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[기고] 철도차량 제동신뢰도에 따른 안전마진 영향 분석

이강미 / 한국철도기술연구원 열차제어통신연구팀 선임연구원

철도경제신문 | 기사입력 2020/07/16 [19:20]

[기고] 철도차량 제동신뢰도에 따른 안전마진 영향 분석

이강미 / 한국철도기술연구원 열차제어통신연구팀 선임연구원

철도경제신문 | 입력 : 2020/07/16 [19:20]

▲ 이강미 / 한국철도기술연구원 열차제어통신연구팀 선임연구원     ©철도경제

[철도경제-이강미 / 한국철도기술연구원] 열차의 간격은 차량의 최대제동거리와 안전마진을 기본으로 산정한다. 열차의 제동거리는 운영환경과 제동장치의 상태에 따라 특정한 분포를 갖는다. 즉, 동일한 제동장치일지라도 계절, 날씨 등에 따른 선로 조건과 장치에 대한 열화정도, 유지보수 등 운영 조건에 따라 성능이 일정하지 않다. 

 

이와 같은 이유로 안전마진은 제동성능이 갖는 불확실성(uncertainty)을 보상하기 위한 안전대책이기도 하지만, 운영측면에서는 운영효율을 저감시키는 요인이 되기도 한다. 신규노선 설계시 근거가 불명확한 안전율이나 과도한 안전율은 운영효율을 저해하는 요인이 될 수도 있다. 따라서 신규 시스템 설계에 있어  합리적인 안전마진의 설계는 매우 중요하다.  

 

실제로 차량의 제동감속도는 점착조건, 제동효율, 마찰계수 등 적용환경에 따라 상이하므로 모든 운영환경에 일률적으로 적용할 수 없지만 국내 도시철도의 경우, 비상제동감속도를 4.5km/h 이상으로 요구하고 있으며, 차량개발이 완료된 이후 적용환경에서 비상제동시험을 통하여 해당사항에 대한 적합성을 확인하고 있다. 

 

그러나 UIC(International union of railways, 국제철도연맹)에서는 다양한 철도차량의 운행/시운전시험으로 수집된 데이터를 기반으로 한 확률적 제동모델을 개발하고, 이를 ETCS(European Train Control System, 유럽열차제어시스템) 제동모델에 적용하고 있다. 

 

확률적 제동모델은 제동장치의 성능요인인 제동압력, 제동효율, 제동마찰계수, 점착계수, 차량의 질량 등에 대한 실험데이터로 제동성능을 확률모델링하여 신뢰도에 따른 안전마진을 분석할 수 있다. 즉, ETCS를 운영하는 모든 국가는 다양한 제동장치와 선로환경 및 운영조건하에서도 동일한 안전마진 산출 매커니즘이 적용됨에 따라 상호운영이 가능해지고 더불어 제동성능 불확실성에 따른 튜닝시간이 줄어들 수 있다. 

 

국내에서도 제동신뢰도에 따른 안전마진 영향 분석을 위하여 확률적 제동 모델에 대한 연구가 수행되고 있다. 다만, 국내에서는 제동성능인자들의 정확한 확률분포 도출을 위하여 필요한, 충분한 반복시험이 불가능하므로 유럽의 전동차 데이터를 적용하여 다양한 운영조건에서 제동신뢰도에 따른 운영효율성을 분석할 수 있다. 더불어 제동장치의 정밀도와 유지관리정도가 열차 운영효율성에 영향을 주는 요인임을 확인하였다. 

 

향후, 국내 전동차, 제동장치, 선로 및 운영조건에 따른 제동모델 수립을 통하여 보다 정확하고 합리적인 철도시스템 설계가 가능해 질 것으로 기대해 본다.

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