선로용량

왜 배우는가: 선로용량은 철도 노선이 하루에 운행할 수 있는 열차 횟수를 알려 주는 기준이므로, 운행 계획과 복선화 투자 판단의 출발점이 된다. 실무에서는 노선 구조에 따라 다른 산출식을 적용해야 하며, 전기철도기술사 시험에서도 단선·전동차 전용·복선 구간별 산식을 묻는 문제가 5개 회차에 걸쳐 출제되었다.

출제 이력: 제128회 1교시 2번, 제119회 1교시 1번, 제116회 4교시 5번, 제115회 1교시 3번, 제91회 2교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

선로용량은 하루 동안 한 선로에서 운행시킬 수 있는 열차 횟수를 나타내는 수치이다. 열차 운행 시간대의 비율과 열차 간 시격을 반영해 산정하므로, 같은 선로라도 구간 구조와 신호 방식에 따라 값이 달라진다. 산출값은 열차 횟수(회/일)로 표시하며 기호는 N을 쓴다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 선로용량: 하루 기준으로 선로에 운행시킬 수 있는 열차 횟수이다.
• 선로 이용률(f): 1일 24시간 중 열차를 운행시키는 시간대의 비율이며, 간이 산정에서는 55~75%로 계산한다.
• 역간 운전 시간(t): 두 역 사이를 열차가 주행하는 평균 시간이다.
• 열차 취급 시간(s): 대향 열차가 통과한 뒤 분기기를 전환하여 발차할 때까지 걸리는 시간이다.
• 열차 최소 시격: 연속한 두 열차 사이에 반드시 유지해야 하는 최소 시간 간격이다.
• 단선 구간, 복선 구간, 전동차 전용구간: 선로 구조에 따라 산출식이 달라지는 세 가지 구간이다.

구간을 먼저 구분하고 그 구간의 산식을 고르는 것이 답안의 출발점이다.

2. 개념 풀이

선로용량은 열차가 선로를 점유하는 시간과 다음 열차가 뒤따를 수 있는 간격으로 결정되는 운행 능력의 척도이다. 정식 정의는 하루 동안 열차를 몇 번 주행시킬 수 있는가를 나타내는 수치이다. 따라서 선로용량은 선로의 길이나 궤도 수 자체보다, 열차 한 대가 선로를 막는 시간을 얼마나 짧게 만들 수 있는가에 따라 달라진다.

원리는 두 가지로 정리된다. 첫째, 열차 한 대가 구간을 점유하는 시간이 짧을수록 같은 시간 안에 더 많은 열차를 투입할 수 있다. 둘째, 열차 사이의 최소 간격이 작을수록 선로가 채워지는 밀도가 높아진다. 이 두 요인 중 하나라도 커지면 같은 선로에서 운행할 수 있는 열차 수는 줄어든다. 다만 실제 운행은 시간대별 수요 편차가 있어 하루 24시간을 전부 쓰지 못하므로, 선로 이용률 f를 곱해 현실적인 값으로 보정한다.

단선 구간에서는 상행과 하행이 한 선로를 함께 쓰므로 대향 열차가 통과해야 같은 방향의 열차를 출발시킬 수 있다. 이때 한 열차가 두 역 사이를 왕복하는 데 걸리는 시간 2t와 열차 취급 시간 s를 더한 값이 한 주기가 된다. 단선 구간의 용량은 대향 열차 교행 때문에 복선 구간보다 낮게 나온다. 열차 취급 시간 s는 자동신호 구간에서 1분, 비자동 구간에서 2.5분으로 계산한다. 단선 간이 산정식은 1440분에 선로 이용률을 곱하고 한 주기로 나눈 값이므로 N = 1440f ÷ (2t + s)로 쓴다.

복선 구간과 전동차 전용구간은 상행과 하행이 각각 별도 선로를 쓰므로 교행 시간을 고려하지 않는다. 열차 간 최소 시격 t만 기준으로 하루에 채울 수 있는 열차 수를 계산하며, 같은 속도의 열차가 평행 다이어그램으로 운행하는 복선 구간에서는 N = 1440f ÷ t이다. 여기서 t는 열차 최소 시격(분), f는 선로 이용률이다. 전동차 전용구간은 정차 간격이 짧고 가감속이 잦아 최소 시격이 용량을 좌우하므로 같은 틀로 본다.

급행열차와 완행열차가 섞이는 일반 복선 구간(경부선, 서울 지하철 9호선 등)은 단일 시격으로 계산할 수 없다. 급행열차 상호 시격, 완행열차가 먼저 도착한 뒤 급행열차가 뒤따를 때의 시격, 급행 통과 후 완행 발차까지의 시격을 각각 구하고 급행과 완행이 차지하는 비율로 가중하여 합산한다. 두 종류의 점유 시간을 구분하지 않고 한 시격으로 계산하면 결과가 달라지므로, 열차 종류별 비율을 반드시 반영한다.

선로용량은 열차 횟수로 표시하므로 수송 능력과 구별해야 한다. 수송 능력은 선로용량에 열차 1편성의 정원을 곱해 구하는 값이어서, 같은 선로용량이라도 편성 길이와 정원에 따라 수송 인원이 달라진다. 이 구분을 혼동하면 선로 증설 효과를 과대 또는 과소 평가하게 된다.

3. 등장 배경과 필요성

철도 수요가 늘고 여객·화물·전동차 등 열차 종류가 다양해지면서, 현재 선로가 얼마나 많은 열차를 감당할 수 있는지를 수치로 먼저 알아야 하게 되었다. 선로용량을 계산하지 않고 운행 계획을 세우면 계획 열차 수가 실제 능력을 넘어서 지연이 누적되고 운행 안전에도 부담이 커진다. 선로용량은 이처럼 운행 계획의 상한을 정하는 기준으로 필요해졌다.

노선 특성에 따라 용량이 부족해지는 시점도 다르다. 경부선처럼 여객열차와 화물열차가 함께 달리는 노선은 특정 시간대에 선로용량이 모자라므로, 선로배분 단계에서 열차 종류별 우선순위를 정해야 한다. 선로배분 지침은 여객열차와 화물열차 사이의 우선순위를 두고 있으며, 이는 선로용량 부족을 전제로 한 조치이다.