열차의 선로, 분기기, 선로전환기 시스템

 

목차

열차는 선로라고 하는 전용의 주행로를 운행합니다. 선로는 운행을 위한 본선과 차량을 조성하거나 피하기 위한 측선들로 이루어져 있습니다. 하나의 주행로에서 다른 주행로로 이동하기 위해 설치된 곳을 분기기라고 하고, 분기기의 방향 전환을 위해 설치된 일련의 장치들을 선로전환기 시스템이라고 부릅니다. 

 

선로

 

열차의 안전한 운행을 위한 선로와 분기기, 선로전환기에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

열차의 선로

선로란 앞에서 언급한 대로 열차를 안전하고 빠르게 운행하기 위해 설치된 전용의 주행로를 말합니다. 선로는 궤도와 이를 지지하는 노반으로 이루어져 있습니다. 또 궤도는 레일, 침목, 도상으로 이루어집니다.

 

열차 선로에는 간격을 넓히거나 높이차를 두는 특이한 구간이 있는데, 이를 슬랙과 켄트라고 합니다.

슬랙은 곡선 부에 궤도 간격을 넓혀 설치한 것인데, 그 이유는 열차가 곡선 부에서는 원심력을 받아 차축이 밖으로 나가려고 하는 관성 때문에 소음이 발생하고 승차감이 저해되는 것을 완화해 주기 위함입니다. 켄트도 이와 비슷한 개념으로, 이러한 원식력은 완충시키기 위해 곡선 부 바깥쪽 궤도를 살짝 높게 설계하여 안전도를 높이고 있습니다.

 

다음으로 각 구성 요소를 설명하고, 그 역할에 대해 알아보겠습니다.

 

1) 노반

노반은 궤도를 받쳐주는 지반을 이야기합니다. 열차의 하중과 궤도 등을 지지해야 하므로 지질 조사를 통해 어떻게 단단하고 평평하게 다져야 하는지 결정하고 시공합니다. 종류로는 성토 노반, 혼합 노반, 콘크리트 노반 등이 있습니다. 무거운 하중을 견딜 단단한 땅을 만든다고 생각하시면 되겠습니다.

 

2) 궤도

궤도는 노반 위에 설치하는데 흔히 자갈로 된 도상을 깔고, 그 위에 나무로 된 침목을 나란히 부설하고 레일을 설치하는 것을 말합니다. 

• 레일 : 열차 하중을 직접적으로 받쳐주는 철도 된 구조물입니다. 보통 철도 선로라고 하면 레일로 생각하는 경우가 많은데, 레일은 열차가 탈선하지 않도록 T자 모양의 특수한 형태로 제작됩니다. 레일은 길이와 중량으로 구분하고 있는데, 국내에는 25m 길이의 50 kg, 60 kg 무게를 주로 사용합니다. 레일이 하나의 긴 레일이 설치되어 있는 것 같지만 25m 길이의 철 구조물을 깔고 접속시켜서 만드는 것입니다. 이 접속 부분을 이음매라고 하는데, 열차 운행에 있어 승차감을 저해하는 요소라 최근에는 하나의 레일을 200m 이상으로 하는 장대레일을 선호하고 있습니다.
• 침목 : 침목은 레일을 고정하기 위해 일정한 간격으로 설치된 구조물입니다. 철도 선로를 걸으실 때 레일 밑에 나무판이 일정한 간격으로 설치된 것을 보셨을 겁니다. 예전에는 이러한 목침목을 가장 많이 사용했지만, 지금은 콘크리트 침목, 철침목 등 내구성이 강한 재료를 이용해 만들고 있습니다. 침목은 열차 하중을 견딜 수 있어야 하고, 충격을 받았을 때 완충할 수 있는 능력이 있어야 합니다. 또한, 도상 위에 견고하게 설치될 수 있어야 하며 유지보수가 용이하도록 재료를 구하기 쉽고 가격이 저렴하면 좋습니다.
• 도상 : 도상은 영어로 Ballast라고 하고, 열차의 하중을 노반에 전달하면서 완충작용을 합니다. 예전에는 거의 자갈로 된 도상을 사용하다 지금은 콘크리트 도상을 많이 적용하고 있습니다. 

궤도는 그 간격에 따라 표준궤간, 협궤, 광궤로 구분하는데 그 기준은 1,435mm입니다.

 

분기기

분기기는 선로에서 주행로 이동을 위해 설치된 부분을 말합니다. 이 분기기는 포인트 부, 리드 부, 크로싱 부로 구성됩니다. 포인트 부는 열차의 방향을 전환해주고, 리드 부는 크로싱 부와 포인트 부를 연결하는 중간 부분, 크로싱 부는 두 개의 선로가 교차하는 부분을 말합니다.

 

분기기는 선로를 분기하는 모양이 어떻게 생겼느냐에 따라 편개, 양개, 내방, 외방 분기기 등이 있습니다. 분기기를 통과하는 방향에 따라 '대향'과 '배향'이라는 개념이 있는데, 특히 대향은 분기기의 밀착이 확고하지 않으면 탈선의 위함이 있으니 주의해야 합니다. 

 

크로싱 부

 

크로싱 부는 교차하는 각도에 따라 구분합니다. 분기기에는 안전도 향상을 위해 안전측선을 설치하기도 합니다. 열차가 제동장치 이상이나 과속으로 인해 제동거리를 확보하지 못했을 때, 반대편 열차와 충돌 등을 피하고자 예비 선로를 하나 만들어 그쪽으로 열차를 안내하는 것입니다. 내리막이 심한 구간에 주로 적용하고 있습니다. 이와 비슷한 목적으로 열차를 탈선시켜 대형 사고를 막는 탈선 선로전환기도 있습니다.

 

선로전환기 시스템

선로전환기는 분기기에 설치된 기계 장치를 말하는데, 분기기의 방향을 전환하는 역할을 합니다. 선로전환기는 구조에 따라 분류하기로 하고, 사용되는 동력에 따라 분류하기도 하는 등 많은 종류가 있습니다.

 

선로전환기 상태를 표현할 때 정위, 반위라고 말하는데, 정위란 열차 운행 방향에 있어 중요한 방향으로 개통된 것을 말합니다. 예를 들어 본선과 측선이 있으면 본선 방향, 측선과 안전측선이 있으면 측선 방향이 정위가 되는 것입니다. 

 

1) 기계식 선로전환기

기계식 선로전환기 분기기의 첨단 부 레일을 연결하여 사람의 힘으로 전환하는 장치입니다. 지금은 거의 사용되지 않는 이 방식은 오래된 기지 내 입환 작업을 할 때 가끔 사용되고 있습니다. 그 종류로는 추 달린 선로전환기, 핸들부 선로전환기, 전철레버 등이 있습니다. 

 

전기식 선로전환기

전기식 선로전환기는 분기기의 개수가 많아지고 선로의 길이가 길어짐에 따라 사람이 하나하나 작동을 할 수 없게 되면서 개발되었습니다. 선로전환기 작동 버튼을 누르면, 안쪽에 계전기가 반응하여 전동기를 작동시킵니다. 이 전동기의 힘으로 전환기가 움직이며 이번보다 손쉽고 안전하게 방향 전환을 할 수 있게 되었습니다. 

 

초기 전동기는 단상형 유도전동기를 주로 사용했습니다.

 

 

철도 신호 시스템