생각/ KTX vs 신칸센. 해묵은 논쟁의 잘못된 부분?

[Techno_H]

주의 : 완전한 지식으로 쓴 글이 아니므로 부족한 부분이 있을 수 있습니다. 많은 지도편달을 바랍니다. ^^

경부고속철도 개통을 전후하여 한때 인터넷에서 KTX 와 신칸센을 비교하면서, 신칸센이 도입되었으면 국내 실정에 더 맞았을 것이라든지 하는 해묵은 논쟁이 있었습니다. ^^ 모레면 벌써 그 개통도 2주년 째가 되는데요. 그때 이야기되었던 건들 중에 잘못된 것이 좀 있는 것 같아 한번 되새겨보는 의미로 적어 봅니다. ^^

1. KTX의 기동가속도는 0.8km/h/s 로 신칸센 0계 (1.0km/h/s) 보다 느리다?

특히 일본 쪽 사이트에서는 KTX의 기동가속도가 0.81km/h/s 또는 0.77km/h/s 이라고 많이들 이야기가 됩니다. 일부는 신칸센 0계보다도 늦다며 조롱의 대상이 됩니다만. 아무래도 이것은 '기동가속도' 에 대한 정의를 잘못 이해한 데서 온 잘못된 정보가 아닌가 싶습니다.

철도차량은 고속이 될수록 주행저항이 커지는 특성 때문에 등가속도 운동을 하지 못하고, 일정 속도 이상에서 가속도가 점차로 떨어져, 임계속도에 이르게 되면 더 이상 가속을 할 수 없게 됩니다. 요컨대 가속도는 시시 각각으로 변화 (감소) 하며, 그 중 기동가속도라고 하는 것은 열차 기동(정지상태에서 출발) 초기의 가속도를 말하는 것으로 일단 보여집니다.

그런데 0.81이라는 수치는, 속도변화량 (300)을 0->300km/h 까지 가속에 소요되는 전체시간 (365초) 으로 단순히 나눈 수치에 불과 합니다. 이는 평균가속도이지 기동가속도가 아닙니다.

KTX는 0->100km/h 가속에 62초가 소요되며. 초기기동력이 이 때까지 유지된다고 가정하고 계산하면 100/62 = 1.6km/h/s 의 기동가속도를 KTX가 갖는다고 볼 수 있습니다. (700계 전차가 초기기동력이 100km/h 까지 유지할 수 있으므로, 억지스런 가정은 아니겠지요? ^^)

2. 동력분산식의 가감속 성능은 KTX에 비하여 월등히 우수?

경부고속전철 차종선정 당시 참여했던 300계의 기동가속도가 1.6km/h/s 로. 기동가속도만 놓고 보면 '동력분산식' 인 300계에 전혀 뒤쳐지지 않습니다. 500계, 700계와 같은 신형 신칸센이 2.0km/h/s 인 것과 비교해도 0.4정도 부족한 것에 불과합니다.

게다가, 지하철이 아닌 이상 '기동가속도' 의 大小 자체는 큰 의미가 없습니다. 예를 들어 500계와 700계는 기동가속도가 2.0km/h/s 로 서로 똑같습니다만. 전체적인 가속성능은 당연히 500계 쪽이 월등히 뛰어납니다. 그것은 700계가 기동가속도를 100km/h 전후까지밖에 유지하지 못하는 데 반하여, 500계는 180km/h 전후까지 오랫동안 유지할 수 있기 때문이지요.

즉, 가감속 성능의 비교는 '최고속도에의 도달시간'을 기준으로 하여야 정확한 수치비교가 가능한 것입니다. (이 부분에 있어서는 고속차량스펙에서 기동가속도를 잘 언급하지 않는 우리나라 쪽이 제대로 된 분석을 하고 있는 거라고 생각합니다.)

여튼, 속도특성 등을 통해 신칸센 700계 전차가 최고속도인 285km/h 까지 가속하는 데 걸리는 시간을 계산해보면 '5분' 전후가 나온다고 합니다. (그래프 참고) . KTX가 300km/h 까지 가속하는 데 걸리는 시간은 '6분' 전후로. 1분 정도 차이이며, 15km/h 라는 차이를 감안하면 실제 그리 큰 차이는 못 되는 것 같습니다. 대개 최고속도 언저리에서의 가속여력이 0.2~0.5km/h/s 라고 하니까. 285km/h 도달에는 KTX가 700계에 비해 20~30초 정도밖에 늦지 않는다는 계산입니다.

일반적인 분위기가, 동력분산식 쪽이 집중식에 비해 마치 "마법처럼" 가속성능이 향상된다. 라는 것처럼 읽혀지는데. 일단 계산해놓고 보니. 5분이나 5분 30초나... 거기서 거기인 것 같습니다. ^^

(700계를 비교대상으로 한 것은. 일단 데이터쉬트가 700계 쪽밖에 없기 때문이지만. 총출력 13200kW로, 13500kW인 KTX와 비슷하고, 또한 가장 최신형의 차량이기 때문에 비교에 가장 적합하다고 생각했습니다. 500계는 총출력이 18240kW나 되는데, 출력면으로만 따지면 KTX에 동력차와 동력객차를 각각 하나씩 더 얹은 꼴입니다. ^^)

요컨대, 실상은 KTX가 1.6km/h/s 의 기동가속도를 갖고, 가속성능도 그리 크게 뒤쳐지지 않음에도 불구하고. 당시 '기동가속도'에 대한 개념의 부재로 잘못 계산된 0.8km/h/s 란 잘못된 수치가 널리 퍼져. KTX에 대한 인식을 전반적으로 깎아내려버리지 않았었던가 싶습니다.  첫 단추를 잘못 끼웠다고나 할까요? -_- 정말로 잘못된 것이 맞다면 앞으로라도 바로잡아야 하겠습니다. ^^

ps > 그러고 보면 G7-KHST 이놈이 사실은 엄청난 놈을 목표로 개발된 것일지도 모르겠습니다. 매뉴얼상에는 300km/h 까지 가속에 2분 8초가 소요된다고 되어 있는데, 5분 걸리는 700계보다 외려 3분 이상 빠른 셈이군요. -_- 임계속도를 387km/h 로 올린 만큼 가속 관련 성능도 전반적으로 shift-up이 가능했던 것 같습니다.

[N700系]

게다가 신칸센 700계 열차가 KTX보다 기어비가 높다는 것을 감안하고 KTX의 기어비를 700계와 비슷한 수준으로 개조한다면 이둘의 가속도 차이는 더욱 줄어들 것입니다.

[여수행관광열차]

HSR-의 '0->300kph 2분 8초'는 요컨대 초기 가속이 5kph/s에 가까운 (단순히 나누면 2.5쯤 되죠?), 철도차량으로서는 말이 안되는 주장인 듯 싶습니다만. 시제 편성대로라면 가능할지 모르겠습니다만, 현실성은 없다고 생각합니다. 덧붙여 동력집중식의 경우 구동륜의 수가 적은 만큼 분산식에 비해 불리한 건 사실일듯.

[Techno_H]

TGV나 KTX가 동력집중식 관련 구동의 정점 가까이에 서 있고, 분산식 쪽은 앞으로 개발의 여지가 계속 남아있다고 보면 되는건지도 모르겠습니다. ^^ 최신개발된 N700계의 경우 기동가속도가 더욱 향상되어 무려 2.6km/h/s 을 마크한다고 하더군요. ^^

[Techno_H]

G7의 임계속도가 387km/h로, 300km/h에서도 87km/h를 더 가속할 여력이 되기 때문에, 초기가속은 한 3.0km/h/s 되지 않을까 싶습니다. 가속도변화 그래프가 나와 있는 책자가 있었는데 현재 갖고 있지 않아서... -_- 기회가 되면 한번 스캔을 올려보겠습니다. ^^

[구특전 214號]

HSR350x 의 시제 편성으로는 그러한 기동력은 보여줄 수 없습니다. HSR350x 의 시제 편성으로는 턱없이 모자란 견인력이기 땀시.. @_@

[구특전 214號]

그정도 기동력이 나오려면 어마어마한 기동력을 가져야 하므로 아마 2분 8초라는 소리는 10량 이내의 단편성이 아니라 동력거점객차가 더 들어가는 20량 장편성 이야기인걸로 알고 있습니다.

[여수행관광열차]

동력집중식의 DHC가 엄청난 견인력에도 불구하고 축중 문제로 지형을 가리는 것과 마찬가지로, 아무리 기관차의 출력이 강하더라도 차륜 하나에서 낼 수 있는 접지는 한계가 있습니다. 그러니까 가속력의 한계로는 동력분산식에 이길 수 없는 거죠. 실용적인 가감속, 그리고 효율이 강점이라 살아 있는 거고...

[여수행관광열차]

아무튼 상당히 유용한 이야기를 알았습니다. KTX를 탈 때 보면 사실 250이 넘어도 가속감이 초기에 비해 별 차이가 없는 것을 보면 정말로 0.8로 300까지 당기는 건지도 모르겠다는 생각이 들긴 하지만요. (이거 나름대로 엄청난 겁니다) 700계의 0-285가 5분 선이라는 것을 주목하고 싶습니다.

[K111/430(이촌)]

정확한 차량 스펙은 저도 잘 모르겠습니다만, 다이어그램상으로만 살펴보면 신칸센 700계의 경우 1역 추가정차시 약 4분의 추가시간이 소요되는것으로 나오네요. KTX가 고속신선상 추가정차시 6~7분정도의 추가시간이 소요되는것으로 알고있는데, 운전 규정상 문제인지는 모르겠지만 '1역당 2분'은 분명한 차이라고 봐도..

[Techno_H]

700계는 최고속도가 270 ~ 285로 제한되기 때문에 정차조작시간 면에서 소폭 이득을 보게 되지지요. 다만 실제로 같은 조건의 운전에 투입했을 때, 최종적으로 걸리는 소요시분에서는 큰 차이로 나타나지 않을 가능성도 있어보입니다.

[K111/430(이촌)]

산요신칸센 히메지역 정차/통과 기준으로 말씀을 드렸던 것인데, 그동네는 285km/h 운행구간이고, 측선정차이기때문에 실제 역 진입속도는 꽤나 느렸던걸로 기억납니다. 아무튼 체감상으로는 그랬네요....

[구특전 214號]

국내에서도 신간선 효용론자들이 벌이는 주장 중 하나가 바로 기동력의 [ 현격한 차이 ] 입니다. 이는 일본 쪽의 무분별한 정보의 유입이 불러온 결과입니다.

[사쿠야]

신칸센은 '짧은' 역간거리를 빠른 시간안에 이동하기 위하여 초기가속이 높은 동력분산식 차량을 선택한것 뿐입니다. 꿀릴것 없습니다. 300km/s 도달하는 시간은 KTX나 신칸센이나 거기서 거기입니다. KTX 괞찮은 차량인데요. 뭐.. 20량 장대편성은 너무하다고 생각하지만.

[여수행관광열차]

그보다 기존선의 전화 또한 애초부터 동차 위주로 진행된 점, (고다마형 특급전차를 예로 듭니다) 그리고 원천적으로 단층이 심한 연약한 지반 탓에 축중이 제한되고, 집중식을 택하기 어려웠던 여건이 작용하지 않았을까 싶습니다.

[분당선 도곡역]

가속력에서는 차이가 나긴해도 별 꿀릴것은 없지만 문제는 KTX 역 신설요구가 너무 많다는겁니다. 이렇게 되면 역간거리가 짧아지게 됩니다.

[여수행관광열차]

언급된 자료로 모델을 한번 만들어봤는데, 위의 가속커브로 700계 차량의 최고속도를 300kph까지 풀 경우 300kph에 도달하는 데 걸리는 시간은 365초, 그 동안의 주행거리는 21km가 됩니다. (KTX는 368초로 되어 있고, 도달 거리는 모델에 따라 15~20km입니다) 꽤 재미있는 이야기가 되는데요.

[N700系]

700계가 300km/h에 도달하는 시간은 ktx보다 더 걸릴 것입니다. 700계 열차의 경우 285km/h에서 가속도가 0.25km/h/s이기 때문입니다

[여수행관광열차]

해외철도란에서 링크된 페이지의 그래프를 상당히 비과학적(!)으로 옮겨담았기 때문에 실제로 몇 초 더 걸릴 듯하긴 하더군요.

[여수행관광열차]

KTX의 정확한 가속 커브가 있었으면 합니다만, 일단 없는 관계로 서너 개의 모델을 만들고 있습니다. 300계와도 비교해 봤는데, KTX와 나란히 달릴 때 따라잡히는 시간은 361초 (19.2km) 에서 897초 (59.4km) 사이로 보입니다. 결국 경부선의 통상적인 경우처럼 역간 거리가 70km를 넘을 경우 300계는 강점이 없군요.

[여수행관광열차]

500계는 위의 것으로는 알 수가 없었습니다. 모델이 완성되면 그 그래프를 올려보도록 하죠.

[Techno_H]

응용이 가능하게끔 공식과 같은 이론적인 배경도 조금 부탁드려도 될는지요. ^^

[여수행관광열차]

이론이긴요... 그냥 끼워맞추기죠-_-;;

[787-ARIAKE]

하아... 체급(차폭, 승차정원)이 틀리면서도 저정도 성능을 낸다는 사실을 아직도... -_-a

[여수행관광열차]

더 강한 저항을 출력으로 이기는 거죠. 700계의 경우 대폭 경량화가 이루어졌기 때문에 KTX와 유사한 출력으로 큰 차량을 끄는 거지만.

[C-3PO]

Vehicle의 운동성능은 흔히 중량당출력이라고도 말하는... Power/Mass 비율에 거의 정확하게 비례한다고 보시면 됩니다. KTX는 17.58 kW/t 이고 700계는 18.64 kW/t 입니다. 700계가 약간 수치가 높은데 대신 KTX보다 단면적이 넓으므로 공기저항이 쬐끔 더 크겠으므로... 실제로 거의 비슷한 수준이 아닐까 합니다.

[C-3PO]

참고로... 신간센 500계는 26.51 kW/t 즉... 톤당 26.51 kW 라는 괴력을 자랑합니다. 당연 300 km/h 도달시간도 KTX 보다 적을 거라는 예상을 할 수 있습니다. 또한 참고로... 300계도 19.05 kW/t 으로 절대 꿀리는 출력은 아닙니다.

[C-3PO]

빠뜨려서는 안되는 한가지 중요한 점은... 고속열차는 달리는 것도 중요하지만... 서는 것도 중요하다는 사실을 잊지 않아야 한다는 겁니다. 같은 수준의 Power/Mass 비율이라고 하더라도 감속성능은 아무래도... 동력분산식이 유리합니다. 결국... 표정속도를 높이는 데에는 동력분산식이 좀 더 낫다고 할 수 있습니다.

[여수행관광열차]

동력분산식이 근본적으로 유리하다는 건 분명하지만, KTX와 신칸센을 비교한다면, KTX의 300kph -> 0의 제동거리가 6400m, 시간으로는 2.5분선으로 되어 있습니다. 위의 700계의 그래프로는 (285->0) 3.5분, 8km에 해당합니다. 보기보다 처지지 않다는 이야기죠.

[C-3PO]

위의 700계 런커브(?)를 보면 감속구간에서 계단이 보입니다. 폐색구간과 연계된 ATC 작동때문에 제동에 제한이 걸린다고 본문에 나와있습니다. 참고로 폐색구간 문제가 없으면 약 5000 m, 2분에 정차가 가능하다고 되어있습니다.

[여수행관광열차]

그래서 저도 우월하다고 하지 않고 '그리 처지지 않는다'라고 한 거죠 :) 예를 들어 회생제동이라고 해도 모터가 걸려있는 바퀴가 많은 편이 좋을테니... 이 쯤에서 KTX 차량이 700계에 비해 가감속에서 크게 불리하지는 않음을 결론지을 수 있지 않나 싶습니다.

[여수행관광열차]

다만 재미있는 건 KTX의 장점으로 내세우는 기존선 연계인데, 신칸센 차량의 규격이 커서 그렇지 최고속도 제한이 있고 역간 거리가 짧을 경우 KTX가 오히려 다소간 불리한 점은 여전히 상존한다는 느낌입니다.

[C-3PO]

결국 운동성능에서... 제일 중요한 것은 중량대비 출력입니다. 만약... KTX 차체를 스틸이 아니라 알루미늄 합금으로 가볍게 만들어 주면 상당한 괴물이 탄생할 겁니다. (이러면... G7 비슷하게 되는 건가요...?)

[Dakku]

전문적인 지식들... 어질어질...@_@... 다들 머리 좋으신가봐...ㅠㅠ 왠지 초라해진다 흑흑...ㅠㅠ

[Techno_H]

사족이지만... G7이 알루미늄 차체를 사용하면서도 열차총중량은 KTX 보다 더 나가지요. 차체는 가벼워졌으나 전장품 (모터블록) 을 더 얹어서 그렇게 된듯. ^^

[여수행관광열차]

섀시도 섀시지만 말씀하신 구동이나 전기 관련 기기의 무게도 장난이 아닙니다. (변압, 정류, 모터 등) 이거 가볍게 만들기 정말 어렵죠.