궤도회로의 정의, 원리, 구성 요소

목차

궤도회로는 선로 위 열차가 있는지 없는지 감지하는 장치입니다. 열차를 안전하게 운행하기 위해서 하나의 궤도에는 하나의 열차만 운행하여야 하고, 그러기 위해서는 열차 유무를 확인하는 게 필요합니다. 궤도회로는 철도 신호 시스템의 가장 기본적인 보안 장치이며, 다른 시스템과 연동하여 안전도를 높여주는 핵심적인 장비입니다.

 

Track Circuit

궤도회로란? (Track Circuit)

궤도회로는 글자 그대로 열차가 주행하는 궤도를 하나의 전기회로로 사용하는 것입니다. 미세한 전류를 궤도에 흘려보내면 평소에는 전기회로가 정상적으로 유지되다가 열차 진입 시에는 차축에 의해 회로가 단락되면서 열차의 존재를 확인합니다. 이를 선로전환기나 기타 연동장치에 연결하여 열자 제어를 효과적이고 안전하게 할 수 있도록 합니다.

 

모든 신호 시스템에서는 열차의 위치를 파악하는 것에서부터 시작해 다양한 안전장치를 구비하고 있습니다. 궤도회로는 1869년 미국의 윌리엄 로빈슨에 의해 발명되어 열차의 사고를 획기적으로 감소시키고, 선로용량 즉 열차 운행 횟수를 늘리는 데 큰 역할을 하게 됩니다.

 

궤도회로의 원리

궤도회로의 원리는 폐쇄회로를 구성하는 것입니다. 하나의 폐색구간에 하나의 회로를 만드는데, 궤도가 기계적으로 떨어진 곳은 (궤도의 길이는 25m 단위를 가장 많이 사용) 레일본드를 연결해 전기가 통하도록 합니다. 인접한 폐색구간에 대해서는 절연 장치를 접속하여 전기가 단절되도록 합니다.

 

회로의 한쪽은 전원장치를, 다른 한쪽에는 궤도계전기를 접속하여 궤도에 차량이 없을 때는 흐르는 전류에 의해 계전기가 여자 되며 계전기에 연결된 릴레이가 동작합니다. 계전기가 여자 되면 열차가 없다고 간주하고 이를 신호기 장치나 다른 신호 보안 장치에 정보를 보내는 것입니다. 그렇게 철도 신호기에 진행을 지시하는 녹색등이나 차내신호가 기관사에서 운행을 허가합니다.

 

궤도회로의 구성 요소

궤도회로의 종류는 다양하고 선로나 열차 시스템에 따라 적용되는 장치가 다르지만, 기본 구성요소는 다음과 비슷합니다. 궤도에 전류를 흘려주는 전원장치, 인접한 궤도회로를 독립적으로 구성하게 하는 절연 장치 등이 있습니다.

 

1) 전원장치

전원장치는 직류와 교류에서 사용하는 기기들이 다릅니다. 직류 궤도회로는 정류기와 축전기를 사용하고, 교류 회로는 변압기, 주파수 변환장치, 송신기 등을 사용합니다. 아주 작은 전류(1A 또는 5A)를 궤도에 흐르게 해 전기회로를 구성하는 시작 지점이 되는 곳입니다.

 

2) 궤도 절연 장치

궤도 회로는 신호 보안 장치에서 가장 중요한 장비입니다. 인접한 궤도의 전류가 흐르지 않도록 궤도 절연 장치를 설치합니다. 선로가 외부 충격이나 기후 등에 영향을 받아도 절연 장치는 견고해야 하고, 무엇보다 신뢰도가 높은 장비여야 합니다. 설치 위치는 신호기 장치나 열차 정지 표지, 차량 한계 등과 같아야 합니다. 지형이나 다른 조건에 의해 일치시키기 어려우면, 유효한계를 설정하여 내방, 외방 일정한 거리 안에 설치하도록 하고 있습니다.

 

3) 레일본드 (Rail Bond)

레일 본드는 절연 장치와 반대로 전류가 흐르도록 연결하는 장치입니다. 레일은 보통 25m 길이의 철 구조물을 연결하여 설치하기 때문에 이음매 부분은 기계적으로 떨어져 있어 전류가 흐르지 못합니다. 이러한 레일 연결 부분에 전기저항을 낮추기 위해 본드로 연결하는 것입니다.

 

도시철도 같은 전기를 동력으로 사용하는 열차는 레일에 귀선 전류가 크게 흐르기 때문에 이를 보완하기 위해 단면적이 훨씬 큰 본드를 사용합니다. 이 외에도 저항을 감소시키는 크로스 본드 등이 있습니다.

 

4) 한류 장치

한류 장치는 궤도회로에 열차가 진입해 갑자기 전류가 차단되거나, 일시적인 과전류로 회로 구성이 망가지는 것을 방지하기 위해 전류를 조절하는 기기입니다. 직류에서는 가변 저항기를 사용하고, 교류에서는 리액터를 이용해 역률이나 위상을 조절합니다. 

 

5) 궤도 계전기 (Track Relay)

궤도계전기는 궤도회로에 흐르는 전류나 주파수를 검지하는 기기입니다. 열차 유무를 확인하는 궁극적인 기기로 외부 충격에 강하고, 내구성이 강한 제품을 사용해야 합니다. 궤도계전기는 열차 안전에 절대적인 조건이 되므로 동작이 정확해 신뢰할 수 있어야 합니다.

 

또한 다른 전기장치나 낙뢰 등 기후 영향에도 파괴되거나 오동작하지 않아야 합니다. 궤도회로를 어느 정도 긴 회로를 구성해야 신뢰도가 증가하는데, 장시간 궤도를 유지하기 위해 소비전력이 낮을수록 좋습니다.

 

직류 궤도회로에는 무극 계전기, 유극 계전기, 궤도 연동계전기 등이 있고, 교류 회로에는 1 원형, 2 원형 계전기 등이 있습니다. 무극 계전기는 여자 된 전류에 의해 동작하고 신호 보안장치나 다른 연동장치에서도 사용되고 있습니다. 유극 계전기는 그 안에 자석이 있는 구조입니다.

 

이상으로 궤도회로에 대해 간략하게 알아보았습니다. 철도 신호 시스템에서 궤도회로는 출발점이 되는 장치로서 열차를 감지하는 것부터 안전이 시작된다고 할 수 있습니다.