연동 장치
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
연동 장치는 철도 신호 시스템의 핵심 구성 요소로, 열차의 안전 운행을 위해 분기기, 신호기 등의 장치들을 상호 연관시켜 오작동을 방지하고 안전을 확보하는 장치이다. 1843년 영국에서 기계식 연동 장치가 처음 설치된 이후 기술 발전을 거듭하며, 기계식, 전기 기계식, 전기식(계전기 방식), 전자식(컴퓨터 기반) 등으로 발전해왔다. 연동 장치는 쇄정, 해정, 연쇄의 기본 원리를 통해 신호, 분기기, 기타 장치의 안전한 작동을 보장하며, 이를 위해 연동 도표를 사용하여 동작 논리를 시각적으로 표현한다. 현재는 전자 연동 장치가 널리 사용되며, 궤도 회로 제어 방식, 연쇄 방식, 장치 종류에 따라 다양한 형태로 분류된다.
더 읽어볼만한 페이지
- 철도 신호 - 폐색
폐색은 열차 충돌 방지를 위해 열차 간 안전거리를 확보하는 철도 신호 시스템의 핵심 방법으로, 시간간격법과 공간간격법을 포함하여 다양한 방식으로 발전해왔으며 비상 상황에 대비한 대용폐색방식도 존재한다. - 철도 신호 - 자동 열차 방호 장치
자동 열차 방호 장치는 열차의 안전 운행을 위해 사용되는 시스템으로, 여러 국가의 철도 노선에서 활용된다.
| 연동 장치 |
|---|
2. 역사
철도 연동 장치는 영국에서 시작되었다. 1839년 7월 1일, 런던 앤 크로이든 철도의 코베츠 레인역에서 신호 레버 집중화가 처음으로 이루어졌다. 1856년 6월, 존 색스비는 연동 전환기 및 신호 장치에 대한 최초의 특허를 받았다.[2][3] 1868년, 색스비(Saxby & Farmer)는 오늘날 북미에서 "사전 래치 잠금"으로 알려진 특허를 받았다.[5][6]
1875년 미국 뉴욕 스푸이턴 두이빌 분기점의 뉴욕 센트럴 앤드 허드슨 리버 철도(NYC&HRR)에서 J. M. 투시와 윌리엄 부캐넌에 의해 기계식 연동 장치에 대한 첫 번째 실험이 이루어졌다.[6][7][8]
기술 발전과 함께 철도 신호 산업은 경로 설정 속도를 높이고, 단일 지점에서 제어되는 장치 수를 늘리고, 제어 가능 거리를 확장하기 위해 새로운 기술을 연동 장치에 통합하려 했다. 1884년 레딩 컴퍼니(Philadelphia and Reading Railroad)와 리하이 밸리 철도(Lehigh Valley Railroad)의 뉴저지주 바운드 브룩 분기점에 실험적인 수압 공압식[9] 연동 장치가 설치되었다.[6][7] 1891년에는 전기 공압식 시스템으로 발전했으며, 시카고강을 가로지르는 도개교에 시카고 앤드 노던 퍼시픽 철도(Chicago and Northern Pacific Railroad)에 처음 설치되었다.[7]
1855년 프랑스에서 M. 비그니에르가 쐐기를 이용하여 레버끼리 연쇄를 실현하는 방식을 고안했다. 1859년에는 오스틴 챔버스가 하나의 레버만으로 쇄정을 할 수 있는 현대와 같은 전철 레버를 가진 연동 장치를 발명했다. 1865년에는 그레이트 웨스턴 철도의 기술자 미첼 레인이 랙 앤 피니언식 연동 장치를 개발했다.
1872년 런던 지하철 메트로폴리탄 디스트릭트 철도에 윌리엄 사이크가 개발한 자동 신호 장치가 설치되었고, 1875년에 "록 앤 블록 시스템"으로 특허를 획득했다. 록 앤 블록 시스템은 연동과 폐색 기능을 동시에 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 신호기에도 자동적으로 표시되었다.
같은 해 1875년, 런던 앤 사우스 웨스턴 철도의 신호 국장이었던 제임스 아넷이 아넷 키를 발명했다.
2. 1. 세계 철도 연동 장치의 발전
1843년, 영국 사우스 이스턴 철도의 브릭레이어스 암스역에 레버 집중 장치가 설치되었다. 이 장치에는 매우 간단한 기계적 연쇄 기구가 포함되어 있어, 서로 지장을 주는 진로의 레버를 당기는 것을 방지할 수 있었다.[2][3] 1856년 존 색스비가 현대 연동 장치의 원형을 설계하고 특허를 받으면서 Interlocking machine영어이라는 용어가 만들어졌다.[2][3]1870년에는 립시, 에드워즈, 제프리스 3명의 기술자가 개발하고 색스비가 협력한 디텍터 바(detector bar)가 개발되었다. 디텍터 바는 레일 옆에 설치되어 바퀴가 밟으면 눌러지는 장치로, 내려가 있는 동안에는 분기기가 전환될 수 없도록 잠근다.[6][7]
1875년 미국 뉴저지주 이스트 뉴워크역에서 삭스비 앤 파머식 연동기가 사용되기 시작하면서 기계식 연동 장치의 결정판이 되었다.[6][7][8] 이 방식은 전 세계적으로 널리 사용되었다.
1894년 오스트리아 지멘스가 체코 프제호로프(Přerov)에 최초로 전기 모터를 사용한 연동 장치를 설치했다.[10] 1901년에는 미국 위스콘신주Eau Claire|오클레어영어에 제너럴 철도 신호(General Railway Signal Company, 현재 알스톰)가 전기 스위치 기계를 사용하는 연동 장치를 최초로 설치했다.[7]
2. 2. 한국 철도 연동 장치의 도입과 발전
1887년 시나가와역 구내 도카이도 본선과 야마노테선 분기 지점에 신바시 공장제 기계 연동 장치가 설치된 것이 일본 최초이자, 한국 철도 연동 장치 역사의 시작점이다.[28]일제강점기 동안 한국 철도는 일본 기술의 영향을 받아 연동 장치 역시 일본의 영향을 받았다. 1984년 도큐 덴엔토시선 주오린칸역에 최초로 전자 연동 장치가 도입되었고,[28] 1985년에는 히가시카나가와역에 국철 (당시) 최초의 전자 연동 장치가 설치되었다.[28]
해방 이후 한국 철도는 독자적으로 발전하였고, 연동 장치 기술도 발전하였다. 한국에서는 한국철도공사(코레일)와 서울 서울교통공사 등에서 전자 연동 장치를 적극 도입하여 철도 안전성을 크게 높였다.
3. 연동의 기본 원리
연동 장치는 신호, 분기기, 전방 포인트 록(미국: 스위치), 탈선기 등 여러 장치를 포함하여 열차의 안전 운행을 보장하는 시스템이다. 연동 장치의 핵심 원리는 쇄정, 해정, 연쇄로 구성된다.
- 쇄정(鎖錠, Locking): 신호기, 선로전환기 등을 전기적 또는 기계적으로 잠가서 정해진 순서대로만 작동하도록 한다. 이를 통해 열차 운행 중 선로전환기 작동을 방지하여 충돌 위험을 줄인다.
- 해정(解錠, Unlocking): 특정 조건(열차 통과 완료 또는 충분한 시간 경과)이 충족되면 쇄정을 해제하여 다음 동작을 가능하게 한다.
- 연쇄(連鎖, Interlocking): 여러 설비(신호기, 선로전환기 등)가 서로 연관되어 정해진 순서대로 작동하도록 하여 오작동을 방지한다.
위 그림은 복선 중간역에서 단선 지선이 분기하는 역의 예시이다. 빨간색 실선 화살표는 지선에서 본선 오름 열차로 직통하는 경로, 파란색 점선 화살표는 본선 내림 열차가 출발하는 경로를 나타낸다. 이 두 경로는 평면 교차하므로 동시에 운행하면 충돌할 수 있다. 연동 장치는 지선에서 도착하는 열차를 통과시키기 위해 분기기를 잠그고, 해당 신호기에 진행 신호를 표시한다. 이 상태에서는 본선 출발 신호기에 진행 신호를 표시할 수 없다.
연동 장치는 진로라는 개념을 사용한다. 진로는 열차가 주행할 때 사용하는 선로, 분기기의 조합을 의미하며, 출발점, 도착점, 경유점으로 정의된다. 서로 교차하는 진로는 동시에 사용할 수 없다.
이러한 쇄정, 해정, 연쇄의 메커니즘을 통해 인간의 실수를 방지하고 열차 운행의 안전을 확보하며, 전철기 및 신호기 조작을 간략화하는 기능도 포함되어 있다.
기본적인 연동 장치의 작동원리는 다음과 같다.
- 신호는 설정된 경로에서 동시에 상충되는 열차 이동이 발생하도록 작동될 수 없다.
- 해당 경로의 분기기와 기타 장치는 열차가 해당 경로로 진입하기 전에 적절하게 설정되어야 한다.
- 일단 경로가 설정되고 열차가 해당 경로를 통과하도록 신호를 받으면, 경로 내의 모든 분기기와 기타 가동 장치는 다음 조건 중 하나가 만족 될때까지 제 위치에 고정된다.
- 열차가 영향을 받는 경로의 일부를 벗어나는 경우
- 진행 신호가 철회되고 해당 경로에 접근하는 열차가 신호를 통과하기 전에 정지할 기회를 가질 수 있도록 충분한 시간이 경과한 경우
3. 1. 쇄정 (Locking)
쇄정은 신호기, 선로전환기 등을 전기적 또는 기계적으로 동작하지 않도록 잠금장치를 하는 것을 말하며, 기기들이 정해진 순서에 따라서만 동작하도록 한다.[19] 쇄정의 목적은 열차 운행 중 선로전환기가 작동하는 것을 방지하여 열차 충돌 위험을 없애는 것이다. 쇄정에는 기계적으로 수행하는 기계 쇄정과 전기적으로 수행하는 전기 쇄정이 있다.전기 쇄정(electric locking)은 신호기와 선로전환기의 상호 쇄정을 전기적인 방법으로 수행하는 것이다.[19] 전기 쇄정의 종류는 다음과 같다.
- 철사 쇄정: 선로전환기를 포함하는 궤도회로에 열차(차량)가 있을 때 열차에 의해 그 선로전환기가 전환되지 않도록 쇄정한다.
- 진로 쇄정: 신호기에 진행을 지시한 후 열차가 그 진로를 완전히 통과할 때까지 선로전환기를 쇄정한다.
- 진로 구분 쇄정: 신호기에 진행을 지시하고 열차가 그 진로를 통과할 때, 통과한 궤도회로 내의 선로전환기를 해정한다.
- 접근 쇄정: 장내 신호기에 진행 신호를 지시한 후, 그 신호기의 바깥쪽 일정 구간(접근 구간)에 열차가 진입했을 때, 또는 열차가 그 신호기의 안쪽에 진입하거나 그 신호기를 정지 신호로 바꾼 후 일정 시간이 지날 때까지 열차에 의해 진로의 선로전환기 등을 전환할 수 없도록 쇄정한다. 접근 쇄정시의 해정 시간은 장내 신호기의 경우 90초±10[%]이며, 출발 신호기나 입환 신호기(입환 표지까지)의 경우 30초±10[%]이다.
- 보류 쇄정: 신호기, 입환 표지에 진행 신호를 지시한 후 운전 취급 절차 변경으로 정지 신호로 바꿨을 경우, 신호기 바깥쪽에 열차 접근 유무와 관계없이 신호기 안쪽의 선로전환기를 일정 시간 동안 전환할 수 없도록 쇄정한다. 해정 시간은 접근 쇄정시의 해정 시간에 준한다.
- 시간 쇄정: A와 B의 취급 버튼(레버) 상호 간에 쇄정하는 것으로, A의 취급 버튼(레버)를 정위로 복귀하여도 B의 취급 버튼은 일정 시간이 경과할 때까지 해정되지 않는다.
- 폐로 쇄정: 출발 신호기와 입환 신호기를 정해진 위치에 설치할 수 없을 경우, 열차 및 차량 정지 표지에서 출발 신호기와 입환 신호기까지의 궤도회로 내에 열차가 있을 때 취급 버튼을 정위로 쇄정한다.
가장 기본적인 안전 확보를 위한 논리는 다음과 같다. 역 구내에서는 출발 신호기, 장내 신호기, 입환 신호기, 유도 신호기, 입환 표지를 조작하여 열차의 출발, 도착, 입환 등을 수행한다. 각각 독립적으로 작동하게 하면 잘못된 조작을 했을 경우, 열차가 분기기를 통과하는 중에 전철기가 작동하여 차량의 탈선이나 대차의 찢어짐[20]이 발생하거나, 동일한 선로에 2대 이상의 열차를 운전하거나, 다른 지장을 주는 진로를 개통시켜 열차를 운행함으로써 열차 간의 접촉이나 충돌을 일으킬 수 있다.
이를 방지하기 위해서는 열차가 분기기를 통과하는 중에는 전철기를 작동하지 않도록 하는 동시에, 동일한 선로에는 하나의 진로만 개통시키고, 다른 지장을 주는 진로는 개통하지 않도록 할 필요가 있다. 여기서 신호기, 입환 신호기의 조작 레버와 분기기의 전철기 레버 사이에서, 한쪽 레버를 조작했을 때 다른 쪽 레버를 "록(lock)"하여 전환할 수 없는 상태를 쇄정(鎖錠)이라고 하며, "록"이 해제되어 전환할 수 있는 상태를 해정(解錠)이라고 한다.
기본적인 연동 장치의 원칙은 다음과 같다.
- 신호는 설정된 경로에서 동시에 상충되는 열차 이동이 발생하도록 작동될 수 없다.
- 해당 경로의 분기기 및 기타 장치는 열차 이동이 해당 경로로 진입하기 전에 적절하게 '설정'(위치)되어야 한다.
- 일단 경로가 '설정'되고 열차가 해당 경로를 통과하도록 신호를 받으면, 경로 내의 모든 분기기 및 기타 가동 장치는 다음 중 하나가 발생할 때까지 제 위치에 고정된다.
- 열차가 영향을 받는 경로의 일부를 벗어나는 경우
- 진행 신호가 철회되고 해당 경로에 접근하는 열차가 신호를 통과하기 전에 정지할 기회를 가질 수 있도록 충분한 시간이 경과한 경우
장내 신호기나 통과 열차가 있는 경우의 출발 신호기가 일단 진행을 현시한 후, 열차가 그 신호기의 바깥쪽(앞쪽) 일정 구간(접근 구간)에 접근 또는 진입하고 있을 때, 신호기를 갑자기 정지 현시로 해도 열차가 멈추지 못하고 신호기의 앞쪽 구간(신호기冒進)에 진입할 위험이 있다. 이때 신호기가 정지를 현시하고 있지만, 그렇다고 해서 바로 진로상의(신호기의 앞쪽) 전철기의 쇄정이 해제되어 분기기를 전환할 수 있는 상태가 되는 것은 위험하다. 이 때문에 접근 구간에 열차가 있을 때, 신호기를 정지 현시로 해도 일정 시간 경과할 때까지는 전철기를 쇄정한다. 이 쇄정은 열차가 그 신호기의 내방에 진입하거나, 그 신호기에 정지 신호를 현시시키고 나서 일정 시간 후에 해제된다.
접근 쇄정과 유사하게 사용되지만, 열차의 위치와 관계없이 진행을 지시하는 현시에서 정지 현시로 변경하면 항상 일정 시간이 경과할 때까지 전철기를 쇄정한다. 출발 신호기의 현시를 갑자기 정지로 변경했지만, 이미 출발한 열차가 멈추지 못하고 신호기 안쪽(내방)으로 들어가는 사태에 대응하기 위한 기능이다.
접근 쇄정 및 보류 쇄정 모두 신호기를 정지 현시로 한 후 일정 시간이 경과한 후 (접근 쇄정은 접근 구간에 열차가 있을 때) 해정하는 방식이지만, 만일 어떤 고장으로 인해 정지 현시로의 제어를 가했음에도 불구하고 신호기 자체가 정지 현시가 아닌 상태, 즉 진행을 지시하는 현시로 남아있는 상태에서 해정되는 것은 열차에게 위험하다. 이 때문에 신호기가 정지 현시로 바뀌지 않을 때는 쇄정 상태를 유지한다. 해정 시에는 신호기의 정지 현시 표시를 검사한다.
3. 2. 해정 (Unlocking)
쇄정의 해제 조건과 과정은 열차의 안전한 통과 또는 특정 조건 충족 후 쇄정이 해제되어 다음 동작이 가능해지는 원리이다. 쇄정(鎖錠)은 한쪽 레버를 조작했을 때 다른 쪽 레버를 "록(lock)"하여 전환할 수 없는 상태를 말하며, 해정(解錠)은 "록"이 해제되어 전환할 수 있는 상태를 말한다.
다음 중 하나의 조건이 만족되면 쇄정이 해제된다.
- 열차가 영향을 받는 경로의 일부를 벗어나는 경우
- 진행 신호가 철회되고 해당 경로에 접근하는 열차가 신호를 통과하기 전에 정지할 기회를 가질 수 있도록 충분한 시간이 경과한 경우
쇄정에는 기계적으로 수행하는 기계 쇄정과 전기적으로 수행하는 전기 쇄정이 있다.[19]
접근 쇄정 및 보류 쇄정은 모두 신호기를 정지 현시로 한 후 일정 시간이 경과한 후 (접근 쇄정은 접근 구간에 열차가 있을 때) 해정하는 방식이지만, 만일 어떤 고장으로 인해 정지 현시로의 제어를 가했음에도 불구하고 신호기 자체가 정지 현시가 아닌 상태, 즉 진행을 지시하는 현시로 남아있는 상태에서 해정되는 것은 열차에게 위험하다. 이 때문에 신호기가 정지 현시로 바뀌지 않을 때는 쇄정 상태를 유지한다. 해정 시에는 신호기의 정지 현시 표시를 검사한다.
3. 3. 연쇄 (Interlocking)
신호기, 선로전환기 등 2대 이상의 설비가 서로 직/간접적으로 쇄정 관계를 갖는 것을 연쇄(Interlocking)라고 한다. 역 구내에서 열차의 도착, 출발, 차량 입환 등 복잡한 작업을 할 때, 관계된 설비들이 정해진 순서에 따라 작동하도록 하여 오작동을 방지한다. 예를 들어, 열차가 도착하기 전에 선로전환기가 올바른 방향으로 전환되고 잠겨 있어야 하며, 열차가 완전히 도착한 후에 잠금이 해제된다.연동 장치는 단순한 오류 방지뿐만 아니라 전철기 및 신호기 조작을 간략화하는 기능도 가지고 있다. 진입·진출하는 선로와 방향을 스위치로 지정하면 안전상 문제 없이 진로를 구성할 수 있는지를 자동으로 판정하고, 문제가 없으면 관련된 모든 전철기와 신호기를 자동으로 동작시킨다.
연쇄에는 다음과 같은 종류가 있다.
- 척사 쇄정: 열차가 분기기를 통과하는 동안 분기기가 전환되는 것을 방지한다. 초기에는 척사간을 레일에 장착했지만, 현재는 궤도 회로를 이용하여 전기 회로로 쇄정을 수행한다.[21]
- 접근 연동: 열차가 설정된 신호에 접근하는 동안, 해당 열차를 위험에 빠뜨릴 수 있는 레버나 장치 조작을 방지한다.[19]
- 보류 쇄정 (Stick Interlocking): 열차가 진행하도록 신호가 설정될 때 작동하며, 열차가 통과할 때 해제되고, 접근하는 열차를 위험에 빠뜨릴 수 있는 레버 조작을 방지한다.[19]
- 표시 연동: 신호, 스위치 등이 레버의 움직임에 따라 작동하지 않거나, 다른 장치가 먼저 작동해야 하는 경우, 안전하지 않은 상태를 방지한다.[19]
- 편쇄정: A 레버가 특정 위치에 있을 때, B 레버가 특정 위치로만 움직이도록 제한한다. 정위 편쇄정과 반위 편쇄정이 있다.[23]
- 확인 연동 (교통 연동): 두 역무원 사이의 협력을 강제하여 동일한 트랙을 제어하는 반대 신호가 동시에 진행되지 않도록 한다.[19]
- 구역 연동: 열차가 특정 경로의 구역을 점유하는 동안 유효하며, 열차가 해당 구역 내에 있는 동안 열차를 위험에 빠뜨릴 수 있는 레버 조작을 방지한다.[19]
- 경로 연동: 열차가 신호를 통과할 때 작동하며, 열차가 진입한 경로의 경계 내에 있는 동안 열차를 위험에 빠뜨릴 수 있는 레버 조작을 방지한다.[19]
- 구역별 경로 연동: 열차가 경로의 각 구역을 통과할 때 해당 구역에 영향을 미치는 연동이 해제되도록 구성된 경로 연동이다.[19]
이러한 연쇄 작용을 통해 인간의 실수로 인한 사고를 예방하고, 열차 운행의 안전을 확보한다.
4. 연동 장치의 종류
연동 장치는 신호뿐만 아니라, 일반적으로 분기기, 전방 포인트 록(미국: 스위치), 탈선기와 같은 추가 장치를 포함하며, 평면 교차로 및 가동 교량도 포함할 수 있다. 연동 장치의 기본 원칙은 다음과 같다.[26]
- 설정된 경로에서 동시에 상충되는 열차 이동이 발생하지 않도록 신호가 제어되어야 한다.
- 열차가 이동하기 전에 해당 경로의 분기기 및 기타 장치는 적절하게 설정되어야 한다.
- 경로가 설정되고 열차가 통과하도록 신호가 주어지면, 경로 내의 모든 분기기 및 가동 장치는 열차가 경로를 벗어나거나, 진행 신호가 철회되고 충분한 시간이 경과할 때까지 제 위치에 고정된다.
연동 장치는 기계식, 전기식(전기-기계식 또는 계전기 기반), 또는 전자식/컴퓨터 기반으로 분류할 수 있다.[26]
또한, 연동 장치는 연동 장치에 논리를 구성하는 방식, 연쇄하는 방식, 궤도 회로의 제어를 수행하는 범위에 따라 다음과 같이 분류된다.[26]
연동 장치의 형식에 관계없이, 1종·2종·3종이 존재한다. 1종은 모든 장치를 신호 취급소에서 조작할 수 있는 것이고, 2종과 3종은 전철기 등이 현장 취급으로 되어 있는 것을 가리킨다.[26]
- '''제1종 연동 장치''': 신호기, 입환 표식과 분기기의 조작을 한 곳에 집중시키고, 거기에 설치된 신호 레버와 전철기 레버에 의해 조작하여, 이 두 레버의 상호 간에 연쇄를 행하는 장치이다.[26]
- '''제2종 연동 장치''': 신호기, 입환 표식의 조작은 한 곳에 집중시켜, 거기에 설치된 신호 레버에 의해 조작하고, 분기기의 조작은 근방의 쇄정할 수 있는 전철기로 조작하여, 이 두 개의 상호 간에 연쇄를 행하는 장치이다.[26]
- '''제3종 연동 장치''': 신호기, 입환 표식의 조작은 한 곳에 집중시켜, 거기에 설치된 신호 레버에 의해 조작하고, 분기기의 조작은 근방의 쇄정할 수 없는 전철기로 조작하여, 이 두 개의 상호 간에 연쇄를 행하는 장치이다.[26]
연동 장치는 궤도 회로로 제어하는 범위에 따라 다음과 같이 구분한다.[26]
- '''갑''' - 신호기의 신호 현시가 연속된 궤도 회로에 의해 제어되는 것[26]
- '''을''' - 신호기의 신호 현시가 일부 궤도 회로에 의해 제어되는 것[26]
- '''병''' - 신호기의 신호 현시가 궤도 회로에 의해 제어되지 않는 것[26]
갑으로 분류되는 경우, 구분의 기재를 생략한다.[26]
연쇄 방법을 조합하여, 제1종 전자(갑) 연동 장치, 제2종 계전 을 연동 장치 등과 같이 부른다.[26]
4. 1. 기계 연동 장치 (Mechanical Interlocking)
기계연동장치는 역 구내의 신호기, 선로전환기, 신호취급레버 등을 수동으로 조작하고 기기들 간의 연쇄를 기계적으로 수행하는 장치이다. 주로 열차 운행 횟수가 적은 구내에 설치된다.
기계식 연동 장치 설비에서는 강철 막대로 격자 형태를 이루는 ''잠금 베드''가 구성된다. 레버는 분기기, 탈선기, 신호 또는 기타 장치를 작동시키며, 한 방향으로 뻗어 있는 막대에 연결된다. 이 막대는 특정 레버에 의해 제어되는 기능이 다른 레버에 의해 제어되는 기능과 충돌하는 경우, 두 막대 사이의 ''교차 잠금''에서 기계적 간섭이 발생하도록 구성되어 충돌하는 레버의 움직임을 방지한다.
순수한 기계식 설비에서 레버는 기계식 로드 또는 와이어 연결을 통해 신호와 같은 현장 장치를 직접 작동시킨다. 레버는 조작자에게 기계적 이점을 제공해야 하므로 어깨 높이에 위치한다. 레버의 교차 잠금은 추가적인 지렛대가 잠금을 무력화할 수 없도록(사전 래치 잠금) 적용되었다.
최초의 기계식 연동 장치는 1843년 브릭레이어스 암스 분기점에 설치되었다.[12]
기계 연동 장치는 가장 초기에 사용된 것으로, 기계적으로 연쇄를 실현한다. 큰 신호 레버와 전철기 레버를 사람이 조작하며, 그 동작은 와이어나 로더를 통해 전달되어 분기기나 신호기를 전환한다. 이 힘의 전달 과정에 개입하여 기계적으로 전환할 수 없도록 잠금을 거는 구조였다. 후에 전기적인 연동 장치가 등장하여 스위치 하나로 전환할 수 있게 되었지만, 분기기나 신호기를 조작하는 스위치를 "레버"라고 부르는 것은 이 시대의 흔적이다.
열차가 분기기를 통과하는 중에 분기기가 도중에 전환되면 위험하다. 이 때문에 분기기에 열차가 접근하고 있음을 감지하여, 그 동안에는 분기기를 전환할 수 없도록 쇄정한다. 이 쇄정을 척사(轍査) 쇄정이라고 한다. 초기에는 척사간을 레일에 장착하고, 차륜에 의해 눌러져 궤도 전환기를 쇄정했지만, 현재는 분기기 및 그 주변의 궤도에 궤도 회로를 설치하여 재선 감지를 수행하고, 전기 회로로 쇄정을 수행한다.
쇄정을 갖게 하는 원리는 전철레버와 와이어 (와이어), 쇄정간 등으로 구성되는 기계 연동 장치, 릴레이에 의해 전기적으로 연쇄를 행하는 계전 연동 장치, 그리고 컴퓨터를 사용하여 행하는 전자 연동 장치 등이 있다. 이 장치에 의해, 분기기의 개통 방향과 신호기의 현시는 절대적으로 동기화된다.
4. 2. 전기 기계 연동 장치 (Electro-mechanical Interlocking)
전기 기계 연동 장치는 기계 연동 장치에서 신호기 등을 전기화하기 위해 전기 텔레를 새로 설치하고, 기계식 분기기와 연쇄하기 위해 개량된 장치이다. 기계 텔레 상호 간의 연쇄는 기계 연동 장치와 마찬가지로 콤 장치에 의해 연쇄를 수행하지만, 다른 장치와의 전기적 연쇄는 전기 텔레에 의해 전기적으로 수행한다.[4]
전력 연동 장치는 레버의 적절한 시퀀싱(순서)을 보장하기 위해 기계적 잠금 장치를 사용할 수도 있지만, 레버 자체가 현장 장치를 직접 제어하지 않으므로 크기가 작다. 잠금 베드를 기반으로 레버가 자유롭게 움직일 수 있는 경우, 레버의 접점이 전기적 또는 공압 방식으로 작동되는 스위치와 신호를 작동시킨다. 제어 레버가 다른 레버를 해제하는 위치로 이동하기 전에, 현장 요소로부터 실제로 요청된 위치로 이동했다는 신호를 수신해야 한다. 표시된 잠금 베드는 GRS 전력 연동 장치용이다.[3]
4. 3. 전기 연동 장치 (Relay Interlocking)
계전기를 이용하여 신호기, 입환표지, 선로전환기 등의 연쇄를 전기적으로 수행하는 장치를 전기 연동 장치라고 한다. 흔히 '''계전연동장치'''라고도 불린다. 진로 제어 방식에 따라 다음과 같이 분류된다.- '''진로정자식(진로레버식)''': 각 진로마다 레버가 설치되어 있어, 레버 조작으로 진로를 설정한다. 레버를 취급하면 진로상의 모든 선로전환기가 정해진 방향으로 개통되며, 진로를 방해하는 다른 진로와의 쇄정은 계전기의 동작으로 이루어진다. 이후 해당 진로의 신호가 현시된다.
- '''단독정자식(단독레버식)''': 선로전환기를 전철 레버로 개별 전환한 후, 신호 레버를 조작하여 진로를 구성한다. 배선이 간단하여 신호기 진로가 적은 역 구내에 사용된다.
- '''진로선별식''': 열차 출발점과 도착점에 각각 1개의 버튼을 설치하여, 출발점에서 도착점 버튼을 누르면 진로선별회로가 자동으로 회로를 선택하여 선로전환기를 전환한다. 조작반의 신호기 지점에 설치된 출발점 및 도착점 버튼으로 진로를 선별하고, 진로상의 모든 선로전환기를 제어(진로 개통) 및 쇄정하여 신호기에 진행신호를 현시한다. 진로선별회로의 진로선별계전기로 진로를 결정하고, 선로전환기 선별계전기로 선로전환기를 총괄제어한다.
일반적인 연동 장치는 신호, 분기기, 전방 포인트 록(미국: 스위치), 탈선기 등을 포함하며, 평면 교차로 및 가동 교량도 포함할 수 있다. 연동 장치의 기본 원칙은 다음과 같다.
- 설정된 경로에서 상충되는 열차 이동이 동시에 발생하지 않도록 신호를 제어한다.
- 열차 이동 전에 해당 경로의 분기기 및 기타 장치를 적절하게 설정해야 한다.
- 경로가 설정되고 열차가 통과하도록 신호가 주어지면, 경로 내의 모든 분기기 및 가동 장치는 열차가 경로를 벗어나거나, 진행 신호가 철회되고 충분한 시간이 경과할 때까지 제 위치에 고정된다.
순수 전기식 연동 장치는 각 신호 장치의 상태를 확인하는 릴레이 논리 배열로 구성된 복잡한 회로를 사용한다. 장치 작동 시 위치 변경으로 인해 다른 장치가 차단되는 회로가 열리고, 안전하게 작동할 때 다른 회로가 닫힌다. 철도 신호 장비는 전문적인 특성과 고장 안전 설계로 인해 고가이다.
전기 회로만으로 작동하는 연동 장치는 현지 또는 원격으로 작동할 수 있으며, 이전 시스템의 기계식 레버는 패널 또는 비디오 인터페이스의 버튼, 스위치 등으로 대체된다. 이러한 연동 장치는 인적 조작자 없이 자동 작동하도록 설계될 수 있으며, "자동 연동 장치"라고 불린다.
GRS는 1929년에 최초의 전 릴레이 연동 시스템을 제작하여 네브래스카주 링컨의 시카고, 벌링턴 앤드 퀸시 철도에 설치했다.[12]
'''입구-출구 연동 장치(NX)'''는 GRS[13](유럽에서는 메트로폴리탄-비커스)가 1936년에 도입한 최초의 릴레이 기반 집중 신호 제어(CTC) 연동 시스템의 브랜드 이름이다. 조작자는 복잡한 분기점 다이어그램에서 입구 트랙 버튼과 출구 트랙 버튼을 눌러 경로를 설정할 수 있다. 논리 회로는 기본 릴레이 연동 장치에 명령하여 신호를 설정하고 스위치를 전환하는 작업을 처리한다. 최초의 NX 설치는 1937년 영국 체셔 라인 위원회의 브런즈윅과 오하이오주 제라드 정션의 뉴욕 센트럴 철도(NYCRR)에 설치되었다.[12] 1948년 뉴욕 시 지하철의 IND 풀턴 스트리트 라인에도 설치되었다.[14][15]
'''유니온 루트(UR)'''는 유니온 스위치 앤드 시그널사(US&S)가 1951년에 도입한 입구-출구 시스템의 브랜드 이름이다.[16] NX 유형 시스템과 사전 솔리드 스테이트 제어 논리는 용량 증가와 인력 감소를 위해 더 분주하거나 복잡한 터미널 지역에 설치되었다. 유럽에서는 전체 지역의 신호를 단일 동력 신호 박스로 통합하는 방식이 인기를 끌었다. 이러한 고급 계획에는 열차 설명자 및 열차 추적 기술도 포함되었다. 복잡한 터미널에서 멀리 떨어진 곳에서는 단일 레버 제어 시스템이 1980년대까지 인기가 있었고, 이후 솔리드 스테이트 연동 및 제어 시스템으로 대체되기 시작했다.
열차가 분기기를 통과하는 중에 분기기가 전환되면 위험하므로, 분기기에 열차가 접근하면 쇄정(척사 쇄정)하여 전환을 막는다. 초기에는 척사간을 레일에 장착했지만, 현재는 궤도 회로를 설치하여 전기 회로로 쇄정을 수행한다.
쇄정 원리는 전철레버와 와이어 등으로 구성되는 기계 연동 장치, 릴레이를 사용한 계전 연동 장치, 컴퓨터를 사용한 전자 연동 장치 등이 있다. 이 장치들로 분기기 개통 방향과 신호기 현시가 동기화된다.
전기 연동 장치는 신호기, 전철기 등을 전기 렛코로 제어하며, 모든 전기 렛코 상호 간의 연쇄는 전자석으로 동작하는 기계 쇄정부에 의해 렛코 조작을 기계적으로 쇄정한다.
계전 연동 장치는 연동 논리를 계전기(릴레이) 로직으로 실현한 것으로, 기계적 쇄정을 전기 회로로 처리한다. 계전 연동 장치에서 논리는 모두 릴레이 회로로 구성되며, 진로 구성 방식에는 다음 두 종류가 있다.[27]
- 지렛대 릴레이 회로: 진로마다 진로 지렛대 반응 릴레이를 설치하여 전철기를 제어한다.
- 진로 선별 회로: 오른쪽 및 왼쪽 진행 회로를 작성하고, 진로 선별 릴레이를 설치하여 전철기를 제어한다.
계전 연동 장치와 전자 연동 장치는 다음과 같이 분류된다.
| 구분 | 정의 | 특징 |
|---|---|---|
| 제1종 계전 연동 장치 | 전기 신호기(색등식 신호기)와 전기 전철기의 조작·연쇄·쇄정을 계전기(릴레이)를 사용한 계전 연동기로 수행 | |
| 제1종 전자 연동 장치 | 계전 연동기를 컴퓨터 소프트웨어 처리에 의한 전자 연동기로 대체 | 제1종 계전 연동 장치와 동일하게 전기식 신호기와 전기 전철기 조작·연쇄·쇄정 수행 |
| 제2종 계전 연동 장치 | 전기식 신호기 조작을 계전 연동기로 수행, 분기기 조작은 인근 전철기로 수행 | 전기 신호기와 전철기 사이 쇄정은 전기 쇄정기, 용수철 전철기는 전자 전철 쇄정기로 수행 |
| 제2종 전자 연동 장치 | 전기식 신호기 조작을 전자 연동기로 수행, 분기기 조작은 인근 전철기로 수행 | 전기 신호기와 전철기 사이 쇄정은 전기 쇄정기, 용수철 전철기는 전자 전철 쇄정기로 수행 |
| 제2종 기계 연동 장치 | 기계식 신호기 조작을 기계 연동기로 수행, 분기기 조작은 인근 전철기로 수행 | 기계식 신호기와 전철기 사이 쇄정을 용수철 전철기 포함하여 기계적으로 쇄정 |
| 제3종 계전 연동 장치 | 전기식 신호기 조작을 계전 연동기로 수행, 분기기 조작은 인근 전철기로 수행 | 전기 신호기와 전철기 사이 쇄정 없음, 회로 제어기로 진로 개통 조사 |
| 제3종 전자 연동 장치 | 전기식 신호기 조작을 전자 연동기로 수행, 분기기 조작은 인근 전철기로 수행 | 전기 신호기와 전철기 사이 쇄정 없음, 회로 제어기로 진로 개통 조사 |
4. 4. 전자 연동 장치 (Electronic Interlocking)
전자 연동 장치는 기존의 계전기 방식 전기 연동 장치의 연동 논리 회로를 전자 논리 회로로 대체하고, 컴퓨터와 소프트웨어를 활용하여 개량한 장치이다. 이를 통해 기기 구성의 도형, 경량화, 하드웨어 및 소프트웨어에 의한 구현 및 개량이 용이해졌다. 또한, 중앙전산처리장치를 2중화하여 신뢰성, 안정성, 유지보수성이 향상되었으며, 시스템의 자기 진단 기능이 추가되어 제어 및 고장 관련 정보를 자동으로 기록하고 저장한다.[3]
1980년대 후반부터 설치된 현대식 연동 장치는 솔리드 스테이트 방식을 사용하며, 특수 목적 제어 하드웨어에서 실행되는 소프트웨어 논리로 릴레이의 유선 네트워크를 대체한다.[3] 이러한 소프트웨어 기반 구현은 재배선 없이 재프로그래밍만으로 수정을 용이하게 한다. 많은 구현에서 안전 필수 논리는 펌웨어 또는 롬에 저장되어 안전하지 않은 수정에 대한 저항성을 높이고 규제 안전 테스트 요구 사항을 충족시킨다. 또한, 디스플레이 기술의 발전으로 하드웨어 수정 없이 현장 장비의 변경 사항을 시각 표시 장치(컴퓨터 모니터)를 통해 신호수에게 표시할 수 있게 되었다.
솔리드 스테이트 연동 장치(SSI)는 1980년대에 영국철도, GEC-General Signal 및 웨스팅하우스 레일 시스템즈에서 개발한 1세대 마이크로프로세서 기반 연동 장치의 브랜드 이름이다. 2세대 프로세서 기반 연동 장치는 "컴퓨터 기반 연동 장치"(CBI)라는 용어로 알려져 있으며,[17] 여기에는 바이탈 프로세서 연동 장치(제너럴 레일웨이 시그널의 상표, 현재 Alstom), 마이크로록(유니온 스위치 & 시그널의 상표, 현재 히타치 레일 STS), 웨스트록 연동 장치 및 웨스트레이스(인벤시스 레일 그룹, 현재 지멘스의 상표), [스마트록](알스톰의 상표) 및 EBI 록(봄바디어 트랜스포테이션의 상표) 등이 있다.
최근에는 컴퓨터를 사용하여 연동 논리를 실현하는 장치의 도입이 진행되고 있다. 마이크로프로세서의 고장에 대비하여 이중화 등의 조치가 취해지고 있으며, 이전의 계전 연동 장치가 하나의 방을 차지할 정도의 크기였던 것에 비해 랙 1개 정도로 수납할 수 있도록 소형화되었다.
일본에서는 1984년 도큐 덴엔토시선의 주오린칸역 개업에 맞춰 동역에서 실 운용을 시작한 것이 최초이다. 다음 해인 1985년에는 히가시카나가와역에 국철(당시) 최초의 전자 연동 장치가 실 운용을 시작했다.[28]
일본 국내의 전자 연동 장치는 연동 논리의 처리 방식에 따라 다음과 같은 방식이 있다.[29]
- 슈풀 파일 방식
- 매트릭스 파일 방식
- 연동표 파일 방식
- 연동 결선도 파일 방식
또한, 일본에서는 전자 연동 장치를 다음과 같이 분류한다.
- 제1종 전자 연동 장치: 계전 연동기를 컴퓨터 소프트웨어 처리로 대체한 것으로, 전기식 신호기(색등식 신호기)와 전기 전철기의 조작·연쇄·쇄정을 수행한다.
- 제2종 전자 연동 장치: 전기식 신호기(색등식 신호기)의 조작은 전자 연동기로 수행하지만, 분기기 조작은 인근 전철기로 수행한다. 전기 신호기와 전철기 사이의 쇄정은 전기 쇄정기 또는 전자 전철 쇄정기로 수행한다.
- 제3종 전자 연동 장치: 전기식 신호기(색등식 신호기)의 조작은 전자 연동기로 수행하지만, 분기기 조작은 인근 전철기로 수행한다. 전기 신호기와 전철기 사이는 쇄정되지 않으며, 회로 제어기로 진로 개통을 조사한다.
5. 연동 도표
연동 장치의 동작 논리는 연동 도표를 사용하여 나타낸다. 연동 도표는 배선 약도와 연동표로 구성된다.[24] 배선 약도는 대상 범위의 선로, 신호기, 전철기 배치를 나타낸 그림으로, 선로 배치 외에 역 본사, 승강장, 신호기 명칭이 기재된다.[24] 연동표는 전철기나 신호기에 붙여진 번호, 그리고 이들 전철기나 신호기의 쇄정에 관계하는 다른 전철기나 신호기, 궤도 회로의 번호 등을 표 형태로 나타낸 것이다.[24] 연동표에는 연동 장치 종류, 신호기 쇄정, 신호 제어, 철도 검사 쇄정, 진로 쇄정, 접근 쇄정 또는 보류 쇄정 등이 부호로 기입된다.[24]
6. 같이 보기
- 철도 신호기
- 선로전환기
- 자동 열차 정지 장치 (ATS)
- 자동 열차 보안 장치
참조
[1]
서적
Rights of Trains
Simmons-Boardman Publishing Corporation
1957
[2]
간행물
Death of John Saxby
Simmons-Boardman Publishing Corporation
1913-05-26
[3]
서적
Railroad Signaling
MBI Publishing Company
2003
[4]
문서
The first manufacturer of signal equipment, the predecessor of [[Westinghouse Brake and Signal Company Ltd]], and today’s [[Westinghouse Rail Systems]], Ltd. (headquartered in [[Chippenham, Wiltshire]])
[5]
특허
Improved Switch and Signal
1868-08-11
[6]
간행물
Landmarks in Signaling History
Simmons-Boardman Publishing Corporation
1916-07-28
[7]
서적
Electric Interlocking Handbook
https://archive.org/[...]
General Railway Signal Company
1913
[8]
웹사이트
Toucey and Buchanan Interlocking
http://mysite.du.edu[...]
2011-12-28
[9]
문서
A system whereby compressed water and air are used to transmit action from one end of a long tube to the other end. It can be effective, but it still qualifies as a mechanical system since the pressure is pre-loaded, and requires human action of the same sort that a pure mechanical system requires.
[10]
문서
Lexikon der gesamten Technik
[11]
웹사이트
Berliner Stellwerke
http://www.berliner-[...]
2012-11-24
[12]
서적
A Centennial: History of Alstom Signaling Inc.
http://www.alstomsig[...]
Alstom
2011-12-27
[13]
서적
The NX System of Electric Interlocking
http://www.rrsignalp[...]
1936
[14]
간행물
Signaling and Interlocking On New Line of New York Subways
https://books.google[...]
Simmons-Boardman Publishing Corporation.
2016-12-27
[15]
뉴스
Buttons to Speed Travel in Subway: $2,000,000 System of Signals Soon to Be in Operation on Brooklyn IND Division
https://timesmachine[...]
1948-11-12
[16]
특허
Entrance-exit route interlocking control apparatus
1951-09-11
[17]
보고서
Glossary of Signalling Terms
http://author.rssb.c[...]
Rail Safety and Standards Board
2004-04
[18]
웹사이트
Smartlock Interlocking
http://www.alstom.co[...]
2018-05-04
[19]
문서
Defined by the Railway Signal Association, which today is the Railway Signal Committee of the [[Association of American Railroads]].
[20]
문서
車両の下部にある2つのボギー式の台車が、分岐器の誤った操作により、別々の方向に向かってしまうこと。
[21]
문서
てこが取り扱われていない、いわゆる「定位置」の状態を指す。
[22]
문서
てこが取り扱われた状態。転轍機においては進路を転換した状態、信号機の場合では定位における信号現示以外を表示するよう操作した状態を指す。
[23]
웹사이트
1958_鉄道辞典_上巻
http://transport.or.[...]
2015-07-01
[24]
서적
鉄道信号技術
日本鉄道電気技術協会
2020-11-24
[25]
서적
信号
交友社
1984-11-15
[26]
서적
連動装置[改訂二版]
日本鉄道電気技術協会
2013-06-30
[27]
서적
鉄道信号技術
日本鉄道電気技術協会
2020-11-24
[28]
웹사이트
Railway Research Review 61巻
http://bunken.rtri.o[...]
鉄道総合技術研究所
2004-06
[29]
서적
鉄道信号技術
日本鉄道電気技術協会
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com