 수 있고 전차선 좌, 우의 편마모 상태까지 확인할 수 있도록 설계 제작하였다.

2.3.2 전차선과 팬터그래프 접촉특성

곡선구간의 전차선의 마모경향은 그림 11의 우측부분 사진과 같이 경사지게 마모되는 편마모 형상을 보인다. 이러한 현상은 수평으로 설치되어 있는 강체전차선로 전차선에 레일 캔트로 인하여 경사진 상태로 주행하는 전동차의 팬터그래프가 경사지게 접촉하면서 발생하는 것으로 판단된다. 영상장비와 조명을 설치하여 접촉영상을 촬영하여 확인한 결과 팬터그래프가 경사진 형태로 접촉하는 것을 확인하였다.

가. 촬영위치 선정

접촉영상 촬영위치의 선정은 강체전차선로 곡선구간으로 금정에서 범계역간 곡선구간으로 선정하고 그림 12와 같이 금정기점 약 1 km 지점, 34번 전주로부터 3m 전방으로 설정하였다.

나. 접촉영상 쵤영 확인 절차

1) 측정위치에서의 캔트 측정

2) 측정위치의 수평 기준 사진 촬영

3) 영상장비와 조명기기 설치

4) 팬터그래프와 전차선 접촉영상 촬영

5) 고속으로 촬영된 팬터그래프 접촉영상 캡처

6) 접촉영상 판독에 따른 팬터그래프 경사각도 확인

다. 팬터그래프와 전차선 접촉각도 확인

1) 레일캔트 측정 확인

촬영위치에서의 레일 캔트를 확인하기 위하여 캔트 측정기로 측정하여 확인한 결과, 그림 13과 같이 레일 캔트는 100 mm이며, 그림 14에서 보듯이 경사 각도 계산 결과 경사각도는 3.99°로 확인되었다.

\begin{align*} 경사각도 C =\tan^{-1}(\dfrac{B}{A})=\tan^{-1}(\dfrac{100}{1435})\\ \\ = 3.9862928^{\circ}\risingdotseq 3.99^{\circ} \end{align*}

2) 전차선과 팬터그래프 접촉 경사각도

경사각도 확인은 촬영위치(경사각도 확인위치) 1차로 수평상태에서의 기준점 확인을 위한 각도를 1° 단위로 표시한 기준판을 설치 후 촬영하여 기준으로 하였다. 이후 팬터그래프 접촉사진을 캡처한 사진에서 팬터그래프 습동판의 경사 각도선을 그려서 앞에서의 기준 사진과 중첩시켜 경사 각도를 확인하는 방법으로 확인한 결과, 그림 15와 같이 3.2°로 확인되었다.

3) 전동차 속도

촬영위치에서의 전차선과 팬터그래프 접촉각도 확인은 열차속도와도 상당한 상관관계가 있어 전동차의 팬터그래프 간격(13.5 m)을 기준으로 표 2에서와 같이 표시 부분을 팬터그래프가 통과하는 영상 프레임의 시간차(0.9 sec)를 확인하여 다음과 같이 계산한 결과, 54 km/h 로 확인하였다.

- 초속 계산 : 13.5 m / 0.9 sec = 15 m/s

- 시속 계산 : 15 m/s × 3,600 sec = 54,000 m

- 전동차 속도 : 54km/h

라. 전차선 편마모 상태와 팬터그래프 접촉각도 비교

전차선의 마모형태는 그림 12의 우측 사진과 같이 경사지게 마모된 치수(전차선 양쪽 마모량 차이가 0.6mm이고 마모 폭은 11 mm정도)를 각도로 환산한 값이 3.12°이고, 팬터그래프와 전차선이 접촉되는 각도가 그림 15와 같이 3.2°로 서로 비교해 보면 거의 유사한 것을 확인하였다.