궤도회로 단락감도

왜 배우는가: 궤도회로 단락감도는 열차 점유를 궤도회로가 얼마나 확실하게 검지하는지 나타내는 값으로, 연동장치 쇄정조건의 바탕이 된다. 1교시 용어 문제와 2~4교시 논술 문제에서 같은 원리가 반복해 출제되므로 원리와 기준을 함께 정리해야 한다.

출제 이력: 제130회 1교시 6번, 제123회 3교시 2번, 제109회 4교시 2번, 제94회 2교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

궤도회로 단락감도는 열차 차축에 의한 레일 단락을 궤도계전기가 확실히 검지하는 능력으로, 계전기가 낙하하는 최대 단락저항으로 표시한다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 궤도회로: 열차의 궤도 점유 유무를 전기적으로 감지하는 회로이다.
• 궤도계전기: 레일 양단의 전압으로 여자되고, 단락되면 낙하하는 계전기이다.
• 단락저항: 차축이 두 레일 사이를 잇을 때 생기는 저항이다.
• 단락감도: 궤도계전기가 확실히 낙하하는 단락저항의 최댓값이다.
• 폐전로식: 평상시 계전기가 여자되고 회로 이상 시 낙하하는 구성방식이다.
• 철사 쇄정: 궤도회로에 열차가 있을 때 선로전환기를 전환하지 못하도록 쇄정하는 방법이다.
• 연동장치: 신호기와 선로전환기를 상호 쇄정하는 장치이다.

2. 개념 풀이

궤도회로 단락감도는 궤도회로에 열차가 진입했을 때 차축이 레일을 단락하는 능력을 말하며, 궤도계전기가 확실히 낙하할 수 있는 단락저항의 최댓값으로 정의한다. 이 최댓값이 클수록 같은 선로에서 더 약한 단락도 검지할 수 있으므로 감도가 좋은 것이다. 단락감도는 열차 검지의 신뢰성을 판단하는 궤도회로 자체의 성능 지표이다.

궤도회로의 원리는 열차가 달리는 레일을 일정한 길이로 나누고 레일 이음매를 전기가 통하지 않도록 한 뒤, 한쪽 끝에 전원을 두고 다른 끝에 궤도계전기를 접속하는 것이다. 열차가 없을 때는 계전기가 작동하지만, 차축이 레일 사이를 단락하면 계전기에 걸리는 전압이 떨어져 계전기가 낙하한다. 이 낙하 신호로 열차의 점유를 판단하여 신호기와 선로전환기를 제어한다.

궤도계전기의 전압은 전원 측 전압이 궤도 저항과 단락저항에 나뉘어 걸리는 분배로 정해지므로, 단락저항이 작아질수록 계전기 전압이 낮아진다. 단락감도는 이 전압이 계전기의 낙하 전압 이하로 떨어지는 단락저항의 한계를 나타낸다.

단락저항은 차축과 레일의 접촉부를 포함한 단락 경로의 저항이며, 실제 선로에서는 접촉 상태에 따라 값이 달라진다. 레일 위에 모래가 쌓여 차륜과 레일이 절연되면 단락이 실패하여 계전기가 낙하하지 않으므로, 단락감도는 이런 악조건에서도 계전기가 확실히 낙하하도록 여유를 확보하는 성능 기준이다.

단락감도는 계전기 낙하 한계를 나타내는 지표이다. 폐전로식 구성은 회로가 끊기면 계전기가 낙하하여 고장이 점유 쪽으로 나타나는 특성이 있다. 설계 기준으로는 관련 기준이 정한 단락저항 이하의 조건에서 궤도계전기가 낙하하도록 하는 것이 일반적이다.

3. 등장 배경과 필요성

신호설비는 열차가 어느 구간에 있는지 알아야 신호기와 선로전환기를 안전하게 제어할 수 있다. 철도건설규칙은 신호기와 선로전환기를 포함한 연동장치를 제어하기 위하여 열차 또는 차량의 점유 유무를 감지하는 궤도회로를 설치하도록 규정한다(철도건설규칙 제49조 ①). 다만 통신기반열차제어장치의 경우에는 그에 적합한 설비로 대체할 수 있다.

궤도회로는 폐전로식 구성방식으로 하는 것이 원칙이다(철도건설규칙 제49조 ②). 필요에 따라 개전로식 궤도회로를 조합할 수 있으나, 폐전로식은 회로가 끊기면 계전기가 낙하하므로 고장이 점유 쪽으로 나타나 안전 측으로 동작한다. 이 낙하 조건이 바로 단락감도로 확인되는 항목이다.

연동장치는 마이크로프로세서의 소프트웨어 로직으로 상호조건을 쇄정하는 전자연동장치와, 계전기 조건을 회로별로 조합하여 쇄정하는 전기연동장치로 나뉜다(철도의 건설기준에 관한 규정 제59조). 두 방식 모두 궤도회로의 점유 신호를 쇄정 조건으로 사용하므로, 단락감도가 부족하면 열차가 있는 선로전환기가 전환되는 위험이 생긴다.

철사 쇄정은 전기쇄정법의 한 종류로, 선로전환기를 포함하는 궤도회로에 열차가 있을 때 그 선로전환기를 전환하지 못하게 하는 방법이다. 쇄정 판단의 근거가 궤도계전기의 낙하이므로, 낙하를 확실히 얻는 단락감도가 쇄정 신뢰도를 좌우한다.