미래 도시철도의 선두를 이끌 차세대 전동차
-국내 최초 직접구동전동기 개발 및 시제차량 제작
"국가의 기술경쟁력 상승, 운영기관은 차량운영 유지비 절감, 승객에게는 저비용의 편리한 서비스를 제공하는 차세대 전동차"
차세대 전동차로 연구개발된 차량의 외부 디자인
2012년 2월 2일 출근 시간, 지하철 1호선 전동차가 고장나 한파 속 직장인들이 큰 불편을 겪는 사고가 발생했다.
전동차 고장 사고는 이날 퇴근 시간에도 이어졌다.
수색역에서 갑자기 멈춰선 전동차는 6분간 움직이지 않았고, 이 사고로 전동차에 탑승했던 승객 150여명이 다른 전동차로 갈아타는 소동이 벌어졌다.
영하 10도가 넘는 한파 속에 전동차가 멈추는 바람에 출퇴근 시간 시민들의 발이 묶였다.
이 사고는 각종 뉴스와 언론사에서 앞다퉈 ‘출근길 대혼란 사고’로 보도할 만큼 큰 사건이었다.
사고 원인은 55년만에 찾아온 2월의 기록적인 한파로 인해 출입문이 얼고 제동장치가 고장난 것이라고 알려졌다.
그러자 혹한 속에서도 전동차가 안전운행을 할 수 있도록 대비책을 마련해야 한다는 목소리가 높아졌다.
한파나 폭우 등 날씨에 영향을 받지 않고 전동차를 이용할 수는 없을까?
버스나 택시 등이 도로에 발이 묶여도 전동차를 이용하면 제 시각에 도착할 수 있다는 믿음을 시민들이 가질 수는 없을까?
최근 개발된 차세대 전동차가 이런 문제들을 해결해 줄 수 있을 것으로 기대되고 있다.
전기로 달리는 전동차의 등장
전동차는 궤도 위에 전차선을 가설하고 가선(架線)으로부터 전원을 공급받아 운행하는 동력분산식 동차로, 전기동차라고도 한다.
전동차가 최초로 등장한 것은 1888년이다. 기존의 증기기관차는 석탄을 사용했기 때문에 도심운행에서 매연이 문제가 됐다.
이에 전기를 사용하는 전기동차가 개발돼 미국 버지니아주에서 실용화에 성공한 후 각지로 퍼졌다. 우리나라에서는 1974년부터 출퇴근, 통학용 등 유용한 대중교통수단으로 이용되고 있다.
버스나 택시와 달리 교통체증이 없고 저렴한 요금체계와 도착지까지의 시간 계산을 비교적 정확히 할 수 있다는 장점으로 인해 서민들이 많이 애용하고 있다.
현재 우리나라에는 7,000량 이상의 전동차량이 운행되고 있다.
초기에는 전동차를 제작할 기술력이 부족해 일본에서 구입해 왔다. 1980년대 초까지만 해도 저항차량, 초퍼차량, VVVF차량의 핵심기술은 모두 해외에서 수입했다. 때문에 도시철도 운영기관의 운영비용 및 유지보수비용이 증가해 문제가 됐다.
현재는 차량 핵심 기술도 국내 기술로 제작된 제품이 운영기관에 공급돼 운영되고 있다. 그러나 차량시스템은 여전히 외국 기술에 의존하거나 기존 기술을 답습하는 수준에 그치고 있다. 기술의 독창성도 없고 시스템적으로도 여러 구조적인 문제를 가지고 있는 것이다.
시험운전으로 누적 주행거리 2.7만km를 달성한 차세대 전동차
차세대 전동차의 핵심기술 중 하나인 직접구동전동기(DDM)용 주행장치의 실모습
이 기술은 차세대 전동차의 주행 안전성과 승차감을 높여준다
국내 기술력으로 차세대 전동차 개발
2011년 10월 31일, 국내 기술력으로 선보인 차세대 전동차가 시운전을 마쳤다.
차세대 전동차는 기존의 시스템에서 한층 업그레이드된 기술이 사용됐다. 수송의 안전성을 향상시키고 유지보수성을 획기적으로 개선시킨 것은 물론 승객들의 편의성도 증진시킨 것이다. 차세대 전동차 개발을 위한 ‘차세대 첨단 도시철도시스템 기술개발사업’은 2005년 시작됐다.
종합시스템 엔지니어링, 차세대전동차시스템개발, 인프라시스템개발, 시험선 구축분야로 구분해 산/학/연 공동으로 연구를 추진했다.
2011년 말까지 국토해양부 및 민간의 지원을 받아 약 470억 원이 투입된 사업이었다.
이 사업을 주도한 한국철도기술연구원 차세대전동차 연구단은 도시철도분야 핵심기술을 집중적으로 개발해 선진국 중심의 차량기술에서 벗어나 우리나라가 주도하는 핵심기술을 개발했다.
이 개발로 인해 국가에게는 기술경쟁력 제고, 운영기관에게는 차량운영유지비 절감, 승객에게는 저비용으로 편리한 서비스를 제공할 수 있게 됐다.
새롭게 탄생한 차세대 전동차는 기존 전동차에 비해 수송능력이 10% 향상됐다. 차량의 속도 및 가속도가 향상되고 개별제어 벡터제어(1C1M)를 통해 견인력도 향상됐고, 또한 추진시스템은 분산제어방식을 적용함으로써 인버터 1대 고장시에도 운행에 지장이 없도록 하고, 부품구성을 개선하여 차량의 신뢰도를 20% 향상했다. 승객 서비스 역시 30% 향상됐는데, IT 기술을 이용한 정보 서비스를 제공하는 것은 물론 장애인 편의시설 신축, 실내 공간 확대 등의 장점이 있다.
연결 통로문을 없애 통로를 넓혔지만 승객들이 느낄 소음은 감소됐는데, 곡선 구간에 맞게 바퀴 방향을 돌려주는 ‘조향대차’ 방식을 적용했기 때문이다.
조향대차 방식을 도시철도에 적용시킨 것은 세계 최초이다. 반면 에너지는 20% 절감됐다. 차체를 경량 알루미늄을 사용해 경량화하고 고효율 전동기, 에너지 저장장치를 적용해 전력비를 절감한 것이다.
이밖에 환경친화성 10% 향상, 유지보수성 20% 향상이라는 성과를 거뒀다. 차세대 전동차는 2012년 이후 1,224량이 서울메트로 2, 4호선 대폐차로 활용될 예정이다. 2014년까지 10만km 시험주행을 거쳐 2015년부터 부산교통공사 1호선 연장선, 서울메트로 등 전국 도시철도에서 운행될 예정이다.
차세대 전동차의 세가지 타입의 실내 모습. 좌측부터 도심혼잡형 칸, 혼합배치 칸, 첨단형 칸이다
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