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[기획] “더 빠르게, 더 편리하게” 대한민국 고속철도는 진화한다

현대로템·철도연, 주전력변환장치·견인전동기·주행장치 등 신기술 공동개발

한성원 기자 | 입력 : 2017/12/05 [11:49]

기존 고속철 속도 300km/h→350km/h… 서울∼부산 소요시간 5분 단축

 

 

[국토매일-한성원 기자] 고속철의 속도를 시속 350km까지 끌어올려 서울에서 부산까지 소요시간을 5분 단축시킬 수 있는 신기술이 개발됐다.


특히 이 기술은 기존 차량에 그대로 장착만 해도 효율을 향상시킬 수 있는 점이 특징이다.


현대로템은 최근 한국철도기술연구원과 함께 고속철용 주전력변환장치, 견인전동기, 주행장치 신제품 개발을 완료했다고 밝혔다.


이번에 개발된 신규 기술은 국가연구과제인 ‘고속열차 효율 향상 핵심기술 개발’의 일환으로 개발됐다.
국가가 국토교통과학기술진흥원(KAIA)을 통해 2013년부터 2017년까지 4년 동안 연구개발하기로 하고 철도기술연구원을 주관연구기관으로 선정해 추진했다.

 

▲ 주전력변환장치     © 현대로템 제공

 

신규 개발한 주전력변환장치는 2500kW의 추진용량을 2750kW로 10% 향상시켰다. 주전력변환장치란 견인전동기에 전력을 공급하는 장치로 열차의 견인력을 제어하는 역할을 한다. 이 장치를 통해 열차의 출력 및 추진력을 끌어올릴 수 있다.


또한 기존 차량과 호환이 가능해 현재 운행 중인 KTX-산천 및 SRT, 호남고속철 등에도 장착할 수 있다.


냉각방식은 기존 공기를 사용한 강제 ‘공냉각’ 방식에서 냉각수를 이용한 ‘수냉각’ 방식을 적용해 약 25% 더 높은 냉각 성능을 발휘할 수 있다.


아울러 내부 먼지 유입을 원천적으로 봉쇄해 유지보수성 향상과 고장률 감소 효과를 기대할 수 있게 됐다.


주전력변환장치 내부 제어장치의 핵심부품인 IGBT 모듈 내부 부품 역시 개선해 부피를 기존 대비 50% 감소시키고 고장률도 감소시켰다.


IGBT 모듈이란 전력용 반도체 소자로서 스위칭 동작을 통해 전력을 변환하고 제어하는 역할을 한다.

 

▲ 견인전동기     © 현대로템 제공

 

이번에 개발된 견인전동기는 기존 제품과 크기는 동일하지만 출력이 10% 향상돼 총 1210kW의 동력을 발휘할 수 있다.


또 기존 감속장치에 설치한 속도센서를 견인전동기에 직접 설치해 보다 정밀하고 빠른 열차의 속도 제어가 가능하도록 개발됐다.


견인전동기란 열차의 모터 역할을 하는 장치다.


주행장치의 경우 기존 대비 동일한 강도를 유지하면서 중량은 10% 감소시켰다. 이 같은 경량화를 통해 시속 350km에서도 운행이 가능하도록 성능을 끌어올렸다.


축상 발열 및 진동 검지 모니터링 장치를 추가 탑재해 주행장치 내 베어링의 온도와 진동 변화를 실시간으로 감지가 가능하도록 한 점도 특징이다.


이 장치를 통해 기관사는 열차가 운행 중일 때 주행장치의 이상상태를 실시간으로 확인할 수 있어 차량의 안정성을 높이고 사전 검사를 통해 유지보수성을 향상시킬 수 있도록 했다.

 

▲ 주행장치     © 현대로템 제공


이번에 개발된 주전력변환장치, 견인전동기, 주행장치를 기존 KTX-산천에 적용하면 시속 300km까지 도달하는 시간을 기존 대비 38초 단축시켜 총 4분 24초가 걸리게 된다.


이에 따라 서울에서 부산(정착역 10개역, 417.8km)까지 도착하는 시간을 기존 2시간 13분에서 2시간 8분으로 5분 단축할 수 있을 것으로 예상된다.


아울러 소비전력은 9530kW에서 약 4.6% 감소한 9087kW 절약되는 것으로 모의운전 시뮬레이션 결과 확인됐다.


현대로템 관계자는 “현재 국내에서 가장 빠른 고속열차는 현대로템이 개발한 HEMU-430X로 각 차량마다 동력원을 발생시키는 동력분산식 고속열차”라며 “반면 이번에 개발한 신기술은 KTX-산천과 같은 동력집중식 고속열차에 장착돼 가장 빠른 속도를 구현할 수 있도록 할 것”이라고 강조했다.


이 관계자는 또 “이번 개발에 따른 연구성과는 향후 고속열차 운행 시간과 간격을 단축해 운송 효율을 향상시킬 수 있어 다양한 고속철에 기술을 적용할 수 있을 것으로 보인다”며 “앞서 축적한 기술력과 노하우 및 안정적인 영업 운행 실적을 바탕으로 해외 전동차 및 고속차량 수출을 위해 지속적인 노력을 기울일 계획”이라고 말했다.


현대로템은 지속적인 연구개발을 통해 고속차량 관련 독자 기술력을 확보해 나가고 있다. 지난 2008년 독자 기술로 제작한 고속열차인 KTX-산천을 시작으로 2014년 세계 4번째로 빠른 속도 기록을 보유한 동력분산식 고속열차 HEMU-430X까지 개발을 완료했으며 이를 바탕으로 코레일에서 국내 첫 동력분산식 고속열차를 수주하기도 했다.


한편 현재 개발된 세계 각국의 고속철 최고 속도는 프랑스, 중국, 일본, 한국, 독일 등의 순으로 나타나고 있다. 국내에서는 HEMU-430이 430km/h로 가장 빠르고, 동력집중식 고속열차로는 350km/h가 가장 빠른 속도로 알려져 있다.

 

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