궤도회로

왜 배우는가: 실무에서 궤도회로 고장은 열차 운행 중단과 안전 문제로 직결된다. 같은 주제가 여러 차례 시험에 나왔기 때문에 원리와 구성을 정확히 정리해 두어야 한다.

출제 이력: 제138회 2교시 3번, 제132회 2교시 5번, 제130회 1교시 2번, 제114회 1교시 10번, 제113회 1교시 13번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

궤도회로는 레일을 전기회로의 일부로 이용해 구간 내 열차 유무를 자동으로 검지하는 장치다.

이 문장은 답안 첫 줄에 그대로 쓸 수 있다. 열차 유무를 사람이 아니라 회로가 판단한다는 점이 핵심이다. 궤도회로는 신호 보안의 기초 정보를 만들며, 그 결과로 신호기와 선로전환기를 제어한다.

답안에서는 정의 뒤에 검지 방식과 제어 대상을 함께 적으면 채점 항목을 빠짐없이 채울 수 있다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 궤도회로(Track Circuit): 레일 회로로 열차 유무를 검지하는 장치다.
• 궤도계전기(Track Relay): 궤도회로의 수신단에서 검지 결과를 내는 계전기다.
• 궤조절연: 인접 궤도회로를 전기적으로 나누는 절연 이음매다.
• 레일본드: 레일 이음매의 전기 저항을 낮추는 전선이다.
• 단락: 열차 차축이 두 레일을 연결해 전류 경로가 짧아지는 현상이다.
• 무여자: 계전기 코일에 전류가 흐르지 않아 접점이 떨어진 상태다.
• 페일세이프(Fail-safe): 고장이 나도 위험한 쪽으로 판단하지 않도록 설계하는 원리다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 궤도회로는 레일 위에 전기를 흘려 두고, 그 전기가 열차 바퀴 때문에 끊기는지 살피는 장치다. 열차가 없으면 전기가 두 레일 사이로 그대로 이어지고, 열차가 있으면 바퀴와 차축이 두 레일을 이어 전기가 짧게 돌아간다. 신호 장치는 이 차이를 읽어 구간이 비었는지 찼는지를 판단한다.

정식 정의는 다음과 같다. 궤도회로는 선로를 일정한 길이의 구간으로 나누고, 구간의 한쪽 끝에 전원장치(송신기)를, 다른 쪽 끝에 궤도계전기를 접속한 전기회로다. 두 레일이 이 회로의 도체가 되므로 레일 자체가 열차를 검지하는 소자 역할을 한다. 이 정의는 교류 방식과 직류 방식에 공통으로 적용된다.

열차 진입 시 레일이 차축으로 단락되어 궤도계전기가 무여자된다.

이 한 줄이 궤도회로 원리 문제의 결론이다. 답안에는 이 결론을 먼저 쓰고 뒤에 흐름을 덧붙인다.

원리를 흐름으로 보면 다음과 같다. 열차가 없을 때 송신 신호가 레일을 따라 수신단에 도달하여 계전기가 여자된다. 열차가 진입하면 차축이 두 레일을 단락시켜 신호가 수신단에 도달하지 못하고, 계전기가 무여자되어 구간 점유가 표시된다.

기본 구성은 송신단, 레일 회로, 수신단의 세 부분으로 나뉜다. 송신단에는 전원장치가 있고, 수신단에는 궤도계전기가 있다. 한 구간의 양 끝에 설치된 이 두 장치를 레일이 연결한다. 이 구조가 이후 장치를 분류하는 기준이 된다.

핵심 용어는 다음과 같이 풀이한다.

• 궤조절연: 인접 궤도회로 사이에 설치하여 두 구간의 레일 회로를 전기적으로 분리한다. 그래야 한 구간의 점유가 옆 구간의 신호에 섞이지 않는다.
• 레일본드: 레일 이음매에 연결하여 이음매의 전기 저항을 낮추고 레일 전류의 흐름을 확보한다. 이음매가 많은 선로일수록 그 역할이 커진다.
• 단락: 열차 바퀴와 차축이 두 레일을 연결하여 전류가 짧은 경로로 흐르는 상태다. 단락이 되면 수신단의 전류가 끊어진다.

열차가 구간을 벗어나면 차축이 레일에서 떨어져 단락이 해제되고, 계전기는 다시 여자되어 구간이 비었음을 표시한다. 이 해제 과정도 같은 원리로 설명한다.

신호 방식은 교류와 직류로 나뉜다. 전기철도 구간에서는 견인 전류가 레일로 흘러 들어오므로, 궤도회로 신호를 가청 주파수 대역의 교류로 바꾸고 계전기가 그 주파수만 검지하도록 만든다. 이렇게 해야 견인 전류와 열차 검지 신호가 서로 섞이지 않는다.

궤도회로는 고장 상황에서도 위험한 쪽으로 판단하지 않도록 설계된다. 이를 페일세이프(Fail-safe) 원리라고 한다. 신호가 정상으로 도달할 때만 무열차로 보고, 신호가 끊기면 열차가 있는 것으로 본다. 이 판단 기준이 신호 단절 시 점유 판단이다.

궤도회로의 판단 결과는 신호기 현시, 선로전환기 쇄정, 진로 설정의 전제 조건이 된다. 그래서 궤도회로는 신호 체계에 열차 위치 정보를 공급하는 기초 장치로 이해해야 한다.