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(월요객석)열차제어 신경망으로 활용되는 궤도
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한국철도시설공단 김상태 기술본부장
철도라는 수송 수단을 특징짓고 있는 가장 큰 요소는 열차가 고정된 통로에서만 운행된다는 점이다. 항공기가 3차원 공간을 선박과 자동차가 2차원 공간을 이동하는 것에 비해 철도는 2줄의 레일로 구성된 궤도를 통해 1차원적으로 이동할 뿐이어서 언뜻보면 단순해 보이나 열차운전에는 방향의 조작이 전혀 불필요하고 전용의 통로를 확보하고 있기 때문에 시간적으로 정확하고 안전성이 높으며 노반, 궤도, 전력, 신호, 통신 등 다양한 기술의 복합체이다.

궤도는 열차운행을 유도하고 열차를 직접 지지하는 철도시스템의 핵심 구조요소로써 레일, 레일체결장치, 침목, 도상과 같은 다양한 세부 구성요소의 조합인 궤도구조체이며 분기기 등과 같은 특수 요소들을 포함하고 있다.

철도가 탄생한 이래 궤도는 2줄의 레일을 같은 간격으로 침목에 체결한 다음 자갈 또는 콘크리트 재료로 고정한다고 하는 기본개념이 변하지 않고 이어져 왔다. 궤도구조는 차량하중을 지지하고 안내한다는 기능을 최소한의 부재구성으로 실현한 훌륭한 구조이다. 또한 건설비용, 선로변경, 구조물의 변상에 대한 추종성 등을 종합적으로 고려하면 이보다 좋은 구조는 없었다고 할 수 있다.

궤도구조에서 양 레일 사이의 간격을 궤간이라고 하는데 영국의 최초 철도에서 채용된 1435㎜를 표준궤간이라 한다. 크기의 기원은 옛날의 마차 차륜폭을 기초로 세계적으로 가장 높은 비율을 점하며, 우리나라는 표준궤간을 채용하고 있다. 광궤 철도는 궤간이 1435㎜ 보다 큰 철도를 말하며 칠레의 1676㎜, 스페인, 포르투갈의 1668㎜, 오스트레일리아, 아일랜드의 1600㎜, 러시아, 핀란드, 몽고의 1524㎜ 등이 있다. 협궤 철도는 궤간이 1435㎜ 보다 작은 철도로 일본의 재래선이나 대만 등 1060㎜, 남아프리카의 1065㎜, 인도, 미얀마, 태국 등의 1000㎜, 콜롬비아의 914㎜, 우리나라에서 철거된 수인선의 762㎜ 등이 있다.

과거에 신호방식인 궤도회로가 구성돼 있지 않았던 철도는 역과 역 사이를 1구간으로 해 열차 한량마다 인접 역장간의 연락을 통한 비자동 폐색방식을 택해 철도차량의 안전확보와 수송능력의 향상에는 한계가 있었다.

이러한 문제를 해소하기 위해 레일을 전기회로로 이용한 궤도회로가 적용했으며, 궤도는 열차를 직접 지지하고 유도하는 역할과 더불어 신호보안장치의 주체를 이루고 있는 궤도회로로의 역할을 하게 됐다. 레일을 이용한 궤도회로는 열차가 진입하게 되면 차량의 차축에 의해서 양쪽 레일의 전기적인 회로가 연결(단락)됨에 따라 열차가 있는지 없는지를 검지해 신호기, 선로전환기, 연동장치, 기타 신호기기를 직접 또는 간접적으로 제어하는 전기회로이다.

이러한 궤도회로가 제공하는 열차검지정보는 열차의 운행위치, 선로의 진로상태, 열차간격 조정과 운행 예고 등 다양하게 이용되며, 국내 고속철도 구간에서는 레일에 흐르는 전류에 의해 차량에 설치된 수신기를 거쳐 열차 내로 신호 정보를 전달, 고속열차가 안전하고 빠르게 운행할 수 있게 한다.

따라서 양쪽 레일간에 전기적으로 절연이 필수이며 만약 양쪽 레일간에 전기적인 절연 성능이 확보되지 않는다면 궤도회로 구성이 안되고, 열차가 있고 없고를 자동적으로 검지할 수 없다. 그 결과 열차 방호 및 수송능력 저하는 불가피해 지기 때문에 무엇보다도 궤도의 전기적 절연성능이 매우 중요하다고 할 수 있다.

궤도의 전기적 절연성능은 침목에 레일을 고정하는 레일체결장치에서 좌우되므로 한국철도표준규격(KRS)과 유럽규격(EN)에서 전기저항 기준값(13㏀이상)을 규정하고 있다. 레일체결장치 전기저항 시험은 악천후를 고려해 전도율이 높은 염화나트륨 또는 증류수를 첨가한 물을 2분간 뿌리고 전압과 전류를 측정해 얻어진 전기저항-시간 그래프에서 최소 전기저항 값을 기준으로 정하고 있다.

근래에 철도공단과 한국철도기술연구원은 국산 레일체결장치(KR형 레일체결장치)를 공동 연구·개발해 원주∼강릉 사업에 첫 실용화 성공함은 물론 국내 공인시험기관의 시험결과 외국제품에 비해 절연 성능이 크게 향상됐음을 확인한 바 있다.

따라서 국산 레일체결장치는 우천 등 악천후 시에도 궤도회로 구성에 유리하므로 정확한 철도신호정보 제공 등 열차운행을 제어하는 신경망으로써 열차 안전운행 확보에도 기여할 것으로 기대된다.
작성 : 2017년 03월 23일(목) 09:16
게시 : 2017년 03월 24일(금) 11:03


한국철도시설공단 김상태 기술본부장

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