NS형 전기 선로 전환기

왜 배우는가: NS형 전기선로전환기는 국내 철도에서 가장 많이 쓰이는 전기선로전환기이며, 기출에서 여러 차례 구성과 동작원리를 묻는 개념이다. 구성기기와 동작계통을 정확히 설명해야 점수를 얻으므로 이 절에서 구성요소의 역할과 원리를 먼저 익힌다. 기동방식과 클러치 조정은 유지보수와 직결되는 쟁점이다.

출제 이력: 제132회 2교시 4번, 제112회 2교시 3번, 제109회 1교시 1번, 제97회 4교시 1번, 제90회 3교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

NS형 전기선로전환기는 단상 교류 전동기로 분기기 텅레일을 전환하고 쇄정하는 전기식 선로전환기이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 전환장치: 전동기의 회전을 감속하여 텅레일을 직선 방향으로 움직이는 기구부이다.
• 쇄정장치: 전환이 끝난 뒤 텅레일을 잠가 고정하고 위치를 검출하는 부분이다.
• 마찰클러치: 과부하나 전동기 공회전 때 미끄러져 전동기를 보호하는 장치이다.
• 콘덴서 기동형 단상 유도전동기: 2상 4극 구조로 기동력이 큰 구동 전동기이다.
• 전환력: 텅레일을 밀어 전환할 때 필요한 힘이며 기온과 클러치 상태에 따라 달라진다.
• 정위·반위: 분기기가 취할 수 있는 두 개의 위치이다.
• 동작계통도: 전원, 전동기, 제어회로, 표시회로의 연결을 나타낸 그림이다.

2. 개념 풀이

NS형 선로전환기는 전기로 동작하는 선로전환기 가운데 국내 철도에서 가장 많이 쓰이는 형식이다. 이 형식은 전환장치와 쇄정장치를 기본 구성요소로 하며, 두 기구가 제어회로의 명령에 따라 함께 동작한다. 구성기기가 맡는 기능을 구분하여 이해해야 답안에서 구성기기를 빠짐없이 설명할 수 있다.

NS형 선로전환기의 구성은 전환장치와 쇄정장치, 그리고 이를 구동하는 전동기로 이루어진다.

NS형 선로전환기의 정격은 교류 110/220V, 단상 60Hz이다. NS형 선로전환기의 전동기는 콘덴서 기동형 단상 유도전동기로 2상 4극이다. 이 정격 값은 전원 설계와 전동기 선정의 기준이 되며, 기동력이 크다는 점이 이 형식의 특징으로 꼽힌다.

원리는 다음과 같다. 전동기가 회전하면 감속 기구가 회전력을 키우고, 전환장치는 그 힘으로 텅레일을 밀어 정위 또는 반위로 옮긴다. 전환이 끝나면 쇄정장치가 텅레일을 잠가 열차가 통과하는 동안 전환되지 않도록 하고, 위치 상태를 표시 회로에 전달한다. 전동기는 제어회로의 명령이 있을 때만 기동하므로 명령이 없으면 기구부는 움직이지 않는다.

일반적인 동작 순서는 다음과 같다.

• 제어회로가 전환 명령을 받아 전동기에 전원을 공급함.
• 전동기가 기동하여 감속 기구를 통해 전환력을 만듦.
• 전환장치가 텅레일을 반대 위치까지 밀어 이동시킴.
• 쇄정장치가 텅레일을 잠그고 위치 검출 접점을 바꿈.
• 표시 회로가 전환 완료 상태를 제어 측에 알림.

마찰클러치는 과부하나 전동기 공회전 때 미끄러져 전동기를 보호하는 역할을 한다. 마찰클러치의 체결 상태는 전환력과 직접 연결된다. 다만 클러치의 마찰력은 온도 변화에 민감하므로 늦은 봄에는 클러치를 조여 여름철 전환력 저하에 대비하고, 늦가을에는 풀어서 겨울철 관성력 저하에 대비한다. 이 계절별 조정이 NS형의 대표적인 유지보수 항목이다.

쇄정은 신호기와 선로전환기가 서로 취급을 막도록 잠가 두는 것을 말한다. 전기식 선로전환기에서 쇄정장치는 텅레일을 고정하여 열차가 통과하는 동안 분기기가 움직이지 않게 한다. 표시 회로는 정위·반위 상태를 취급 장치에 나타내어 운전 취급자가 전환 결과를 확인할 수 있게 한다. 쇄정 기능이 제대로 작동하지 않으면 열차 진입 중에도 전환이 일어날 수 있으므로 쇄정은 안전과 직결된다.

3. 등장 배경과 필요성

선로전환기는 열차 운행에서 가장 취약한 개소이므로 전기식 원격 전환과 쇄정이 필요하다. 사소한 결함도 대형 열차사고로 이어질 수 있어 선로전환기는 높은 관리 수준이 요구되는 설비이다. 원거리에 설치한 분기기나 사용 횟수가 많은 분기기를 사람의 힘으로 전환하면 조작이 어렵고 동작 확인도 불확실하다. 이 한계 때문에 전동기를 이용하여 전환하는 전기선로전환기가 쓰이게 되었다.

전기선로전환기는 신호 취급소에서 원격 전환이 가능하므로 원거리 분기기 운용에 적합하다. 기계식 선로전환기는 수동 또는 기계력으로 동작하므로 거리가 멀어지면 조작 연결 기구가 길어져 조작의 확실성이 떨어진다. 전기식은 전동기 구동으로 이러한 거리 제약을 줄이고, 쇄정과 표시를 전기 회로로 묶을 수 있다. 그래서 신호설비와 연동이 필요한 구간에서 전기식이 쓰인다.

국내에서 쓰이는 NS형 선로전환기는 1960년대 말 일본에서 도입되었다. 이후 기계적 구성품은 꾸준히 개량되었으나 표시·동력·제어 회로 등 전기적 접속부는 큰 개선 없이 도입 당시 기술을 그대로 쓰고 있다고 지적된다. 이 점은 자동 무인운전 시스템과의 인터페이스 문제로 이어질 수 있으며, 최근 쟁점은 9절에서 다룬다.