김 용묵의 절대공간 - 블로그

(앞의 증기 기관차 글에서 계속됨)

내연 기관은 연료를 연소시켜서 폭발한 연소 가스의 힘을 곧바로 동력으로 활용하는 기계이다. 외연 기관보다 더 만들기 어려우며, 외연 기관보다 훨씬 더 화력이 좋은 고품질 연료가 필요하다. 그러나 내연 기관은 외연 기관보다 효율이 더 좋고 더 큰 동력을 낼 수 있으며, 오토바이나 기계톱 같은 기계에도 들어갈 정도로 소형화까지 가능하다. 증기 기관 정도의 출력으로는 열차를 굴리고 배까지는 움직여도, 비행기를 띄우는 건 어림도 없다.

그러고 보니 내연 기관의 선구자들이 다 독일 엔지니어들이구나. 자동차계의 앨런 튜링, 폰 노이만 같은 사람들이다. 난 내연 기관 하니까 컴퓨터로 치면 프로그램 내장 방식이 생각난다. 원동기를 지닌 동력 기관을 무슨 튜링 기계처럼 추상적으로 모델화할 수는 있을까? ^^;;

오늘날의 디지털 컴퓨터에 fetch, decode, execute 같은 기본 동작이 존재하듯, 내연 기관 중에서 피스톤 왕복 운전식 엔진에는 흡입, 압축, 폭발, 배기 같은 동작이 그런 기본 개념에 대응한다고 볼 수 있다. 2행정 엔진이 4행정 엔진보다 가볍고 간단하고 출력도 더 세지만, 부품의 수명이 짧고 연료와 함께 엔진 오일이 같이 연소되어 대기 오염도 더 심하다는 문제가 제기되어 오늘날은 극소수 소형 엔진이 아니면 전부 4행정 엔진만 쓰인다.

증기 기관도 피스톤 왕복 운동으로 바퀴를 굴리긴 하나, 내연 기관의 행정 사이클 같은 개념은 물론 존재하지 않는다. 내연 기관 중에는 피스톤 운동보다 효율이 더 좋은 로터리 엔진 같은 것도 개발되었으나, 아직까지 별로 실용화는 못 된 듯.

내연 기관은 그 특성상 연료 공급 방식을 자동화했으며(증기 기관차 시절에는 사람이 삽으로 석탄을 퍼다 아궁이로 직접..;; ), 오늘날의 자동차에서 당연시되고 있는 '시동 상태 유지'와 '변속'이라는 개념을 도입했다. 엔진이 최저 회전수 이상으로 돌지 못하거나 갑자기 너무 큰 부하가 직접 걸리면 시동이 꺼져 버린다. 그래서 동력비를 조절하는 장치가 필요한데, 덩치가 작은 차량은 톱니바퀴를 쓰고, 그보다 훨씬 더 큰 동력비가 필요한 철도 차량이나 선박에서는 엔진 효율을 좀 희생하고라도 유압 변속기를 쓰거나 아예 엔진으로는 발전기만 돌린 후, 동력비 조절이 용이한 전기로 차량을 움직이기도 한다.

오늘날 소위 디젤 기관차라고 불리는 철도 차량은 실은 '디젤 전기 기관차'이다.
비행기라든가 제트 엔진을 탑재한 자동차는 역시 동력을 구동축에다 전달하는 게 아니라 압축 공기를 분출하면서 나아가니, 일반적인 자동차와 같은 변속이라는 개념은 필요하지 않다. 제트 엔진은 큰 힘을 낼 수 있는 대신, 4행정 엔진보다 연료 소모가 훨씬 더 많다는 것도 주지의 사실.

철도 차량의 동력의 만렙 완전체요 최후의 목적지는 단연 전기라 할 수 있다.
요즘이야 하도 환경 따지고 화석 연료의 고갈을 두려워하여 전기 자동차 내지 최소한 하이브리드 차량이 재조명을 받고 있지만, 20세기 초중반에도 전기 자동차라는 게 없는 건 아니었다. 성능과 충전 시간 등에서 기름 자동차와는 도저히 경쟁이 안 되니 시장에서 자연스럽게 버로우를 타게 됐을 뿐이었다.

하지만, 배터리 충전이 필요한 자동차와는 달리, 철도 차량은 길만 따라 다니기 때문에 길을 따라 전차선을 설치함으로써 전기를 실시간으로 공급받을 수 있다. 그러면 또 얘기가 달라진다.
내연 기관의 선구자가 독일이었던 것과 마찬가지로 전기 철도의 선구자도 독일이었다. 이름하여 지멘스.

전동차는 시동을 걸 필요가 없고 별도의 변속기도 필요하지 않다. 자동차에다 비유하자면 키를 꽂아서 ON 모드로만 옮기면 곧바로 주행이 가능하며 START를 할 필요가 없다는 뜻이다. 서울역-남영, 청량리-회기 같은 곳은 자동차로 치면 시동을 끈 후 디젤 엔진을 휘발유 엔진으로 교체하고서(혹은 그 역순) 시동을 다시 켜는 건데, 전동차는 그걸 아주 자연스럽게 OFF-ON을 해낸다. ^^;;

지하철 전동차는 겨울에 냉방기 소리가 전혀 나지 않을 때 가만히 지켜보면, 소리가 전혀 안 나다가 그 상태 그대로 주행을 시작한다. 조용하다. 엔진 공회전 나부랭이 같은 것도 없기 때문이다. 사실 전동차의 동력 부품은 전동기(모터)라고 할 뿐, 엔진이라고 부르지도 않는다. 전기 자동차는 내연 기관에서 필요하던 변속기, 엔진 오일 같은 여러 부품들이 필요 없기 때문에 지금보다 더욱 경량화, 소형화가 가능하다.

물론 전동차도 자동차 엔진의 변속기처럼 전압과 전류 조절을 통해 동력비를 제어하는 부품이 있긴 하다. 처음에는 옴의 법칙 V=IR에 의거, 열을 엄청 많이 뿜던 저항 소자가 쓰이다가 나중에는 쵸퍼 방식이 등장하고, 지금은 반도체 소자를 이용한 VVVF 인버터가 이쪽 바닥을 평정했다. 마치 쿼츠 시계가 태엽 시계를 떡실신시켰듯이 말이다. 전동차 부품이나 시계 부품이나 역시 대세는 반도체인 듯.

VVVF는 다 좋은데 주파수가 바뀌는 과정에서 윙윙~~ 우우웅~ 환상적인 전자음이 난다는 게 특징이다. 물론 기술이 발달한 덕분에 요즘 VVVF 소자는 옛날 것에 비해서는 확실히 많이 조용해진 건 사실이나, 그 환상적인 소리가 철덕의 시선을 사로잡은 것도 사실이다. 다른 전동차들 중에서도 특히 서울 지하철 5호선과 6호선은 인간이 발명한 교통수단에서 어떻게 저런 아름다운 소리가 날 수 있는지 그저 신기할 따름이다.

내가 훗날 이렇게까지 철덕이 될 줄 알았으면 학창 시절에 물리 공부 좀 더 열심히 해 놓는 건데. -_-;; 그러질 못해서 더 자세한 디테일을 서술하지는 못하겠다. 내가 기계나 전자 쪽 공돌이였다면 컴퓨터보다도 이 바닥으로 갔을 가능성이 더 높다. 하지만 지금 본인의 현실은 취미와 직업이 독립된 형태로 가는 추세인데, 뭐 이것도 나쁘지는 않다고 본다. ^^;;;;

Posted by 사무엘

철도의 상징은 뭐니뭐니해도 산업화의 주역이던 증기 기관차이다.
우리말의 경우 기차(汽車)라는 한자어부터가 증기라는 뉘앙스를 잔뜩 담고 있는 단어이며, 칙칙폭폭 역시 증기 기관차에서 유래된 의성어이다.
철도 건널목 표지판은 연기를 모락모락 내는 증기 기관차의 모습을 형상화한 그림이다.
증기 기관차가 달리면서 연기를 온 천지에다 뿌려대는 모습을 보면, “기차 화통 삶아먹었나?”란 말의 의미를 확실하게 이해하게 된다. 아마 중국어로는 기차를 아예 火車라고 했지 싶다.

그러나 세상이 바뀌었다. 드보르작이 증기 기관차를 보고 철덕이 되었던 반면, 21세기의 철덕은 전자음 옥타브를 들으면서 쾌감을 느낀다.
오늘날의 철도 차량 중에 저렇게 연기를 뿜으면서 칙칙폭폭 하면서 달리는 녀석은 전혀 없음에도 불구하고, 인간의 기억 속에 각인된 철도의 첫 구현체인 증기 기관차에 대한 인상은 너무나 뿌리 깊다. 마치, 플로피 디스크가 완전히 사라지고 나서도 3.5인치 디스켓 아이콘은 ‘저장’ 아이콘으로 보편적으로 통용되고 있는 것처럼 말이다.

그도 그럴 것이 요즘 건설되는 철도는 복선 전철이 기본이요 전부 고가이다. 건널목은 절대 만들지 않으며 무조건 입체 교차이다. 그러니, 철길 건널목 하면 표지판의 증기 기관차가 암시하듯, 옛날의 꾸질꾸질한 기관차형 열차만을 사람들이 떠올리게 되는 것도 일리가 있다.

본인은 디젤 동차인 새마을호 연구 전문이기 때문에, 철덕치고는 열차의 상징이라 할 수 있는 증기 기관차에 대한 관심은 상대적으로 적은 편이었다. 하지만 오늘은 증기 기관차에 대해서 한번 좀 기계공학스러운 글을 써 볼까 한다. 역사든 지리든 음악이든 과학이든, 철도에 대한 이해도를 높이는 데 도움이 되는 모든 학문은 나의 친구이다. ㅋㅋ

물리학에는 열역학이라는 분야가 있으며, 열역학이라는 관점에 따르면 세상에 존재하는 모든 에너지는 궁극적으로는 어떤 형태로든 열로 바뀐다.
하지만 반대로 열을 에너지로 바꾸는 건 쉽지 않은 일이며, 모든 열을 에너지로 바꾸지는 못한다. 그 일을 하는 물건을 통상 기관 내지 엔진이라고 부른다.

그 기관 중 증기 기관은 외연 기관이라고 불린다.
증기 기관은 연료를 태워서 물 같은 다른 매개체를 끓여 증기를 만들고, 그 증기의 힘으로 피스톤이나 터빈을 움직인다. 연소가 동력을 만드는 곳과는 별개의 장소인 보일러에서 행해진다는 점에서 ‘외’(external)라는 말이 붙은 것이다.
밥솥 내지 냄비에서나 나오는 그 연약한 수증기가 평소보다 10수 배로 압축만 하면 집채만 한 무거운 열차를 움직이게도 한다니 정말 대단하지 않은가?

요즘이야 기관차형 열차에는 기관차 뒤에 발전차가 편성되어 있다. 객실 내부에 전기를 공급하기 위해서이다. 하지만 증기 기관차 시절에는 발전차가 아니라 석탄을 실은 별도의 화차가 한 량 필요했다. ^^;; 기관사 밑에서 일하는 조수는 땀을 뻘뻘 흘리면서 삽으로 석탄을 아궁이에다 열심히 퍼 넣어야 했다. ㅎㄷㄷㄷ;;
그리고 증기 기관차를 굴리기 위해서는 역에는 급수탑이 필요했다. 수원, 영천 등 몇몇 역에 있던 급수탑이 지금은 역사적인 가치를 인정받아 문화재로 보존되어 있기도 하다.

오늘날의 철도 차량에서는 찾을 수 없는 당시 증기 기관차의 특징 중 하나는 바퀴 크기가 큼직했다는 점이다. 옛날에는 앞바퀴가 유난히도 큼직한 자전거가 존재하기도 했던 것과 따지고 보면 비슷한 맥락이다. 또한, 증기 기관차는 꼭 둥근 원통형이고 색깔은 새까맸다. 어차피 매연 묻어서 시꺼멓게 되는 걸 가리려고 검은색을 의도적으로 선택한 듯.
또한 증기 기관차는 20세기 중반에 세상에 컬러 사진이 보편화할 무렵엔 모두 은퇴했기 때문에, 최소한 연기를 뿜으면서 달리는 모습을 컬러 사진으로 보기는 쉽지 않은 물건이기도 하다. 특히 정지 사진이 아닌 컬러 동영상은 더욱 찾기 힘들 것이다.

이에 덧붙여 증기 기관차의 트레이드마크는 역시 특유의 '웨에에엥!' 기적 소리인데.. 이건 어떻게 만들어 낸 소리인지 모르겠다.

증기 기관은 오늘날의 내연 기관에 비해서야 구조가 간단해서 만들기 쉽고, 저속에서도 비교적(언제까지나 '비교적!') 토크가 큰 힘을 얻을 수 있었다. 마차보다야 월등히 더 뛰어난 수송력으로 물류 혁명을 달성한 건 사실임. 그리고 무슨 방법을 써서든 물을 끓게만 만들면 됐으니 옥탄가가 크지 않은 저가의 저질 연료를 써도 괜찮은 점 역시 장점이었다.

그때 증기 기관차에는 별도의 변속기라는 게 없었다. 외연 기관은 태생적으로 연소 따로, 구동 따로인데 어차피 바퀴의 부하가 엔진에 바로 걸리지도 않기 때문이다. 그냥 석탄 열나게 많이 때면 빨리 가고, 적게 때면 느려졌다. 수증기가 오늘날로 치면 일종의 유체/유압 변속기 역할을 자연스럽게 했다.
변속기가 없기 때문에 그 대신 기관차의 바퀴 크기 자체가 동력비를 조절하는 역할을 했으며, 바퀴마다 크기가 들쑥날쑥이기도 했다. 여객용 기관차는 속도를 중요시해서 바퀴가 유난히 크고, 화물용 기관차는 견인력을 중요시해서 작은 바퀴 여러 개였던 식.

나름 증기 기관도 발전을 거듭하여 처음 발명되었을 때보다 더욱 출력이 향상되고 전성기를 맞이하기도 했으나, 전반적으로 볼 때 이런 동력을 쓰는 열차는 매우 비효율적이고 문제가 많았다.
증기 기관 자체가 물리학적으로 볼 때 태생적으로 미치도록 열효율이 저조하고 열차를 굴리기에는 출력이 부족했다. 가감속이 쥐약이고 고속화 역시 곤란했다.

또한 증기 기관은 보일러가 필요하고 물탱크에 석탄까지 있어야 하다 보니, 구조는 단순하지만 덩치가 커지는 게 불가피했고 소형화하기가 곤란했다. 증기 기관이 자동차의 동력원으로는 실패하고 그나마 철길이라든가 증기선으로 살 길을 찾은 게 바로 이 때문이다.
그러나 비열이 큰 물이 끓기까지 시간이 많이 걸리고 석탄 같은 고체 연료는 취급하기가 번거로워서 여전히 큰 골칫거리였다. 시동 시간이 굉장히 길고, 차를 세우거나 움직이게 하는 게 고역이었다는 뜻. 연탄재 치우는 것만 해도 얼마나 귀찮은데 다량의 석탄재 처리는 어떻게?

마치 미국 샌프란시스코에서 순전히 관광 목적으로 streetcar (바닥의 전선을 잡고 달리는 legacy 시가지 교통수단)를 운행하듯이, 요즘 일부 국가에서는 관광용으로 일부러 증기 기관차를 굴리는 곳이 있는데, 참고로 말하자면 걔네들은 석탄 대신 석유나 가스로 물을 끓인다. 200년 전의 증기 기관차를 100% 그대로 재연한 건 아니라는 뜻. 사실, 증기 기관이 발명되고 실용화한 시기 자체가 영국의 산업 혁명과 맥을 같이하며, 오늘날처럼 대량의 석유를 값싸게 전세계에 공급하는 인프라가 갖춰지기 전이었다.

환경면에서도 증기 기관차 역시 석탄이든 석유든 엄연히 화석 연료를 태워서 달리는 만큼, 그 큼직한 굴뚝에서는 수증기만 나오는 게 아니었다. 달릴 때 방출되는 엄청난 양의 그을음 내지 매연은 친환경과는 도저히 어울릴 수 없는 존재였다.

18세기에 발명되어 인류의 동력원으로 활동한 증기 기관(핵심 인물: 제임스 와트)은 19세기 중후반이 되어서야 내연 기관에게 자리를 내어 주었다. 최소한 육상 교통수단의 동력원에서는 확실하게 은퇴이다. 내연 기관이야 다임러, 벤츠, 오토 같은 사람이 공헌한 가솔린 기관도 있고 디젤 기관도 있으며 심지어 제트 엔진이나 로켓도 이에 속하지만, 외연 기관은 사실상 증기 기관과 동치나 마찬가지인 개념인 것 같다. (뭐, 스털링 엔진 같은 특이한 엔진도 외연 기관이라고는 하지만)

Posted by 사무엘

1.
중앙선 상봉 역은 경춘선 분기를 의식해서인지 복선 선로가 따로 갈라져 나가는 쌍섬식 승강장으로 건설 중인 걸 봤다. 서울 지하철 7호선까지 포함하면 나름 3개 노선의 환승역이 되는데, 다만 상봉-망우는 현재 경의선 디엠시-수색만큼이나 너무 가까운 역이 될 것 같아 우려된다. 두 역 사이엔 딱히 커브나 구배도 없기 때문에, 한 역에서 다른 역 승강장이 보일 정도이다.
DMC는 서울 지하철 6호선과 경의선에 이어 앞으로 공항 철도와의 환승역이 된다는 말이 있던데 과연?

참고로 지금 DMC역은 원래 지하철 6호선의 수색 역이 개명된 것이다. 경의선 수색 역과는 수백 m 떨어져 있어서 환승역으로 연결하기엔 너무 멀고, 별개의 역으로 취급하기엔 마치 동대문-동묘앞만큼이나 가까운 처지가 된 것 같다. 화랑대나 신촌처럼, 지상 철도와 지하철의 역이 비슷하지만 살짝 떨어진 곳에 자리잡은 예에 속한다.

2.
말이 나왔으니 말인데, 서울 지하철 6호선과 경의선과 공항 철도와의 관계를 생각하면 좀 복잡하다.
지금 경의선은 서울 시내 구간을 지하화하고 서울 역이 아닌 용산 역으로 가도록 재공사가 진행 중이다. 그래서 장기적으로는 지금의 중앙선 전철과 직결 노선을 만들고 이 기회에 용산선은 폐선했다. 기존 경의선을 대신하여 서울 역까지 들어가는 것은 잘 알다시피 공항 철도이다.

그런데 그렇게 되면 지금의 경의선 기존 지상 고가 구간은 어떻게 되는지? 가좌 역은 임시역이니까 그렇다 치더라도 민자역사까지 새로 만든 신촌 역은 경의선 전철 개통 후 어떻게 되는지?
경의선과 경원선이 연결되어 문산에서 용문까지 거대한 광역전철이 구축되는 건 분명 반가운 일이지만, 통일을 염두에 두고 경부선의 종점과 경의선이 한데 만나야 한다는 점에서는 경의선의 종점이 서울에서 용산으로 바뀌는 건 아쉬운 일인 것 같다.

3.
전철의 표정 속도를 알고 싶으면 그 선로에 가뭄에 콩 나듯이 지나가는 '통과 열차'가 어느 속도로 달리는지를 보면 된다.
통과 열차를 비교적 자주 볼 수 있는 곳은 1호선 경부· 경인선으로 치면 급행 선로이다.
성북-회기 구간에서 전동차 선로로 달리는 경춘선 무궁화호 역시 좋은 예이다.
여기뿐만 아니라 경원· 중앙선이나 안산선에도 아주 가끔 화물 열차라든가 기관차 단독 주행을 볼 수 있다.

이와는 달리, 지하철에서는 통과 열차를 보기가 물론 쉽지 않다. 아주 늦은 시간대나 출근 시간대 직후에 운 좋을 때에나 '회송'이라고 써 놓고 역을 무정차 통과하는 열차를 볼 수 있을 정도.

이런 열차들은 절대로 승강장을 '쌩~' 하고 전속력으로 통과하지 않는다.
오히려 건장한 사람이 전속력으로 달리면 따라잡을 수 있을 느린 속도로 슬금슬금 통과한다. 시속 한 30km대? (사람은 전속력으로 늘 그렇게 달릴 수는 없는 게 한계일 뿐이지)
이것은 단순히 안전 때문에 천천히 달리는 게 아니다. 스크린도어가 있더라도 어차피 통과 열차는 그보다 더 빨리 달릴 수 없다.

그렇다. 그게 바로 전철의 표정 속도이다.
무정차 열차의 앞뒤로는 전속력으로 찔끔 달리다가 금방 섰다가.. 또 달리기를 반복하는 일상적인 전동차가 다니고 있다.
그러므로 무정차 열차 역시 앞 열차를 추돌하지도, 뒤 열차에 추돌 당하지도 않을 평균 속도로 달릴 수밖에 없다.

우리가 늘 이용하는 전철이 빨리 달릴 때는 막힘 없이 시속 7~80km대까지 가니까 빠른 것 같지만, 정차를 감안하면 실제로는 겨우 저런 회송 열차 같은 속도밖에 안 나오는 셈.
전철이 아무리 교통 정체가 없어 빠르다고 해도, 정차가 잦은 관계로 의외로 느리다.
물론 시내 도로의 표정 주행 속도는 더 느리지만 말이다. ^^;;

4.
식당에 가서 뜨끈뜨끈한 국 같은 음식을 시키면, 처음에는 정말 펄펄 끓어서 거품이 보글보글하고 그대로 입에 가져갔다가는 혀를 델 것 같은 뜨거운 상태로 음식이 나온다. 우리는 그걸 후후 불어서 식혀서 먹는다.
철도 전기에도 이와 비슷한 맥락의 어거지 비유를 적용할 수 있을 것 같다.

식당에서 음식을 최대한 뜨거운 상태로 제공하는 이유는 시간이 흐르더라도 음식을 갓 조리된 신선한 상태를 유지하기 위해서이다.
이와 마찬가지로 교류 전기는 수만 V에 달하는 굉장한 고압이다. 장거리 송전에 따른 전력 손실을 줄이기 위해서이다. 전동차가 자체적으로 이를 저전압 직류로 변압해서 사용하는 것은 뜨거운 국물을 불어서 떠먹는 것에 해당하겠다.

물론 애초부터 직류 전기를 내보내는 단거리 지하철은, 장거리 유통이 필요하지 않고 나온 즉시 바로 떠먹는 간편한 음식에다 비유할 수 있다.

Posted by 사무엘

철도에서 선로가 하나나 둘도 아니고 무려 네 개(두 쌍)나 있는 것을 ‘복복선’ 내지 ‘2복선’이라고 일컫는다. 정말로 열차 통행량이 많고(수 분에 한 대꼴-_-) 성격이 극단적으로 다른 열차가 상대방을 간섭하지 않고 다양하게 다녀야 한다면 복복선이 필수적인 선택이다.

우리나라에서 복복선 구간은 잘 알다시피 경부선 수도권 전철 구간과 경인선이다. 수원-서울 구간이 1980년대에 일찌감치 복복선으로 확장된 데 이어 90년대에는 경인선이 차츰차츰 복복선화했다. 그리고 경인선이 동인천 역까지 전구간 확장이 완료된 것과 비슷한 시기인 21세기 초에 와서야, 경부선도 수원-천안 구간이 추가로 복복선화했다.

경인선은 추가 선로를 이용해 급행 전동차를 운행하며, 급행을 운행하고 남는 선로 용량으로는 이따금씩 화물 열차나 비정기 관광 열차도 운행한다. 하지만 급행은 평균 겨우 2개역 간격으로나 무정차 통과하는 패턴이기 때문에 그렇게 빠르지는 않다. 속도 증가보다는 수송력 증대에 두는 의미가 더 크다.

한편 경부선은 똑같이 복복선이지만 수원 이북과 이남은 위상 면에서 살짝 차이가 있다. 전자는 이미 복선 상태에서 영업을 하고 있다가 2복선으로 선로가 늘어난 관계로 전철역에 쌍섬식 승강장이 많은 편이다. (폼 || 폼 → 양옆으로 |폼| |폼| )
하지만 나중에 건설된 후자는 선로를 확장한 후에 그에 맞춰 전철역을 지었기 때문에 그냥 상대식 승강장 ‘폼 |||| 폼’의 형태가 대세이며, 심지어 병점 역처럼 양 옆에 대피선까지 둔 경우도 있다.

경부선은 비록 복복선이지만 한 쌍은 일반열차가 사용하기 때문에 전동차가 안심하고 사용할 수 있는 선로는 여전히 복선 하나뿐이다. 이런 이유로 인해 역내에 대피선이 없는 수원 이북 구간은 급행이 제대로 운행되기--증차 내지 정차역 증가-- 매우 어렵다. 천안 급행이 무려 1시간에 한 대꼴로 운행되는 게 수요가 없기 때문은 절대 아닌 것이다. 그렇다고 해서 천안-수원 구간만 운행하기도 하행 방면의 회차 시설의 부재 때문에 곤란하다. 골치 아픈 문제임이 틀림없다.

복복선은 ‘상1 하1 상2 하2’처럼 복선 선로가 평행하게 배열되어 있는 것을 ‘선로별 복복선’이라고 부른다(회기, 도봉산 타입). 그 반면 ‘상1 상2 하2 하1’로 배열되어 있는 것을 ‘방향별 복복선’이라고 부르며(금정 타입), 위의 예에서 2선은 ‘내선’, 그리고 1선은 ‘외선’이라고 부른다.
우리나라의 경우, 구로 이남부터는 경인선과 경부선 모두 방향별 복복선이며 그 북쪽의 서울 시내 구간만이 선로별 복복선이다.

승객의 입장에서는 방향별 복복선이 당연히 환승에 유리하다. 하지만 운임 등급별로 열차 이용객을 분리해야 할 때는 선로별 복복선이 유리하며, 사실 이게 열차를 회차하기도 더 쉽기 때문에 시설을 더욱 간소화시킬 수 있다.

그런데 방향별 복복선에서 어떤 열차를 내선에 두고 어떤 열차를 외선에다 두는 게 좋을까?
우리나라 철도의 전통적인 관행은, 더 빠른 열차를 내선에다 둬 왔다. 그래서 경인선에서 급행은 내선에서 다니며, 경부선 역시 일반열차가 내선을 쓰고 전동차는 외선을 쓴다.

이것은 인간의 보편적인 통념상 그리 나쁜 방법이 아닌 건 맞다. 하지만 시설 면에서는 “먼저 회차하는 열차”를 내선에다 두는 게 합리적이다. 상식적으로 당연하지 않은가? 외선 열차가 내선 열차보다 먼저 회차하여 반대편으로 가려면 내선을 모두 침범해야 하기 때문이다. 입체 교차 시설이 반드시 필요해지며, 그런 게 없으면 외선 열차는 회차 과정에서 과거 수원 역과 같은 흑역사를 겪게 된다.

그러나, 철도의 보편적인 건설과 선로 확장 과정을 살펴보면 내선이 빠른 열차가 다니기에 더 유리한 경우가 많다.
도시의 발전과 열차 수요 증가라는 것은 아주 점진적으로 나타나는 현상이다. 그렇기 때문에 철도가 처음부터 엄청난 비용을 들여서 무려 복복선으로 건설되는 경우는 거의 없다. 처음엔 복선이었다가 나중에 확장된다는 얘기인데...

처음 건설된 선로(훗날 내선이 되는)는 승강장 위치에 딱 맞춰 곧게 놓이지만, 나중에 양 옆에 놓이는 외선은 승강장을 감싸느라 역마다 선형상 굴곡이 생기게 된다. 따라서 외선은 이 역에 반드시 정차하는 느린 열차에게 유리하고, 내선은 이 역을 통과하는 빠른 열차에게 유리하다. 이것은, 먼저 회차하는 단거리 완행 열차에게는 외선이 유리하다는 먼젓번 주장과는 정반대의 결론인 셈이다.

경부선이야 수원이나 천안에 도착한 외선 전동차가 일반열차보다 먼저 회차하지만, 경인선은 내선인 급행 전동차가 동인천에서도 먼저 회차하고 용산에서도 먼저 회차한다. 속도가 더 빠른 열차가 멀리까지 한번에 가 주는 게 이치에 맞거늘, 우리나라는 급행을 주류가 아니라 뭔가 아주 특별 서비스로 간주하는 경향이 커서 아쉽다. 그래서 차라리 경인선의 내선과 외선 용도를 교환하여 완행을 일찍 회차시키는 게 더 좋겠다는 제안이 나오기도 했다.
선로를 네 가닥으로 깐 뒤에도 이를 어떻게 운영하느냐에 대해서는 이런 우여곡절이 존재한다.

Posted by 사무엘

Posted by 사무엘

http://blog.naver.com/mhangulo/20054140906
여기서 본인의 눈길을 끈 정보는
"서울-부산간 KTX 전기 요금은 100만원 남짓."
열차 주행뿐만 아니라 객실 내부의 전기 공급까지 다 포함한 비용이겠죠.

본인은 어디선가 다른 출처를 통해, 서울 지하철 5호선급의 노선에서 전동차 한 편성이 편도 운행하는 데 드는 전기 요금이 10몇 만원이라는 얘기를 들은 적이 있습니다.

서울-부산간 거리는 약 408km에 약 100만원. KTX는 18량에 최대 935명이 타고.
지하철 노선 길이는 약 40~50km에 약 10몇 만원. 전동차는 8~10량에 초만원일 때 1600~2000명까지 탈 수 있음.

※ 408km는 곧게 뻗은 고속신선으로 달려서 산출된 거리에요. 기존선으로 달리면 서울-부산은 440km가 좀 넘습니다.

요금과 거리의 비율이 얼추 맞죠.
KTX는 빠르게 운행하느라 힘들지만, 지하철 전동차는 고가감속으로 시도 때도 없이 가다 서다를 반복해야 하기 때문에, 역시 만만찮게 힘듭니다.

정확한 비교가 되긴 어렵지만 그래도 얼추 짐작해 보면 굉장히 수긍이 가는 결과인 것 같습니다.
서울-부산 KTX 편도 운임이 거의 5만원에 육박하니 935명이 타는 열차에 겨우 20여 명, 객차 딱 한 량의 1/3밖에 안 되는 인원만 타도 "수송원가"는 건진다는 황당한 얘기가 나옵니다.

또한 상일동-방화 교통카드 운임이 요즘 1600원이니, 지하철 한 칸에 성인이 좌석 승객(40여 명)과 입석 승객이 비슷한 양만치만 타도 "수송원가" 건집니다.
우리나라에서 전기가 얼마나 저렴한 동력원인지를 알 수 있습니다. 원자력 발전 캡숑 짱 만쉐이입니다.

서울-부산을 기름으로 달린다면?
<과학 기술로 달리는 철도>란 책을 보면 우리나라 특대형 디젤 기관차는 1km 주행에 경유를 3.32리터 쓰는 기름 먹는 하마라고 합니다. 1리터로 3.32km가 절대 아님. 운행 조건이 전혀 명시되어 있지 않으니 무척 부정확한 통계가 될 수밖에 없긴 하지만.. 감만 잡도록 하죠.

여기에다 408이든 440이든 곱하면 소모되는 기름 양은 약 1460리터에 달합니다.
철도에 무슨 비닐하우스나 어선처럼 면세유 쓴다는 말은 못 들었으므로, 세금이 그대로 붙은 자동차 경유값 리터 당 1800을 곱하면... 네, 무려 이미 260만원이 넘습니다.

그 디젤 기관차 하나로는 객차도 최고 많아야 8~9개까지만 끌 수 있습니다. 그 반면 KTX는 한번에 18개에 달하는 객차를 끕니다.
수송량에서도 차이가 나는데, 디젤은 거기에다 발전차 가동에 드는 기름값도 추가해야겠죠? 발전차의 연료 및 유류비에 대해서는 전혀 아는 게 없으니 제끼더라도, 이런 것들을 감안하면 전기는 디젤보다 수송원가가 비교가 안 될만큼 무지막지 싸다는 것을 알 수 있습니다.

전철화가 되고 나서 철도 수송원가가 거의 1/3이나 그 이하 수준으로 떨어졌다는 말은 결코 과장이 아닌 것 같습니다. 특히나 우리나라처럼 기름값 비싼 나라에서는!

Posted by 사무엘

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- 차량: 더 성능이 좋은 동력차를 도입한다. 특대형 디젤 기관차와 새마을호 디젤 동차는 1980년대에 열차 고속화의 선두 주자였다. 특히 역에 자주 정차하고도 표정 속도가 높으려면 가감속이 높은 차량이 필요한데, 이런 형태에는 동력 집중식보다는 동력 분산식이, 기름보다는 전기 차량이 훨씬 더 유리하다.
- 동력차의 기어비를 바꾼다. 8200호대 전기 기관차의 경우, 스펙상의 최고 속도는 시속 150이지만, 기어비를 바꾸면 시속 200을 넘길 수도 있다고 한다. 과거 우리나라에서 전기 기관차는 산업선 화물 위주로나 많이 쓰여서 속도가 그리 중요하지 않았으나, 지금은 사정이 달라져 있다.

- 선로: 당연히 선형을 직선화하고 개량함으로써(필요하다면 고가, 터널 건설) 열차의 속도를 올릴 수 있다. 물론 이는 비용이 많이 드는 작업이다.
- 레일을 더 무겁고 튼튼한 재질로 교체하고, 덜컹거리지 않는 장대 레일을 쓰면 된다. 그래야 레일이 빠르게 달리는 육중한 열차를 견딜 수가 있다. 물론 요즘 건설되는 철도는, 굳이 고속철이 아니더라도 m당 60kg 이상의 최고급 장대 레일은 기본이다.

- 선진적인 신호 시스템도 알게 모르게 열차의 고속(빠르게 운행), 고밀도(자주 운행) 운행에 매우 큰 기여를 하고 있다. 똑같은 복선이지만 지금의 경부선은 별다른 하드웨어 투자 없이도, 일제 강점기 때보다 허용 선로 용량이 5배에 가깝게 증가해 있다. 신호 시스템이 낙후해 있으면 안전상의 이유로 인해, 단위 구간에 대해서 열차를 매우 띄엄띄엄 보수적이고 소극적으로 운행할 수밖에 없어지며, 구간별로 진입 허가를 받기 위해 수시로 열차 속도를 줄여야 하게 된다.
교통수단들 중에 오로지 철도만이 ATS, ATC 같은 잘 통제된 시스템을 갖출 수 있다. 지하철의 경우는 신호 시스템만 치면 기술의 첨단성이 고속철 뺨치는 수준이다.

우리나라 경부선 열차가 1970~80년대에 들어서 서울-부산이 6시간이 넘다가 4시간 50분대로 진입하고, 나중에 4시간 10분으로까지 단축된 것은 그 당시에 위의 모든 분야에서 시설 투자와 개선이 이뤄졌기 때문이다.

말이 나왔으니 말인데.. 바퀴를 굴리는 육상 교통수단은 축중 하중이라는 게 중요한 것 같다.
본인은 운전 경험이 아직 거의 없어서 잘은 모르지만, 같은 차라도 FF(전륜구동), FR(후륜구동)은 핸들에 전달되는 느낌부터 시작해서 차가 움직이는 감각이 굉장히 차이가 많이 난다고 한다. 흠 난 FF 승용차를 몰 때나, 자동차 학원에서 FR 트럭을 몰 때나 별 차이를 못 느낀 걸로 기억하는데.

일단 기술적으로 FF가 FR보다 부품 수는 줄일 수 있지만, 만들기는 좀더 어렵다고 들었다. FR은 앞바퀴의 조향 반경이 FF보다 더 클 수 있고 핸들링 성능이 좋다는 장점이 있는 반면 뒷부분이 지나치게 가벼울 경우 바퀴가 헛도는 현상이 일어날 수 있다. 그래서 FR은 뒤에 화물로 인한 충분한 하중이 실릴 수 있는 트럭 같은 차에 적합하다.
FF는 역시 작은 승용차에 적합하지만 차체가 커질수록(=엔진 무게보다 훨씬 더 큰 하중이 실린다는 보장이 있는) 점점 FF보다는 FR이 더 유리해지는 것 같다. 반면 버스는 엔진까지 뒤에 있는 RR 방식이 동력 전달에도 유리하고 앞부분이 가벼워져 핸들 조작에도 좋다.

철도 차량은 조향이라는 개념도 없고 그런 구동축 위치도 별 의미가 없다. 하지만 마찰이 작다는 특성상, 축중 하중이 더욱 중요하다. 쇠로 된 길 위에 쇠로 된 바퀴가 구르다 보니, 차가 지나치게 가벼우면 바퀴가 헛돌기 쉽다. 8200호대 전기 기관차라든가 새마을호 디젤 동차도 엔진 자체의 성능은 훌륭하지만, 이런 현상 때문에 선형이 안 좋은 곳에서 도입되지 못해 왔다고 한다.

Posted by 사무엘

철도에서 단선과 복선은 선로 용량 면에서 서로 적수가 되지 못합니다.
단선은 잘 알다시피 마주 오는 열차의 정면충돌을 방지하기 위해서 반드시 일부역에서 교행을 해야 합니다. (기다렸다가 맞은편 열차를 먼저 보내고 진행)
그렇기 때문에 열차가 근본적으로 빠르게 통과할 수 없으며 선로 용량에 매우 큰 제한이 걸립니다.
옛날에 신호 설비마저 열악했을 때는 사고를 방지하기 위해서 지금보다 훨씬 더 비효율적인 열차 운행 시각표를 쓸 수밖에 없었기 때문에 열차 속도는 더욱 느렸고 배차간격은 더욱 길어야만 했습니다.

정확한 선로 용량은 대피선이 얼마나 자주 있냐에 따라 달라지지만, 아무리 고가감속 차량에 최첨단 신호 설비를 갖추더라도 단선에서 편도 기준 30분 이하의 배차간격은 도저히 무리입니다. 그 이하는 어차피 복선화하는 거나 다름없습니다.
서울 지하철 2호선에서 그 짧고 열차 운행도 뜸한 편인 지선 구간도 괜히 복선으로 건설된 게 아닙니다.

현재 한국 철도에서 단선 구간인 경춘선, 장항선의 평균 편도 배차간격이 4, 50분대인데, 이게 단선으로서는 거의 한계에 달하는 선로용량으로 운행하는 것입니다. 그래서 지연도 밥 먹듯이 하고 있으며, 현재 복선 전철화 공사가 한창인 것입니다.
요즘 건설되는 철도는 도로와 경쟁하려면 쫙 펼쳐진 직선 고가 터널에 장대레일, 복선 전철은 필수입니다.

그 반면 복선에서는 30분이 아니라 3분 간격으로 열차를 통과시킬 수도 있습니다. 출퇴근 시간의 지하철이 좋은 예이죠. 물론 그 정도라면 복선으로도 감당 못 할 선로 용량이긴 하지만 이론적으로 그만치도 가능하다는 얘기입니다.
아주 일반적으로는 복선의 선로 용량은 단선의 5~7배에 달한다고 여겨지고 있습니다.

복선 철도는 간단하게 한 선로가 한 방향으로만 운행 가능하게 신호를 정하는 게 매우 직관적이고 용이한지라, 전통적으로 좌측통행 또는 우측통행 이런 한 방법만으로 선로를 이용해 왔습니다.
하지만 요즘은 필요에 따라 건넘선을 따라 선로를 바꿔 가며 어느 방향으로도 열차가 운행 가능하게 좀더 융통성 있는 신호 체계도 도입되고 있습니다. 한 쌍의 선로가 아니라, 단선 병렬이라는 개념으로 바뀌는 것이죠.

우리나라에서 가장 먼저 복선화한 철도는 물론 경부선입니다. 일제 강점기엔 경부선이 경의선과 직결하여 중국까지도 갔기 때문에 경의선도 복선화해 있었지만, 이내 국토가 분단되면서 경의선은 단선으로 줄었다가 (전쟁물자 -_-) 지금 다시 복선 전철화 공사 중입니다. 경부선은 이미 80년대에 수도권 전철 구간이 2복선으로 확장되기도 했습니다.
한편 경인선은 60년대에 복선화해서 전동차 운행이 시작됐다가 21세기에 들어서야 전구간 2복선으로 확장됐습니다.

충북선은 여객이 아닌 화물 수송 때문에 일찌감치 복선 전철화했습니다.
호남선은 KTX 개통에 발맞춰 복선 전철화했습니다.

Posted by 사무엘