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HSR-350x

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1. 개요

HSR-350x는 대한민국이 독자적인 고속철도 기술 개발을 목표로 추진한 G7 프로젝트의 결과물로, 최고 속도 350km/h를 목표로 개발된 실험용 고속 열차이다. 1990년대 기술 부족으로 KTX 차량을 알스톰으로부터 기술 이전받은 후, 자체 기술을 통해 개발되었다. 2004년 12월 경부고속선에서 352.4km/h의 최고 속도를 기록하며 기술력을 입증했다. HSR-350x는 기존 KTX 차량에 비해 구동 장치, 팬터그래프, 제동 장치, 공조 장치, 차체 등 다양한 부분에서 개선되었으며, KTX-산천 개발의 기반이 되었다. 현재는 각 차량이 분리되어 여러 장소에서 보존되고 있으며, 대한민국의 고속철도 기술 자립에 기여한 것으로 평가받는다.

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HSR-350x
HSR-350x
2015년 의왕에 전시된 HSR-350x
2015년 의왕시에 전시된 HSR-350x
제작사현대로템
종류KTX
제작 기간1996-2002년
운행 기간2002-2008년
제작 대수1대
운행 대수0대
편성P+M+3T+M'+P
편성 기호 설명P: 동력차 (견인차)
M: 동력 대차 (동력 대차가 있는 객차)
M': 상업 버전 중간용으로 설계된 동력 대차 (동력 대차가 있는 객차)
T: 객차
운영 기관KRRI
보관 장소오송
운행 노선경부고속선
차체견인차: 강철
객차: 알루미늄
전체 길이145.17m
차량 길이견인차: 22.690m
동력 객차: 21.845m
무동력 객차: 18.700m
견인차: 2.814m
객차: 2.970m
높이동력차: 4.055m
무동력 객차: 3.690m
바닥 높이1212mm
최고 속도시험 운행 중 달성: 352.4km/h
시험 운행/설계 계획: 385km/h
운행 계획: 350km/h
공차 중량310t
적재 중량332t
점착 중량204t
축중최대 17t
견인력12 x 1100kW 3상 비동기 유도 전동기 HRTM-ILE-1100
총 출력13,200kW
보조 전원1.4MW+0.7MW, 670V DC 공급
전력 시스템25 kV/60 Hz AC 가공 전차선
집전 방식팬터그래프 (단암)
UIC 분류Bo'Bo' + Bo'(2)(2)(2)(2)Bo' + Bo'Bo'
대차중간 차량 사이에 차륜간 대차 위치
제동 장치6 x 회생 제동, 저항 제동 (인버터당 1개)
8 x 답면 제동 (견인차 축당 1개)
4 x 휠 디스크 (동력 객차 축당 1개)
24 x 디스크 브레이크 (무동력 축당 3개)
4 x 와전류 제동 (무동력 대차당 1개)
안전 장치TVM 430 (ATC), ATS
연결 장치샤르펜베르크 연결기 (비상용)

2. 개발 동기

대한민국은 1990년대 고속철도 사업을 시작하면서 자체 개발 차량을 사용하려 했으나, 초기에는 기술 부족으로 무산되었다. 이후 프랑스 알스톰(Alstom)으로부터 기술 이전을 받는 조건으로 KTX 차량을 도입하였다.[3] 기술 이전과 함께 국내 연구 개발을 통해 HSR-350x를 개발하였다. 개발 초기에는 시속 100km 정도의 속도만 낼 수 있었으나, 연구 개발을 통해 2004년 12월 16일 경부고속선 천안-신탄진 구간에서 시속 352.4km를 달성하였다.

2. 1. G7 프로젝트

1990년대 대한민국에서 고속철도 사업을 시작하면서 자체 개발 차량을 사용하려는 계획이 있었으나 무산되었다. 이후 KTX 차량을 도입하면서 알스톰에서 기술 이전을 받을 수 있는 권리를 같이 샀다. 이전받은 기술과 함께 대한민국 국내에서 이루어진 다양한 연구 개발을 통하여 HSR-350x를 개발하였다. KTX 차량과는 많은 점이 바뀌었고, 특히 대한민국에서 개발된 각종 기술이 적용되었다.[3]

1995년 대한민국 기술자들은 고속철도 계획을 시작했다. 그러나 독자적인 고속철도 기술 개발의 기반이 충분하지 않았기 때문에, 로템철도기술연구원은 10년 동안 차량 연구 개발을 진행했다. HSR-350x는 시속 350km로 영업 운전을 목표로 했다. TGV를 기반으로 한 KTX는 시속 300km로 영업 운전을 하고 있다.[40]

1996년 12월,[4] 대한민국 건설교통부(현 국토교통부)는 국내 고속철도 기술 개발을 위한 G7 프로젝트를 시작했다.[4] 이 프로젝트에는 10개의 정부 연구 기관, 16개의 대학 및 35개의 민간 기업이 참여했으며, 1,000명 이상의 인력이 투입되었다.[6] 주요 파트너는 한국철도기술연구원(KRRI), 한국생산기술연구원(KITECH), 그리고 차량 제조사 로템이었다.[4]

고속철도 기술에서 차량 및 인프라 매개변수의 강력한 상호 의존성 때문에, G7 프로그램은 먼저 궤도, 가선, 신호 및 열차 제어와 같은 다른 구성 요소와의 호환성에 중점을 두었다.[4] 하위 프로젝트는 교량 설계, 개선된 팬터그래프 설계, 터널 내 가선 등을 다루었다.[4] 레일 및 터널 내 가선을 포함한 고속선 건설에 사용된 기술은 일반선 개량에 적용되어 KTX 열차가 이러한 노선에서 운행될 수 있도록 했다.[4] 이 프로그램은 또한 KTX-I 열차 운행 중 발견된 문제, 특히 겨울철에 150km/h 속도 부근에서 관절형 열차의 뱀 움직임 문제를 다루었으며, 이는 휠 원추도를 증가시켜 해결했다.[4]

G7 프로젝트의 주요 요소는 GEC-Alsthom으로부터 이전받은 기술을 기반으로 개발된 실험용 고속 열차 HSR-350x였다.[6] 설계 속도 385km/h로, 이 차량은 정규 운행 최고 속도 350km/h의 상업용 열차의 프로토타입으로 제작되었다.[29] 기본적인 설계 및 주요 구성 요소, 그리고 코 부분의 초기 디자인 모형은 1999년 12월 17일에 공개되었다.[7]

G7 프로그램의 비용은 2,100억 으로, 약 2.08억달러였다.[6] 시험을 포함한 전체 개발 프로그램 비용은 2,569억 원이었다.[37] HSR-350x의 개발 계획은 5년 만에 종료될 예정이었으며 4260만달러의 예산이 투입되었다. 수출도 염두에 두고 있어, 무역 수지를 개선할 수 있을 것으로 기대되었다.[40]

3. 기존 KTX 차량과의 차이점

HSR-350x는 TGV를 기반으로 한 KTX와 달리, 대한민국에서 독자적으로 개발된 기술이 대거 적용되었다. 로템과 철도기술연구원은 10년간의 연구 개발을 통해 HSR-350x를 개발했으며, 최고 속도 350km/h를 목표로 하였다.[40]

HSR-350x는 알루미늄 압출 성형재를 사용하여 경량화를 이루었고, 차체 폭을 2950mm로 확대하여 객실 공간을 넓혔다.[1] 좌석은 기울기 조절 및 방향 전환이 가능하도록 개선되었다. 팬터그래프를 개량하여 공기 저항을 감소시켰으며, 전자 지령식 공기 브레이크를 채택하여 제동 응답성을 향상시켰다.

HSR-350x의 개발에는 5년간 42600000USD의 예산이 투입되었으며, 수출을 통해 무역 수지 개선에도 기여할 것으로 기대되었다.[40]

3. 1. 구동 장치

IGCT를 이용한 VVVF 제어 방식을 채택했는데, 이는 세계 철도 차량 중 최초의 시도였다.[26] 이를 통해 전력 효율을 높이고 소음을 줄일 수 있었다. 그러나 제어 기술의 발전과 신뢰성 문제로 인해 양산형 KTX-산천에서는 IGBT로 변경되었다.[26] 유도 전동기를 채용하여 유지 보수 비용을 절감하였다.[5]

KTX-I의 동기 전동기가 아닌 새롭게 개발된 3상 비동기 유도 전동기가 사용되었다.[5] 견인 컨버터는 사이리스터 (SCR) 부품이 아닌 게이트 턴 오프 사이리스터 (IGCT)를 갖추고 있으며,[4] ABB에서 공급하는 IGCT를 스위칭 소자로 사용하였다.[26] 각 견인 컨버터는 정류기 모듈, 인버터 모듈, 보조 인버터, 저항 제동을 수행하는 두 개의 병렬 스위칭 4상한 컨버터로 구성된다.[27] 가변 전압 가변 주파수 (VVVF) 인버터는 펄스 폭 변조 (PWM) 제어 방식이다.[4] 각 컨버터는 대차의 두 차축에 있는 모터에 전원을 공급한다.[29]

3. 2. 팬터그래프

하부집전판을 지지하는 하부암 수를 2개에서 1개로 줄여 공기 저항을 감소시켰다. 가이드 혼이라 불리는 가선 안내부를 집전판에서 분리, 집전판과 중앙 플런저 스프링간을 연결하는 크로스바에 장착하였다. 이를 통해 집전판의 중량을 줄여서 보조플런저 스프링에 걸리는 부담을 경감했다. 중앙플런저스프링 상부의 형상을 사각형으로 단순화하여 공기 저항을 줄였다.

3. 3. 제동 장치

기존 KTX 차량에 사용되었던 4종의 제동장치 외에 휠디스크제동, 레일식 와전류제동이 추가되어 제동력을 높였다. (KTX-산천에서는 와전류제동 제거됨)[1] 제동지령방식이 공기지령방식에서 전자지령방식으로 바뀌어 제동 응답속도를 늘였다.[1]

3. 4. 공조 장치

급배기 기능을 추가하여 터널 내를 주행하는 동안에도 실내 이산화탄소 농도 증가 혹은 악취 발생 시 외부 공기를 빠르게 순환시킬 수 있다.

3. 5. 차체

차체 기밀도를 KTX 차량에 비해 2배 정도 향상시켰다.[1] 알루미늄 압출재를 채용하여 중량과 소음을 줄였다.[1] 전두부 디자인 변경으로 공기 저항을 줄였다.[1] 객차 외형 치수를 2950mm로 확대하여 실내 공간을 넓혔다.[1]

4. 시험 운행

HSR-350x는 2002년 5월에 첫 시험 운행을 시작하여 60km/h의 속도를 기록했다.[17] 이후 2002년 6월 28일, 천안아산역대전역 사이 경부고속선의 오송 차량기지로 옮겨져 2002년 8월 19일에 80km/h로 첫 시험 운행을 했다.[8] 2003년 8월 1일에는 301.9km/h를 달성했다.[9]

2004년 4월 1일 코레일의 정규 운행 시작 이후에는 야간에만 시험 운행이 허용되었다.[15] 2004년 5월 6일 310km/h를 넘었으며,[8][11] 2004년 6월 29일에는 324km/h에 도달했다.[8] 2004년 10월 27일에서 28일 사이에는 333.3km/h를 기록했다.[13] 2004년 11월 23일에는 광명역과 신탄진 사이에서 343.5km/h를 달성했다.[14]

최종 시험 운행은 2004년 12월 15일부터 16일 밤 사이에 천안아산역과 오송 차량기지 사이에서 진행되었으며,[15] 2004년 12월 16일 01시 24분에 대한민국 철도 최고 속도인 352.4km/h를 기록했다.[15] 이는 짙은 안개가 낀 이른 아침, 천안~신탄진 구간에서 달성한 기록으로, 이전 자체 기록인 343.5km/h를 경신한 것이다.

2005년 2월부터는 정규 열차 운행 시간 사이를 이용하여 300km/h로 주행하며 신뢰성 시험을 수행했다.[17] 2005년 6월까지 총 209회의 시험 운행을 통해 93000km의 거리를 주행했다.[17]

5. 상용화 및 이후 개발

HSR-350x의 기술은 KTX-산천 상용화에 중요한 기반이 되었다.[6] KTX-산천은 HSR-350x의 설계를 일부 변경하여 2010년부터 상업 운행을 시작했다.[35]

2001년, 호남선의 수요에 맞춰 최고 속도를 300km/h로 낮추고, 동력 장치를 일부 제거한 개량형 열차가 제안되었다.[31] 2005년, 로템은 HSR-350x의 상업용 버전을 제안하여 우선 협상 대상자로 선정되었고,[33] 2006년 KTX-II (이후 KTX-산천) 10대 열차 주문이 확정되었다.[34] 2007년에는 주문량이 19대로 늘어났다.[35] KTX-II와 HSR-350x 설계의 주요 차이점은 맨 앞쪽 중간 객차에 동력 대차가 없고, IGBT 컨버터 사용, 새로운 전두부 디자인, 대차 덮개 없음 등이었다.[37][36]

HSR-350x 개발 경험은 후속 고속철도 차량 개발에도 영향을 주었다. 2007년, 최고 속도 350km/h의 상업용 열차 개발을 위해 분산 추진 방식을 사용하는 HEMU-400X (시험 속도 400km/h) 개발 프로젝트가 시작되었다.[37]

6. 현황

G7 프로젝트의 2단계 사업인 고속철도기술개발사업이 2007년 12월에 끝나면서 이 차량은 충청북도 청주시 오송읍에 위치한 한국철도시설공단 소속 오송고속철도 정비차량관리공단에 한동안 방치되었다. 해당 사업이 종료된 지 5년이 지난 2012년에는 정부가 가진 차량의 소유권이 소멸하였고, 이에 한국철도기술연구원 등에 의해 차량 보존이 결정되었다. 2014년 12월경에 이 차량은 각 량마다 분리되어 여러 장소로 분산, 보존되고 있다.

구분보존 위치
동력차(PC1)·동력객차(TM1)·객차(TT2)경기도 의왕시 월암동 의왕자연학습공원
동력차(PC2)·동력객차(TM5)경기도 의왕시 한국철도기술연구원
객차(TT3)의왕역 유휴녹지선
객차(TT4)경기도 여주시 북내면 외재로 167-75


7. 의의 및 평가

HSR-350x는 대한민국이 고속철도 기술 자립을 위해 1996년 12월부터 추진한 G7 프로젝트의 핵심 결과물이다.[4] 이 프로젝트에는 정부 연구 기관 10곳, 대학교 16곳, 민간 기업 35곳이 참여했으며, 1,000명 이상의 인력이 투입되었다.[6] 주요 파트너는 한국철도기술연구원(KRRI), 한국생산기술연구원(KITECH), 차량 제조사 현대로템(당시 로템)이었다.[4]

당시 대한민국은 프랑스 알스톰사의 TGV 기술을 도입하여 KTX-I을 운영하고 있었으나, 기술 이전 계약만으로는 완전한 기술 자립을 이룰 수 없었다.[3][4] 이에 G7 프로젝트는 국내 기술력 향상과 부품 국산화를 목표로 추진되었다.[4][5]

HSR-350x는 설계 최고 속도 385km/h, 상업 운행 최고 속도 350km/h를 목표로 개발되었다.[29] 이는 KTX의 영업 운전 속도인 시속 300km보다 빠르다. HSR-350x 개발에는 5년간 총 4260만달러의 예산이 투입되었으며, 수출을 통해 무역 수지 개선에도 기여할 것으로 기대되었다.[40]

HSR-350x 개발 성공으로 한국은 프랑스, 독일, 일본에 이어 세계에서 4번째로 고속철도 기술을 독자 개발한 국가가 되었다.[42] 한국은 고속철도 차량 개발을 통해 고속철도 분야에서 세계 4강으로 도약하여 중국, 대만, 미국 등에 차량을 제공하는 것을 목표로 삼았다.[43]

HSR-350x 개발 과정에서 축적된 기술과 경험은 이후 KTX-산천, KTX-청룡 등 후속 고속철도 차량 개발의 밑거름이 되었다.

참조

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[2] 웹사이트 20 Front-End Modules for 10 Trains – More to Come http://www.railway-t[...] Net Resources International 2007-08-03
[3] 웹사이트 KTX opens for commercial service http://www.alstom.co[...] Alstom 2004-04-01
[4] 논문 Next Generation of Korea Train Express (KTX): Prospect and Strategies http://www.easts.inf[...] 2010-10-29
[5] 간행물 Launch of Korean High-Speed Railway and Efforts to Innovate Future Korean Railway http://www.jrtr.net/[...] 2005-05
[6] 간행물 Korea develops high-speed ambitions http://www.nxtbook.c[...] 2010-11-04
[7] 논문 http://www.krri.re.k[...] 2010-11-19
[8] 웹사이트 http://www.scienceto[...] Science Touch on Friday, KRRI 2008-01-04
[9] 논문 한국형 고속전철 개발열차 시운전 시험에서 300km/h 돌파 http://www.krri.re.k[...] 2003-07
[10] 뉴스 Railroad says Korean-built bullet train is not fit to run http://joongangdaily[...] 2004-09-30
[11] 웹사이트 과학기술출연연구기관장 한국형고속전철 시승 http://www.krri.re.k[...] KRRI 2004-06-01
[12] 웹사이트 http://www.kicttep.r[...] Korea Institute of Construction & Transportation Technology Evaluation and Planning (KICTEP) 2010-11-27
[13] 웹사이트 Korea high speed train sets new record http://www.krri.re.k[...] KRRI 2004-11-10
[14] 웹사이트 G7 train exceeds 340 km per hour http://info.korail.c[...] Korail 2010-11-18
[15] 논문 Trans-Korean Railway http://www.krri.re.k[...] 2005-05
[16] 웹사이트 HSR-350x Test Team launched http://www.krri.re.k[...] KRRI 2005-02-22
[17] 웹사이트 Post KTX http://www.uic.org/_[...] International Union of Railways 2010-11-19
[18] 웹사이트 HSR Project reports completion and achievements http://www.krri.re.k[...] KRRI 2008-01-18
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[22] 웹사이트 HSR350x looking out for name http://www.krri.re.k[...] KRRI 2006-05-04
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[24] 웹사이트 http://chaenamhee.co[...] Chae, Nam-Hee 2007-04-05
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[26] 웹사이트 http://www.kicttep.r[...] Korea Institute of Construction & Transportation Technology Evaluation and Planning (KICTEP) 2010-11-19
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[29] 논문 Koreans start to test 350 km/h KHST http://www.railwayga[...] 2010-11-23
[30] 웹사이트 Mock test of 'Rescue operation' conducted http://www.krri.re.k[...] KRRI 2005-10-26
[31] 웹사이트 http://library.krri.[...] KRRI 2010-11-20
[32] 뉴스 Korea to Build Own Bullet Trains http://english.chosu[...] 2005-07-28
[33] 웹사이트 http://info.korail.c[...] Korail 2010-11-07
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[37] 간행물 최고시험속도 400km/h 동력분산식 차세대 고속열차 개발(HEMU-400X) http://www.krri.re.k[...] 2009-01-01
[38] 웹사이트 'We are making steady efforts to become a global leader' http://www.railwayga[...] Railway Gazette 2008-09-05
[39] 웹사이트 코레일, 25일 현대로템 창원공장서 출고행사…각계 인사 500여명 참석 http://news.korail.c[...] Korail News 2008-11-25
[40] 웹사이트 KRRI: Korean High-speed train http://www.krri.re.k[...] 韓国鉄道技術研究院 2004-12-12
[41] 웹사이트 General definitions of highspeed http://www.uic.org/s[...] "[[国際鉄道連合|UIC]]" 2013-04-12
[42] 웹사이트 Korea High Speed Rail streaks past 350km http://www.krri.re.k[...] 韓国鉄道技術研究院 2004-12-12
[43] 웹사이트 HSR-350x emerged first runner up at High speed train bid http://www.krri.re.k[...] 韓国鉄道技術研究院 2005-12-22



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