전기철도 단권변압기 급전방식에서 단권변압기는 전차선로의 전압강하를 보상하고 유도장해를 경감하며 단권변압기 중성점에 계기용 변류기를 설치하여 전차선로 고장점을 표정하는데 사용되고 있다. 현재 국내 교류 전기철도 급전계통에서 차량기지용 단권변압기를 전철변전소(SS), 본선SSP, 기지SSP에 차량기지 구내 말단측에는 없고 차량기지 입구측에만 고속철도와 일반철도를 합하여 총 15개소의 차량기지에서 운용되고 있다
본 논문에서는 차량기지용 단권변압기가 차량기지의 전차선로 전압강하 보상과 차량기지구내 전차선로 지락고장 발생 시 차량기지용 단권변압기에 유입되는 고장전류 분포 특성을 알아보기 위하여 설치장소별 3가지 형태(차량기지용 단권변압기가 전철변전소에 설치된 경우, 차량기지용 단권변압기가 본선SSP에 설치된 경우, 차량기지용 단권변압기가 기지SSP에 설치된 경우)로 구분하여 이론적 계산과 시뮬레이션을 통하여 분석하였다.
그리고 차량기지ATP가 있을 경우에 차량기지 구내 전압강하 보상과 차량기지 구내 전차선로 지락고장 발생 시 차량기지용 단권변압기에 유입되는 고장전류 분포 특성을 시뮬레이션 구현을 통해 분석하였다.
또한 본선 단권변압기 급전계통에서 전철변전소와 본선SSP에 차량기지용 단권변압기가 있을 때와 없을 때를 구분하여 전차선로 임피던스 궤적의 변화를 시뮬레이션을 수행하여 비교 분석하였다.

본 논문에서 얻은 연구결과는

첫째, 차량기지 입구측에만 설치된 차량기지용 단권변압기는 차량기지 구내 말단측에 단권변압기와 급전선(AF)이 설치되어 있지 않아 일반 교류 단상 2선식 배전선로 전압강하 계산방식으로 계산하여야 한다는 것을 전차선로 임피던스 등가회로계산법을 해석하여 계산식을 유도하였다. 그에 대한 시뮬레이션을 수행한 결과 차량기지 말단의 전기철도차량 위치에서의 전압은 차량기지용 단권변압기가 전철변전소(SS)나 본선SSP에 있을 때나 없을 때 모두 26,694[V]로 동일하게 나타났다. 그러나 차량기지용 단권변압기가 본선으로부터 분기되어 별도의 기지SSP에 있을 경우에는 27,209[V], 기지용 단권변압기가 없을 경우에는 26,972[V]로 차량기지용 단권변압기가 기지SSP에 있을 경우 본선SSP~기지SSP간 2.3[㎞]에 대하여 237[V]를 보상한다.

둘째, 레일전류 분포 특성에서는 본선에서 전기철도차량이 AT2~AT3 구간을 운행할 때에는 AT1~AT2 구간의 레일에 흐르는 전류(I_R)는 0.002[A], 본선과 동일조건하에 차량기지에서는 AT1~AT2구간의 레일에 흐르는 전류(I_R_1)는 약 0.005[A]가 시뮬레이션 수행결과 나타나 AT가 없는 차량기지 말단측 방향의 레일로는 전류가 흐르지 않는다는 것을 알 수 있었다.

셋째, 차량기지용 단권변압기가 SS에 설치되어 있고, 차량기지ATP가 없을 경우에는 차량기지 구내 전차선로 지락 발생 시 전차선과 레일에 흐르는 고장전류는 141.9[A]로 같았다. 그러나 차량기지용 단권변압기가 SS에 설치되어 있고, 차량기지ATP가 있을 경우에는 차량기지구내 전차선로 지락 발생 시 고장전류는 전차선에 343.4[A], 레일에 275.5[A], 급전선에 67.9[A]로 차량기지ATP가 있는 경우에 전차선 고장전류는 레일과 급전선에 약 4:1의 비율로 분류되어 흐른다는 것을 시뮬레이션을 통하여 확인하였다.

넷째, 차량기지 전차선로의 임피던스 특성측면에서는 본선과 차량기지를 동일조건으로 전차선로 2.5[㎞]를 0.5㎞씩 5등분하여 각각 전압, 전류를 구하여 임피던스 궤적의 특성을 시뮬레이션 한 결과 본선 전차선로 임피던스 궤적은 거리가 증가함에 따라 파상 형태를 보였고, 차량기지 전차선로 임피던스 궤적은 거리가 변화함에 따라 임피던스 값이 비례하는 직선형 궤적으로 나타났다.