전기철도의 급전계통에 서지가 발생하면 이상전압과 고조파를 동반하게 된다.
급전계통에서 기기 등의 절연열화 및 절연파괴를 유발하게 되므로 부득이한 운전 정지의 경우가 발생하고 2차적으로 승객에 대한 서비스의 저하를 가져오게 된다.
특히 최근에는 신호․통신설비 등 전차시스템 등이 전자화되어 고품질 및 신뢰성 , 경제성 등이 있는 전력의 공급을 요구하고 있고 또한 고조파의 영향이 매우 높음 으로 서지의 영향에 대한 대응책이 절실히 요구되고 있다.
1.급전계통의 영향
서지전압은 급전 계통에 있어서 상용주파수 운전전압에 의한 지속적으로 전기적 인 영향을 받고 있으며 서지전압의 원인에 의한 급전계통의 설비 기능을 정지시키 는 정상전압을 초과한 순간적으로 발생하는 충격적인 스트레스를 받을 수 있고 지락 등의 발생에 의한 인명에 치명적인 영향을 줄 수 있다.
또한 절연파괴가 되지 않더라도 급전계통 설비의 절연열화 및 전기적인 스트레스 를 통해 계통에 피로를 주는 경우가 있으며 회로의 오동작 원인이기도 한다.
2.기기에 대한 영향
이상전압은 전차선 및 신호선을 따라서 반사 또는 감소 등을 반복하면서 파급 되어 계통에 연결되며,주변에 있는 신호기기,통신기기,전력기기 등에 침입하여 기 능을 저하시키거나 오동작의 원인이 된다.최근 신호․통신 기기 등의 다양한 첨단 반도체가 사용되고 있으며,전력용 제어회로 및 저압회로 등에 여러 과도서지로 인 한 영향이 지속적으로 나타나며 과도전압에 및 고조파에 의한 서지의 영향이 있는 것으로 구분된다.
과도 서지전압에 의해 애자의 열화 또는 파손,지지물의 손상,전력기기의 절연파
괴,순시전압강하 등으로 인한 전력변환장치의 운전정지 또는 소음․과열,전자장비 의 오동작을 발생시시키며,계통의 공진현상으로 인한 진동․소음․과열 등의 콘덴 서의 과열,계전기 및 통신선로의 유도 장해 및 기기의 오동작,고조파 성분의 전압 왜곡이 심각해지면서 전자기기의 오동작 및 수명과 성능을 저하 시키는 등을 발생 하는 고조파로 인한 영향이 있다.
3.직격뢰에 의한 영향
낙뢰가 선로에 침입 시 전압은 먼저 그 선로의 고유한 임피던스(서지 임피던스)에 의해 결정 되며,전류()는 처음 두 부분으로 나누어지며 서지전압()이 다음과 같 이 생성 된다.
× (2-5)
여기서, :서지전압[kV]
:그 선로의 서지 임피던스[Ω]
:서지전류[KA]
만약 10 [KA]의 낙뢰전류 및 400 [Ω]의 서지 임피던스를 가정한다면 직격뢰에 의한 서지 전압은 2,000 [KV]가 되며,10 [Ω]의 낮은 실효 임피던스에 대해 10 [KA]의 뇌격 전류를 가정하여 선로의 전압은 100[KV]가 된다.따라서 전기철도의 급전계통에서 직격뢰는 일반적으로 시스템 손상 및 오동작을 일으키며,절연 수준을 초과하는 과전압을 일반적으로 피해를 줄이기에는 어렵다.
직격뢰는 기준도 및 파고치가 가장 크며 급전계통 및 급전소의 절연내력이 이에 대응할 수 있도록 설계한다는 것과 피뢰기 등으로 완전히 보호한다는 것은 현실적 으로 불가능하다.그러므로 급전계통의 변전소와 같이 직격뢰를 받을 가능성이 있는 장소 및 변전소 자체는 물론 약 1[km]범위내에 가공 급전계통에 대해 가공지선을 설치하고 그 것을 다중 연접 접지해서 그 접지저항을 극력 저하시켜 직격뢰의 변전
소 침입을 방지한다.그러나 고압의 낙뢰가 장치에 직접 떨어지는 직격뢰 및 어떠한 이상전압 및 낙뢰로부터 보호시스템의 민감한 전자부품을 완벽하게 보호하기는 어려울 것이다.
직격뢰 또는 유도뢰에 의한 신호 및 통신케이블은 높은 뇌서지 전압이 발생하며, 신호장비의 소손이나 오동작이 증가하고 있는 추세이다.근접한 거리에서 발생한 낙뢰로 인해 발생하는 과도과전압 및 서지의 칩임으로 ATP용 LEU의 서지보호기가 손상되거나,변압기 및 신호전원실 배전반 판넬의 LEU 배선용 차단기가 소손되는 경우도 있었다.