KTX-이음부터 신호시스템까지, 현대로템이 국산화한 철도 기술

철도 기술은 연구개발 단계뿐만 아니라 유지보수에도 상당한 비용과 인력이 필요합니다. 그 때문에 해외 기업의 독점 기술력으로 수입이 불가피한 기술 또는 부품은 그만큼 큰 가치를 지니게 되는데요. 그간 현대로템은 다양한 기술의 국산화 및 상용화 성공으로 비용 절감과 유지보수의 용이함은 물론, 중소기업의 일감 확대까지 다양한 이점을 실현해 왔습니다. 이렇게 대한민국 철도 산업에 기여한 현대로템의 국산화 성공 기술, 과연 어떤 것들이 있는지 함께 살펴볼까요?

 

각고의 9년, 동력분산식 고속열차 KTX-이음

▲현대로템의 동력분산식 고속열차 KTX-이음

2012년 동력분산식 고속열차 기술의 국산화 성공 이후 2019년 시운전 돌입. 그리고 드디어 올해 초에 본격 운행에 돌입한 KTX-이음! 9년의 기간을 거쳐 비로소 힘차게 달리기 시작한 이 열차는 국내 최초의 동력분산식 고속열차입니다.

 

동력분산식이란 각 차량에 동력 기관을 분산시키는 방식으로 객차의 앞뒤 동력차에 집중된 기존의 동력집중식과 여러 부분에서 차이를 지닙니다. 동력 기관이 분산되어 독립성을 가지는 만큼 일부 기관에 문제가 발생하더라도 나머지 기관으로 운행을 지속할 수 있으며, 가감속 효율이 뛰어나 역 간의 거리가 짧고 곡선 선로가 많은 국내 철도 환경에 적합합니다. 또한 현대로템의 KTX-이음은 차체 경량화와 공기역학적 설계로 레일의 수명을 연장시킴은 물론이고 에너지 효율을 높인 저탄소 친환경 고속열차입니다.

세계 철도 시장에서 동력분산식 열차는 아주 큰 비중을 차지하고 있습니다. 독일과 일본, 프랑스, 중국 또한 동력분산식 고속열차 기술을 가진 나라인데요. 그중에서 동력집중식과 동력분산식 기술을 모두 보유한 나라는 독일과 프랑스 두 나라 정도였습니다. 하지만 현대로템의 분산식 고속열차 설계 및 제작, 생산기술의 국산화 성공으로 대한민국 또한 두 방식 모두의 기술 보유국이 되었습니다.

 

현대로템은 그간 고속전철, 전동차 등 최고 수준의 철도차량 기술력을 기반으로 다양한 경험과 노하우를 축적해왔습니다. 그러한 현대로템 철도 기술의 집약체인 KTX-이음은 진동과 소음을 최소화하고 쾌적한 승차감을 구현해 냈습니다. 국제적 기준에도 손색없는 수준으로 현대로템은 더욱 더 뛰어난 고속전철을 만들기 위한 연구개발을 지속하고 있습니다.

▲대한민국을 잇는 스마트한 고속열차, KTX-이음을 소개합니다!

▲알아두면 쓸데있는 동력분산식 열차 상식

 

한국형 열차신호시스템, 미래 혁신의 시작

열차의 안전 운행에 직접적인 영향을 미치는 열차신호시스템. 선행 열차와 후속 열차 간의 적정 거리를 유지할 수 있도록 도와주는 아주 중요한 장치인데요. 불과 몇 년 전만 해도 국내 신호시스템 시장엔 해외 제품이 주를 이루었습니다. 그 때문에 신설 노선마다 당시의 기술 수준과 차량의 사양에 맞춰 외산 시스템 중에서 선택 도입되었는데요. 시스템마다 다른 신호 방식으로 상호 호환이 되지 않아 불편함이 있었습니다.

이에 현대로템은 국내 철도신호시스템 표준화 모델 개발에 돌입했습니다. 그 결과 2014년 지하철에 적용되는 한국형 도시철도 신호시스템인 KTCS-M(Korean Train Control System-Metro)을 개발했으며 2017년에는 광역철도까지 적용 가능한 한국형 열차신호시스템 KTCS-2 개발에도 성공했습니다.

 

▲현대로템이 개발한 한국형 열차신호시스템 KTCS-2 차상신호시스템 장치

KTCS-2는 철도환경에 최적화된 철도통합무선통신망(LTE-R) 및 무선기반 열차제어시스템을 기반으로 하는데요. 무선통신을 이용해 지상과 차상 양방향 실시간 데이터 전송 및 확인이 가능해 유사 시 신속히 대응할 수 있습니다. 또한, 여러 노선의 상호운용성이 보장되며 보다 정확한 위치를 검지해 열차 간격을 더 조밀하고 안전하게 배치할 수 있습니다.

현대로템은 KTCS-2 기술의 안전성을 높이기 위해 여러 차례 외부 컨설팅 및 감사를 수행했고 국제안전평가기관인 독일 TUV-SUD로부터 안전 무결성 기준 최고 등급인 SIL4 인증을 획득했습니다. 기술력과 안전성을 고루 갖춘 한국형 열차신호시스템은 국내 표준을 넘어 해외시장 진출도 기대됩니다.

▲무선통신으로 안전성 UP! 세계 최초의 한국형 열차신호시스템

 

소음은 줄이고, 효율은 높인 PMSM 추진시스템

전동차의 핵심 장치로 엔진에 해당하는 추진시스템은 일반적으로 전자기유도방식의 유도전동기를 적용합니다. 이는 제작이 용이하지만 주기적인 내부 청소가 필요한 개방형 구조, 저속에서의 소음 발생, 낮은 에너지 효율 등의 단점이 있습니다. 반면, 회전자에 영구자석을 사용한 동기전동기는 기존 유도전동기나 전자석 동기전동기보다 높은 효율을 나타내 에너지 절감을 요구하는 글로벌 추세에 따라 수요가 높아졌는데요. 국내 전동차에도 고효율 영구자석 동기전동기(PMSM, Permanent Magnet Synchronous Motor) 적용을 위해 해외 제품의 수입이 불가피했습니다.

 

▲현대로템이 개발한 추진제어장치(왼쪽)와 영구자석 동기전동기(오른쪽)

이에 현대로템이 PMSM 국산화를 위해 나섰습니다. 2016년, 서울교통공사와 MOU 체결을 시작으로 약 3년간에 걸쳐 R&D를 진행한 것이죠. 그리고 2019년, 국내 최초로 PMSM과 이를 제어하는 추진제어장치(1C1M VVVF 인버터)를 개발, 서울시 6호선 열차에 장치를 적용해 영업운행을 실시하며 성공적인 성과를 보였습니다.

현대로템의 PMSM 추진시스템은 기존 국내 전동차에 적용되던 해외 PMSM 추진시스템 대비 10% 이상 추진 용량이 향상됐으며 유도전동기 방식과 대비해서는 실내 소음 감소를 비롯해 31% 가량 에너지 소비가 저감되는 효과를 보였습니다. 밀폐형 구조라 청소가 불필요한 장점도 있습니다. 현대로템이 국내 최초로 PMSM 추진시스템을 개발함으로써 수입 대체 효과는 물론이고 에너지 및 유지보수 비용을 절감할 수 있게 됐는데요. 앞으로도 미래 철도 산업에 대한 기여가 기대되는 바입니다.

▲세계 최초 기술 개발로 시장을 선도하는 현대로템

▲현대로템, PMSM 추진시스템 영업운행 6,000km 달성

 

이처럼 현대로템은 수많은 철도 기술의 국산화를 성공시켜 왔는데요. 현대로템은 다양한 기술 개발과 국산화를 통해 수입 대체 효과나 비용 절감의 수준을 넘어 국내 철도산업 발전에 이바지하고자 끊임없이 노력하고 있습니다. 앞으로 현대로템이 국내외 철도 산업에 또 어떤 변화의 바람을 불러일으킬지 많은 관심 부탁드립니다!