2019년 08월 22일, 목요일  


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2019년 8월호
(421호)

화물용 이동식 전차선 시스템 제어·보호기술


철도 물류 혁신, 운송·비용 최적화

접었다 펼 수 있는 화물열차용 이동식 전차선이 나왔다. LS전선이 세계 최초로 개발한 이 기술은 전차선을 선로 바깥쪽으로 이동시켜 화물의 적·하차를 자유롭게 할 수 있는 기술이다.

전차선은 주로 선로 위쪽에 설치되어 전동열차에 전기를 공급하는 전선이다. 기존에는 고정식 전차선이 설치되어 있어 컨테이너와 같은 화물을 싣고 내리는데 방해가 됐다. 화물열차는 컨테이너를 싣고 내리는 것은 상하작업이 중요하기 때문에 상부공간에 제약이 있으면 크레인이나 리치스태커를 활용해 컨테이너를 싣거나 내릴 수 없다. 때문에 그동안 물류역은 전차선이 없는 별도의 화물작업철도를 두고 화물작업철도와 전차선이 설치된 철도를 오가는 화물열차 운송용 디젤 기관차를 운영해 왔다.

기존 운행방식은 화물열차가 본선에 도착하면 기관차를 분리하여 디젤 기관차를 연결하고 디젤 기관차가 끌고 작업선으로 이동해 작업선에서 화물차를 하역하고 다시 본선으로 이동하여 열차에 기관차를 연결하는 7단계가 필요로 했다.

이에 LS전선이 개발한 화물용 이동식 전차선 시스템 제어·보호기술을 활용하면 본선에서 바로 작업선으로 이동하여 단 3단계로 컨테이너 하역이 가능해진다. 또한 작업선에서 바로 열차 도착과 출발이 가능하기 때문에 쓰지 않는 선로를 철거할 수 있고 수송업무가 간편해지며 안전성을 확보할 수 있다. 이 기술은 일반 철도차량기지에서는 제한적으로 사용되어 왔으나 화물용으로 개발된 것은 이번이 처음이다.
 
 
 
기술개발자
 · LS전선㈜
  경기도 안양시 동안구 엘에스로 127
  Tel. 031-450-8296
 · ㈜재영테크
  경북 김천시 어모면 다남로 166
  Tel. 054-433-7544
교통신기술 제41호
   보호기간 : 2017. 12. 22 ~ 2022. 12. 21 (5년)
 
 

철도 물류 혁신, 적·하차 체계를 바꾸다

전기 기관차와 디젤 기관차의 1㎞ 당 유지비 평균단가는 가격 차가 7배에 달한다. 견인력 또한 전기 기관차가 3배 이상 높다. 때문에 1회 화물열차의 연간 동력비 절감액은 연간 1억원에 이른다. 또한 작업시간도 1회 화물 적하시간 기준으로 40분에서 1시간까지 단축할 수 있다. 신기술은 이러한 비용절감을 바탕으로 물류의 효율성을 혁신적으로 높일 수 있을 것으로 기대된다.

또한 고정식 전차선 때문에 활용되던 디젤 기관차를 대신하여 전기 기관차를 활용함으로써 이산화탄소 배출량을 줄이고 환경친화적인 교통수단으로 탈바꿈할 수 있다. LS전선과 재영테크가 개발한 화물취급선용 이동식 전차선 시스템 및 제어·보호기술은 이러한 기술력을 바탕으로 교통신기술 제41호로 지정됐다.
 
이동식 전차선으로 7단계→3단계 줄여

구체적으로 살펴보면 이 기술은 이동식 전차선 시스템이 설치된 화물취급선에서 전기 기관차가 별도의 입환용 디젤 기관차를 활용하지 않고 자가입환을 완료한 후 컨테이너 하역을 위해 이동식 전차선을 분리하여 전차선의 간섭이 없는 가운데 하역이 가능하도록 하는 기술이다. 필요에 따라 열차 상부에 위치한 전차선을 접었다 폈다 할 수 있다는 것이다.

열차가 도착하면 화물작업철도 전광판에 단전 표시가 뜨고 열차 지붕 위쪽에 설치되어 있던 전차선 지지대가 회전하면서 선로 가장자리로 이동한다. 전차선이 선로 바깥쪽으로 이동하면 리치스태커와 크레인 등을 이용하여 컨테이너를 야적장에 내려놓는다. 컨테이너 하역이 완료되면 전광판 표시가 단전에서 급전으로 바뀌고 열차가 출발하게 된다. 7단계 작업을 3단계로 줄여 철도 물류 적하 체계에 혁신을 가져올 수 있는 것이다.

이동식 전차선 시스템은 크게 강체전차선(R-BAR) 시스템과 구동장치, 안전장치, 제어장치, 보호장치로 구분할 수 있다. 이동식 전차선은 회전형이며 기온차와 바람에도 안정적으로 작동되도록 개발되었다.
 

 
분산형 제어방식, 안전성 확보

R-BAR 시스템은 전차선에 전기를 공급하는 강체전차선 시스템이다. 이러한 강체전차선은 구동장치를 통해 회전 이동을 하게 된다. 브래킷과 지지클램프는 지상에서 5~6m 상부에 설치되고 최대 45m/s의 풍하중에 견딜 수 있도록 충분한 내구력을 갖고 있다.

또한 화물열차가 화물작업철도에 들어서면 열차를 감지하고 이동식 전차선을 분리 가능한 조건에서만 동작할 수 있도록 제어된다. 레이더 센서를 이용하여 열차가 지정된 구간에 진입했는지 여부를 감지하여 열차가 지정된 위치에 있지 않을 경우 이동식 전차선이 작동되지 않도록 하는 것이다.

또한 제어장치는 시스템을 보호할 수 있는 장치로 레이저 센서를 통해 판토그래프를 감지할 수 있다. 이동식 전차선의 연결 및 분리 동작에 따른 철도 차량의 판토그래프를 감지하여 R-BAR 손상을 방지할 수 있다. 아울러 초음파 센서를 통해 컨테이너 간섭을 감지할 수 있으며 화물열차에서 컨테이너를 하역할 때 컨테이너가 위험한 위치에 접근하면 경고음이 발생하여 위치를 재조정할 수 있다.
 
이동식 전차선 시스템은 주로 차량기지와 건널목 등에서 적용되어 왔으며 화물용으로 개발된 것은 이번이 처음이다. 이동식 전차선 시스템은 방식에 따라 회전형, 횡행 슬라이딩형, 주행 슬라이딩형, 오픈 리프트형으로 구분할 수 있다.

화물취급선은 기존에 설치되어 온 차량기지와 달리 외부에 노출되어 있어 계절 및 일교차와 같은 환경 변화에 영향을 미치게 된다. 이에 LS전선은 외부환경 변화에도 전원 접속 장치간 결합거리가 일정하게 유지되도록 하는 전원접속장치를 개발했다.

또한 기존의 이동식 전차선 제어장치는 각각의 브래킷 회전을 제어하기 위해 다수의 하드웨어 내장 방식으로 결선되기 때문에 포설함에 따른 비용과 시간이 요구된다. 아울러 다수의 제어선으로 인해 선로를 따라 포설공간을 확보해야 한다. 반면 이번에 개발된 분산형 제어방식은 통신방식으로 이종간 통신매체를 활용하여 통신오류가 발생하는 것을 최소화하고 시스템 확장이 용이하여 유지관리성이 높다.


 
남·북 통일시대 대비, 활용도 높아
대량 수송시 운송 경쟁력이 높은 철도화물의 컨테이너 물동량은 증가 추세를 보이고 있다. 특히 남북한 평화 분위기가 조성되고 있는 가운데 통일시대를 대비하여 우리나라에서 북한을 거쳐 중국, 러시아까지 이어지는 대륙철도에 대한 인식이 높아지고 있다. 이에 따라 LS전선과 재영테크가 개발한 화물취급선용 이동식 전차선 시스템 및 제어·보호기술은 이러한 기술력을 바탕으로 국내외 철도화물시장에서 활발히 적용될 것으로 기대된다.

국내에서 철도노선과 연결되어 있는 주요 물류시설로 컨테이너 야적장(CY)은 오봉, 부산진, 태금, 군산 등 33개소가 있으며 보세화물창고(CFS)는 4개소, 자동차 하치장은 울산 등 2개소, 철강기지는 의왕 등 2개소, 철강 하치장은 인천 등 7개소, 광석창고는 동해 등 4개소 등이 있다. 또한 지류센터와 무연탄기지, 군화물기지 등이 전국에 조성되어 있다.

아울러 지구온난화와 미세먼지 등 환경문제의 중요성이 날로 높아지고 있는 가운데 기존의 고정식 전차선으로 인하여 이산화탄소를 배출하는 디젤 기관차가 활용되어 왔다. 이에 신기술인 전기 기관차를 이용한 컨테이너 운반용 이동식 전차선 시스템을 활용하면 철도수송시 발생하는 이산화탄소 배출량을 제로화할 수 있다.

또한 철도 물류산업 발전을 위해서 입환 생략시스템인 E&S시스템과 컨테이너 2단 적재 열차 DST 시스템 등에서도 활용할 수 있으며 철도화물수송에서 가장 중요한 운송시간 단축과 경제적인 운송운임을 강화할 수 있어 화물취급선용 이동식 전차선 시스템의 활용도는 국내외 철도화물시장에서 더욱 높아질 것으로 기대된다.
 
김정현 기자 (ltmkjh@hanmail.net)
기자 김정현 기자        
작성일 2019-03-05 (화) 14:56
분류 교통신기술
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