철도차량의 소음저감 방안

최근 생활수준의 질적 향상으로 승객들이 보다 쾌적하고 안락한 차내 분위기를 요구함에 따라 전차의 경량화 및 고속화 추세에 맞추어 발전하여 차내 승객이 보통목소리로 대화하는데 필요한 소음으로(약75㏈이하) 낮추는 목표에 중점을 두고 있다.

 

 

□ 전차소음 발생원

전차의 소음은 전차를 구성하는 각각의 시스템과 관련되어 복합적으로 나타나는 현상으로 이에 영향을 미치는 인자로는 차량의 고유특성, 운전조건(고속, 저속), 선로조건, 궤도조건 등이며 이들을 서로 연관하여 “전차소음”이라 할 때 전차의 소음원은 운행 중 레일과 차륜의 접촉에 의한 전동음(Rolling Noise), 팬터그래프와 가선의 접촉에 의한 집전음, 주행하는 차량의 공기역학적인 메카니즘에 의한 공력음, 견인전동기 공기압축기 인버터 등 전자장치에서 발생하는 구동장치음, 기타 차체구조물 공기조화장치 등에 의한 기타음으로 분류할 수 있다. 이들 중 전차의 속도에 따라 중·저속도(200㎞/h 미만)에서는 전동음, 구동장치음, 기타음이 지배적이고 고속차량에서는(200㎞/h 이상) 공력음 및 집전음이 지배적으로 나타나고 있다.

 

 

□ 소음의 전달경로

발생소음은 대차, 차체, 구조물을 통하여 진동의 형태로 차체를 통하여 실내로 전달되기도 하고(구조음 Structure-Borne Nose) 출입구 창틈 개구부를 통하여 직접 실내로 전달(공기음 Air-Borne Nose)되기도 한다. 발생된 소음이 공기를 통하여 전파되어 차체를 가진 시킴으로서 실내로 유입되는 2차 고체음(Second Structure-Borne Noise)이 있으며 일반적으로 실내에서 느끼는 소음은 공기음과 2차 고체음의 영향이 가장 큰 것으로 나타나고 있다.

 

 

□ 소음특성

철도차량은 다른 소음원과 달리 복합적인 소음특성을 갖는 외에도 운행환경 여건 즉 궤도, 차륜과 레일표면거칠기, 선로 등에 따라 많은 차이가 있다.

 

1. 실내소음에 영향을 주는 환경적요인

• 궤도의(Track)의 영향

• 차륜과 레일의 표면거칠기에 따른 영향

• 선로의 영향

 

2. 실내소음을 저감하기 위한 노력

전차의 소음을 저감하기 위해서는 전차내부 발생 소음원 제어, 차체의 차음성능향상, 터널내부흡음, 차량 보조기기 발생소음 제어 등이 대표적으로 고려될 수 있다. 이러한 저감방안들은 크게 소음원의 관점과 차음/방음의 관점으로 분류할 수 있다. 소음원 측면으로 볼 때는 소음원의 수를 줄이거나 소음이 작은 단품(또는 장치)을 선정하는 과정이 필요하고 이 소음원에 해당하는 것을 차량뿐만 아니고 궤도 구조물도 포함 할 수 있다. 차음/방음 측면에서는 차체가 외부의 주요한 소음원들로부터 주요한 주파수 성분을 차단 반사하는 성능을 가질 수 있도록 하거나 터널내부의 흡음처리, 차내 흡음처리 등의 조치가 필요하다.

• 전차 외부 발생 소음원 제어

• 차체 차음 성능 향상

• 터널내부 흡음

• 차량보조기기 발생 소음 제어

 

 

□ 철도차량 소음 권고기준

철도소음 피해를 줄이기 위해 철도차량에 대해 소음권고 기준을 환경부에서 마련하였다.

철도차량이 정차해 있을 때 소음 기준은 1단계 2011~2013년 전기동차(지하철 등) 70dB, 기관차 81dB, 디젤동차 82dB이며, 2단계 2014~2016년 전기동차 69dB, 기관차 78dB, 디젤동차 80dB, 3단계 2017년 이후 전기동차 68dB, 기관차 75dB, 디젤동차 78dB이다.

철도차량이 주행할 때의 소음기준은 1단계 2011~2013년 전기동차 87dB, 기관차 91dB, 디젤동차 86dB, 객차 83dB, 화차 87dB, 고속철도차량 92dB, 2단계 2014~2016년 전기동차 84dB, 기관차 88dB, 디젤동차 83dB, 객차 82dB, 화차 87dB, 고속철도차량 92dB이다.

2017년부터는 주행소음 기준이 전기동차 81dB, 기관차 85dB, 디젤동차 82dB, 객차 80dB, 화차 82~87dB, 고속철도차량 92dB로 더욱 엄격하게 적용된다.

 

 

□ 저감방안

운전속도 고속화, 레일 보수의 간편화를 위한 선로조건이 현대화되고 있다. 그러나 승객은 소음과 진동으로부터 벗어나지 못하는 모순을 보이고 있는데 이를 해결하기 위하여 각 분야별로 소음저감을 위하여 설계 시부터 검토 고려해야 할 것으로 본다.

선로분야에서는 내측궤도에 오일도유기 설치, 웹댐퍼 설치, 흡음재로서 곡선선로 주변 자갈 살포, 벽체에 흡음제 부착, 확대 궤간을 설치하고. 가진력* 저감을 위하여 레일 두부면 평활화(레일장대화, 레일삭정), 진동량 저감을 위한 궤도 질량증대(레일 중량화, 침목중량화, 궤도 슬라브 중량화)을 위한 조치를 강구한다.

 *가진력 : 레일 이음매 또는 불규칙 이상 두부면 통과, 견인시스템 교란, 차륜들간의 지지력 불균 형 등으로 인하여 발생하는 힘

차량은 자동운전(ATO) 시스템으로 정밀운전, 대차 현가장치 개선(강체 코일스프링→고무스프링), 객실창문 2중 유리로 차음성능 향상, 차륜 미끄럼 방지장치 채용(Anti-Skid), 지속적인 차륜 답면 전삭관리, 바닥 및 벽체에 설치한 점검용 카바 및 전동기 냉각풍의 제거로 차외소음 유입 저감을 위한 조치들이 설계 시 반영되어야겠다. 고속철도에서는 팬터그래프의 공력소음을 방지하기 위하여 팬터그래프에 바람이 부딪치지 않게 해서 공력소음을 적게 하는 방풍기능이 필요하다.