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한국의 철도

韓國－鐵道

철도는 19세기의 시작과 더불어 탄생했다고 할 수 있다. 증기기관(蒸氣機關)이 1784년에 발명되고, 이것을 원동력으로 해서 노상을 달리는 증기차(蒸氣車)가 1802년에 완성, 마차(馬車)를 대신해서 처음으로 기계의 힘으로 사람이나 물건을 운반할 수 있게 되었다. 우리나라의 철도는 1899년 9월 18일, 제물포(인천)∼노량진 간 33.2㎞의 철도가 개통됨으로써 시작되었다. 이 경인철도(京仁鐵道)는 처음에는 미국사람인 모스(J. R. Morse)에게 그 부설권이 특허되었는데(1896), 그 후 일본인에게 넘어가 그들에 의해 부설되었다. 해방 후 정부 수립과 함께 교통부 직영으로 운영되다가 교통행정과 철도사업을 분리하여 경영의 합리화를 기하기 위하여 1963년 9월 1일 철도청(鐵道廳)이 발족하여 운영하고 있다. 이후 철도사업은 산업철도의 건설을 비롯하여 국산객차의 다량생산, 차관(借款)에 의한 차량도입, 철도침목의 PC화 등 각 부문에 획기적인 발전을 이룩하였다. 특히 철도의 현대화의 하나로 디젤기관차를 도입하게 되자 약 70년간 운영되어 온 증기기관차는 점차 시대의 유물로 전락하게 되었다. 철도건설은 1962년도부터 실시된 제1차 경제개발 5개년 계획에 따라 한층 박차를 가하게 되어 1965년까지 9개선, 총연장 170.2㎞에 이르는 철도가 개통되었고, 목표연도인 1966년까지 총연장 239.9㎞의 신선(新線)이 개통되었다.

1971년에는 중앙선 전철화(電鐵化) 계획에 따라 한국 최초로 전기기관차가 도입되었고, 중앙선(청량리∼제천)·태백선(제천∼고한)·영동선(고한∼백선, 철암∼북평)의 전철화가 이루어졌다.

70년대 말 급속한 경제성장과 향상된 국민생활에 발맞추어 철도는 현대화의 추진에 박차를 가하여 77년 수도권 CTC를 완공하고, 주요 선에는 냉난방 설비가 되어 있는 우등 열차 운행이 시작되었다.

80년대에 접어들어서는 차량의 국산화에 힘을 기울여 완전제품은 아니지만 기관차 및 각종 차량을 자체 생산하게 되었고, 80년 11월에는 국산 우등전기동차를 태백·영동선에 취역시켰다. 또한 수요증대에 따라서 원활한 수송을 위하여 충북선과 호남선의 복선화 및 경수간의 복복선화가 이루어졌다.

철도의 특색과 역할

鐵道－特色－役割

철도가 발달한 것은 다음의 특색이 있기 때문이다.

⑴ 한번에 대량의 수송이 가능하고 비용이 싸다.

⑵ 레일(rail) 위를 달리므로 안전하고 정확하다.

⑶ 속도가 빨라서 중·장거리 수송에 최적이다.

철도에는 많은 장점(長點)이 있는 반면, 다음과 같은 단점도 있다.

⑴ 선로(線路)·차량·건물 등의 건설이나 보수(保守)에 경비가 든다.

⑵ 일정한 곳밖에 달리지 못하므로 역까지의 왕복이나 바꿔 탄다거나 바꿔 싣는 것이 불편하다.

⑶ 운전횟수를 함부로 늘릴 수가 없다.

기관차의 종류와 특징

機關車－種類－特徵

이미 말한 바와 같이 차량을 움직이는 원동력은 증기기관에서 시작되어 과학의 진보와 더불어 전동기(電動機)나 내연기관(內燃機關) 등이 철도차량에 이용되게 되었다.

기관에서 발생한 동력은 크랭크나 기어 등에 의해서 구동륜(驅動輪)에 전달되고, 차량과 레일 사이의 마찰력에 의해서 미끄러지지 않고 전진한다. 그러나 철(鐵)의 차륜과 레일 사이의 마찰계수(摩擦係數：공전하지 않는 정도)는 고무타이어와 도로 사이의 마찰계수보다 훨씬 작기 때문에 자동차와 같이 경사가 심한 언덕길을 올라간다거나, 급히 가속(加速)한다거나 하는 일은 하지 못한다. 대신 마찰저항이 작아서 유리한 면도 많다.

기관차는 증기기관차·전기기관차·내연기관차로 대별된다.

⑴ 증기기관차(蒸氣機關車) ― 보일러의 효율(效率)이 나쁘며, 그 위에 열에너지의 태반을 연통으로 내보내므로 동력비(動力費)가 대단히 비싸게 들고, 또 길이나 무게도 이 이상 대형(大型)으로 만들 수 없고 견인력(牽引力)도 약하다.

⑵ 전기기관차(電氣機關車) ― 효율이 높은 모터를 사용하고 더구나 동력비가 증기기관보다 훨씬 싸게 들며, 소형이고 강력한 모터를 많이 달고 있어서 견인력이 최대이다.

⑶ 내연기관차(內燃機關車) ― 보통 동력비가 싸고, 더구나 효율이 좋은 디젤기관이 사용되지만, 무게에 제한이 있으므로 보통 전기기관차와 증기기관차의 중간 정도의 성능을 가진 것이 사용된다.

증기기관차

蒸氣機關車 증기기관차는 석탄 등을 때서 보일러(boiler)로 물을 고압(高壓：13∼16기압)의 수증기로 바꾸어서 그 힘으로 달린다. 운전실에 있는 증기가감판(蒸氣加減瓣)의 핸들을 당기면 보일러 내의 고압증기가 다시 과열(過熱)되고 실린더(cylinder)에 보내져 피스톤을 민다. 그 힘은 회전운동으로 바뀌어서 동륜(動輪：바퀴)에 전달되고 차륜과 레일 사이에 작용하는 마찰력으로 전진하도록 되어 있다(〔그림〕－1). 따라서,

⑴ 보일러가 클수록 힘이 강하다.

⑵ 증기압력·실린더의 수와 크기에 비례해서 견인력이 크다.

⑶ 동륜 전체에 걸리는 중량이 무거울수록 마찰력이 크게 되어 무거운 열차를 끌 수가 있다.

⑷ 동륜 직경(直徑)에 비례해서 속력이 생기는데, 견인력은 반비례해서 작아진다.

여객용(旅客用)은 속력을 낼 수 있도록 동륜이 보통 3개로 직경이 크고(1.6∼1.75m), 화물용은 견인력을 크게 하려고 동륜이 4개 이상으로 직경이 작다(1.25∼1.4m).

구조상으로는 석탄과 물을 운전실의 전후에 적재하고 있는 탱크(tank)식과 따로 탄수차(炭水車)를 가진 대형의 탠더(tender)식으로 대별할 수가 있다. 탱크식은 보통 소형(小型)으로 역 구내(構內)에서의 입환용(入換用)으로 쓰이고 있다.

실린더는 좌우에 1개씩 합계 2개가 붙어 있다. 복식기관차(複式機關車)라고 해서 한번 사용한 증기를 한번 더 저압(低壓) 실린더에 넣어서 두번 사용하는 4실린더의 기관차 및 중앙에도 실린더가 있는 3실린더의 것도 있었으나, 구조가 복잡하므로 현재는 없다.

비 등에 의해 선로가 젖어 있으면 마찰력이 부족하여 공전(空轉)하므로 레일에 모래를 뿌려서 방지한다. 이 때문에 기관차에는 반드시 모래가 적재되어 있다.

또 전후에 생긴 대형기관차에는 석탄을 때는 데 인력으로는 시간이 걸리므로 자동급탄기(自動給炭機)가 설치되어 있다. 소형의 컨베이어(conveyer)를 움직여 석탄을 아궁이까지 운반하고, 증기로 불어서 화실(火室)에 살포(撒布)하도록 되어 있다.

우리나라에서는 82년 8대의 증기기관차가 남아 정거장 내의 입환용으로 썼지만 현재는 전혀 사용하지 않고 있다.

전기기관차

電氣機關車 전기기관차는 가선(架線)으로부터 팬터그래프(pantograph：集電器)로 전기를 잡아들여 전동기를 회전시켜 그 회전력이 기어에 의해서 동륜(動輪)에 전달되어 달리게 된다(〔그림〕－2).

차량용 전동기에는 일반적으로 직류직권전동기(直流直卷電動機)가 사용된다. 이 전동기는 저속(低速)으로도 큰 회전력을 낼 수 있어서, 속도의 조절이 용이하다. 직류 기관차의 속도 조절은 다음의 방식이 취해진다.

⑴ 전동기의 속도는 전압에 비례하므로, 저속인 때에는 4∼6개의 전동기를 직렬로 연결하고, 속도를 빠르게 할 때에는 직병렬(直竝列)이나 병렬(竝列)로 한다.

⑵ 저항기(抵抗器)를 사용하여 전동기에 흐르는 전류를 가감한다.

저항기는 차체 속의 저항기실에서 철(鐵)을 주재료로 합금제(合金製)의 저항편(抵抗片)을 많이 조합한 것이다.

전동기의 회전을 차륜에 전달할 때, 대소(大小) 기어의 조합함으로써 회전수를 내릴 수 있도록 되어 있으며, 화물용 기관차는 이 치차비(齒車比)를 1：4∼5로 크게(보통은 4.44)하고 있으므로 속도가 낮고 견인력이 크다.

전기기관차의 실내에는 기기(機器)를 조작하는 보통 100V의 저압전원(低壓電源)을 위한 발전기, 모터를 식히는 송풍기, 압착공기를 만드는 압축기 등이 꽉 차 있다.

전기기관차는 가선(架線)을 흐르는 전기의 종류에 의해서 직류식(直流式)과 교류식(交流式)으로 대별할 수 있다. 교류는 변압기로 간단히 전압을 내릴 수 있으므로, ① 변전소가 적어도 된다. ② 고압전류가 흐르므로 손실이 적고, 전류가 적어도 되므로 가선을 가늘게 할 수 있는 등 설비비(設備費)가 싸게 드는 이점이 있다. 그러나 철도 연변의 통신에 장해를 일으키는 일이 있고, 교류식이라도 기관차 속에서는 직류로 고쳐서 전동기를 돌리도록 되어 있으므로 차량비(車輛費)가 약간 비싸다.

우리나라에서 1971년 3월 최초로 도입되어 중앙선 등에서 운행되고 있는 전기기관차는 가선전압이 2만5천㎾, 60㎐, 최대출력 5,300마력인 교류전기관차이다.

디젤기관차

Diesel 機關車 디젤기관이 발명된 후로는 가솔린 기관차보다 열효율(熱效率)이 좋고 큰 마력(馬力)을 낼 수 있으며 연료비도 싸기 때문에 외국에서는 일찍부터 디젤기관차가 실용되어 왔다.

그러나 디젤기관은 일정한 회전수 이하에서는 운전이 불가능하며, 한편 차륜의 회전수는 0으로부터 최고속도까지 크게 변하므로, 이 양자를 연결하는 동력전달 장치가 문제되었다. 자동차에 사용되고 있는 클러치(clutch)·변속기(變速器) 등의 기계식으로는 기어의 조작시에 쇼크가 크며, 큰 마력의 기관차용으로는 부적당하기 때문이다. 그래서 기관차에는 전기식(電氣式)이 쓰이게 되었다.

이 방식은 디젤기관에서 일단 직류전기(直流電氣)를 만들고 그것을 전동기에 보내서 달리게 하는 것으로 발전소를 가진 전기기관차라고 할 수 있다. 이렇게 하면 속도의 조절이 자유롭게 되며 다수의 차량을 연결하여도 혼자서 조작할 수 있다. 그러나 구조가 복잡하고 고가(高價)이다. 미국이나 캐나다에서는 대마력용(大馬力用)으로 태반의 기관차가 이 방식을 쓰고 있다.

우리나라에서는 6·25전쟁 중 미군이 군용으로 도입하여 사용하던 것을 1954년에 인수하였고, 1957년 SD9형 20대와 SW8형 10대를 도입한 후 계속 증가하였다.

전차와 디젤동차

電車－Diesel 動車 철도는 원래 기관차를 가지고 객차나 화차를 끄는 형태로 발달해 왔다. 그러나 이용자에 편리하도록 소단위(小單位)의 열차를 빈번히 운전하려 할 때는 기관차로는 손실이 많으므로, 각 차량에 동력을 갖게 해서 필요한 만큼 연결하는 방식이 생각되었다. 동력에 전동기를 사용하는 전차와 디젤기관을 사용하는 디젤동차가 그것이다.

전차의 특징

電車－特徵

전차는 기관차와 비교하면 다음과 같은 장점이 있다.

⑴ 동력(motor)을 분산시킬 수 있으므로 중량이 가볍고, 레일(rail) 등을 손상하지 않기 때문에 최고의 속도를 낼 수 있다.

⑵ 전동차(電動車：모터가 딸린 차량)를 많이 연결하면 대마력이 되고, 속력 특히 가속(加速)이 빨라서 시간이 단축된다.

⑶ 전동차 이외에 운전장치만 붙어 있는 제어차(制御車)와, 전동기나 운전장치가 다 붙어 있지 않은 부수차(附隨車)의 종류가 있으며, 편성 차량수를 증감하기 쉬우므로 경제적이다.

⑷ 기관차를 바꾸어 달 필요가 없으므로 종점(終點)에서 그대로 돌릴 수가 있어서 편리하다.

⑸ 자동도어(door engine) 때문에 정차시간이 짧고 또한 안전하다.

종래에는 객차와 비교해서 진동(振動)이나 전동기의 소음 등에 난점이 있었으나, 새로운 기술은 그러한 점을 이미 해결하였다.

지하철

地下鐵

우리나라의 지하철은 1971년에 착공하여 현재는 1·2·3·4·5·6·7·8호선이 차례로 개통되어 운행 중에 있다. 서울의 급격한 인구 증가에 의한 교통난 때문에 노상을 달리는 버스·택시 등만으로는 도저히 감당할 수 없어, 지하철의 필요성이 절실하게 되었다. 건설비는 많이 들지만 지상의 도로나 건물과 관계 없이 최단(最短)의 루트를 선정할 수 있으며, 노면의 버스나 택시보다 훨씬 고속(高速)이며 수송력도 단연 크기 때문이다.

지하철의 전차는 항상 지하의 터널(tunnel) 내를 달리므로 다음과 같은 특색이 있다.

⑴ 될 수 있는 한 차체를 낮게 만들고, 지붕 위에서 전기를 끌지 않고 선로 옆의 제3궤조(軌條)로부터 집전(集電)한다. 다만 지상선과 직통 운전하는 것은 가선(架線)에서 전기를 취하고 있다.

⑵ 차체는 물론, 내부의 옆 벽이나 천장도 전부 금속제로서 불연(不燃) 구조로 되어 있다.

⑶ 추돌(追突) 방지를 위해서 적신호를 넣으면 자동적으로 급(急)브레이크가 작용하는 ATS장치(automatic train stopper：열거자동정지장치)가 있다.

⑷ 유도무선장치(誘導無線裝置)에 의하여 운전지령소(運轉指令所)와 각 열차는 항상 연락이 이루어진다.

수도권전철화

首都圈電鐵化

열차의 빈도 향상으로 도심지 인구를 교외로 분산시켜 광역도시권을 형성하고, 서울시 지하철과 직통운행으로 도심지 교통의 혼잡을 완화함은 물론, 대도시의 심각한 공해문제를 감안하여 내연기관(內燃機關)이 아닌 전차로서 수도권 여객열차의 동력의 근대화로 여객들에게 쾌적한 여행을 할 수 있게 서비스를 향상시키며 동력비 및 보수비의 절감으로 경영의 합리화를 기하고자 1971년에 공사를 착공하였다.

1997년 제2기 지하철건설이 완공됨으로써 우리나라 지하철 수송부담률은 약 50% 수준에 올랐으며, 향후 사회·경제발전에 따른 교통처리를 대비하여 외국 주요 선진도시의 수준인 75%까지 수송 부담할 수 있도록 계속 노력중이다.

디젤동차

Diesel 動車 디젤동차는 다음고 같은 특색을 들 수 있다.

⑴ 전화선(電化線)과 같이 발전소나 가선(架線)이 필요치 않다.

⑵ 중유(重油)를 연료로 사용하므로, 동력비가 싸게 든다.

⑶ 힘이 강하므로 고속도(高速度)를 낼 수 있다.

⑷ 기관차보다 가벼우므로 레일을 손상시키지 않는다.

⑸ 연기가 거의 없으므로 쾌적하다. 특히 액체변속기(液體變速機)가 쓰이게 됨에 따라 구조가 간단하게 되고, 길게 이어진 열차라도 한 사람의 운전자만으로 조종할 수 있게 되었다.

객차

客車 객차란 여객을 태우기 위해 만든 차량인데, 그 자체에 동력을 갖고 있진 않다. 초기의 것은 규모도 작고 목재(木材)로 만들어졌으나, 차차 규모도 커지고 목제 대신에 철제(鐵製)로 대체되었고 차내의 설비도 점차 개량되었다.

좌석도 판자를 붙인 벤치에서 쿠션으로 바뀌고, 차내의 조명도 기름에 의한 등불에서 바닥 밑에 부착되어 있는 발전기에 의한 전등식(電燈式)으로 진보하였다. 창(窓)은, 열 때에 아래로 내리는 영국식으로는 먼지나 빗물이 차게 되므로 위로 올리는 미국식으로 바꾸고 난방도 스토브에서 스팀 난방으로 되었다. 강철로 만든 객차가 출현한 후부터 설비가 좋아져서 쾌적한 여행을 하게 되었으나 동시에 차체가 무거워졌다.

전후에는 차체를 가볍게 하는 연구가 진전되어 지붕이나 바닥도 강철로 해서 옆막이와 하나의 구조로 한, 마치 비행기의 동체(胴體)와 같은 모노코크 구조가 채택되었다. 이것은 차체 전체로 힘을 받기 때문에 얇은 강판(鋼板)을 써도 강도(强度)는 충분하며 가볍게 할 수 있다.

차내 설비에도 경합금(輕合金)이나 폴리에틸렌(polyethylene) 등을 많이 써서 재래차보다 10t은 더 가볍고 또한 튼튼한 경량 객차가 만들어졌다.

화차

貨車 화차는 화물을 수송할 목적으로 만들어진 차량이다. 초기에는 규모도 작고 목재로 만들어져 있어서 수송량이 적었으나 산업의 발달로 석탄이나 원료·제품·식료품 등을 대량으로 철도수송하게 된 후로는 화차도 대형으로 되고 화물의 종류에 적합한 각종 화차가 만들어졌다.

최근에는 편리한 점도 트럭에 뒤지지 않으며 화물(貨物)을 더욱 빠르고 편리하게 철도수송하는 새로운 방법과 설비가 채택되고 있다.

⑴ 팔레트(pallet)수송 ― 팔레트라고 부르는 평평한 짐받침 위에 화물을 실어 포크 리프트(fork lift)로 팔레트와 함께 실어내리는 기계 하역(荷役)의 방식을 말한다.

⑵ 컨테이너(container)수송 ― 컨테이너 속에 직접 화물을 넣어서, 상자까지 자동차와 철도로 운반하는 방식으로, 짐꾸리는 수고나 비용이 절약되고 속달할 수가 있다.

우리나라는 1969년에 소형 컨테이너를 사용하기 시작한 후 철도청에서는 정부의 수출 증진 정책에 부응하기 위해 크게 개발하고 있어, 앞으로 물품 수송의 대종(大宗)을 이룰 것이다.

⑶ 물자별 적합수송 ― 짐꾸리는 것으로부터 하역(荷役)·보관(保管)까지 일관하여 수송을 하는 방식으로서, 이를 위해서 특정한 화물에 적합한 설계로 된 자동차를 상하 2단으로 4차(車)식 받는 것과 밀·옥수수 전용(專用)의 것 등이 있다.

⑷ 피기백(piggyback) 방식 ― 대량·고속이라는 철도의 특색과 자동차의 기동성을 결부시켜서 일관된 수송을 하는 이상적 방식으로 컨테이너를 대형으로 만들어서 차륜을 달고, 도로상에서는 트랙터가 견인(牽引)하고 역에 닿으면 그대로 화차에 실어서 운반하는 방법을 피기백 방식이라고 하며 미국에서 크게 발달하고 있다.

선로

線路 선로란 열차가 달리는 통로이다. 그 구조는 레일·침목(枕木), 도상(道床)이라고 불리는 자갈 및 그것들을 지탱하는 노반(路盤)으로 이루어져 있다(〔그림〕－3). 선로는 그 목적에서 볼 때 열차를 안전·고속, 또한 승차 기분이 좋게 달리게 하는 것이며, 튼튼하고 고도의 정밀성(精密性)이 요구된다.

레일은 레일강(rail 鋼)이라고 하는 양질(良質)의 강철로 만들어진다. 레일은 열차가 통과할 때마다 눈에 보이지 않을 정도로 마모(磨耗)된다. 레일의 수명은 수송량이 많은 노선에서는 약 10년이며, 지방의 노선은 30년 이상으로 평균해서 20년 정도이다. 또 커브의 구간에서는 외측 레일의 내면이 차륜의 원심력(遠心力)으로 강하게 눌리어 많이 마모되며, 운전 횟수가 많은 곳의 급(急)커브 구간에서는 반년에서 1년 이내에 레일을 바꾸는 것도 있다.

레일 한개의 길이는 보통 25m이며, 레일은 온도의 변화로 길어지거나 짧아지므로 연결 부분은 사이가 떠 있고, 차륜이 지날 때마다 소리와 진동이 따른다. 최근에는 많은 레일을 용접해서 길게 이은 롱 레일(long rail)이 사용되고 있다.

롱 레일은 레일의 신축(伸縮)하는 힘을 침목과 자갈로 누르고 있으며, 이은 데가 없으므로 승차 기분이 좋고 고속철도에서는 필요한 것이다.

침목은 옛날에는 밤나무·졸참나무 등의 목재가 사용되었으나, 현재는 피아노선을 심으로 넣어 만든 콘크리트 침목이 쓰이며, 튼튼하고 수명도 수배로 길어지므로 주요 간선(幹線)에 사용되고 있다.

열차는 구조상 자동차와 같이 급커브를 돌 수 없으며, 보통의 커브는 곡선(曲線) 반경이 250m 이상으로 되어 있다. 또한 차량의 원심력(遠心力)에 균형이 맞도록 외측의 레일을 높이 하고 있으며, 이것을 캔트(cant)라고 부른다(〔그림〕－2).

철도에 쓰이고 있는 선로의 폭(幅：gauge)은 표준궤도(標準軌道)와 그것보다 넓은 광궤도(廣軌道), 좁은 협궤도(狹軌道)가 있다.

신호의 종류

信號－種類

열차가 고속으로 안전하게 달리기 위해서는 먼저 열차끼리 충돌(衝突)하지 않도록 해야 한다. 단선구간(單線區間)이면 역과 역 사이에 한 열차만 들어갈 수 있게 하여 정면충돌을 방지하고, 복선구간(複線區間)에서는 같은 방향의 열차를 일정한 간격 이상 떨어져서 운전하도록 해서 추돌(追突)을 방지하지 않으면 안 된다. 또 선로가 많은 역에서는 정해진 선로에 열차가 바로 들어가도록 할 필요가 있다.

이와 같은 조건을 승무원에게 전달하는 것이 신호기의 역할이며, 기계식신호기(機械式信號機)와 전기로 조작되는 자동신호기(自動信號機)로 대별된다.

신호의 기본은 최고속도로 다음의 신호기까지 운전할 수 있는 진행신호(靑)와 그 신호기의 바로 앞에서 정차하도록 명령하는 정지신호(赤)이다. 이 중간에, 속도를 시속 45㎞까지 줄이는 주의신호(黃)나 시속 25㎞까지 줄이는 주의신호(黃, 黃) 등도 있다.

자동신호기는 열차가 통과할 때, 차륜으로 좌우의 레일을 전기적(電氣的)으로 단락(短絡：short)시키는 원리를 응용한 것이다.

이 밖에 입환용(入換用) 신호기나 공사 등에서 서행(徐行) 운전을 지시하는 임시신호기(臨時信號機), 사고발생시 등 긴급하게 열차를 정지시키기 위한 발염신호(發炎信號) 등도 있어서 열차의 안전운전이 유지되고 있다.

또 역 구내에는 본선(本線)에서 많은 지선(支線)이 분기(分岐)되어 있으며, 열차를 어느 선에 넣을 것인가를 알리는 장내(場內) 신호기, 또 어느 선에서 발차할 것인가의 출발을 지시하기 위해 각각 선로마다 출발신호기가 세워져 있다. 역에서는 미리 정해진 선로에 차례로 열차가 들어갈 수 있도록 전철기(轉轍機：point)를 조작하고 신호기에 표시해 두어야 한다. 이 경우 전철기가 다른 선로를 향하고 있는데 청신호가 표시되면 큰 사고를 일으키므로, 기계나 전기회로(電氣回路)를 써서 전철기의 개통방향(開通方向)과 신호기의 표시를 반드시 연계(連繫)시켜 두고 있다.

큰 역에서는 여러 곳에 분산되어 있는 많은 전철기나 신호기를 조작하는 데 많은 일손과 시간이 들며 착오도 일어나기 쉽다. 이 때문에 전기로 움직이는 전기전철기와 신호기와의 연계를 위해서 계전기(繼電機)를 사용하고, 작은 스위치만으로 안전하고 능률적으로 열차를 운영하는 계전연동기구(繼電連動機構)가 널리 쓰이고 있다.

안전한 운전

安全－運轉

앞서 설명한 신호를 전(全) 열차가 완전히 지키며 운전하고 있다면 안전하지만, 만일 승무원이 착각을 일으키거나 신호를 간과(看過)하거나 하면 중대한 열차사고가 일어날 염려가 있다.

이를 위해서 정지신호로 열차가 정지하지 아니할 때에는 자동적으로 급(急)브레이크가 걸리는 ATS장치(automatic train stopper 自動列車停止裝置)가 설치되어 있다.

우리나라에서는 1970년에 호남선·경원선·중앙선(용산∼영주)에 ATS장치를 시설, 사용하기 시작하였다.

또한 열차를 정지시킬 뿐만 아니라 주의신호로서 그 제한 속도까지 열차의 속도를 줄이는 한층 진보된 구조로 된 ATC장치(automatic train control：自動列車制御裝置)가 개발되었다.

ATC장치의 가장 진보된 것은 각 구간의 운전 허용속도와 실제의 속도를 전자두뇌(電子頭腦)로 체크하여, 조금이라도 속도가 오버하면 자동적으로 브레이크가 풀리도록 되어 있어서 충돌은 물론, 서행구간(徐行區間) 등의 속도 오버도 있을 수 없게 되어 있다.

역 구내에 있는 전철기나 신호기는 보통 각 역에서 조작하고 있는데 어느 구간의 다수의 역에서의 조작을 한 곳에 집중하여능률적으로 열차운전의 컨트롤을 하는 것을 CTC(centralized traffic control：列車集中制御)라고 한다. 여기에는 중앙지령소(中央指令所)가 있어 전(全) 구간의 열차의 위치는 물론이며 열차 번호까지도 한눈에 볼 수가 있으며, 필요한 경우에는 무선으로 운전자에게 지시를 내리고 각 역의 전철기를 움직일 수 있게 되어

있다.

우리나라는 1968년에 중앙선(망우∼봉양)을 CTC로 운전하기 시작, 그 중앙지령소를 망우역에 두었다.

이 밖에 선로의 위험을 알리는 방호무선(防護無線)이나 건널목의 위험을 알리는 특수한 신호기 등 새로운 기술에 의하여 열차의 안전은 일층 향상되어 가고 있다.

새로운 철도

모노레일

monorail

모노레일은 종래의 철도와 달라서 단선(單線)의 레일이나 주행로 위를 달린다 해서 모노레일이라고 부른다.

모노레일은 빌딩 사이를 누비고, 폭주(輻輳)하는 도로 위나 도로를 만들 수 없는 하천 등의 위라도 주행로를 만들어 열차를 달리게 할 수 있다. 그러나 주행로나 그것을 지탱하고 있는 지지물(支持物)이 고가(高價)이므로 차량을 대형으로 만들 수 없고 한번에 대량의 여객을 운반하는 것은 철도만 못하다.

모노레일은 과선식(誇線式)과 현수식(懸垂式)의 2가지로 대별된다. 과선식에서는 콘크리트의 주행로를 차체가 걸쳐서 달리도록 되어 있으며 고무타이어로 수직방향의 무게를 지탱함과 동시에 좌우에서도 주행로를 꽉 끼어서 안전하게 달릴 수 있도록 되어 있다.

현수식은 레일 위를 달리는 대차(臺車)에서 차체가 매달린 모양의 것이며, 현재는 그다지 사용되고 있지 않다.

자기부상열차

磁氣浮上列車 자기부상열차란 이름 그대로 전자석 또는 영구자석의 자기력(磁氣力)을 이용하여 부상(浮上)한 상태를 유지하여 주행하는 차량을 말한다. 따라서 자기부상시스템은 바퀴나 레일이 필요 없이 기존의 열차방식(wheel on rail)과 현저히 다른 점을 가지고 있다.

자기부상(Magnetic Levitation, Maglev) 시스템은 레일과의 마찰력에 의해 추진하는 방식이 아니기 때문에 본질적으로 고속성, 무공해, 안전성, 신뢰성, 경제성 그리고 승차감이 뛰어나다. 마그레브(Maglev)는 레일 표면에서 자력을 이용해 약 1.5㎝ 또는 10㎝ 가량 부상한 상태에서 주행하기 때문에 외부와의 물리적인 접촉이 필요없어 마찰에 의한 소음 공해, 마모 등이 없는 대단히 이상적인 미래의 대중 운송수단이다.

부상 내지는 그 추진 방식에서는 영구자석을 이용한 방식과 초전도자석을 이용한 방식, 그리고 상전도자석을 이용한 방식이 있다. 영구자석을 이용한 방식은 기술적으로는 어렵지 않으나 과속주행용에는 적합하지 않아 저속의 M－반(Bahn)에만 사용된다.

자기력을 이용해서 차량을 선로로부터 부상시켜서 물리적인 접촉을 하지 않도록 하는 방법은 반발력(repulsive force)과 흡인력(attractive force)을 이용하는 방식으로 나눌 수 있다.

반발력을 이용하는 방식은 주로 차량에 탑재된 초전도 자석(superconducting magnet)을 이용하여 가이드웨이에 설치되어 있는 도전성 코일과의 상호간에 발생하는 반발력을 이용하는 방식이며, 이를 EDS(Electro dynamic suspension)라 한다. 한편 흡인력을 이용하는 방식은 차량에 탑재된 전자석(상전도)과 가이드웨이에 설치된 강자성체(ferromagnetic material)와의 사이에 발생하는 흡인력으로 차량을 부상시키는 방식이며, 이를 EMS(Electromagnetic suspension)라고 한다.

독일의 트랜스래피드(상전도 흡인식)

1979년 6월에 독일 함부르크에서 개최된 국제 교통 및 수송전시회에 '트랜스래피드 05'가 제작되어 대중에게 첫 선을 보였다.

트랜스래피드는 2개의 동일한 차량으로 구성되어 있으며 각 차량에는 8개의 자기 지지 보기(magnetic suspension bogie)가 장착되어 있다. 또 각각의 보기에 흡인력을 발생하는 부상용 자석이 4개씩 설치되어 있고, 가이드웨이의 측면을 따라 설치된 강자성체 안내용 레일 쪽으로 흡인력을 발생하는 4개의 안내자석(guidance magnetic)이 있다. 부상 높이와 안내되는 갭은 보통 10∼12㎜ 정도를 유지한다.

트랜스래피드는 다른 고속 자기부상시스템에 비해 기술적으로 약 5년 정도 앞선 것으로 평가받고 있으며, 현재 세계적인 관심의 대상이 되고 있다.

일본의 MLU 002(초전도 반발식)

일본에서는 자기부상 열차에 대한 연구가 1962년부터 국철(JR)에서 시작되었으며, 부분적으로 운수성으로부터 지원을 받아왔다. 부상 방식의 선택에 있어 EDS방식을 채용하였으며, 이는 일본에 지진이 잦은 점으로 봐서 안전을 고려하여 트랙에 충분한 에어갭(air gap)의 여유를 두기 위한 것이라고 여겨진다.

실제 크기의 시제품은 1972년 철도기술연구소에서 첫선을 보였으며, 이 때 모델은 가이드웨이가 역T자형의 ML500열차였다. 1980년에 들어서 새로운 MLU 001을 개발했고 가이드웨이도 U자형으로 교체해 실험을 계속했다. MLU 001의 주행시험에서 2량만으로 주행시 최고 속도 400㎞／h를 3량 주행시 352㎞／h를 기록했다.

일본 국철에서는 MLU 001의 시험 결과 및 축적된 기술을 통해 새로운 MLU 002를 개발하였다. MLU 002의 특징은 4k(－269℃) 온도 환경 하에서 동작하는 초전도 자석이다.

실용화되고 있는 중·저속시스템

중·저속의 자기부상 열차는 국부시스템(local system)으로 사용된다. 현재 영국 버밍엄에서

역과

공항

사이의 구간을 셔틀서비스 하고 있는 BPM

(Birmingham People Mover), 베를린에 설치된 M－반 (Bahn), 일본항공 (JAL)이 도쿄의 도심과 공항 사이의 연계서비스를 목표로 개발중인 HSST, 루마니아에서 개발중인 마그니버스 등이다.

미래의 철도

未來－鐵道

미래의 철도는 우주시대에 어울리는 초고속(超高速)이 제1조건으로 될 것이다. 레일과 차륜 사이의 마찰력으로 달리는 재래의 철도와 같은 운전 방식은 350㎞ 이상의 초고속이 되면 점착력(粘着力)이 저하하고 미끄러져서 잘 달릴 수 없게 된다. 동시에 초고속을 내기 위한 대단히 큰 동력을 어떻게 해서 차륜에 전달할 것인가도 큰 과제로 된다.

호버카(hovercar)는 차륜 대신 압축공기를 차체 밑에서 분출(噴出)시키고, 이 공기 쿠션 위를 활주(滑走)해서 달리는 것으로, 특별한 궤도 위를 수㎝ 부상(浮上)하여 시속 300∼500㎞의 고속으로 달린다.

힘으로서는 제트 엔진이나 프로펠러가 고려되지만 리니어 모터(linear motor)에 의한 방법도 연구되고 있다. 이것은 유도전동기(誘導電動機)의 원리에 의하여 움직이는 것이며, 전동기를 넓혀서 고정자(固定子)가 레일이 되어 그 위를 회전자(回轉子)에 해당하는 차량이 달리는 것으로, 차량의 마찰력이 필요 없으며 초고속용으로서 적합한 것이다. 호버카와 리니어 모터의 결합으로 최고시속 500km까지 낼 수 있는 운전방식도 연구중이며, 미국에서는 진공의 거대한 원통(圓筒) 속을 압력공기의 작용으로 굉장한 고속으로 달리는 튜브 트레인(tube train) 등도 연구되고 있다. 더욱 고속으로 더욱 안전한 미래의 철도가 어떻게 발달하고 이용될 것인지 자못 흥미롭다.