철도 신호 시스템

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철도에서 신호는 안전을 확보해 주는 절대적인 개념입니다. 철도는 선로(궤도) 위를 전진 또는 후진만 하여 이동합니다. 선로 전체에 1개의 열차만 있다면 신호 시스템이 필요하지 않겠지만, 운행 횟수를 증가하고 고속화가 이루어져 효율을 높이기 위해서는 신호체계가 절대적으로 필요합니다.

 

철도 신호

철도 신호란?

철도 신호는 폐색이라는 개념을 기본으로 설계되었습니다. 폐색이란 1개의 선로에는 오직 1개의 열차만 운행해야 한다는 것입니다. 하나의 열차만 운행한다면 열차의 충돌이나 추돌 사고는 생겨나지 않겠지요?

 

철도 신호란 열차 운행 조건을 알려주며 진행을 허가하거나 금지하고 위험 요소 등을 알려주는 것입니다. 열차 운행상 안전을 확보하고 수송 효율을 높이기 위한 것을 철도 신호 보안 장치라고 합니다. 열차는 많은 인원을 수송하는 데 유용하고, 전용의 궤도를 갖고 있어 정시성이라는 강점이 있습니다. 이를 더 안전하고 빠르고 원활하게 운행하도록 필요한 게 철도 신호이며, 철도 신호의 안전성을 강화하는 것이 신호 보안 장치입니다.

 

어느 구간에 열차가 있는지 없는지 확인하고, 열차의 유무 상태에 따라 선로전환기나 철도 신호 등 많은 보안 장치들이 유기적으로 연결되어 운용효율을 높여줍니다. 예전의 기계식 장치들이 지금은 컴퓨터화되어 자동화 및 전산화가 빠르게 진행되었습니다. 

 

신호 보안장치는 신호장치, 궤도회로장치, 폐색장치, 연동장치, 열차자동제어장치, 열차집중제어장치 등으로 분류할 수 있습니다.

 

철도 신호 시스템의 발달 과정

철도 신호 시스템의 처음은 수신호였습니다. 열차보다 먼저 말을 탄 사람을 보내 선로 상태 등을 확인 후 기관사에서 알려주며 운행하였습니다. 이러한 신호 시스템이 기계 연동방식에서 점점 전자식, 최첨단으로 바뀌며 더욱 안전하고 빠르게 바뀌게 됩니다.

 

1) 수신호

처음 열차는 속도가 20km/h 이하였기 때문에 기관사가 전방을 주시하며 주의 운전하는 무신호 방식으로도 운행이 가능했습니다. 기술이 발전함에 따라 속도도 빨라지게 되었고 안전을 확보하기 위해 신호체계를 고민하게 됩니다. 

 

최초의 영국 철도에서는 신호를 담당하는 사람을 따로 채용하여 수신호를 사용하도록 했습니다. 각 역과 분기기 근처에 이러한 기마수를 배치하고, 적색 신호기를 가지고 다니며 열차보다 먼저 이동한 후 기관사에게 알려주었습니다. 이 수신호가 철도 신호의 기본 원리가 되고 이후 신호 시스템이 발전하게 됩니다.

 

2) 신호기 및 신호등

1836년 런던 그리니치 철도에서 황색 원판을 이용해 '진행'과 '정지'를 현시하는 장치를 설치하였습니다. 황색 원판이 보이면 정지하고, 원판이 90도 회전하여 아무것도 보이지 않으면 진행을 알렸습니다. 아직은 첫 신호기 장치라 선로의 방향이나 연동 장치의 개념이 부족했습니다. 또한 안개가 끼거나 다른 이유로 황색 판이 보이지 않을 때도 열차는 진행이라고 착각해 안전 확보에 어려움이 있었습니다.

 

이것을 1840년 그레이트 웨스턴 철도에서 보완해 상치신호기를 설치합니다. '정지'와 '진행' 모두 현시할 수 있는 2현시 방식으로 사각형 판이 보이면 정지, 원판이 보이면 진행을 알려주었습니다. 이 신호기의 획기적인 점은 신호가 보이지 않는 경우에는 최대한 제한받는 속도로 운행한다는 '최대 제한의 법칙'을 도입했다는 것입니다.

 

신호등 : 녹색이나 백색 등을 이용해 진행신호를, 적색이나 백색 등을 이용해 정지신호를 현시하게 됩니다. 지금은 백색 등이 오인하기 쉬워 거의 사용하지 않고 있습니다. 

 

원방신호기 : 원방신호기는 승강장에 열차를 정위치에 정차하기 위해 세워집니다. 승강장 진입을 표시하는 장내신호기가 정지 신호임을 확인하고 제동을 취급해도 승강장 전방에 정차하는 게 어려웠기 때문에 고안한 것입니다. 이로써 기관사는 원방신호기를 보고 장내신호기를 예상하며 미리 제동을 취급하거나 서행하거나 할 수 있습니다.

 

3) 연동 장치

연동 장치의 시초는 선로 전환기와 신호기를 서로 연동하는 것이었습니다. 선로전환기가 열차 진행 방향으로 개통되어 있고, 전방 선로에 열차가 없으면 신호기에 진행을 현시하는 것입니다. 작은 기계적 연동 장치가 발전을 거듭해 지금은 열차 운행의 안전을 확보하는 가장 중요한 시스템이 됩니다.

 

궤도회로란?

궤도회로는 열차의 유무를 판단할 수 있는 장치입니다. 궤도에 미세전류를 흘려보내 열차의 유무를 판단합니다. 예를 들어 궤도에 열차가 있으면 이 전류가 열차를 포함해 회로를 구성해 뒤편으로는 전류가 흐르지 않게 됩니다. 전류가 흐르지 않는 것을 보고 우리는 열차가 있음을 알 수 있습니다. 

 

이 궤도회로는 1872년 미국의 윌리엄 로빈슨이라는 사람이 처음으로 발명합니다. 국내에는 서울역 부근 제1 연동장치에 처음 사용된 것으로 확인됩니다. 지금은 궤도회로가 전차선의 전류를 이용해 확인하는 등 여러 방법이 개발되어 적용되고 있습니다. 

 

폐색 장치

처음 폐색이라는 개념을 도입하고 사용한 방식은 시간 간격 법입니다. 일정한 시간 간격으로 열차의 진입 여부를 판단했는데, 앞 열차가 고장 나거나 선로 이상으로 정차해 있다면 바로 충돌로 이어지는 위험한 방식이었습니다. 이를 보안해 거리 간격으로 바꾸고, 안전 확보를 위해 토큰 폐색장치를 개발합니다.

 

서울역과 용산역을 한 폐색구간이라고 가정해 봅시다. 열차가 이 구간을 진입하려면 폐색장치에서 토큰을 받을 때만 가능합니다. 토큰은 구간 안에 열차 없음이 확인될 때만 발행되므로 토큰을 가지고 운행하면 안전도가 크게 향상되는 것입니다. 

 

철도 신호 시스템이 발생하게 된 배경에 대해 알아보았습니다. 다시 한번 정리하면 철도에서 가장 중요한 것은 안전성 확보이며, 이를 위해 '폐색'이라는 개념이 사용됩니다. 그 '폐색'을 지키기 위해 1구간에 1 열차만 운행하도록 하는 것이 신호 시스템의 본질입니다. 그러기 위해서 궤도회로를 설치해 열차의 유무를 확인하고, 선로전환기가 진행 방향으로 되어 있는지 신호기와 연동하는 연동장치 등이 개발된 것입니다.

 

다음에는 신호기 장치, 선로전환기, 연동 장치, 폐색 장치 등 신호 시스템 항목들을 자세히 설명하도록 하겠습니다.

 

 

모노레일 ( Monorail )