With Jay

[철도공학] 기차와 지하철 공학이야기

오늘은 철도공학에 대한 공학이야기를 말씀드리려고 합니다. 남과북이 철로 공동조사를 시작하는 시점에서 어떻게 철도가 운영되고 어떤 열차가 있는지 설명드리겠습니다.

철도공학은 토목공학의 세부분야입니다. 간단히 말하면 전철, 기차가 다니는 철로를 건설함에 있어서 필요한 학문 분야라고 말씀드립니다.

 철도공학

철도운영에 필요한 선로, 차량, 전기운전설비, 신호보안설비, 정차장 등 여러 설비와 그 운용에 대해서 공학적으로 연구하는 학문을 말합니다.

 철도의 운행원리

철도의 기본 구조는 선로와 차량으로 크게 나눌 수 있습니다. 선로의 레일과 차량의 차륜과의 접점에서부터 그 기능이 시작된다고 볼 수 있습니다. 즉 레일과 차륜이 철도의 기초가 되는 셈입니다.

차륜은 무거운 차레를 짊어진 상태에서 좁은 레일 위를 빠른 속도로 주행해야 하므로 그 안전성에 모든 원리가 집약되어야 합니다.

차륜과 레일의 역학적 조합으로 안전운행이 이루어지므로 플랜지, 차륜구배, 캔트, 슬랙 등의 작용이 종합된 원리에서 이루어진다고 할 수 있습니다.

 철길에 자갈을 까는 이유

대부분의 철길에는 자갈이 깔려있습니다. 그 이유는 흙이나 모래, 시멘트 등보다 투수성이 강하고 철로를 단단히 고정시켜 열차의 무게를 분산시키기에 효율적이기 때문입니다.

또한 비용적인 문제도 있습니다. 지하철은 대부분 시멘트로 고정을 시키기도 하지만 비용이 막대하기 때문에 자갈을 쓰는 이유도 있습니다.

또 한가지 이유는 사고의 원인이 될 수 있는 선로 주변의 잡초 성장을 억제하여 열차가 안전하게 운행할 수 있도록 도와주고 있습니다.

 기차의 종류

우리나라 기차는 한국철도공사가 운행하고 있으며 등급별로 열차를 나누고 있습니다.

 고속철도의 원리

우리나라는 최초의 고속철도로 KTX와 함께 최근에 운행되어지는 SRT 두개의 고속열차가 운행 중입니다. KTX는 차량 20대가 연결되어 그 길이가 무려 388m, 무게는 780톤에 이릅니다.

이 열차가 시속 300km라는 빠른 속도로 달리기 위해서는 추진장치, 제동장치, 집전장치(외부에서 전기에너지를 받는 장치), 열차제어장치 등 여러 장치들이 필요합니다.

 추진장치

전동기와 이를 조정하는 장치(주전력변환장치)로 구성이 되어 있으며, 전동기는 전기에너지를 회전힘으로 바꾸어 주는 기계로 KTX에 사용된 전동기 1대가 낼 수 있는 힘은 말 1,500마리가 내는 힘과 같습니다. KTX에는 전동기가 총12개가 있으므로 1만 8천 마리의 말이 끄는 것과 같은 힘으로 달릴 수 있는 것입니다.

 제동장치

KTX에 사용되는 제동장치는 두가지가 있습니다. 하나는 자전거나 자동차에서 볼 수 있듯이 돌아가는 쇠판을 다른 물건으로 마찰시켜 열에너지로 소모하는 기계적인 방법이 있고, 다른 하나는 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 다른 열차에게 주거나, 열로 소모시키는 전기적인 방법이 있습니다.

전기적인 방법은 에너지를 재사용 할 수 있기때문에 자주 사용되고 있습니다. 하지만 느린 속도에서는 사용할 수 없어 기계적인 방법을 사용하고 있습니다.

 집전장치

발전소에서 만들어낸 전기를 열차가 사용할 수 있도록 선로에 설치된 전선에서 전기를 가져가는 장치입니다. 이 장치는 고속으로 흔들리면서 달리는 열차가 전선으로부터 끊어짐이 없이 전기를 받아야 하기 때문에 공기압력으로 열차에 연결된 판을 전선에 밀어 붙여 전기가 통하도록 하는데, 열차가 빠르게 달리면 흔들리는 양이 많아지기 때문에 전선과 연결이 끊어지지 않도록 세기를 정교하게 계산하여 만든 스프링과 감쇠기가 일정하게 붙어 있도록 하고 있습니다.

최근에 발생한 오송역 전차선 단전 사고도 열차에 전기가 제대로 공급되지 못해 발생한 사고이기 때문에 집전장치의 중요성을 보여주고 있습니다.

 열차 지연 보상금

KTX, ITX와 같은 고속열차

20분 이상 ~ 40분 미만 지연  :  12.5%

40분 이상 ~ 1시간 미만 지연  :  25%

1시간 이상 지연  :  50%

새마을호, 무궁화호

40분 이상 ~ 80분 미만  :  12.5%

80분 이상 ~ 120분 미만  :  25%

120분 이상  :  50%

열차 운행 중단 때 환불은 물론 열차운임의 3~10%의 배상금을 추가로 받을 수 있습니다.

기차는 이렇게 지연 보상금이나 배상금이 책정되어있어 고객들의 불편을 보상해 줄 수는 있지만 전철과 지하철 고장 및 지연시 피해자들에 대한 보상은 이루어지지 않는 현실입니다.

잦은 기차와 지하철 고장으로 인한 승객들의 불편과 안전에 대한 불안함을 해소 할 수 있도록 철저한 문책과  책임을 져야 할 것입니다.

철도공학을 공부하는 많은 분들의 노력으로 어서 빨리 해결되어지길 바랍니다.