도카이도 신칸센 니시사가미 주파수 변환 변전소의 정지형화

도카이도 신칸센은 전 구간 60Hz의 교류 전기를 이용해서 운행하고 있습니다. 따라서 50Hz 주파수를 사용하는 후지카와 동쪽 구간은 변전수에서 주파수 변환 장치를 이용하여 60Hz 전력으로 변환하여 사용하고 있습니다. JR 도카이는 니시사가미 주파수 변환 변전소의 주파수 변환 장치를 회전형에서 정지형으로 교체한다고 밝혔습니다.

회전형 주파수 변환 장치는 대형 모터와 발전기를 조합해 주파수를 변환합니다. 50Hz의 교류 전력을 공급받아 60Hz의 교류 발전기를 돌리는 변환 방식입니다. 가선의 지락 등 순간적으로 대전류가 흘러도 대응이 가능하지만, 모터와 발전기가 회전하는 만큼 전력의 손실이 큽니다. 지락은 가선에 물건 등이 접촉하여 지면에 전류가 흐르는 것을 의미합니다.

정지형 주파수 변환 장치는 반도체 기술을 이용해 주파수를 변환합니다. 전력 손실이 적고 보수 작업도 경감할 수 있지만, 순간적인 대전류가 흐르면 동작을 정지합니다. 도카이도 신칸센 개통 초기에는 전부 회전형 주파수 변환 장치를 이용했지만, 순차적으로 정지형 주파수 변환 장치로 교체해 왔습니다. 하지만 순간적인 대전류에 대비해서 변전소 내 모든 주파수 변환 장치를 정지형으로 바꾸지는 못했던 상황입니다.

[자료사진] 도카이도 신칸센 니시사가미 주파수 변환 변전소.
카나가와현 서부의 미나미아시가라시 위치.
(c) 電助, CC-BY-SA 4.0 (link)

하지만 2027년 말까지 JR 도카이는 니시사가미 주파수 변환 변전소의 주파수 변환 장치를 모두 정지형으로 바꾼다고 밝혔습니다. 후지카와 동쪽에는 주파수 변환 변전소가 2개 있습니다. (니시사가마, 츠나시마) 니시사가미에는 회전형 2개, 정지형 1개가 있고, 츠나시마에는 회전형 2개, 정지형 2개가 있습니다. 이 중 니시사가미 쪽의 주파수 변환 장치가 전부 정지형으로 바뀌는 것입니다. 

 

2014년 기준 도카이도 신칸센의 주파수 변환 변전소에는 회전형 주파수 변환 장치가 대다수였습니다. 츠나시마에 있는 장치는 3대가 회전형, 1대가 정지형이었습니다. 니시사가미는 3대가 전부 회전형이었습니다. 도쿄역에서 히라츠카 변전소는 츠나시마에서, 히라츠카 변전소에서 누마즈 변전소까진 니시사가미에서 전력을 공급했습니다.

2014년부터 2019년까지 츠나시마 변전소의 회전형 주파수 변환 장치 1대를 정지형으로 바꿨습니다. 그리고 니시사가미에 있던 회전형 1대도 2015년부터 2021년까지 고정형으로 바꾼 바 있습니다. 공사비는 134억 엔이었습니다.

 

JR 도카이는 니시사가미/츠나시마 변전소에 있는 주파수 변환 장치들을 연계하여 최적으로 전력을 공급하는 기술을 개발했습니다. 즉 츠나시마 변전소에 있는 회전형 주파수 변환 장치가 전구간을 커버할 수 있게 된 것입니다. 평소에는 니시사가미, 츠나시마에 있는 모든 주파수 변환 장치가 서로 연계하여 도쿄역에서 누마즈 변전소까지 전구간에 전력을 공급합니다. 하지만 가선의 지락 등이 발생하여 가선에 대전류가 흐르면, 츠나시마 변전소에 있는 회전형 주파수 변환 장치가 도쿄-후지카와 전구간에 전류를 공급하게 됩니다.

공사비는 약 200억엔이 들어갈 것으로 예상됩니다. 하지만 회전형 주파수 변환 장치를 정지형으로 바꾸면 연간 4천만 kWh의 전기 사용량을 줄일 수 있어 2만 톤의 이산화탄소 배출량을 절감할 수 있게 됩니다. 전기 사용량이 줄고 유지 보수 비용이 줄어서 연간 12억 엔의 비용을 절감할 수 있게 됩니다.

일본은 동쪽과 서쪽의 전력 주파수가 다릅니다. 도카이도 신칸센은 주파수 변환 변전소를 세워서 노선의 주파수를 통일했습니다. 하지만 이후 개통한 호쿠리쿠 신칸센은 열차에 주파수 대응 장치를 넣어, 가선에는 50/60Hz의 전류가 모두 흐르고, 열차 내에서 두 주파수를 모두 받도록 설계되어 있습니다.

출처: https://jr-central.co.jp/news/release/_pdf/000041081.pdf