차량최고속도 제약원인

[전영석]

 

차량최고속도를 제약하는 원인

Ⅰ. 열차속도향상

 1. 열차속도향상의 필요성

 철도운송은 동력차와 운반구(객차와 화차), 통로(선로 특히 궤도, 전차선, 신호)의 3요소의 유기적인 관계로 이루어지고 있다. 철도운송은 수송력 증강을 위한 속도향상(speed up)이 중요한 과제로 대두되고 있다.

 속도향상의 목적은 고객입장에서 보면 여행시간의 단축(시간의 가치성)으로 국민편익제공과 물류비용의 절감으로 기업의 수송원가 절감에 있으며, 이와 같은 고객의 요구에 부응하게 되면 철도운영자에게는 교통기관간의 경쟁력이 높아져 수입증대효과와. 속도향상은 차량과 승무원의 회전율을 높여 경비를 절감하는 효과와 수송력을 증강하는 효과가 있게 된다. 따라서 철도운영기관에서는 꾸준히 추구해야할 사항이다.

 여행시간을 단축시키는 수단으로 속도를 향상시키는 것이지만, 속도향상은 열차의 주행안정성과, 탈선안전도, 승차감 내지 소음문제가 그 장벽으로 작용하고 있다. 수송력을 증강하기 위한 속도향상을 하기에 앞서 이러한 장애요인의 해결이 우선되어야 한다.

 열차의 최고속도를 결정하고자할 때에는 선로 및 차량의 최고속도, 곡선통과속도, 분기기 통과속도, 제동성능, 가감속도 등과 차량, 선로, 전력, 신호 등 철도시스템의 각 기반요소를 고려해야 함은 물론 속도향상에 따른 열차주행안정성, 차량탈선안전도, 승차감 뿐만 아니라 유지보수 비용 등을 함께 고려하지 않으면 안 된다.

속도를 향상시키는 주요제약 요인에는 견인성능, 제동성능, 주행안전성, 집전성능, 열차제어시스템 등과 같은 성능과 관련된 요소와 비용, 환경기준, 승차감, 관계규정 등 사회적, 경제적인 요소가 있다.  

여기서는 한국철도공사를 중심으로 철도차량에 대한 최고속도를 제약하는 원인에 대하여 검토하고 해결책을 설명하고자 한다.

2. 점착식철도의 열차속도 변천과정

가. 외국 철도

○ 1825. 영국 스톡튼-달링톤 20km/h

 ○ 1872. 일본 신교-요코하마 32.8km/h

 ○ 1913. 프랑스 북부철도 172km/h

 ○ 1939, 이태리 ETR200(전기차) 203km/h.

 ○ 1954, 프랑스 전기기관차 243km/h

 ○ 1964. 일본 신간선 210km/h

 ○ 1972. 프랑스 TGV 318km/h

 ○ 1981. 프랑스 TGV 380km/h

 ○ 1986. 독일 ICE 345km/h

 ○ 2007.4.4, 프랑스 TGV 2N, 동부선 파리-스트라스부르 간 574.8km/h

※ TGV 동부선 : 파리-스트라우스 간 406km, 상업속도 320km/h, 2:20분 소요, 2007. 6. 10개통

나. 국내 철도

 ○ 1989. 노량진-제물포 10km/h

 ○ 1905. 서대문-초량 급행 32km/h

 ○ 1933. 부산-신의주 히카리호 39km/h

 ○ 1936, 경성-부산  아까스키호 67km/h

 ○ 1957, 서울-부산 통일호 63km/h

 ○ 1962. 서울-부산 재건호 72km/h

 ○ 1969. 서울-부산 관광호 92km/h

 ○ 1985. 서울-부산 새마을호 107km/h

 ○ 1987. 새마을호 최고속도 150km/h(시험운행)

 ○ 2004. 서울-부산 KTX 300km/h

 ○ 2005. 한국 KSR 352km/h(시험운행 성공)

3. 표정속도와 최고속도 향상의 목표

 일본 도쿄대학의 이치로(井口)교수는 여행거리별 표정속도와 최고속도를 다음과 같이 제시하였다(기계학회지 제84권 제747호 p.111-114 철도의 장래)

   <거리별 표정속도와 최고속도>

표  정  속  도	최   고  속   도
○  100km 거리  약   80km/h  ○  300km 거리  약  160km/h  ○  500km  거리  약  250km/h  ○ 1,000km 거리  약 400km/h	○ 근거리 : 300km 이하   - 160-200km/h ○ 중거리 : 500-600km 이하   - 250-300km/h ○ 장거리 : 1,000km 이상   - 400-500km/h

 4. 표정속도의 결정요인

여객과 화물을 목적지까지 운송하는데 소요되는 시간은 운행하는 열차의 속도에 따라 결정된다. 이때의 열차의 속도는 도중의 정차시분을 포함한 표정속도를 말한다. 표정속도를 결정하는 요인은 크게 하드웨어적 요소와 소프트웨어적 요소로 구분할 수 있다.

 가. 하드웨어적 요소와 소프트웨어적 요소

    열차속도는 차량과 지상설비의 성능과 유지보수 수준에 의해 정해지는 열차속도, 즉 하드웨어적 요소와 영업정책 및 운전설비를 바탕으로 만들어지는 열차다이아, 즉 소프트웨어적 요소에 의해 결정된다.

   (1) 하드웨어적 요소

    하드웨어적 요소는 궤도, 신호설비, 전력설비 등의 지상설비와 차량의 성능레벨 및 보수레벨에 따라 정해지는 속도로서 선로의 최고속도와 곡선통과속도, 하구배 제한속도, 가감속도, 분기기통과속도 등이다

  (2) 소프트웨어적인 속도

   소프트웨어적인 속도는 철도차량운전설비와 영업정책에 따라 열차의 등급, 정차역 설정, 열차 접속, 열차간의 속도차이, 열차대피, 도중 차량해결, 여유시간 등을 고려하여 열차운행계획에 따른 다이아그램(diagram)을 작성할 때 기본적인 열차속도(표정속도)가 정해지며,  운전취급규정을 정할 때 각 조건에 따른 열차의 제한속도가 구체적으로 정해지게 된다.

 따라서 전체 열차운행 시간을 단축하는 것은 하드웨어적인 성능을 향상시키는 것과 동시에 소프트웨어적인 능력에 대해서도 함께 검토하여야 한다. 

Ⅱ. 최고속도를 제한하는 원인

  열차의 표정속도를 결정하는 인자 중의 하나가 차량최고속도이다. 철도차량의 최고속도는 선로(전차선로 포함)의 구조와 강도, 동력차의 구조와 견인성능, 차량의 구조 및 강도, 견인성능, 제동성능,  등 3요소에 의해 각각 최고속도가 정해진다. 이것은 다시 선로의 기울기와 차량의 상태 등에 의한 제동거리관계, 또는 곡선, 분기기 등에 의한 열차의 안전도와 승차감 관계 등에 의하여 정해진다.

 열차가 주행할 수 있는 최고속도는 설계속도, 선별, 구간별 최고속도, 열차계급별 최고속도, 차량별 최고속도가 있으며, 선로의 일정한 구간 또는 지점에 따라 열차통과속도를 제한하는 곡선 및 분기기 통과속도, 특정한 구간에 대해 열차 최고속도를 제한하는 제한속도, 서행신호기에 의하여 일시적으로 열차최고속도를 제한하는 서행속도가 있다. 그리고 제동거리를 고려하여 열차의 제동축수에 따른 제한속도가 있다.  

   철도차량(열차)의 최고속도를 결정하고자할 때에는 열차의 성능 즉 선로 및 차량의 최고속도, 곡선통과속도, 분기기 통과속도, 제동성능, 가감속도 등과 차량, 선로, 전력, 신호 등의 철도시스템의 각 기반요소와 최고속도로 운행함에 따른 유지보수비용 등을 함께 고려하지 않으면 안 된다. 속도를 향상시키는 주요제약 요인에는 견인성능, 제동성능, 주행안전성, 집전성능, 열차제어시스템 등과 같은 성능과 관련된 요소와 비용, 환경기준, 승차감, 관계규정 등 사회적, 경제적인 요소가 있다.  

여기서는 철도차량에 대한 최고속도를 제약하는 원인에 대하여 검토하고 해결책을 찾아보고자 한다.

1. 차량최고속도

 차량의 최고속도는 동력차의 경우 구조와 견인 및 제동 성능상에서, 객화차는 구조와 강도 또는 제동기구 등에 의하여 각각 제한을 두고 있다. 다만, 기관차 단독으로 운전할 때는 제동력이 떨어지는 관계로 특별히 최고 제한속도를 80km/h이하로 규정하고 있는데 이는 구조에 의한 것이 아니라 기관차 단독으로만 운행할 때는 제동거리가 길어져 일반열차의 제동거리와 같게 하기 위함이다. 특별한 경우로서 적재제한을 초과한 특대화물의 경우에는 차량한계를 초과한 정도에 따라 특별히 속도 제한을 두게 된다. 

 가. 동력차

  동력차의 최고속도를 제한하는 인자는 차량의 종별, 견인마력(예, DL 150km/h-3000Hp), 치차비(예 DL 150km/h- 57:20) 등에 따라 최고속도를 제한하게 된다. 치차비는 차축연 연결된 대치차의 치수와 견인전동기 축에 연결되어 있는 소치차의 치수와의 비를 말하며, 일반적으로 치차비는 열차속도와 반비례하며, 견인력에 비례한다. 

  한국철도에서의 동력차는 크게 디젤전기기관차, 전기기관차, 고속전기기관차, 디젤동차, 전기동차, 증기기관차, 기중기, 7종으로 구분하고 있으며, 각 차종별 최고속도는 다음과 같다.

    (1) 고속전기기관차(1종, 100151-104652호) : 330km/h

    (2) 일반 전기기관차(2종)

    ○ 150km/h : 8100-8200호대,

    ○  85km/h : 8000호대

    (3) 디젤전기기관차(8종)

    ○ 150km/h : 7000-7300호대

    ○ 105km/h : 2100-4200호대, 7400-7500호대

    (4) 증기기관차(1종,901호) :80km/h

    ※ 기관차단행으로 운행할 때 : 80km/h이하(제동력 관계)

       고속선 구원용단행기관차(TVM430장착차량) : 100km/h 이하

    (5) 디젤동차(4종)

     ○ 새마을(DHC, 4종, 100-800호대)   : 150km/h

     ○ 무궁화(NDC, 4종, 9200-9400호대) : 120km/h

     ○ 통일호(CDC, 2종, 9500-9600호대) : 120km/h

     ○ 일반동차(DC, 1종, 9102호(입환기) : 105km/h

    (6) 전기동차(수도권 EC,  1000-3000호대, 5000호대) : 110km/h

    (7) 기중기(4종, 회송/자동)

     ○ 99173호                : 120/30km/h

     ○ 99163-99172호         : 120/15km/h

     ○ 99162호                : 110/11km/h

     ○ 99152-99158, 99161호 : 60/16km/h 

나. 객화차

  객화차는 객차 10종(330-70km/h)과 화차 6종으로 구분하여 차량의 구조 및 특성에 따라 각기 최고제한속도를 규정하고 있다.

 (1) 객차(10종, 330-70km/h)

  ○ 고속객차 : 330km/h, 새마을 : 150km/h, 무궁화 : 120, 150km/h, 침식차 : 100, 150km/h, 소화물차 : 150km/h, 발전차 : 120, 150km/h, 우편차 : 70, 100, 120, 150km/h, 시험차 : 150km/h, 비상차 : 70, 100, 120, 150km/h 

 (2) 화차(6종, 120-25km/h)

  ○ 유개차(5종, 일반, 곡물, 전개형, 냉연코일, 보선용발전차) : 90-120km/h

  ○ 무개차(3종, 일반, 자갈차, 홉파차) : 90-120km/h

  ○ 평판차(9종, 일반, 컨테이너, 자동차수송용, 핫코일 수송, 탱, 컨 겸용, 냉동, 컨겸평판,      곡형) : 25-120km/h

  ○ 조차(5종, 일반, 아스팔트, 황산차, 프로필렌, 벌크차) : 90-120km/h

  ○ 차장차(3종, 차장전용, 소화물, 호송겸용) : 90-120km/h

  ○ 소화물차(1종) : 120km/h

2. 선로최고속도

 가 설계속도

  선로를 건설할 때 그 구간의 수송수요를 감안하여 등급을 정하고, 이에 따라 선로를 부설한다. 철도건설규칙 제2장에 선로의 등급은 열차의 속도, 곡선 및 기울기 등에 따라 선로의 등급과 설계속도를 규정하여 놓았다. 고속선(설계속도 350km/h)과 1급선(200km/h)․2급선(150km/h)․3급선(120km/h) 및 4급선(70km/h)으로 구분하여 놓았다. 어떤 등급에서나 그 선로의 통과톤수를 기본으로 궤도파괴량(통과톤수⨉평균속도)을 감안하여 규정함에 따라, 선로 등급별 최소곡선반경과 완화곡선, 선로의 기울기와 종곡선, 레일의 중량과 도상두께 등을 함께 규정하여 놓았다.

   <선로등급별 설계속도 및 기준>

  

선로의 등급	설계속도 (km/h)	최소곡선반경 (m)	선로의 기울기 (천분율)	레일의 중량 (kg/m)	시공기면의 폭 (m)
고속선	350	5,000 (속도고려조정)	25(30)	60(50)	4.5
1급선	200	2,000(600)	10(15)	60(50)	4.0
2급선	150	1,200(400)	12.5(15)	60(50)	4.0
3급선	120	800(300)	15(20)	50(50)	3.5
4급선	70	400(250)	25(30)	50(50)	3.5
비  고		( )는 부득이한 경우	( )는 특수한 경우	( )는 측선

* 자료 : 철도건설규칙

나. 궤도파괴와 하중계수

  건설된 선로라 할지라도 운용방법에 따라 열차의 안정성은 물론 궤도파괴 등으로 유지보수비용과 밀접한 관계가 있다. 궤도파괴에 관계되는 것은 열차속도, 통과톤수(하중의 크기와 회수와의 곱), 차량계수(차량구조의 차이에 의해서 궤도의 파괴에 부과되는 영향도를 정량화한 것) 등이 있다. 선로의 최고속도는 주로 레일 굽힘 응력과 노반압력에 의해서 제한을 받게 된다. 열차하중의 상태에 의한 궤도파괴력의 정도를 나타내는 것으로 하중계수가 있다. 일반적으로 하중계수를 내용적으로 정의하면 상기 3가지의 곱으로 표현할 수 있다.

  하중계수=차량계수⨉통과톤수 ⨉열차속도 이며, 단위는 백만톤/년․km/h이나 수치적으로 너무 크기 때문에 백만톤/년․km/h로 나타낸다. 

  한국철도에서는 선로의 등급별, 구간별, 본선(동력차종류별), 측선(동력차종류별)로 구분하여 최고속도를 제한하고 있다.

3. 하구배 속도제한

  가. 하구배 속도제한 이유

  하구배에서 열차의 최고속도를 제한하는 것은 선로의 관계가 아닌 제동거리 때문이다. 즉 하구배에서 발생하는 가속에 의하여 연장되는 제동거리를 평탄선에 있어서의 제동거리와 동일하게 하기 위하여 최고속도를 제한하는 것이다. 또한 장대한 하구배의 경우에는 반복제동에 따른 제동공기 충기시간과 제동거리 때문이다. 

 열차가 하구배 구간을 운행할 때 구배저항 는

   ton)이다.

 여기서 W : 차량중량(ton), i : 1ton당 구배저항값(kg/ton),   : 구배저항(kg)

열차의 총제동거리는 공주거리( )와 실제동거리( )의 합이다. 실제동거리 는 전기동차 및 전기차량의 경우

   

여기서 P : 전제륜자압력(kg),   W : 열차전중량(kg), fm : 평균마찰계수

          : 평균주행저항(kg/ton), : 구배저항(kg/ton), : 곡선저항(kg/ton),

          : 터널저항

  하구배에 대한 구배저항( )은 (-)값이므로 하구배의 기울기가 크면 클수록 제동거리는 길어지므로 제동거리를 평탄선에서와 동일하게 하기 위해서는 열차속도를 낮춰야 하는데 그것이 하구배에서 최고속도를 제한하는 이유이다. 

 나. 하구배의 제한속도

한국철도에서 정한 하구배제한속도는 다음 표와 같다.

   <한국철도의 하구배제한속도(km/h)>

하구배 (0/00)	5-9 미만	9-13 미만	13-16 미만	16-19 미만	19-23 미만	23-28 미만	28-33 미만	33-36 미만
여객열차	110	105	90	85	80	75	70	65
수도권 전기동차	110	110	110	105	100	95	90	80
화물열차	70	70	65	60	60	55	50	45

 ※ ①고속열차(KTX)의 하구배제한속도 : 고속선은 시스템에서 지정하는 속도, 기타선에서는 하구배 제한속도를 받지 않음

    ② 여객열차 및 수도권전기동차 : 하구배 연장거리 1,000m미만이고, 5~13하구배에서는 속도제한을 받지 않음

    ③ 컨테이너 열차 : 하구배 연장거리 1,000m 미만이고, 하구배 5-13미만인 경우 속도제한은 90km/h 이하

종       별	하 구 배	제 한 속 도(km/h)
컨테이너 열차	5-9 미만	90
	9-13미만	90

    ④ 일반화물열차 중 KRF-3형, P4a 제동장치가 설치된 차량으로서 조성된 열차는 하구배 연장거리 1,000m 미만이고, 하구배 5-13미만인 경우 속도제한은 90km/h 이하

    ⑤ 소화물전용열차 및 소화물전용차를 여객열차에 연결하고 운전하는 경우 속도제한은 여객열차에 준한다. 다만  ③ 은 적용하지 아니한다.

도시철도(ATC구간)에서 적용하고 있는 하구배 제한속도는 다음과 같다.

하구배	5/1000이하	10	15	20	25	30	35
제한속도(km/h)	90	85	80	75	70	65	60

4. 곡선 속도제한

가. 곡선구간 통과하는 열차가 받는 횡압

   곡선선로를 통과하는 열차는 원심력에 의해 횡방향력을 받게 되며 이 힘이 과대하면 승차감이 떨어질 뿐만 아니라 결국 탈선 내지 전복에 이르게 된다. 열차가 곡선을 통과할 때는 다음 식과 같은 횡압이 발생한다.

     

    여기서 :차량의 좌우 운동에 의한 횡압, :전향(Turning)에 의한 횡압, :불균형 원심력에 의한 횡압이다.

  이중에  는 직선부에서도 발생하지만, 및 는 곡선부에서 발생하는 것이 특징이다. 따라서 곡선부는 직선부보다 큰 횡압을 받는다. 또 는 속도에 관계 없고 곡률에 비례하여 곡선 반경이 작을수록 횡압이 커진다. 는 캔트 부족량에 비례한다. 따라서 속도가 증가할 때 증가하게 된다. 는 속도에 따라 증가한다. 이처럼 곡선부의 횡압은 일반적으로 속도 증가에 비례하여 커진다.

  곡선에 대하여 최고속도를 제한하는 것은 열차가 곡선을 통과할 때 곡선 반경에 반비례하고 속도의 제곱에 비례하는 원심력이 발생하여 곡선 외측으로 탈출하려는 횡압이 작용하게 되는데 이 원심력이 설정된 캔트치를 초과하게 되면 캔트부족에 따른 곡선 내측의 윤중이 감소되고 횡압으로 인하여 탈선을 일으키게 되므로 최고속도를 제한하게 된다. 따라서 캔트를 붙인 곡선에서는 캔트량보다 초과된 속도로 통과하여야할 열차도 있으므로 이때에 발생하는 초과원심력을 일정속도로 제한하기 위하여 최고속도를 정하는 것이다. 곡선에서의 최고속도는 곡선반경에 따라 제한하며, 반경이 작은 곡선일수록 낮게 하고 있다. 곡선부의 열차속도는 곡선반경과 캔트량에 따라 최고속도가 결정되므로 속도의 최대한계는 캔트를 최고로 하였을 경우이다.

최대캔트량 C=160, 차량의 중심높이 H=2.30, 궤간 G=1,435라 하면 곡선반경이 R(m)인 곡선을 통과할 수 있는 최고속도 V(km/h)는

     이다.    

 곡선구간의 열차제한속도는 캔트와 안전율을 알고 있을 때 최고속도는

     

 이다. 여기서 V : 열차최고속도    H : 레일면에서 차량중심까지의 거리

              R : 곡선반경        G : 죄우 차량접촉간의 거리(1,500mm)

              S : 안전율          C : 설정 캔트량

캔트가 없는 분기기의 열차최고속도 V는 캔트 C=0이므로

    이다.

 나. 곡선통과속도를 제한하는 이유

곡선선로에서 열차속도를 제한하는 요인은 1)전복에 대한 안전성, 2) 횡압과 탈선, 3) 승차감, 4)완화곡선, 5)궤도부담력, 6)궤도파괴 등이다.

 곡선통과속도를 제한하는 이유는 크게 전복위험, 궤도파괴, 승차감 악화 3가지로 나누어진다.

  (1) 전복위험

  열차가 곡선을 통과할 때는 차량에 가해지는 원심력이 속도와 더불어 크게 되어 중력(重力)과의 합력이 궤도중심을 벗어나 차량의 중심에서 바깥쪽으로 향하는 힘(초과원심력)이 작용하고, 이것이 크게 되면 바람과 진동 등의 영향을 받아 전복(turnover)의 우려가 있다.

 곡선 외측방향 전복에 대한 안전성을 스프링의 변동은 고려하지 않고 정적으로 계산하고 차량의 중력 및 원심력의 작용점과 궤간 중심으로부터 이격이 안전율 a이상일 조건은

 이다.

여기서 G:궤간, a:안전율, H:차량중심고, R:곡선반경, V:주행속도, C:캔트, g:중력가속도이다.

 따라서 곡선제한속도는 이다.

곡선부에서 차량의 동적 영향을 고려한 경우 전복에 대한 위험율 D는 다음식으로 표현된다.

 D= + +

여기서 :불균형 원심력에 의한 계수, :진동에 의한 계수, :풍압에 의한 계수이다.

D가 1을 초과하면 전복하게 된다. 이처럼 곡선부에서 차량의 곡선 외측방향 전복(캔트부족량)에 대해서는 불균형 원심력, 진동, 풍압의 영향을 고려하여야 하며, 이들 상호관계도 검토하여야 한다. 한다.

  (2) 궤도파괴

  초과원심력이 크게 되면 차량은 전복에 이르지 않더라도 윤중(wheel load)과 횡압(lateral force)이 크게 되어 궤도의 마모와 파괴를 촉진한다.

  (3) 승차감 악화

  초과원심력이 크게 되면 승차감(ride quality)이 악화된다. 따라서 곡선반경에 대응하여 속도를 제한하고 있다.

다. 곡선 제한속도

   (1) 한국철도     

  한국철도에서의 곡선제한속도는 정거장외 본선에 대해서는 곡선반경(m)별, 선로등급별, 선별, 구간별로 따로 적용하도록 규정하고 있다. 정거장 내의 본선의 경우 분기부대곡선이 없는 본선은 정거장 외의 본선속도에 준하고, 분기부대곡선이 있는 정거장 내의 본선 및 정거장외의 측선에 대해서는 1, 2급선과 3,4급선으로 구분하여 곡선반경에 따른 제한속도를 규정하고 있다. 다만 일부 예외규정을 두어 탄력적인 운용을 할 수 있도록 하였다. 그리고 곡선반경(m)별로 분기에 접속하지 않는 곡선과 분기기에 접속하는 곡선의 경우 제한속도를 따로 정해 놓았다.

 한국은 철도건설규칙에 정한 기준을 근거로 하여 최고속도 V는

      

  여기서 V : 열차속도(km/h), : 설정최대캔트량(mm), : 부족 캔트량(mm)

  (2) 일본철도

  일본철도의 경우에는 운전취급기준규정에서 선로등급별로 고성능전차, 기동차와 일반열차의 구분에 따라 곡선반경별로 속도제한을 정하고 있다. 이 이론적 근거는 캔트량을 0로 하고, 곡선의 외방전복에 대한 안전성을 스프링의 변동을 고려하지 않고, 정적으로 이론 계산하면 차량의 중력과 원심력의 작용점의 궤간중심에서의 떨어짐 D가 안전율 a이상인 조건은

         

 단, H=차량중심 높이(mm),  G=궤간(mm), a=안전율, R=곡선반경(mm)

        

 가 되지만 위 식에서

       a=3인 경우      (고성능 전차, 기동차)

       a=3.5인 경우    (일반열차)

       a=5.5인 경우  (분기곡선)

을 기본으로 하고, 곡선반경별로 5km/h마다 정한 것으로, 이를 곡선반경별 제한속도를 정하였다. 즉 고성능 전차, 기동차의 제한속도는 안전율 3일 경우의 제한속도를 준용한 결과로 되었지만, 이것은 중심높이가 일반열차보다 낮기 때문에 전복에 대한 안전율만 크게 되므로, 큰 반경 제한속도를 일반열차보다 5km/h향상한 것이다.

 또 동해도선의 고성능 전차에 적용되고 있는 곡선의 제한속도는 다시 이것보다 5km/h속도를 향상시키고 있지만 이것은 고성능전차 및 기동차의 우등열차 만에 대하여 적용하고 있는 것으로 이들 열차에 대한 특정한 대책, 즉 궤도강화 및 필요에 따라서 캔트개정을 하여 실시한 것이다. 

  앞의 식은 캔트 0로 해서 차체를 강체로 하여 정적계산하고 있기 때문에 불합리하다. 따라서 차량의 동적인 영향과 실 캔트를 고려하여 다시 차량의 전복한계 속도를 검토하면 다음과 같다. 곡선에 있어서의 차체 대차의 중심에 작용하는 힘은 차량이 전복하는 한계의 속도 V는

        

        

      V=전복한계속도(km/h),    R=곡선반경(m),        C=캔트(m),

      G=차륜접촉점간 거리(m), =유효중심높이(m),  =차량전체의 중심높이(m)

       =차체중량의 1/2(kg), =대차중량(kg)     

       =횡력에 의한 대차 스프링장치의 변위계수(m/kg)

로 나타난다.

5. 분기기에 의한 속도제한

가. 분기기의 취약성

 차량이 분기기를 통과할 때에는 분기기의 구조가 복잡하기 때문에 일반 구간보다 큰 동요와 횡압이 발생한다. 즉 분기기는 직선궤도에 비하여

 (1) 텅레일의 단면적이 일반레일의 단면적에 비해 작다.

 (2) 대향으로 진입할 경우, 텅레일에 타고 옮길 때 충격이 발생한다.

 (3) 텅레일의 전환을 쉽게하기 위한 힐 이음매부의 결손부와 구조가 취약하다.

 (4) 분기기 힐 이음매부의 첨단레일과 기본레일 간의 수준차가 있다.

 (5) 분기기 전단에서부터 리드부에 걸쳐서 스랙 및 스랙의 체감이 있다.

 (6) 크로싱부에 후랜지웨이의 결선부가 있다.

 (7) 가이드레일부를 통과할 때에 차륜의 후랜지가 충격한다. 등의 구조적인 결함이 있기 때문에 일반 구간에 비해서 부담력으로 취약한 외에 열차동요, 충격, 횡압등이 크고, 또 파괴의 진행도 심하다.

  또한 분기기의 분기측은 일반 곡선에 비교하여

 (1) 특수한 경우를 제외하고는 캔트가 붙어있지 않다.

 (2) 완화곡선이 없다.

 (3) 슬랙이 충분하지 않고, 슬랙의 체감이 급하다.

 (4) 분기기내 곡선과 분기기 후방곡선과의 사이의 직선 길이가 일반적으로 짧다.

 위와 같은 곡선으로서 충분하지 않은 최악의 조건을 가지고 있는 외에 텅레일, 크로싱 결선부 등의 쉽게 마모되는 취약개소, 포인트입사각, 가드레일에 의한 차륜의 후랜지 충격 등 각종의 구조적인 결함이 있기 때문에 열차동요, 충격, 횡압 등이 발생하게 되어 열차 통과속도를 제한하게 된다.

 이들의 약점들을 보완하기 위하여 망간 크로싱, 분기기의 고번화, 중량화 등이 추진되고 있다.

가. 분기기 구조에 따른 속도제한

  분기기에 의한 속도제한은 철차번호와 분기기의 구조에 따라 편개와 양개를 구분하여 각각 제한속도를 규정해 놓고 있다.

   <한국철도의 분기기 구조별 제한속도>

철  차  번  호	8	10	40
전철기 편개의 경우(km/h) 전철기 양개의 경우(km/h)	25 35	30 45	40 45

지하철구간(ATS)에서는 분기기에 대한 별도로 다음과 같이 최고제한속도(km/h)를 정해 놓았다.

  <지하철의 분기기 구조별 제한속도>

철차번호	8	10	12	15
편개의 경우	25	35	45	55
양개의 경우	35	45	55	70

고속철도용 분기기에 대한 제한속도는 다음과 같다.

  <고속철도 분기기별 제한속도>

분기기번호	18.5	26	46
통과속도(km/h)	90	130	170
길이(m)	67.97	91.65	154.20
곡선반경(m)	1,200	2,500	3,550~

6. 전차선에 따른 제한속도

  열차속도가 높아지면 전차선의 양쪽 지지점과 중간과의 높이차, 전차선 경점 및 진동과 바람의 영향 등에 의해 전차선과 판타그라프가 순간적으로 떨어지는 현상 즉 이선현상이 생기고 이 이선이 커지면 전차선과 파타그라프의 마모가 심해질 뿐만 아니라 아아크에 의한 용손, 단전 등이 발생할 수가 있다. 따라서 파동속도를 높이기 위해서는 인장력에 강하고 더욱 가벼운 재질의 전차선 개발이 필요하다. 그리고 자동장력조절장치의 개선을 통하여 전차선의 높이, 압력, 장력이 일정하게 유지되도록 하여야 한다.  

  또한 전차선의 구배는 보통 전차선전주 1경간의 전차선 높이의 변화를 그 경간의 길이로 나눈 것으로 선로와 같이 천분율로 표시하는데, 이 전차선의 구배는 궤도면상 같은 높이로 가설하는 것을 원칙으로 하지만 과선교, 터널, 선상역사 등에서 그 높이를 변동하지 않으면 안 되는 경우에는 전차선의 구배를 두게 된다. 전차선의 구배는 열차운전속도에 직접적으로 영향을 미치게 되므로 열차운전속도에 따라 적정한 구배 이하로 하지 않으면 안 된다. 또한 설치된 구배에 따라 열차운전속도를 초과할 경우 아크가 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다.

 전차선의 구배는 구배 자체보다는 구배의 차(구배의 변화)가 중요한 요소가 된다. 구배의 변화 또는 레일면에 대한 구배가 크게 되면 고속으로 운전할 경우 이선율이 크게 되어 각각의 한도가 규정되어 있다.

 전차선 구배에 따른 열차운전속도는 다음 식과 같다.

        이다.

여기서 m: 팬토그라프의 질량(3.4kg),      b: 가공전차선의 구배

       F: 판타그라프의 상승압력(5.5kg),  H: 도약 거리(5m)

이것을 계산하면 전차선 구배별 최고속도는 다음 표와 같다.

   <전차선 구배별 최고속도>

구배 b (0/00)	3	5	10	15
속도 V (km/h)	103	80	57	46

위 계산의 결과에 따라 110km/h로 운행하는 도시철도 본선의 경우 전차선의 구배는 3/1000으로 규정하게 된 것이다. 또한 측선에서는 최고속도를 45km/h로 보고 측선 전차선의 구배는 15/1000으로 규정하였다.  

7. 신호현시조건에 따른 제한속도

신호현시조건에 따른 속도제한은 방호할 지점까지 거리가 얼마인가에 따라 정차해야할 목표지점에서 정차가 가능한 제동거리를 고려하여 열차속도를 제한하고 있다. 자동폐색구간 및 ATC 또는 ATO 구간에서는 신호계열에 따라 제한속도를 달리하고 있는데 그 이유는 폐색구간의 거리의 장단에 따라 차이를 두고 있다.

 신호계열에 따른 제한속도는 5현시(G, YG, Y, YY, R) 신호방식인 경우에는 일반적으로 다음 표와 같다.

   <신호계열에 따른 신호 5현시구간 제한속도>

신호계열	진행(G)	경계(YG)	주의(Y)	경계(YY)	정지(R)
제한속도  (km/h)	Free	65	45	25	0(정지)

 부분적으로 신호기간 거리와 위치 또는 보안설비에 따라 제한속도를 상향조정한 곳도 있다. 또한 차내신호방식을 사용하고 있는 ATC(Automatic Train Control)구간의 신호계열별 제한속도는 다음 표와 같다.

   <ATC구간 신호계열별 제한속도>

신호계열	STOP	15	Yard	25	40	60	70	80	100
제한속도  (km/h)	0(정지)	15	25	25	40	60	70	80	100

  상치신호기 외에 임시신호기 등으로 열차속도를 제한하는 경우가 있는데 선로작업이나 선로상태가 정상적으로 운행할 경우 안전상 문제가 있을 경우에 임시신호기(서행신호기 등)에 의한 속도를 제한하는 경우는 서행을 요하는 사유 또는 목적에 따라 설정한 속도로 제한하고 있다.

 그리고 특별히 선형이나 선로가 좋지 않은 경우에도 열차속도를 제한하는데 이 경우에는 속도제한표지에 의하여 속도를 제한하고 있다. 상치신호기가 고장이 발생했거나 신호기가 설치되어 있지 않은 곳에서 신호를 해야할 필요가 있을 경우에는 수신호에 의하게 된다. 이때 수신호에 의한 속도는 일반적으로 15km/h 이하로 하고 있다. 

8. 제동축수 비율에 따른 운전속도제한

열차의 조성차량 종별(최고속도)에 따라 제동축 비율에 따른 열차 운전속도 제한을 두고 있다. 제동축수 비율(제동축수/연결축수)에 따라 열차운전속도를 제한하는 이유는 제동축 비율이 100미만인 경우에도 100일 경우와 제동거리를 동일하게 하기 위함이다.

한국철도의 조성차량의 종별 및 제동축수 비율에 따른 열차의 운전속도는 다음 표와 같다.

제동축비율 조성차량별	100	100미만   80이상	비          고
최고속도 140km/h이상의 차량으로 조성한 열차	140 km/h	120 km/h	1. 최고속도가 다른 차량으로 조성한 열차에 대한 이 표의 적용은 지정속도가 가장 낮은 차량의 최고속도로 한다.  2. 열차운전도중 제동축 비율이 80미만으로 되었을 때에는 최근역까지 주의운전 후 관제사의 지시를 받아야 한다.  3. 제2호의 경우 관제사는 속히 차량교환의 조치를 하고 다음에 의하여 지시를 하여야 한다.     가. 제동축비율 80미만, 60이상으로 되었을 때 : 여객열차 80Km/h, 화물열차 50Km/h 이하운전(수도권전기동차 : 45Km/h이하운전)     나. 제동축비율 60미만, 40이상으로 되었을 때 여객열차 70Km/h, 화물열차40Km/h 이하운전(수도권전기동차 : 회송)     다. 제동축비율 40미만으로 되었을 때 : 운전 불가 (구원조치)     라. 최근 차량사업소 소재지역까지 운전 후 차량교체 또는 수리조치
최고속도 130km/h이상의 차량으로 조성한 열차	130 km/h	110 km/h
최고속도 120km/h이상의 차량으로 조성한 열차	120 km/h	105 km/h
최고속도 110km/h이상의 차량으로 조성한 열차	110 km/h	100 km/h
최고속도 100km/h이상의 차량으로 조성한 열차	100 km/h	90 km/h
최고속도 95km/h이상의 차량으로 조성한 열차	95 km/h	85 km/h
최고속도 90km/h이상의 차량으로 조성한 열차	90 km/h	80 km/h
최고속도 85km/h이상의 차량으로 조성한 열차	85 km/h	75 km/h
최고속도 75km/h이상의 차량으로 조성한 열차	75 km/h	70 km/h
최고속도 70km/h이상의 차량으로 조성한 열차	70 km/h	60 km/h
최고속도 65km/h이상의 차량으로 조성한 열차	65 km/h	55 km/h
수도권 전기동차	110 km/h	65 km/h

ATC/ATO 구간에서의 제동축수 비율에 따른 제한속도는 다음 표와 같다.

  <ATC/ATO 구간의 제동축수 비율에 따른 제한속도>

차  내  신  호		75신호	65신호	55신호	40신호	25신호
제동축 수(%)	100미만-80이상	55	50	40	25	15
	80미만-65이상	35			25	15
	65미만-50이상	15

9. 기타 속도제한

기타 차량의 최고속도를 규정하는 것은 열차방호, 건널목 경보기의 경보시분, 승차감 기준, 연동장치의 연동여부, 차량 구조에 따른 전도주시, 기상상태(풍속, 강설량, 강우량, 짙은 안개, 지진 등), 운전방향(퇴행, 추진운전)에 따른 최고속도를 제한하고 있다.

일반적으로 기타 열차속도를 제한할 때 제한속도는 다음과 같은 3단계로 구분하여 적용하고 있다.

  가. 45km/h이하 : 특히 주의를 기울여서 운전하는 경우

  나. 25km/h이하 : 열차가 정차할 때 그 위치를 틀려서는 안되는 경우

  다. 15km/h이하 : 언제라도 정차하는 것이 필요한 경우 이다.

  한국철도에서 요인별로 열차 또는 차량의 속도를 제한하고 있는데 이를 표로 나타내면 다음표와 같다.

   <요인별 차량속도제한>

속도를 제한하는 사항				속도 (Km/h)	예 외 사 항	기            사
1. 사고기타 부득이한 사유로 열차 퇴행할때	승인을 받았을 때		자동폐색구간	25		C. T. C 구간 포함
			기  타 구  간	25
	승인을 받지 못하였을 때		자동폐 색구간	-	퇴  행 불  가	C. T. C 구간 포함
			기  타 구  간	15
2. 전령법에 의하여 운전할 때				25		1. 자동폐색시행구간에서 신호가 정상일 때 신호현시 조건에 따라 운전. 다만, 정지신호는 일단정지 후 25km/h이하 2. 비자동폐색구간이거나 폐색구간중 도중폐색신호기가 없을 경우 또는 복선구간에서 반대방향의 선로로 운전할 경우의 구원요구한 열차의 정차지점으로부터 1km전방까지 45km/h 이하 운전 3. 돌아올 때는 주의운전 4. 복선구간에서 반대 방향의 선로로 돌아올   경우의 건널목 운전시 45Km/h이하 운전
3. 진행수신호 현시에 의하여 운전할 때		가. 장내신호기 대용 수신호 때		25	수신호등에 의할 경우에는 45km/h이하 운전	다음 신호의 현시위치 또는 정차위치까지
		나. 출발신호기 대용 수신호 때		25	수신호등에 의할 경우에는 45km/h이하 운전	1. 맨바깥쪽 선로전환기까지 2. 자동폐색식 시행구간의 경우 기관사는 맨바깥쪽 선로전환기부터 다음 신호기 위치까지 열차없음이 확인될 때는 45Km/h 이하 운전(기타 25Km/h이하) 다만, 도중 자동폐색신호가 없는 경우에는 맨바깥쪽 선로전환기까지만 25Km/h이하 운전
4. 선로전환기에 대향하여 운전할 때				25	연동장치 또는잠긴 경우는 제외	잠금이라 함은, 1. 상치신호기와 연동한 것. 2. 통표잠금기를 장치한 것. 3. 표지부 선로전환기는 표지의 손잡이를 잠근 것. 4. 추붙은 선로전환기는 팅레일을 기본레일에 밀착시키고 잠근 것

속도를 제한하는 사항	속도 (Km/h)	예 외 사 항	기            사
5. 통과열차로서 통표의 주는 걸이와 받는 걸이에 의하지 않고 통표를 주고 받을 때	25
6. 추진운전할 때	25		뒤의 보조 기관차가 견인형태가 될 경우 45Km/h이하 운전
7. 돌방 입환을 할 때	25
8. 차량입환을 할 때	25	특히 지정한 경우는 예외
9. 전기기관차 또는 동차로서 뒤운전실에서 운전할 때	45		전동열차 및 고정편성동차의 앞 운전실 고장으로 뒤 운전실에서 운전하여 최근 정거장까지 운전할 때를 포함한다.
10. 7000호대 기관차를 역향으로 운전할 때	25	2이상의 기관차 연결운전시로서 맨 앞 이외의 기관차 역향운전 제외	부득이한 경우 외 견인 운전금지
11. 입환신호기 진행신호에 의해 열차가 출발할 때	45	도중 폐색신호기가 없는 구간 제외	도중 폐색신호기가 있는 구간은 맨 처음 폐   색신호기까지

Ⅳ. 차량 최고속도 향상을 위한 해결책

 앞에서 열차 또는 철도차량의 속도를 제한하는 요인들을 살펴보았다. 열차의 속도를 향상시키려는 목적은 여행시간 단축으로 교통기관의 경쟁력을 높여 수입증가로 연결시키고, 차량과 승무원의 회전율을 높여 경비절감을 하는 효과가 크지만 차량의 속도를 제한하는  많은 요인들이 있음을 살펴보았다. 다만 속도를 향상시키는 방법은 하나의 방법보다 여러 가지 가능성을 함께 검토․추진하여야 효과를 기대할 수 있으며, 또한 어떻게 경제적이고 효과적으로 시행할 것인가가 중요하다.

 차량의 속도를 제한하는 요인을 극복하기 위한 해결책에 대해 살펴보고자 한다.

 1. 차량최고속도

   차량의 최고속도는 동력차의 경우 차량의 종류와 구조, 견인 및 제동 성능상에서, 객화차는 차종과 구조, 강도 또는 제동기구 등에 의하여 각각 제한을 두고 있다. 열차속도를 향상시키기 위해서는 견인력과 제동력을 크게 하면 되지만, 점착식 철도에서 견인력과 제동력은 점착성능에 제한을 받게 되므로 이 보다 크게 해서는 안 된다. 따라서 견인력과 제동력을 향상시키기 위해서는 먼저 점착성능 향상이 필요하다.   

  그 외 철도차량의 최고속도를 향상시키기 위한 방법은 여러 가지가 있을 수 있으나 일반적으로 검토 또는 추진되고 있는 방법으로는 차체를 기울게 하여 곡선통과속도를 향상시키기 위하여 세계 여러나라에서 채택하고 있는 틸팅차량이다. 일반적으로 곡선부에서의 틸팅차량은 일반차량에 비하여 30%의 높은 속도로 운행이 가능한 것으로 알려져 있다. 그 외 차량의 견인 및 제동성능(디스크제동 등)의 향상, 차량의 경량화, 점착성능 향상, 낮은 치차비(이 경우 치차비를 작게 하면 속도향상은 가능하나 견인력이 떨어지므로 필요에 따라 고려하여야 함), 차량의 무게중심을 낮추는 방법 등이 효과적이다. 그리고 운용상 열차편성을 할때 차량최고속도가 비슷한 차량으로 편성하도록 해야 한다. 편성차량 중 속도가 낮은 차량이 연결되어 있는 경우 낮은 차량에 의해 전체 속도를 제한해야 하기 때문이다. 

  열차속도가 높으면 높을수록 공기저항은 속도의 3승에 비례하므로 공기저항을 최소화할 수 있는 공기역학적인 차량설계가 필요하다. 

  견인성능과 제동성능의 제한인자는 점착계수에 의한 점착력이다. 따라서 점착계수를 향상시키기 위하여 일본철도에서 차륜답면에 증점착연마자를 이용하여 제동성능이 살수조건으로 평균 25%향상되고, 특히 100-130km/h에서는 점착계수가 45% 향상되었다는 연구결과 있다.

  주행안정성에 영향을 주는 사행동을 일으키지 않도록 하는 것은 차량제원과 스프링 계제원의 설정에 따라 사행동의 한계속도를 높이는 것이 가능하다.

   일반적으로 고속주행시의 사행동을 줄이기 위해서는 대차중심간 거리와 고정축 거리를 길게하고, 윤중 및 스프링하 질량과 스프링간 질량을 줄이고, 차륜경을 크게 하고, 차륜답면 구배, 차체관성반경, 대차관성반경을 작게 한다.

  속도향상과 관련 질량측면으로 보면, 동력집중식보다 동력분산식이 유리한 편이다.

2. 선로최고속도

  차량을 지지하고 유도하는 선로의 최고속도를 향상시키기 위해서는 레일 중량화 및 장대화하고, 자갈의 쇄석화와 도상두께를 높이는 등 도상의 지지력과 저항력을 향상시키고, 체결장치․타이플레이트 개선, 노반의 강화, 곡선과 구배를 완만하게 한다. 이러한 작업은 개통하기 전 철도건설 계획단계에서부터 전수명주기(LCC)를 통하여 비용을 최소화할 수 있도록 고려되어야 한다. 운용하고 있는 기존선을 개량하는 경우에는 개량비용이 훨씬 크기 때문이다. 건설된 선로라 할지라도 운용방법에 따라 열차의 안정성은 물론 궤도파괴 등으로 유지보수비용과 밀접한 관계가 있기 때문에 궤도파괴가 최소화될 수 있도록 고려되어야 한다. 궤도파괴는 결국 열차속도를 낮추어야하기 때문이다. 궤도구조에 있어서의 레일, 침목, 도상 등의 크기 및 그 조합은 초기 투자액과 보수비를 감안하여 열차하중에 부합되는 가장 경제적인 방법을 선정하는 것이 바람직하다.

3. 하구배 속도제한

  하구배에 대한 제한속도를 해소하기 위해서는 철도를 계획하고 건설할 때 평탄선으로 건설하는 것이 바람직하다. 그러나 지형적으로 부득이 하구배가 존재하는 경우에는 속도를 제한하여야 한다.

   하구배에서 열차의 최고속도를 제한하는 것은 선로의 관계가 아닌 제동거리 때문이다. 즉 하구배에서 발생하는 가속에 의하여 연장되는 제동거리를 평탄선에 있어서의 제동거리와 동일하게 하기 위하여 최고속도를 제한하는 것이다. 또한 장대한 하구배의 경우에는 반복제동에 따른 제동통 제동력의 원력인 보조공기통 또는 공급공기통의 충기시간과 제동거리 확보 때문이다. 그러나 구배의 형태와 길이에 따라 제한하는 속도를 고려하여야 한다. 예를 들면 하구배의 길이가 길지 않거나, 하구배를 지나 상구배가 연속되는 구간에는 구배에 따른 일률적인 속도제한은 비경제적이다.

  하구배에서 속도를 높이기 위해서는 선로 요인뿐만 아니라 차량의 제동성능을 높이는 방법이 함께 검토되어야 한다.

  차량의 제동성능을 향상시키기 위한 방법으로는 마찰계수가 높은 브레이크 슈의 개발, 차랴의 적재중량에 따라 제동력을 변화시키는 응하중변 또는 적공제동장치 도입, 제동통의 용적 및 피스톤의 단면적 확대, 복식제동통 도입, 보조공기통 용적확대 등과 기계제동과  발전제동 등의 전기제동을 병용 사용하여 제동성능을 높일 필요가 있다.

 하구배에 대한 최고속도를 제한하는 것은 전술한 바와 같이 제동거리 때문이므로, 보완한 차량인 경우에는 하구배에 대한 제한속도 향상을 적극 검토하여 운용측면에서 효율을 높이는 것이 필요하다.

4. 곡선 속도제한

 곡선선로를 통과하는 열차는 원심력에 의해 횡방향력을 받게 되어 승차감이 떨어질 뿐만 아니라 궤도파괴 내지는 탈선, 전복으로 이어질 수 있기 때문에 최고속도를 제한한다.

  따라서 곡선통과 속도를 향상시키기 위해서는 근본적으로 곡선을 크게 해야 하지만 부득이 곡선이 있는 구간에 열차 속도를 향상시키기 위해서는 가능한 한 캔트량을 높이고, 충분한 완화곡선 삽입, 차량의 무게중심을 낮추거나, 곡선통과시 차체가 곡선 내방으로 기울어지게 하는 틸팅차량을 도입하여 최고속도를 향상시켜 나간다.

  곡선구간의 속도향상에 있어서는 특히 전복, 탈선, 승차감, 궤도파괴 등에 대하여 함께 검토하여야 한다.

5. 분기기에 의한 속도제한

  핸들이 없는 철도차량의 구조상 분기기는 없앨 수 없는 것이다. 차량이 분기기를 통과할 때 최고속도를 제한하는 것은 분기기의 구조상 곡선이 만들어지며, 분기기의 구조가 복잡하고 취약성이 많기 때문이다.

 따라서 이러한 분기기의 통과속도를 향상시키기 위해서는 곡선을 크게하기 위한 분기기의 고번화(高番化)가 필요하며, 크로싱부의 후렌지웨이로 인한 결손부를 없애는 가동크로싱화,첨단레일의 결손부인 이음매부를 없앤 탄성분기기화, 슬랙량 경감, 일체형의 망간크로싱화가 필요하며 분기기의 능률적인 보수를 위한 스위치 타이템퍼 등 분기기의 기계보선장비를 운용하여 분기기의 궤도파괴로 인한 적시성이 있는 보수작업이 병행되어야 한다. 특히 전술한바와 같이 분기기에는 특수한 경우를 제외하고 캔트를 붙일 수 없고, 완화곡선이 없으며, 분기기내의 곡선과 분기기후방곡선 사이의 직선장이 일반적으로 짧기 때문에 분기기의 속도향상은 이와 관련된 주행안정성과 탈선안전도, 승차감, 궤도파괴 등 여러 가지 측면을 함께 고려하여 추진하지 않으면 안 된다. 

6. 신호현시조건에 따른 제한속도

신호현시조건에 따른 속도제한은 방호할 지점까지 거리가 얼마인가에 따라 정차해야할 목표지점에서 정차가 가능한 제동거리를 고려하여 열차속도를 제한하게 된다. 다시 말하면 신호현시 조건에 따른 제한속도를 향상시키기 위한 전제조건은 목표지점까지 목표한 속도로 감속하거나 정차할 수 있어야 한다. 따라서 진행신호에서 정지신호까지 여러 단계를 두어 정지위치까지 속도제어가 가능하고 신호현시별 제한속도에 따른 시간 손실을 최소화하여야 한다.

 지상신호 시스템에서는 신호기가 지상에 고정되어 있어 한계가 있기 때문에 폐색구간을 열차 이동에 따라 변화시키는 이동폐색방식(moving block system)을 도입하기도 한다.

그리고 기관사가 지상의 신호기를 육안으로 확인하고 열차속도를 제어하는 것은 인간의 신체적인 특성상 한계가 있으므로(일반적으로 육안에 의한 운전가능속도 최대 160km/h) 이를 극복하기 위해서는 지상의 신호정보를 차상에서 받아 차내에서 모니터해 주는 차내신호방식이 이루어져야 한다.

 서행신호기에 의한 열차속도 제한은 제한속도를 얼마로 하는 것이 안전과 능률을 동시에 추구할 수 있는지 그 적정선을 고려하여 시행하여야 한다. 수신호에 의한 속도제한은 전방의 신호 및 연동장치의 구조 및 상태에 따라 안전과 능률을 동시에 추구할 수 있는 속도를 찾아 시행하는 것이 필요하다. 

7.제동축 비율에 따른 속도제한

제동축 비율에 따른 운전속도제한은 열차의 조성차량 종별(최고속도) 제동축 비율에 따라 정상적인 경우와 제동거리를 동일하게 하기 위하여 운전속도를 제한하고 있다.

 제동축 비율에 따른 일률적인 속도제한은 필요 이상의 과도한 속도제한이 되기 쉬우므로 앞에서 논의한바와 같이 제동력을 보강한 경우에는 보강한 정도를 고려하여 제한속도를 향상시킬 수 있는 여유를 찾아 불필요한 속도제한을 자제하는 것이 효과적이다. 예를 들어 발전제동 등 전기제동을 추가사용이 가능한 경우에는 그렇지 못한 경우에 비해 여유 제동력이 있으므로 제한속도를 보다 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다.

8. 전차선 구조에 따른 속도제한

전차선 구조에 의한 속도향상을 시키기 위해서는 고속운전이 요구되는 구간에는 강체가선방식보다 카테너리방식, 더블 카테너리방식, 헤비컴파운드 가선이 유리하다. 또한 열차속도가 높게 되면 이선율이 높아지며, 특히 어느 속도에 이르면 급증하는 경향이 있기 때문에 이선율을 줄이는 전차선 가설방식에 대한 연구가 이루어져야 한다. 전차선과 판타그라프의 이선율을 줄이고 파동속도를 높이기 위하여 인장력에 강하고 더욱 가벼운 재질의 전차선 개발이 필요하며, 자동장력조절장치의 개선을 통하여 전차선의 높이, 압력, 장력을 향상시키고, 이들이 항상 일정하게 유지되도록 하는 것이 필요하다.     

 또한 속도향상을 위해서는 전차선의 구배를 가능한 한 최대로 작게 하는 것이 필요하다.

Ⅴ. 결론

  이상으로 차량최고속도를 제약하는 원인과 해결책에 대하여 살펴보았다.

 서두에서 언급했듯이 철도차량의 속도는 꾸준히 향상시켜 나가야 한다. 속도를 향상시키기 위한 방법을 고려할 때는 한 가지 방법만으로는 한계가 있으므로 여러 가지 방법을 함께 고려하여야 한다. 그리고 속도향상은 속도향상 자체와 속도향상으로 인한 하드웨어와 소프트웨어 측면까지 함께 고려하여야 한다. 에를 들면, 열차방호방법, 건널목 보안장치의 제어거리와 제어시분, 신호체계와 신호기간의 거리, 다른 법령과의 관계, 개량비용과 유지보수비용 등이 함께 검토되어야 한다. 

 결론적으로 철도차량의 최고속도를 향상시키기 위한 원칙은 다음과 같다.

  1. 철도건설계획시 철도차량이 고속주행에 적합한 선로조건이어야 한다.

  2. 차량을 견인하는 능력과 가속력이 커야 한다.

  3. 목표한 지점에 정차할 수 있도록 제동거리가 짧아야 한다.

  4. 승차감이 좋아야 한다.

  5. 열차주행저항이 적어야 한다.

  6. 견인 및 제동성능보다 점착성능이 좋아야 한다.  

  7. 집전성능이 좋아야 한다.

  8. 차량진동과 소음이 적어야 한다.

  9. 경제적이어야 한다.

[7341호]

교수님, 7400호대는 최고시속이 150km/h로 알고있는데, 여긴 105km/h로 나와있습니다. 어떤게 맞는건가요??

[07운전..손수준]

닉네임 이름으로 바꾸세요..07학번 최영준씨..

[07운전..손수준]

속도를 향상시키는데 많은 해결책도 있지만 거기에 따라 고려점과 제약이 따르고 있네요....

[바위]

7400호대는 150km/h가 맞습니다^^