고속철도용 자기진단형 주회로 차단기 개발
"자기진단형 주회로 차단기의 개발로 한국형 고속철의 진화는 계속된다"
[연구진 인터뷰]
● ‘자기진단형 주회로차단기’는 최근 본격 운행된 KTXⅡ보다 한 단계 더 발전된 차세대 고속철도에 사용된다는데 이번 연구에 대해 소개 해달라.
자기진단형 주회로차단기는 300km/h의 고속으로 운행되는 고속철도차량에 문제가 발생될 경우 자동으로 회로를 정지시키는 장치로 차량운행 및 승객의 안전과 직결되는 높은 신뢰성이 요구되는 장치이다. 이번 연구는 기존 주회로 차단기의 차단부 및 매커니즘에서 진일보한 차세대 고속철도에 맞는 주회로차단기를 개발하는 것이다.
● ‘자기진단형 주회로차단기’ 연구가 가져올 긍정적 효과는 무엇인가?
현재 철도차량용 주회로차단기는 해외 선진사가 선점하여 세계시장을 장악하고 있다. 이에 우리 자체 기술을 개발, 성장한다면 국내 철도차량을 비롯한 국외로 수출되는 고속철도 기술에 동반 적용되어 수입대체 효과와 함께 국내 기술의 우수성을 알리는 계기가 될 것이다.
● 현재 운행속도 400km/h를 위한 차단부 시료가 제작되었다는데?
운행속도 400km/h를 위한 차단부는 경량화, 공압을 배제한 매커니즘으로 고수명·고용량으로 개발되어 자체성능을 확인했으며 공인기관의 성능인증을 위한 관련 시험을 기다리고 있다. 이 외에도 열차의 속도향상을 위하여 수반되는 차체 경량화, 수송력 증대와 동력 분산기술 및 차량 운영유지 단계의 유지보수 비용 최소화, 운용효율 증대를 위한 표준화, 모듈화된 시스템 적용을 위한 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.
● 철도는 세계적 추세인 친환경 저탄소에 부합하는 운송수단으로 국제적으로 연구와 관심이 증대되고 있다. 앞으로의 계획은?
전 세계적으로 친환경 운송수단인 전기 철도의 활용이 매우 높아지는 추세이다. 특히 고속철은 빠른 속도와 안전한 수송을 보장해야 하기 때문에 최첨단 기술의 집약체라 할 수 있다. 이에 ‘자기진단형 주회로차단기’ 연구는 국내 철도차량이 세계에 진출하기 위한 교두보가 될 것이다. 또한 연구를 통하여 확보한 차단부 제작기술 및 절연물, 매커니즘 기술 등을 철도 시설에 적용함으로써 더욱 안정적인 철도용 전력공급이 가능할 것이며, 스스로 차단부의 수명 진단이 가능한 차단기의 개발을 통하여 철도산업뿐 아니라 전기산업 전반에 걸쳐 안정적인 전력 공급이 가능 할 것으로 기대한다.
2010년 개봉한 <언스토퍼블>이라는 미국 영화가 있다. 폭발성 화물이 실린 열차777호를 다른 선로로 옮기느라 견인하려고 기관차를 연결했다가, 정비공의 실수로 시동이 걸려 승무원 한명 없이 질주하기 시작했다. 도심으로 들어서 커다란 재앙을 일으키기 전에 이 미쳐버린 폭주기관차를 멈추려고 고군분투하는 두 기관사의 이야기다. 화려한 CG로 뒤덮여 현란한 화면을 선사하는 요즘 영화의 트렌드와는 다르게, 약간은 복고적인 재난영화라서 그런지 묘하게 현실감 넘치는 긴장감을 자아냈다.
그런데 사실 이 영화가 실감이 넘쳤던 이유는 따로 있다. 이 영화가 바로 실화를 바탕으로 했던 것. 실화랍시고 온갖 각색을 다 해 놓아 원래 이야기를 알아보기도 힘든 여느 영화들과 다르게 실제 사건의 세세한 부분까지 영화에서 그대로 재현했다. 실제 사고는 2001년 미국 오하이오주에서 발생한 일명 ““Crazy 8888”” 사건이다. 8888호 열차가 영화에서처럼 106km 가량을 시속 약 80km로 아무도 없이 질주했다. 폭주중인 열차 47량 중 두 량에 폭발물질인 ‘몰펜 페놀’이 가득 찬 상태라 영화만큼이나 절박한 상황이었던 것. 영화에 등장했던 탈선장비, 헬기에서 기관사 레펠, 총으로 브레이크 파괴 등 온갖 방법들이 실제로 사용되었다. 결국 8888호를 멈춰 세우고 대재앙을 막은 주인공은 영화에서처럼 폭주열차의 뒤를 열심히 쫓아간 베테랑 차장과 새내기 기관사 커플이다.
이 사고는 조금 특별한 경우기는 하지만, 열차사고는 대개 커다란 재앙으로 이어지기 마련이다. 교통수단에 따른 사망률 조사 자료들을 살펴보면 묘하게도 교통수단이 안전할수록 사소한 사고는 적지만 재난급의 사고는 더 많다는 사실을 알 수 있다. 안전한 교통수단의 대명사인 철도와 비행기가 한 번에 많은 승객을 태우고 더 빠른 속도로 움직이기 때문일 것이다. 한 번 사고가 나면 큰 재앙으로 이어지는 만큼 열차의 안전장치는 무엇보다 중요하다. 특히나 지하철부터 고속철도까지, 대부분 열차의 동력원이 전기인 현대에는 과전류를 제때 차단해야 한다는 걱정거리도 생겼다. 자칫 엄청난 전류로 열차의 민감한 전자기기가 망가지는 것은 물론, 승객들도 위험해질 수 있기 때문이다.
전기동력열차의 1차 안전장치가 바로 주회로차단기(Main Circuit Breaker, 이하 MCB)다. MCB는 말 그대로 열차로 흘러드는 전력을 차단해 주는 장치다. 이 장치 덕분에 <언스토퍼블>에 나온 것과 같은 사고가 나더라도 현대의 전철에서는 영화에 등장했던 온갖 위험천만한 일을 하지 않아도 된다. 관제실에서 상황을 파악하여 수동으로 전원을 끄면 그만이기 때문이다. 갑작스런 과전류가 흐를 경우에도 MCB가 자동으로 작동하여 알아서 위험한 전류를 차단해주니 안심이다.
MCB는 일반적으로 진공차단기라고도 부른다. 열차에는 매우 많은 양의 전기가 흐르므로 큰 불꽃이 일지 않도록 진공용기 안에 스위치 역할을 하는 전극을 넣어두고 이 전극을 공기압 실린더를 이용하여 작동시킨다. 열차에는 공기 압축장치를 설치하여 MCB를 작동시킨다. 그런데 현재 철도차량에 사용되는 공기압력식 구조의 MCB는 공기가 새거나 할 경우 제대로 작동하지 않는 경우가 있다. 이 경우 제때 전원을 차단하지 못해 큰 사고로 연결되거나 한참 주행중에 제자리에 멈춰서서 움직이지 않을 수도 있어 철도 운영에 큰 차질을 줄 수 있다.
물론, 기존 MCB의 이러한 문제점을 보완할 수 있는 방법이 이미 개발되고 있다. ㈜비츠로테크가국가 R&D로 2007년부터 추진해 온 ‘고속철도용 자기진단형주회로차단기 개발사업’으로 개발하여 실용화를 앞둔 ‘전자식 구조의 MCB’가 바로 그것. 새로 개발한 MCB는 아예 공기압력 사용을 배제하여 공기 누설로 인한 오작동 가능성을 없애서 안전성을 높였다. 게다가 전자식 구조를 사용함으로써 자기진단기능과 같은 고급 기능을 탑재할 수 있어 신뢰성을 높이고 유지보수가 간편해졌다는 장점도 있다. 이 기술은 차세대 고속철도에 본격적으로 적용할 계획이다.
철도차량용 MCB는 SECHERON, ABB, ALSTOM, BBC등 해외 기업들이대부분의 기술을 확보하고 있다. 국내에서는 순수 국산 기술로 개발된 MCB가 상용화되어 KTX에 탑재됐다. 이번 사업으로 기존의 MCB를 한 단계 업그레이드하여 실용화 실적을 확보할 경우 해외 기업들이 선점한 시장에 진입할 수 있을 것이다.
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