선로전환기

왜 배우는가: 선로전환기는 열차 진로를 실제로 정하는 설비이므로 연동 시험과 현장 운용의 출발점이 된다. 동작방식에 따른 구분과 형식별 특성은 시험에서 반복해서 묻는 주제이므로 개념의 원리부터 정확히 잡아야 한다.

출제 이력: 제115회 2교시 4번, 제108회 3교시 5번, 제102회 2교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

선로전환기는 분기기의 방향을 전환하고 그 위치를 쇄정하여 열차 진로를 정하는 장치이다.

선로전환기를 이해하는 데 필요한 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 선로전환기: 분기기의 가동 부분을 움직여 열차가 향할 방향을 정하는 장치이다.
• 분기기: 본선에서 둘 이상의 선로로 갈라지는 지점에 놓인 궤도 설비이다.
• 전환장치: 가동 부분을 한쪽 위치에서 다른 쪽 위치로 옮기는 부분이다.
• 쇄정장치: 전환된 위치가 열차 통과 중에 바뀌지 않도록 잠그는 부분이다.
• 정위·반위: 작동 전 기본 진행 방향과 작동 후 향하는 방향이다.
• 동작방식: 힘을 얻는 방법에 따라 전기식, 기계식 등으로 나누는 구분이다.

분기기는 선로가 갈라지는 궤도 구조 자체를 말하고, 선로전환기는 그 분기기의 가동 부분을 움직이는 장치를 말한다. 두 용어를 구분해야 분기기의 구조 문제와 전환 장치의 동작 문제를 나누어 답할 수 있다.

2. 개념 풀이

선로전환기는 분기기의 가동 부분에 힘을 가해 움직이고, 열차가 향할 선로를 정하는 장치이다. 분기기는 본선에서 분기선으로 갈라지는 지점에 놓인 궤도 설비이므로, 열차가 어느 방향으로 진행할지는 가동 부분이 놓인 위치에 따라 결정된다. 이 점에서 선로전환기는 단순한 기계 부품이 아니라 열차 진로의 방향을 실제로 정하는 설비이다.

선로전환기는 전환장치와 쇄정장치로 구성된다. 전환장치는 가동 레일을 한쪽 위치에서 다른 쪽 위치로 옮기고, 쇄정장치는 옮겨진 위치를 잠가 열차가 지나가는 동안 레일이 움직이지 않도록 한다. 두 기능이 함께 작동해야 선로가 안전하게 개통된다. 열차 통과 중에는 선로전환기가 쇄정되어 전환되지 않아야 한다. 이 쇄정 조건이 선로전환기를 단순한 전동 장치와 구분하는 핵심이다.

선로전환기의 방향은 정위와 반위로 표현한다. 선로전환기가 작동하지 않은 상태에서 열차가 진행하는 기본 방향이 정위이고, 선로전환기가 작동한 후에 향하는 방향이 반위이다. 정위와 반위는 설치 목적에 따라 바뀌는 방향 체계가 아니라 선로전환기의 작동 여부만으로 구분한다. 따라서 방향 이름을 선로의 용도로 정하면 안 되며, 작동 여부를 기준으로 답해야 한다.

동작방식에 따라 선로전환기는 전기식과 기계식으로 나뉜다. 전기식은 전동기의 회전력으로 가동 부분을 구동하는 방식이며, 원격 조작이 가능하다는 점이 가장 큰 특징이다. 기계식은 추병처럼 사람의 힘이나 기계력으로 직접 동작시키는 방식으로, 현대 철도에서는 거의 찾아볼 수 없고 쓰임이 적은 측선에 남아 있는 경우가 있다. 공압식도 존재하지만 국내에서는 사용 빈도가 낮다.

• 전기식: 전동기로 전환하는 방식이며 NS형, 침목형, MJ81형, 하이드로스타 선로전환기가 여기에 속한다.
• 기계식: 수동 또는 기계력으로 동작하며 추병 선로전환기가 대표적이다.
• 공압식: 공기압으로 동작하며 국내에서는 사용 빈도가 낮다.

NS형은 교류 110/220V 단상 60Hz를 정격으로 쓰며, 전동기의 회전력을 마찰클러치를 거쳐 가동 부분에 전달한다. 마찰클러치는 과부하나 전동기 공회전 때 전동기를 보호하는 역할을 한다. NS-AM형은 마찰클러치 대신 영구자석을 이용한 비접촉 전자클러치를 쓴다. MJ81형은 프랑스 알스톰사에서 개발된 선로전환기로, 정격이 교류 220/380V 3상이며 동작전류가 적게 소요되고 전환력이 크다는 특징이 있다.

하이드로스타 선로전환기는 전기식에 속하지만 전동기가 분기기를 직접 구동하지 않고, 유압회로를 통해 실린더에 압력을 공급해 분기기를 동작시키는 것이 가장 큰 특징이다. 침목과 일체화된 실린더 장치를 채택하여 기계 보선작업의 편의를 확보하였다. 전동기로 직접 구동하는 방식과 유압으로 힘을 전달하는 방식이 다르다는 점을 구분해야 답안에서 혼동하지 않는다.

3. 등장 배경과 필요성

초기의 분기기는 사람이 레버를 당겨 직접 전환하였다. 그러나 사용 횟수가 많은 선로전환기나 원거리에 설치된 선로전환기를 사람의 힘으로 일일이 작동시키는 것은 어렵다. 또 사람이 현장에서 조작하면 전환이 끝났는지 확인하는 것도 불확실하다. 이 두 문제를 해결하기 위해 전동기로 전환하는 전기식 선로전환기가 쓰이게 되었다.

분기기가 강하고 단단해질수록 사람의 힘으로는 전환하기 어렵다. 강한 분기기에서는 전환력이 큰 외부 동력이 필요하며, 이는 원격 제어와 상태 감시를 함께 가능하게 한다. 따라서 선로전환기는 힘을 주는 장치인 동시에 전환 상태를 알려 주는 장치로 발전하였다.

침목형 선로전환기는 첨단밀착 및 쇄정검출 기능을 보유하며, 선로 중앙에 설치할 수 있다. 이는 전환 상태를 검출하는 필요성이 실제 설계에 반영된 예이다.