철도차량 시스템의 안전성

열차 충돌사고

 

안전에 관계되는 철도차량의 사고는 일반적으로 열차충돌, 열차화재, 탈선, 전복이라 할 수 있다. 그 외 승객이 다치거나 차량의 진동·소음 등에 의해 승객이나 선로변 환경에 미치는 영향이 있다. 차량의 안전성은 신뢰성과 함께 150년을 넘는 철도의 여러 가지 경험을 살린 시스템 구성, 설계기술·제조기술 및 유지보수기술에 의하여 뒷받침되며, 사고·고장방지에 꾸준한 개선 노력과 기술축적으로 확보되고 있다. 철도안전법 제정, 안전계획 수립 및 기술개발과 더불어 안전에 노력을 기울이고 있다. 즉, 운용·보수·정보를 설계·제작에 피드백(feedback)함과 동시에 적극적으로 신기술을 도입하여 안전성 향상에 노력하고 있다.

 

 

1. 차량의 안전성 확보의 기본적 사고방식

철도안전법을 비롯하여 도시철도법 등 안전과 관련된 여러 규칙과 기준들이 있다. 「철도안전법」에서는 철도안전을 확보하기 위하여 필요한 사항을 규정하고 철도안전관리체계를 확립함으로써 공공복리의 증진에 기여함을 목적으로 하고 있다. 「철도차량안전에 관한 규칙」은 철도차량의 구조 및 장치의 안전운행에 필요한 기준과 철도차량의 점검·보수 등 유지관리에 필요한 사항을 규정하고, 「철도건설규칙」에서 철도의 건설기준에 관해 필요한 사항을 정하며, 「철도차량운전규칙」에서 열차의 편성, 철도차량의 운전 및 신호방식 등 철도차량의 안전운행에 관하여 필요한 사항을 정함으로써 운전의 안전을 꾀하는 안전기준을 표시하고 있다. 그 기본정신은 다음의 안전 확보의 기본적 사고에 바탕을 둔 것이다.

① 차량 등의 구조 및 시스템 설계에 있어서 안전시스템의 사고·안전율·신뢰도·용장도(冗長度)의 적용 등은 연구와 경험의 축적이다.

② 차량의 제조과정에 있어서는 품질관리 시스템이 안전을 확보하고 있다.

③ 차량 등의 보수에 있어서는 기본적으로 예방보전시스템을 적용하고 있다.

 

 

2. 차량의 안전성 확보방안

(1) 충돌방지와 속도제어

열차충돌을 방지하는 차량의 안전시스템에는 브레이크 시스템과 ATS, ATP, ATC, ATO 시스템이 있다. 또 충돌로부터 승객·승무원의 안전을 확보하기 위한 차량구조도 배려하고 있다.

브레이크 시스템은 페일세이프(fail safe) 설계로 되어 있다. 현재 대부분의 차량은 공기브레이크 시스템이며, 거의 완전한 페일세이프(fail safe)를 확보하고 있다. 요즘 전동차에서는 조작성과 응답성을 향상시키기 위하여 전기지령 브레이크 시스템으로 하고 있으며 당연히 페일세이프 설계로 되어 있다. ATS나 ATC는 기관사의 브레이크 조작을 백업(back up)하는 장치로 기관사를 포함하는 브레이크 시스템의 신뢰성이 대폭적으로 향상된다. ATC의 견실한 페일세이프 설계는 완벽에 가까우나 실제 신호에 의해서만 안전정지될 수 있도록 다중논리회로를 채용하고 있다.

비상브레이크 거리는 브레이크 성능의 기본으로 일반철도에서는 600m이다. 최고속도의 향상과 비상브레이크 거리의 단축을 위하여 레일브레이크를 사용하고 있다. 연속 하구배에서 속도를 억제하는 억속(抑速) 브레이크에 마찰 브레이크의 연속사용은 기술적으로 곤란한 면이 있다. 요즘에는 많은 열차에서 동력브레이크를 사용하게 되었다.

그러나 동력브레이크가 페일(fail)하였을 때는 마찰브레이크로 정지할 수 있는 속도로 운전하고 있다. 충돌방지는 신호시스템과 브레이크 시스템으로 확보하고 있으나, 만일의 충돌사고에서 승무원이나 승객을 보호하기 위하여 차량 구조상의 시책이 취해지고 있다.

 

(2) 열차 화재방지와 불연화

전기차량에서는 전기기기나 회로의 과열이 화재 발생원이 된다고 가상하여, 과전류 차단시스템을 회로에 삽입하고 있다. 보수에서는 전기절연을 정기검사하고 있다. 기동차 등은 매연 누설이나 오염이 없도록 항상 보수 검사를 하고 있다.

이와 같이 원인을 제거하고 있으나 차량이 화재 나는 일이 없도록 불연화, 일부는 난연화하고 있다. 그래서 차량의 구조·재료를 배려하여 철도차량 안전규칙에서 기준을 정하고 있다. 객실 내의 화재경보는 연기검지방식으로 침대 열차나 화기를 다루는 식당차에 마련하고 있다. 기동차 등에서는 내연기관에 온도검지를 마련하여 화재경보를 하고 또한 소화기 등을 비치하고 있다.

 

(3) 탈선·전복방지

차량의 탈선·전복을 방지하려면 속도제어의 신뢰성·주행안전성, 주행장치의 신뢰성 확보가 필요하다. 차량부품 낙실을 방지하고, 횡풍 등의 기상대책도 배려하지 않으면 안 된다. 선로의 속도제한 초과는 탈선 전복을 초래할 우려가 있다. 속도초과에 충분한 여유를 갖게 하기 위하여 차량의 설계, 제조 및 보수에 있어서 주행안전성을 확보하는 기본은 각 윤중의 평균화와 안전화 및 횡압감소로서 대차 등을 설계할 때 반영하고 있다. 주행장치의 신뢰성 확보는 구조상 용장설계(Redundancy design)가 곤란하며 중량억제를 위하여 안전율을 높이기 어렵다. 이 때문에 주행장치를 시험대 시험과 현차시험을 통하여 안전 및 안정성을 검증하고 있다. 제작·보수에 있어서 특히, 윤축·대차프레임의 비파괴검사 방법의 기술향상에 노력하고 있다.

횡풍에 의한 전복에 대하여는 교량상에서 바람의 동향과 차체단면형상에 대한 효과에 대하여 연구를 진전시키며, 지진대책으로는 탈선하기 어려운 구조와 비상브레이크 거리단축을 과제로 하고 있다.

 

(4) 승객의 추락방지

열차 주행 중의 승강도어의 개문은 위험하기 때문에, 통근전차에서는 열차속도 릴레이로 전기적으로 록크하여 효과를 거두고 있다. 플랫폼(platform)에서 차량과의 사이에 승객이 추락하는 일이 있기 때문에 스크린도어를 설치하여 승객의 추락방지와 더불어 쾌적한 환경도 제공하고 있다. 차량의 연결부에는 통로막을 사용하여 추락을 방지하고 있다.

 

(5) 차량이 승객이나 선로변에 미치는 영향

차내 승객의 건강에 관해서는 공기청정의 과제가 있으며, 승차감에 대하여는 장시간의 진동이 피로를 주는 영향을 고려하게 되었다. 선로변에의 영향에 대하여는 제륜자 등에서의 분진과 전기브레이크나 재료로 제거되며, 전차용 주변압기의 PCB도 현재는 모두 실리콘유로 대치되고 있다.