초록 ▼

철도신호설비는 열차의 진행 여부, 주행 속도, 전방의 상태 등의 열차 운행 관련 정보에 따라 열차운행 진로를 제어함으로서 원활한 열차 운행을 확보하여 주는 설비이다. 그러므로 신호 기술은 열차의 정확하고 안전한 운행을 보장할 뿐만 아니라 수송효율을 향상시키는 핵심적인 기술이다. 특히 열차의 고속화, 고밀도화, 대량 수송에 따라 요구되는 고 레벨의 철도 관련 안전성, 신속성, 정확성, 정시성 등을 달성하기 위해서는 신호체계의 역할이 매우 중요하다.
열차의 고밀도 고속화는 철도의 탄생 이후 지속적으로 추진되었으며, 대규모의 사업비

철도신호설비는 열차의 진행 여부, 주행 속도, 전방의 상태 등의 열차 운행 관련 정보에 따라 열차운행 진로를 제어함으로서 원활한 열차 운행을 확보하여 주는 설비이다. 그러므로 신호 기술은 열차의 정확하고 안전한 운행을 보장할 뿐만 아니라 수송효율을 향상시키는 핵심적인 기술이다. 특히 열차의 고속화, 고밀도화, 대량 수송에 따라 요구되는 고 레벨의 철도 관련 안전성, 신속성, 정확성, 정시성 등을 달성하기 위해서는 신호체계의 역할이 매우 중요하다.
열차의 고밀도 고속화는 철도의 탄생 이후 지속적으로 추진되었으며, 대규모의 사업비가 소요되는 신규 고속선 건설과는 별도로 기존선에서의 열차의 운행 속도 향상을 통한 수송효율의 증가도 중요한 항목으로 제시되었다. 따라서 새로운 환경에 적합한 신호체계의 개발, 재정립, 최적화, 신호장치의 표준화 및 현대화(전자화) 그리고 안전성과 신뢰성 확보 등은 철도신호설비 개발의 주요 이슈가 되고 있다.
21세기에 진입하면서 유럽은 국가 간의 여객 운송 수단인 철도 교통을 효율화하기 위해 관련 분야 기술 개발에 많은 투자를 실행 중에 있으며, 특히 ERRI의 주관하에 국가 간 열차 상호 운행이 가능한 신호 표준화 및 규격화를 1980년대 후반부터 ERTMS/ETCS라는 이름하에 추진하였다. 일본의 경우에도 RTRI를 통하여 기존선 고속화를 위한 연구 활동을 지속적으로 진행 중에 있다. 우리나라에서도 기존선의 고속화를 위한 활동이 기존선 전철화 및 고속철도 연계 운행을 위한 시설물정비 사업과 함께 병행하여 전개되고 있으며, 본 과제의 성격도 같은 맥락으로 추진되고 있다.
우리나라 기존선의 열차 운행 속도 향상을 위한 틸팅 열차의 개발에 사용할 신호보안체계가 3차년도(2004년)에 차상신호 방식인 ETCS 레벨 1로 결정됨에 따라 유럽에서 표준화된 ETCS 레벨 1에 대한 전반적인 시스템 특성 및 사양 연구가 4차년도(2005년 7월)까지 추진되었다. 그 결과, 틸팅 차량에 장착할 차상신호 장치인 ETCS 레벨 1은 현재 한국철도공사에서 기존선 신호보안체계 개량을 위해설치중인 Bombardier Transport사의 제품을 설치하는 것으로 결정되었다. 따라서 5차년도 이후에는 선택된 차상신호장치의 성능 및 안전성 확보 및 검증을 위해 관련 설비에 대한 시험 및 시운전이 실현되어야 한다. 이는 공장시험, 정적인 현장 시험, 동적인 현장 시험은 물론 시스템 종합 운용시험까지 완전하게 검증되어야 한다.
신호 시스템의 경우, 기술적 진보가 타 시스템보다 급격하게 진행됨에 따라 국내에서의 신호시스템 연구, 개발 및 적용은 현실적으로 불가능함과 동시에 다국의 다양한 제작업체로 인한 경쟁으로 인해 향후 적용되는 신호시스템은 무선에 기반을 두고 개발되며, 현재 우리나라에서 사용되는 진보된 신호시스템은 고속선의 신호시스템 ATC(TVM430), 기존선 구간의 ETCS 레벨 1, 그리고 MBS(Moving Block System), CBTC(Communication Based Train Control) 등으로 틸팅 차량의 경우에는 우리나라 기존선에서 개량 중인 신호시스템 ETCS 레벨 1을 적용할 예정이다. 이는 향후 기존선 구간의 통합 신호시스템을 수용할 수 있는 상호호환성 뿐만 아니라 현재 우리나라의 기존선에서 사용중인 ATS 신호시스템을 수용할 수 있는 STM(Specific Transmission Module)을 장착함으로서 기존선 구간의 열차 운행속도 향상에 있어서 최대한의 안전성을 보장할 수 있을 것으로 전망된다.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...30
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...32
• 제 1 절 지금까지의 연구개발 실적...32
• 제 2 절 국내 및 국외 관련기술 동향...34
• 제 3 절 국내.외 기술수준 비교표...35
• 제 3 장 년차별 주요 실적...36
• 제 1 절 2차년도 주요 실적 요약...36
• 1. 철도차량 신호보안설비의 통신신뢰성 평가를 위한 기본 모델링 연구...36
• 1.1. 해외 철도차량용 통신규격 사양분석...36
• 1.1.1. 국외 철도차량용 통신 규격...36
• 1.2. 철도차량용 통신방식 신뢰성평가 기본 모델 구현...44
• 1.2.1. 국내외 통신 모델링 기술 현황분석...44
• 1.2.2. 차량내 유선통신방식 신뢰성평가 기본 모델 구현...50
• 1.2.3. 차상/지상간 무선통신방식 신뢰성평가 기본 모델 구현...85
• 1.3. 제안된 철도차량용 통신 신뢰성 평가 기본 모델에 대한 검증...93
• 1.3.1. 차량내 유선통신방식 신뢰성평가 기본모델 검증 결과...93
• 1.3.2. 차상/지상간 무선통신방식 신뢰성평가 기본모델 검증결과...103
• 1.4. 결과 분석...105
• 2. 고속차량 안전운전을 위한 신호제어설비 기본사양(안) 및 시험요구사항 연구...107
• 2.1. 기존선 고속화 신호제어설비 기본사양(안) 연구...107
• 2.1.1. 신호제어설비 차량 인터페이스 연구...107
• 2.1.2. 신호제어 설비 기본사양(안) 연구...109
• 2.2. 기존선 고속화 신호제어설비 시험요구사항 연구...111
• 2.2.1. 기존 신호제어설비 시험사양 연구...111
• 2.2.2. 기존선 고속화 신호제어설비 시험 요구사항 연구...114
• 제 2 절 3차년도 주요 실적 요약...117
• 1. 기존선 속도향상을 위한 기존 신호설비 검토...117
• 1.1. 속도 관련 신호설비...117
• 1.1.1. 선로전환기 장치...117
• 1.1.2. 자동폐색장치(ABS) 및 폐색 구간 길이...130
• 1.2. 안전 관련 설비...144
• 1.2.1. 신호기 장치...144
• 1.2.2. 궤도회로장치...153
• 1.2.3. 연동장치...170
• 1.2.4. 신호용 전원장치...185
• 1.2.5. 사구간 통과 장치...198
• 1.3. 안전 및 속도 관련 설비...207
• 1.3.1. 자동열차정지장치(ATS)...207
• 1.3.2. 건널목 신호보안설비...222
• 2. 신호설비 및 인명 보호 방안...233
• 2.1. 단독 접지...235
• 2.1.1. 단독 접지 시스템의 특성...235
• 2.1.2. 접지 공사...239
• 2.2. 전철화 관련 신호시스템 접지(공동 접지)...243
• 2.2.1. 공동접지 원리...243
• 2.2.2. 기존의 단독접지 설비 활용...247
• 2.2.3. 공동 접지망 구성 원리...248
• 2.3. 접지망 구성 재료...258
• 2.3.1. 고속선의 접지 케이블...259
• 2.3.2. 기존선 전철화 구간의 접지 케이블...263
• 2.3.3. 접지망의 연결...266
• 2.3.4. 접지망 설비 비교...269
• 2.4. 공동 접지망 구성...273
• 2.4.1. 신호기계실 접지망 구성...274
• 2.4.2. 역 구내의 접지망 구성...275
• 2.4.3. 역간의 접지망 구성...277
• 2.4.4. 변전소의 접지망 구성...279
• 2.4.5. 터널의 접지망 구성...280
• 2.4.6. 교량의 접지망 구성...282
• 3. 차상신호시스템 엔지니어링 사양 분석...283
• 3.1. 차상신호시스템의 차상장치와 차량간의 인터페이스...283
• 3.1.1. 개발 운용 계획...285
• 3.1.2. 차상장치와 기존 신호장비의 인터페이스 검토...288
• 3.1.3. 차상장치와 차량장치 의 인터페이스...324
• 3.1.4. 차상신호 시스템의 인터페이스...352
• 3.2. 차상신호 설치시의 시스템 엔지니어링 요구사양...360
• 3.2.1. 차상신호 시스템의 차상장치의 요구사양 검토...361
• 3.2.2. 차상장치 설치에 따른 기존 장치의 요구사양 검토...378
• 제 3 절 4차년도 주요 실적 요약...407
• 1. 틸팅 차량용 ETCS 차상신호장치의 기본 구성...407
• 1.1. 한국형 틸팅 차량시스템의 검토...407
• 1.1.1. 일반 사항...407
• 1.1.2. 틸팅 차량의 적용현황...407
• 1.1.3. 국내의 틸팅 차량 추진 현황...411
• 1.2. 개발되는 틸팅 차량 검토...414
• 1.2.1. 틸팅 차량의 주요제원...414
• 1.2.2. 차량 외형...415
• 1.2.3. 주요기기 배치...417
• 1.3. 열차의 차량장치와 관련된 ETCS 차상신호장치 구성품...418
• 1.3.1. 차상컴퓨터 종합 랙...422
• 1.3.2. MMI 현시장치...427
• 1.3.3. 발리스 정보 수신용 안테나...430
• 1.3.4. 타코메터...432
• 1.3.5. 속도검지용 레이더...433
• 1.3.6. 차상기록장치...435
• 1.3.7. LED 장치...437
• 1.3.8. ETCS 차상신호장치의 용량 및 케이블 검토...437
• 1.4. ETCS 차상신호장치의 구성품 수량...445
• 2. ETCS 차상신호장치 인터페이스 기본설계...452
• 2.1. ETCS 차상신호장치의 특성...452
• 2.2. ETCS 차상신호장치 설치를 위한 인터페이스...455
• 2.2.1. 차상컴퓨터 종합랙...456
• 2.2.2. MMI 현시장치...458
• 2.2.3. 발리스 정보수신용 안테나(CAU)...458
• 2.2.4. 타코메터...463
• 2.2.5. 속도검지용 레이더...464
• 2.3. 장치별 설치요구사항...465
• 2.3.1. 차상컴퓨터 종합랙...465
• 2.3.2. MMI 현시장치...466
• 2.3.3. 발리스 정보 수신용 안테나 장치...467
• 2.3.4. 타코메터...468
• 2.3.5. 속도검지용 레이더...469
• 2.4. 설치 표준시방...469
• 2.4.1. 일반시방...469
• 2.4.2. 특별시방...475
• 2.5. 설치를 위한 기본 도면...496
• 3. STM의 기능사양...500
• 3.1. STM의 정의...500
• 3.2. STM 프로파일...501
• 3.3. STM의 유형 및 관련 모드...501
• 3.3.1. 유럽 유형의 STM...502
• 3.3.2. 국내 유형의 STM...502
• 3.3.3. 목표 시스템 모드...503
• 3.4. STM 적용 원리...503
• 3.4.1. 유럽 유형의 STM 적용 예...504
• 3.4.2. 국내 유형의 STM 적용 예...506
• 3.4.3. STM을 위한 데이터...506
• 3.4.4. 유럽 유형의 STM을 위한 데이터...508
• 3.4.5. 국내 유형의 STM을 위한 데이터...508
• 3.5. STM과 ETCS 차상신호장치 기능 모드간의 인터페이스...509
• 3.5.1. 휴면 모드와 비선행 모드...509
• 3.5.2. 레벨 STM 관련 모드...509
• 3.6. MMI와의 인터페이스...510
• 3.6.1. 상호운영성 및 하드웨어...510
• 3.6.2. MMI 영역...513
• 3.6.3. MMI의 원리...514
• 3.6.4. MMI 객체...515
• 3.6.5. ETCS MMI...518
• 3.7. STM 관리자 시스템 (SMS)...521
• 3.7.1. 일반 원리...522
• 3.7.2. STM 상태 및 변환...522
• 3.7.3. STM 상태...524
• 3.8. 버스...532
• 3.8.1. Profibus...532
• 3.8.2. 차상 설계...533
• 3.8.3. 논리 주소...534
• 3.8.4. 용인된 대역폭...537
• 3.8.5. 프로토콜 계층...538
• 3.9. 주행거리계 (Odometry)...539
• 3.9.1. ETCS 차상신호장치의 주행거리계...539
• 3.9.2. STM 주행거리계...541
• 3.10. Vigilance 기능(비 표준 규격)...543
• 3.10.1. 기본적인 요구사항...544
• 3.10.2. 인터페이스...544
• 3.10.3. Vigilance Disable...544
• 3.10.4. Vigilance 재설정...545
• 3.10.5. Vigilance 동작...545
• 3.11. 진단 Logger(비 규격 표준)...545
• 3.11.1. 메시지의 명백성...546
• 3.11.2. 결함의 위치 측정...546
• 4. ATS STM 인터페이스 기본 설계...547
• 4.1. ATS STM 인터페이스 구성...547
• 4.1.1. 시스템 구성의 개요...548
• 4.1.2. 시스템의 구성(기능 및 성능)...549
• 4.2. 장치별 제원 및 성능...558
• 4.2.1. 차상설비...558
• 4.2.2. 지상설비...573
• 4.3. 차상신호(ATP)-STM 시스템...579
• 4.3.1. ATS 기능 분석...579
• 4.3.2. STM 기능 분석...582
• 4.3.3. 차상장치간의 인터페이스...589
• 4.3.4. 지상장치의 인터페이스...600
• 4.3.5. 건널목 지장물검지장치와의 인터페이스...602
• 제 4 절 5차년도 주요 실적 요약...605
• 1. 인터페이스 시험절차서 구성...605
• 1.1. 차량장치와 차상신호간의 인터페이스 시험절차서 구성...605
• 1.1.1. 개요...605
• 2. ATS 차상장치 설명서 및 실험절차서...746
• 2.1. ATS 차상장치 설명서...746
• 2.1.1. 속도조사식 ATS장치의 개요...746
• 2.1.2. ATS 속도조사식 차상장치의 구성...747
• 2.1.3. 운전 취급방법...749
• 2.1.4. 기기의 구조 및 작동원리...757
• 2.2. ATS 차상장치 시험절차서...774
• 2.2.1. 시험순서...774
• 2.2.2. ATS 초기설정모드...774
• 3. 속도향상을 위한 전기선로전환기 연구...802
• 3.1. 전기 선로전환기용 모터 개발 개요...802
• 3.1.1. 개요...802
• 3.1.2. 개발절차...803
• 3.1.3. 추진조직 및 일정...804
• 3.1.4. 모터 사양...805
• 3.1.5. 모터 단독시험 절차서...807
• 3.1.6. 선로전환기 장착 모터 시험...810
• 3.1.7. 개발 진행 현황...816
• 3.1.8. 시험 성적서...819
• 3.1.9. 개발 시험 장면 사진...826
• 3.2. 단상 모터 사양서...835
• 3.2.1. 전동기 개요...835
• 3.2.2. 전동기 구성...835
• 3.2.3. 전동기 사양...836
• 3.3. 3상 모터 사양서...839
• 3.3.1. 전동기 개요...839
• 3.3.2. 전동기 구성...839
• 3.3.3. 전동기 사양...840
• 3.4. 시험장비의 사양서...844
• 3.4.1. 적용범위...844
• 3.4.2. 적용규격...845
• 3.4.3. 설치조건...845
• 3.4.4. 구분...845
• 3.4.5. 각 시험기의 구성...845
• 3.4.6. 비상 상태...847
• 3.4.7. 재료...847
• 3.4.8. 구조...848
• 3.4.9. 제어반...848
• 3.4.10. 검사항목...852
• 3.5. 선로전환기의 시험절차서...853
• 3.5.1. 목적...853
• 3.5.2. 일반사항...854
• 3.5.3. 기술적 준수사항...854
• 3.5.4. 기능적 준수사항...854
• 3.5.5. 승인서...858
• 3.5.6. 측정서...858
• 제 5 절 6차년도 주요 실적 요약...863
• 1. 전기 선로 전환기 제작...863
• 1.1. 제작 공정...863
• 1.1.1. 제품 분류 : 제작방법에 따른 분류...863
• 1.1.2. 제작 공정...872
• 1.2. 검사 공정...911
• 1.2.1. 부품 검사...911
• 1.2.2. 조립 검사...912
• 1.3. 구조 변경...912
• 1.3.1. 변경 내용...912
• 1.3.2. 도면 변경...913
• 1.4. 부품 목록...917
• 1.5. 도면...920
• 1.5.1. 외관 도면...920
• 1.5.2. 조립 도면...921
• 2. 선로전환기 시험장비 및 시험장비 개선사항...935
• 2.1. 시험장비의 종류...935
• 2.1.1. 개요...935
• 2.1.2. 교정 검사...935
• 2.1.3. 시험 장비의 종류와 역할...935
• 2.2. 시험 장비의 도면...938
• 2.2.1. 외관도면...938
• 2.2.2. 전기 도면...939
• 2.3. 시험 장비의 개선...939
• 2.3.1. 개선목적...939
• 2.3.2. 개선내용...939
• 2.3.3. 개선도면...940
• 2.3.4. 개선장치...940
• 2.3.5. 사진...943
• 2.3.6. 사용 설명서...947
• 3. 선로전환기 자체시험...950
• 3.1. 개요 및 일정...950
• 3.1.1. 개요...950
• 3.1.2. 일정...950
• 3.2. 시험 절차서...951
• 3.2.1. 부품검사...951
• 3.2.2. 조립 검사와 측정서...954
• 3.2.3. 내전압 시험과 측정서...959
• 3.2.4. 성능 시험과 측정서...960
• 3.2.5. 내구성 시험...961
• 3.3. 시험 결과 보고서...966
• 3.3.1. 조립 검사...966
• 3.3.2. 내전압 시험...973
• 3.3.3. 성능시험...977
• 4. 인증시험...983
• 4.1. 개요 및 일정...983
• 4.1.1. 개요...983
• 4.1.2. 일정...983
• 4.2. 시험절차서...984
• 4.2.1. 1차 성능 시험...984
• 4.2.2. 무부하 시험...984
• 4.2.3. 2차 성능 시험...984
• 4.2.4. 부하 시험...984
• 4.2.5. 3차 성능 시험...984
• 4.2.6. 동작 방해 시험...984
• 4.2.7. 4차 성능 시험...984
• 4.3. 시험 결과 보고서...984
• 4.3.1. 시험 진행 일지...985
• 4.3.2. 시험 결과 보고서...985
• 4.4. 시험 사진...992
• 5. ATS 차상장치 설치 시험절차서...1011
• 5.1. 개요...1011
• 5.2. 적용범위...1011
• 5.3. 정의 및 약어...1011
• 5.4. 관련자료...1011
• 5.5. 시험대상...1011
• 5.6. 시험항목...1011
• 5.7. 시험조건...1011
• 5.7.1. 표준온도 상태...1012
• 5.7.2. 표준 습도상태...1012
• 5.8. 시험 방법 및 절차...1012
• 6. 지상설비 연계 시험절차서...1014
• 6.1. 개요...1014
• 6.2. 적용범위...1014
• 6.3. 정의 및 약어...1014
• 6.4. 관련자료...1014
• 6.5. 시험대상...1014
• 6.6. 시험항목...1014
• 6.7. 시험조건...1015
• 6.8. 시험방법 및 절차...1015
• 6.8.1. ATS 초기 설정 시험...1015
• 6.8.2. ATS 최초 운전 시험...1015
• 6.8.3. 3현시 운전 시험...1016
• 6.8.4. 5현시 운전 시험...1020
• 6.8.5. 특수 운전 시험...1025
• 6.8.6. 입환 운전 시험...1027
• 6.8.7. 공사 운전 시험...1028
• 7. 지상설비 연계 시운전 확인 절차서...1036
• 7.1. 개요...1036
• 7.2. 적용범위...1036
• 7.3. 정의 및 약어...1036
• 7.4. 관련자료...1036
• 7.5. 시운전 확인 대상...1036
• 7.6. 시운전 확인 항목...1036
• 7.7. 시운전 조건...1037
• 7.8. 시운전 확인 절차...1037
• 7.9. 시운전 확인 결과...1038