AF궤도회로장치

왜 배우는가: AF궤도회로장치는 열차 검지와 차상 신호를 한 회로로 결합한 대표적인 궤도회로 방식이라 연동 및 폐색장치 분야의 기본 개념이다. 무절연 궤도회로가 등장한 배경과 차상 신호의 연결 관계를 이해해야 다른 궤도회로 방식과의 차이를 설명할 수 있다. 여러 차례 반복 출제된 개념이다.

출제 이력: 제115회 1교시 11번, 제97회 4교시 3번, 제94회 4교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

AF궤도회로장치는 가청주파수를 레일에 흘려 열차를 검지하고 운행 정보를 차상에 전달하는 궤도회로이다.

답안지 첫 줄에는 이 정의 문장을 쓰고, 이어서 원리·특징·등장 배경 순으로 설명하면 자연스럽다. 이 개념을 이해하는 데 필요한 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 가청주파수(AF): 사람의 귀로 들을 수 있는 주파수 대역이며, 이 장치가 신호 매체로 쓰는 주파수이다.
• 궤도회로: 레일을 전기 회로의 일부로 사용하여 열차의 존재를 검지하는 장치이다.
• 차상 신호: 지상에서 보낸 운행 정보를 열차 안의 수신 장치가 받아 처리하는 신호 방식이다.
• 운행간격: 전방 열차와 후속 열차 사이의 거리 또는 시간 차이이다.
• 제동거리: 열차가 제동을 시작한 뒤 정지할 때까지 진행하는 거리이다.
• 무절연 궤도회로: 궤조절연 없이 주파수 차이로 구간을 구분하는 궤도회로 방식이다.
• 유도 무선: 레일 주변의 유도 결합을 이용하여 차량과 지상 설비 사이에 정보를 주고받는 무선 방식이다.

2. 개념 풀이

AF궤도회로장치는 궤도회로의 한 종류이며, 사람의 귀로 들을 수 있는 16~20000Hz 대의 가청주파수를 사용하는 장치이다. 궤도회로의 기본 기능인 열차 유무 검지에 그치지 않고, 열차 운행 정보를 코드화하여 차량과 현장 설비 사이에 유도 무선으로 전송하는 것이 특징이다. 따라서 AF궤도회로는 열차 검지 장치이면서 동시에 차상 신호 체계의 정보 전달 수단이 된다.

궤도회로의 기본 원리는 레일을 전기 회로의 일부로 쓰는 것이다. 열차의 차축이 두 레일을 단락시키면 수신 계전기가 무여자 상태가 되어 열차가 있는 구간을 알 수 있다. 회로 구성 방식에 따라 평상시 계전기에 전류가 흐르고 열차가 진입하면 차축이 단락시켜 계전기가 무여자되는 폐전로식과, 열차가 진입해야 전류가 흘러 계전기가 여자되는 개전로식이 있다. 개전로식은 안전도가 떨어져 잘 쓰지 않는다.

AF궤도회로는 이 기본 원리에 가청주파수 신호를 결합한 방식이다. 송신 측에서 가청주파수 신호를 레일에 공급하고, 수신 측에서는 원하는 주파수만 골라내는 공진 회로로 신호를 받는다. 가청주파수를 구간마다 다르게 할당하면 인접 구간의 신호와 구별되므로, 구간 경계에 절연 이음매를 두지 않아도 구간을 나눌 수 있다.

차상 수신 장치는 레일에 실린 신호를 받아 전방 열차와의 운행간격과 지시 속도를 해독한다. 차상 장치가 제동 장치와 직접 연결되어 있으므로, 신호를 무시하고 진입하는 열차를 자동으로 정지시킬 수 있다. AF궤도회로장치는 열차가 200km/h 이상으로 고속 주행할 때 운행간격과 제동거리를 차상으로 직접 전달하는 방식이다. 전방 열차 정보를 차상에 직접 전달하는 것이 AF궤도회로의 핵심 기능이다. 이 기능이 단순한 열차 검지 장치와 AF궤도회로를 구분하는 기준이다.

이 방식을 이해하려면 두 용어를 먼저 알아야 한다. 무절연 궤도회로는 궤조절연을 설치하지 않고 레일에 직접 주파수를 흘려 구간 경계를 만드는 방식이다. 공진 동조회로는 구간 경계의 레일 사이에 한 쌍으로 연결되어, 원하는 주파수의 신호만 통과시키고 인접 구간의 신호는 막는 회로이다.

3. 등장 배경과 필요성

기존 궤도회로는 레일에 절연 이음매를 설치하여 구간을 나누는 방식이 일반적이었다. 절연 이음매는 레일을 절단하고 절연 부품을 끼우는 시공을 필요로 하여 시공과 유지보수의 부담을 키운다. AF궤도회로는 레일을 자르고 절연 부품을 끼울 필요가 없다는 점이 큰 장점이다.

현대 궤도는 연속용접레일(CWR)로 시공되는 경우가 많다. 이음매가 없으면 레일 자체가 구간의 자연스러운 경계를 제공하지 못하여, 신호 체계가 구간을 나눌 방법이 없어진다. 이 때문에 구간마다 서로 다른 가청주파수를 사용하고, 구간 경계에 공진 동조회로를 두어 신호가 인접 구간으로 넘어가지 않게 하는 방식이 필요해졌다.

열차의 고속화도 등장 배경이다. 열차 속도가 높아지면 운전자가 지상 신호를 보고 대응하는 방식만으로는 전방 열차와의 간격과 제동거리를 충분히 확보하기 어렵다. 그래서 전방 열차와의 운행간격과 지시 속도를 차상에 직접 주는 차상 신호 방식이 요구되었고, 가청주파수를 쓰는 AF궤도회로는 차상 신호용으로 적합한 형태의 궤도회로 설비로 평가된다.