팬터그래프(Pantograph)

출처: 한국철도기술연구원, 네이버카페
 
전동차등 전기차량의 지붕에 설치되어 전차선과 직접 접촉하고 있는 사마귀 앞발 모양의 장치가 바로 전차선에서 전기를 받아 차량에 보내주는 펜터그래프이다. 전기로 전동기를 돌려 달리는 전기차는 전기를 차량자체에서 만들거나1) 아니면 외부에서 받아 들여야 하는데 후자의 경우 전차선에 흐르고 있는 전기를 팬터그래프를 통해 효율적으로 받아들일 수 있는 매커니즘을 갖추는 것이 중요하다. 그런데 지하철의 전동차처럼 속도가 낮은 경우는 큰 문제가 없지만 고속철도처럼 속도가 높아지면 이 팬터그래프에 의한 공기저항과 소음도 결코 무시할 수 없다. 그래서 한국형 고속철도차량에서는 고속에서의 공기저항과 소음을 줄이기 위해 이 팬터그래프의 크기를 최소화 하는 것은 물론이고 실제 운행시는 진행방향에서 볼때 뒤쪽 팬터그래프 1개 (차량 1편성당 양쪽끝 동력차량에 1개씩 2개가 설치되어 있음)만 올리는 구조로 하였다. 
 

또 팬터그래프는 고속에서도 전차선과 잘 접촉하여 팬터그래프가 전차선에서 일시적으로 떨어지는 소위 "이선"되지 않아야 하는 것이 무엇보다 중요한데 팬터그래프가 전차선에서 이선하는 현상이 심하면 전기를 스므스하게 받아들이기 어려울 뿐 아니라 아크가 튀어 전차선과 팬터그래프가 녹아버리는 등 손상되어 정상적인 운행이 어렵게 된다. 이를 막기위해 우선 공기피스톤에 의해 약 7kgf2)의 압상력으로 팬터그래프의 접전판을 전차선과 접촉시켜주고 전기가 필요없는 경우는 실린더에서 공기를 빼주면 스프링의 힘으로 하강하여 팬터그래프를 접을 수 있도록 되어 있다.

또 차량이 진행함에 따라 일어날 수 있는 접전판의 좌우, 상하방향의 처짐이나 불균형은 보조 스프링박스와 흔들림방지 롯드가 각각 방지한다. 물론 전차선측에도 이선 방지대책이 필요한데 이에 대해서는 나중에 "우리고속철도는 심플커티너리 방식으로 건설한다" 편의 참고 "전차선 설치방식의 종류" 항으로 설명하겠다.

한가지 재미있는 것은 팬터그래프의 상부암에 붙여 놓은 보조날개의 특이한 구조인데 열차의 속도에 따라 적절한 양력을 발생시켜 팬터그래프의 전차선 접촉을 도와줌과 동시에 보조날개에 부딪치는 공기로 공기막을 만들어 고속운행 시 접전판 주위의 풍압을 줄여주는 역할도 한다. 또, 한가지 특기할 만한 것은 카본제 집전판 속에는 공기관이 들어있어 집전판이 전차선과의 마찰에 의해 과도하게 마모되거나 다른 사고 등에 의해 손상을 입어 공기과의 공기가 누설되면 즉시 차량을 정차시켜 더 큰 사고로의 확대를 막고 있다. 절연공기공급관 및 팬터그래프와 차체의 지붕사이에 설치된 애자는 차체와 동력용 전기회로간의 절연을 위한 것임은 물론이다.

1) 디젤전기기관차는 차량에 탑재한 디젤엔진으로 발전기를 돌려 발전된 전기로 전동기를 회전시키고 이 회전력으로 전진한다.
2) kgf : 1kgf란 질량 1kg에 물체에 작용하는 중력과 같은 크기의 힘을 말한다.