차세대 고속 철도”해 무”무사고에 도전

모든 차량에 전동기가 설치하고 있기 때문에...달리는 힘을 길러 정전의 가능성을 없앤다

2012년 08월 03일


지난 달 27일, 부산 카나이 터널안에서 KTX 열차가 정지했다. 열차의 2대 있는 “전동기의 냉각 장치”의 양쪽 모두가 망가졌던 것이다. 이 때문에, 500명의 승객은, 1시간의 사이, 찜통 열차 중(안)에서 동작 없게 갇혔다. 그런데인 2015년 에도 이와 같은 사고는 거의 사라지는 것 같다. 한국 철도 기술 연구원 등  50남짓의 기관이 5년간 심혈을 담은 차세대 고속 열차 “해 무 - 430X”가, 2015년의 실용화를 목표로 해 시운전을 개시했기 때문이다.

7월 25일 오후 11시 30분. 부산 부산 철도 차량 정비단에서 최고 시속 430 km를 자랑하는 해 무가 어둠을 찢어 고모역을 출발했다. 9회째의 시운전을 하기 위한(해)다.

6 양편성의 해 무는, 제일 전의 차량을 제외한 5량에 410 kW급의 전동기가 1 양 당 4 개씩계 20개가 장착되고 있다. 기존 KTX와 같이 양단의 열차가 전체를 당기는 것이 아니라, 열차의 각 차량에 동력이 설치되어 움직인다. 연구자는, 이 때문에, 터널내에서 정차 사고는 거의 없을 것이라고 확신하고 있다.

김・키판 고속 철도 연구 본부장은, “기존의 동력 집중형에서는, 고속 열차의 속도가 한계에 이르렀다”로 해, “시속 300 km이상으로 달리려면  엔진을 나누는 것이 유리하기 때문에, 세계적으로도 동력 분산식이 여럿이 되었다”라고 말했다. 실제의 해 무에 장착된 전동기의 출력은 8200 kW로 KTX 야마카와의 8800 kW보다 작지만, 최고속도는 시속 100 km정도 빠르다.

○빠르면 빠를수록 커지는 공기 저항을 잡아라！

이 날의 해 무는 울산역과 고모역을 3회 왕복한 것을 포함해 540 km를 달렸다. 울산〜고모구간에서의 해 무의 최고속도는 시속 300km. 시속 430 km에 단번에 올리지 않는 이유는, “공기 저항”이다. 공기 저항은​​속도의 제곱에 커지므로, 열차가 빠르면, 고속 주행이 어렵다.

핵심은, 열차에 전력을 공급하는 팬터그래프의 조정이다. 고속 열차는, 25000 V의 전압이 흐르는 전선으로부터 전기를 받아 움직인다. 전선과 팬터그래프의 간격이 일정할 필요가 있어, 전력 공급이 활발하게 행해지고 있다. 그런데 , 고속으로  달리는 위, 떠오르는”양력”가 발생해, 간격이 불규칙하게 되어, 불꽃이 발생해, 전력이 절단 되는 사고가 일어나는 일이 있다.

킴요웅크 철도연의 차세대 고속 철도 기술개발 사업단의 책임 연구원은 “팬터그래프는 위가 둥글어지면, 상하의 공기의 흐름의 속도에 차이가 생겨 양력이 발생하는”으로 해 “이것을 조절하기 위해서, 팬터그래프아래에 반달형의”에어 포일( airfoil) “을 붙이는”이라고 설명했다. 이번 시운전에서는, 해 무가 시속 300 km이상으로 달리는 공기 저항을 최소한으로 억제하기 위한 에어로 포름과 각도를 찾는 목적이 있다.

○ “몰래 강하고” ...브레이크도 다르다

빠르게 달리는 만큼 잘 멈추는 일도 중요하다. 통상의 고속 열차는, 전동기를 반대로 돌리는 “전기 브레이크”방법으로 속도를 늦추어 멈추는 경우는, “기계 브레이크”의 방식을 사용한다. 해 무는, KTX 야마카와와 같이 차바퀴의 축을 취하는 “디스크 브레이크”가 아니고, 차바퀴의 휠을 잡는 “휠 디스크 브레이크”를 선택해 정차 소음을 줄였다. 휠 디스크 마찰별로는, 탄성이 큰 금속재료를 넣어 제동력도 높였다. 김요웅크 박사는, “탄성이 있는 물질을 사용했으므로, 마찰력도 크고 호이르디스크가 마줄어 들 걱정도 적다”로 해 “이 때문에, 제동력은 한층 더 커져, 정지할 때, 디스크축안내 마찰하면서, 운 소리도 잡을 수 있었다”라고 설명했다.

한편, 해 무의 제일 뒤의 차량에는, “영구자석 전동기”를 장착해 전력 효율도 높였다. 김기판 본부장은, “동력 분산식 열차라고 하는 이점을 활용해 영구자석을 적용하는 실험을 하는 것으로, 진정한 차세대 고속 열차를 제작하려고 하고 있는”이라고 이야기했다.



[1]열차의 차바퀴와 모터가 붙어 있는 철도 주행 장치의 모습이다. 보통 열차 1개소에 2개의 차체를 지탱하는 부분이 들어가고, 차체를 지탱하는 부분 근처의 모터가 2 개씩 걸려 있다. 해 무의 시작차는, 5개소에 전동기가 붙어 있던 개소에 한냥에 4개소씩 총 20개의 모터가 들어간다.

[2]해 무는, 객차아래에 전동기가 들어가기 위해, KTX-야마카와와 같이 차바퀴를 잡는”디스크 브레이크”를 활용하는 공간이 없다. 그 대신에 차바퀴의 휠을 잡는 “휠 디스크 브레이크”의 방식을 사용하는 한편, 마찰 제도 탄성이 부드러운 것으로 바꾸었다. 그 덕분에 소음은 줄어 들어, 제동력도 보다 향상했다. 시속 300 km로 급브레이크가 발생했을 경우, 완전하게 정지할 때까지 밀리는 안전 거리기준은 3300 m입니다만, 해 무의 경우 2870 m로, 보다 짧아졌다.

[3]전철이 빠르게 달리는 만큼 공기 저항은 커진다. 이것을 줄이기 위해서, 해 무의 앞부분은 KTX-야마카와 등 다른 고속 열차보다 홀쪽한은 있다. 터널등이 좁은 공간을 통과할 때의 압력등을 전부 계산하고, 적정한 형태를 찾았다.실제의 실험에서도, 시속 300 km로 달렸을 때에 KTX-야마카와보다 10％정도, 공기 저항을 줄였다.

[4]열차에 전기를 공급하는 장치인 집전장치(팬터그래프)는, 해 무한 편성에,  2쿡쿡 찌르고 있다. 통상의 진행 방향의 뒤의 팬터그래프를 세워 전력이 공급된다. 열차가 고속으로  움직이고 있을 때, 공기 저항과 양력을 조절할 수 있도록 팬터그래프 하부에 반달형의 에어 호일을 붙인다.

http://news.dongascience.com/PHP/NewsView.php?kisaid=20120803100000000205&classcode=0109

무사고에 도전은 www

어쩐지, 부품의 내구성의 문제로부터 이야기가 빗나가고 있군요.

원래, 동력 분산은, 동력이 분산하기 때문에 고장이 적은 것이 아니고, 멘테넌스가 많이 걸리기 때문에, 보수의 부실을 하면, 동력 집중형보다 고장 빈도는 높아지지 않았지？w