철도차량은 얼마나 안전할까? 현대로템의 철도 안전 설계

우리가 늘 이용하는 철도차량이 안전하고 튼튼하다는 것은 널리 알려진 사실입니다. 그래서일까요? 영화나 드라마에서는 열차의 탈선이나 충돌이 극적인 장면을 연출하는 매개체로 활용되곤 합니다. 그런 장면을 보면 누구든 ‘내가 일상에서 타는 철도차량은 과연 안전할까?’라는 물음표를 떠올리게 될 텐데요. 오늘 현대로템 블로그에서는 현대로템 철도기술연구소가 말하는 철도 안전 설계를 전해드립니다. 평소 철도차량의 안전성이 궁금했다면 놓치지 말고 확인하세요!

안전 설계에 고려되는 주된 사고 위험

현대로템 철도기술연구소는 철도차량을 설계할 때, 발생 시 큰 피해를 야기할 수 있는 요소를 안전 설계에 주의 깊게 반영합니다. 매일 수많은 고객이 탑승하는 철도차량에 문제가 발생하면 돌이킬 수 없는 사고로 이어지기 때문에, 안전은 철도차량 설계에 가장 중요한 이슈 중 하나입니다.

▲매일 많은 승객이 이용하기에 안전 설계가 중요시되는 철도차량

안전 이슈 중에서도 가장 많이 고려되는 요소는 충돌과 탈선, 화재의 세 가지입니다. 그 외에는 출입문 등 끼임 사고, 차 내외의 감전, 승하차 시 및 차내 넘어짐 등을 기타 위험 요소로 구분합니다. 현대로템은 이러한 위험 요소를 예방하기 위한 안전 설계를 철도차량에 반영하고 있죠. 이번에는 철도 안전에 대한 몇 가지 의문점과 현대로템 철도기술연구소의 답변을 확인해 볼까요?

Q. ‘앞차가 전역을 출발하지 못해 천천히 운행합니다’라는 방송이 나오는 이유는?

철도차량이 이동하는 선로는 일정 간격(폐색, 閉塞: Signalling block system)으로 나뉘어 열차 간 안전간격을 유지하도록 설계되어 있습니다. 폐색은 일정한 구간에 2개 이상의 열차가 동시에 진입 및 운행할 수 없도록 경계를 분할한 것인데요. 이미 다른 열차가 운행하고 있는 폐색 구간에는 열차가 진입할 수 없어 서행 또는 정지하게 됩니다. 설사 운전자가 운전에 집중하지 않더라도 차량은 자동으로 속도를 줄여 서행하거나 정지하도록 설계되어 있습니다, 또한 이러한 시스템은 이중으로 구현되어있어 둘 중 하나가 고장이 발생하더라도 나머지 하나가 그 기능을 수행하도록 되어 있습니다.

이러한 설계의 원리에 따라 동작하는 장치가 바로 신호장치입니다. 열차가 폐색을 점유하면 해당 점유 정보를 선로변에 설치된 지상신호장치가 인지하고, 후행열차가 진입하지 못하도록 제한속도 정보를 차상신호장치로 전송합니다. 철도 차량의 운전대에 설치 된 차상신호장치는 수신한 제한 속도에 따라 열차를 운행하여 열차의 안전 간격을 조절하는 것이죠.

열차들이 서로 거리를 두고 있으니 자연스럽게 추돌과 충돌을 방지해 높은 안전성을 확보할 수 있습니다. 이처럼 현대로템은 선진국 기준으로 안전성을 강화해 사고 발생 확률을 약 10만 년에 1번 정도로 최소화했습니다.

만약 신호시스템이 있는데도 불구하고 충돌이 일어나면 어떻게 되냐고요? 매우 낮은 확률이지만 만에 하나 충돌이 일어난 경우를 대비해, 현대로템의 고속철도차량은 충돌에너지를 각 흡수장치들에서 단계적으로 나눠 흡수할 수 있도록 설계되어 있습니다. 이는 선두차량에 집중된 충돌에너지를 분산시켜, 충돌하중을 낮추고 승객을 보호할 수 있는 중요한 충돌에너지 관리기술입니다. 충돌 발생 시 선두차량의 운전실 앞부분에 집중된 충돌 에너지는 전두 연결기와 CEM(Crash Energy Management)으로 불리는 흡수장치를 통해 흡수되며 잔여 에너지는 차량 간에 설치된 중간 연결기들에 의해 흡수됩니다. 이러한 일련의 흡수메커니즘은 운전실 앞부분과 단부의 흡수부들이 상호 유기적으로 작동할 수 있도록 고려되어 있어, 충돌에너지의 분산을 유도해 인적•물적 피해를 최소화시킬 수 있습니다. 또한, 충돌과정에서 차량끼리 타고 오르는 ‘타고오름현상’이 발생할 경우 대형사고로 이어져 피해가 걷잡을 수 없이 커집니다. 이 때문에 현대로템의 철도차량에는 ‘타고오름 방지장치’를 설치하여 충돌 시 혹시라도 발생할 수 있는 ‘타고오름현상’을 방지하고 의도한 에너지 흡수메커니즘이 작동할 수 있도록 설계되어 있습니다.

Q. 영화에서 종종 열차가 선로를 벗어나는데, 우리가 타는 철도차량은?

열차의 탈선은 철도차량이 선로를 벗어나는 운행 사고를 말합니다. 이 경우 열차가 뒤집히는 전복 사고로 이어져 큰 피해를 야기 할 수도 있죠.

탈선을 방지하기 위해서는 안전한 주행장치의 설계가 중요합니다. 이를 위해 현대로템에서는 실제 운행될 노선의 운행 속도, 곡선 조건 및 하중조건을 반영하여 차량의 탈선방지를 위한 최적의 주행장치를 설계 하고 있습니다.

현대로템의 철도차량에는 탈선을 방지하기 위한 장애물 제거기와 과속 방지 장치, 흔들림 감지 센서 등이 설치되어 있습니다. 열차 선두 차량의 앞쪽 아래에 장애물 제거기가 설치되어 있는데, 이 장애물 제거기가 장애물을 치워서 레일 밖으로 보내는 역할을 합니다.

▲선두 차량에 설치되는 장애물 제거기의 형태

또한, 기관사의 오조작 등으로 정해진 속도를 넘어 과속하게 되면 안전 속도 이내로 속도를 줄이도록 설계되어 있습니다. 차량에 탑재된 헌팅 센서는 차량의 비정상적인 흔들림을 감지해 기관사가 속도를 줄이도록 안내합니다. 탈선의 주된 원인이 속도와 장애물, 충돌이기에 이같은 안전 설계로 탈선을 방지할 수 있는 것입니다.

Q. 열차에서 불이 났을 때 유독가스가 나오진 않는지?

최근 소비자 사이에서 난연 가구와 난연 섬유 등 난연재에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이는 화재 발생 시 불에 취약한 건축자재에서 유독가스가 발생할 수 있기 때문인데요. 실제 가스 중독이 더 많은 피해를 일으킨 사례가 있을 정도로 위험하다고 합니다. 

▲난연재를 사용하는 현대로템의 차체 및 실내설비

도시철도차량 안전기준에 관한 규칙 제 2절 화재 안전규칙에 따르면 철도차량에는 가급적 불연재를 사용하고 불가피한 경우 ISO 및 KS에 의거한 준불연재와 난연재를 사용하도록 지정하고 있습니다. 현대로템 역시 차체 및 실내 설비에 화재가 잘 번지지 않고 연기 및 독성가스 배출이 거의 없는 높은 수준의 난연재를 사용합니다. 난연성이 높아질수록 비용도 함께 증가하고 형상 설계 및 제작에 어려움이 있지만, 승객의 안전을 위해 최고 수준의 난연성 재료들을 사용하고 있습니다.

 

그런데 만약 열차에서 화재가 발생하면 어떤 일이 벌어질까요? 현대로템의 철도차량은 화재 감지 시 30초 내에 화재 상황을 보고하고 대응할 수 있는 시스템과 다양한 비상용품을 갖추고 있습니다. 또한 사전 시뮬레이션을 통해 위험에 대비하고 있습니다.

피난 및 화재 시뮬레이션은 열차 내 화재가 발생할 수 있는 다양한 시나리오를 가정하고, 화재의 위험성과 승객이 안전하게 피난하는 경로 및 피난 시간을 예측하는 방법입니다. 피난 시뮬레이션은 통계자료를 기반으로 승객의 체형과 구성비율을 입력하고 열차 내부, 정거장, 터널 등에서 승객의 피난 경로와 정체구간, 피난 시간을 예측하는 것입니다. 화재 시뮬레이션은 전산유체해석 방법을 통해 화재가 발생했을 때 화재 및 연기의 확산을 모사하여 화재 위험성을 예측하는 것입니다.

Q. 출입문에 가방이 끼었을 때, 몇 번씩 열렸다 닫히는 이유는?

우리가 기차나 지하철을 이용하다 보면, 급히 달려 들어온 승객이 닫히는 출입문과 접촉해 문이 열렸다 닫히는 장면을 볼 수 있습니다. 일반적으로 ‘출발이 늦어지겠다’는 생각이 드는 이 상황에 사실 철도차량의 안전 설계가 숨어 있습니다. 출입문에 사람의 신체나 물건이 낀 상태로 열차가 출발하게 되면 사고로 이어질 수 있기 때문입니다.

 

그래서 현대로템 철도차량의 출입문은 장애물로 인해 완전히 닫히지 않으면 자동으로 다시 열고 닫히도록 설계됩니다. 만약 여닫는 3번의 시도에서 장애물이 제거되지 않는 경우, 출입문을 완전히 열고 열차가 출발하지 못하도록 조치합니다.

장애물 감지 설계에는 몇 가지 방법이 있는데요. 첫 번째는 출입문을 여닫는 모터를 작동시켰으나 닫히지 않는 경우 장애물로 인식하는 것입니다. 두 번째는 일정 시간 동안 문이 닫히지 않으면 장애물로 판단하는 방법입니다. 세 번째는 출입문에 고무로 된 장애 감지 센서가 설치되어 고무가 눌리면서 장애를 검지하는 방식입니다. 고속차량의 출입문에는 세 번째 방식이 적용되어 출입문 닫힘면과 끼임 방지 고무에 센서가 설치되어 있습니다. 그러나 승객의 가방 끈 등이 출입문에 끼이면 너무 얇아서 인식이 어렵게 됩니다, 따라서 안전한 철도차량의 이용을 위해서는 승객 여러분의 세심한 이용도 필요합니다.

이러한 장애물 감지 안전 설계가 없다면 출입문에 승객이 소지품이 끼어 끌리거나 온전하게 닫히지 않은 상태에서 출발해 주행 중 추락 사고까지 발생할 수 있습니다. 출발이 조금 늦어지더라도 철도차량에 반드시 필요한 안전 설계라는 사실, 기억해 주세요!

Q. 안전 설계를 위해 현대로템은 어떤 노력을 하고 있는지?

현대로템 철도기술연구소는 안전 설계를 위해 차량에서 발생할 수 있는 위험원을 꼼꼼히 분석합니다. 연구소의 각 팀 담당자가 모여 차량과 사례를 분석하며 위험원을 찾아내는 것이죠. 새로운 위험 요소가 발견되면 이를 줄이거나 없애기 위한 대책을 마련하고, 각 팀 설계에 반영합니다. 안전 설계와 위험도 분석을 주관하는 SE(System Engineering)팀은 대책이 안전하게 설계에 반영되었는지 확인하고 검증합니다.

이러한 일련의 안전 설계 과정을 통해 오늘 소개해 드린 충돌 방지 설계, 장애물 제거기, 출입문 장애물 감지 설계 등이 탄생할 수 있었습니다. 이외에도 철도차량이 주행 중에 언제 어디서 예측 불가능한 위험원이 나타날지 알 수 없기에, 현대로템 철도기술연구소는 승객의 안전을 위한 연구를 멈추지 않고 있습니다. 세상에서 가장 안전한 철도차량 제작을 위한 현대로템의 노력에 많은 응원 부탁드립니다!