MT비
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1. 개요
MT비는 전동차나 디젤 동차와 같은 동력분산식 차량에서 동력차와 부수차의 비율을 나타내는 용어이다. 동력차 수를 부수차 수로 나누어 표시하며, MT비가 높을수록 고성능, 낮을수록 경제적인 편성이 된다. 전동차의 경우, 노선 특성 및 기술 발전에 따라 MT비가 다양하게 적용되며, 급구배 노선이나 고속철도에서는 높은 MT비를, 일반 노선에서는 낮은 MT비를 사용하는 경향이 있다. 디젤 동차는 엔진 특성상 대부분 동력차로 구성되지만, 최근에는 부수차를 포함하는 경우도 나타난다. 한국에서는 전동차와 고속철도, 디젤 동차에서 각기 다른 MT비 변화를 보여왔다.
전동차나 디젤 동차와 같이 동력분산식 차량은 주행을 위한 동력을 가진 동력차와 그렇지 않은 부수차로 구성된다. 이 구성비를 MT비라고 부르며, 동력차 수와 부수차 수의 비(예: 3:2) 또는 '6M 4T'와 같이 표현한다.
대한민국에서는 직류 전동기를 사용하던 시절에는 급경사 노선이나 고가속이 필요한 차량은 MT비가 2:1, 평탄한 노선은 1:1 정도였다. 1980년대 이후 유도 전동기의 소형화, 고출력화, 전자 제어 기술의 발전으로 점착 성능이 향상되어 MT비는 낮아지는 경향을 보였다. 최근에는 1:1 미만의 편성도 드물지 않다. 한국철도공사의 일부 전동차는 1모터 1인버터 구성으로 제어기의 설계 자유도가 향상되어 각 차량의 동축과 유축의 비율로 MT비를 고려하는 설계를 채택하고 있다.[4]
2. 정의와 특성
동력차의 비율이 높은 것을 'MT비가 높다(크다)', 부수차의 비율이 높은 것을 'MT비가 낮다(작다)'라고 표현한다. 일반적으로 MT비가 높으면 고성능 편성이 되고, 낮으면 경제적인 편성이 된다. 같은 형식의 차량이라도 노선의 특성이나 운전 시각표에 따라 MT비를 다르게 하여 성능이 다른 편성을 만들 수 있다.
2. 1. 전동차의 MT비
전동차의 동력차는 각 차축에 1개의 주전동기를 탑재하는 것이 보통이지만, 예외적인 경우도 있다. 예를 들어 JR 도카이 313계 전동차는 3량 편성에서 동력차 1량, 부수차 1량, 그리고 나머지 1량은 한쪽 대차만 동력대차로 하여 MT비를 1:1로 맞춘다. JR 서일본 223계 전동차도 4개의 차축 중 3축에 주전동기를 탑재하여 MT비를 조정한 사례가 있다. 따라서 MT비는 동력대차와 부수대차의 구성비, 혹은 동력축과 비동력축의 구성비로 정의할 수 있다.[1]
MT비는 요구 성능(편성출력, 점착성능, 가감속 성능)과 경제성을 고려하여 결정된다. 급구배 노선이나 지하철처럼 높은 가속성능이 필요한 전동차는 MT비가 높게 설정된다. 예를 들어 JR 동일본 E217계 전동차 기본 편성은 4M7T이고, 야마노테선에 투입된 E231계 500번대는 6M5T로, 노선 특성에 따라 MT비가 다르다.[1]
2. 2. 디젤 동차의 MT비
디젤 동차는 전동차에 비해 실용상의 출력 특성이 떨어지기 때문에, 부수차를 두지 않고 모두 동력차로 설정하는 것이 기본이다. 그러나 차체 구조나 탑재 기기 구성에 따라 부득이 부수차를 포함하는 경우도 있다.
기동차는 전차에 비해 실용적인 출력 특성이 떨어지기 때문에[2], '''대부분을 동력차'''로 하는 것이 기본이다. 전차와는 달리, 기동차의 기관은 바닥 아래에 넓은 공간이 필요할 뿐만 아니라 변속기나 냉각기에도 공간이 할애되며, 설치 위치 등에도 제약이 있기 때문이다.
선형이 좋은 유럽의 철도에서는 예전부터 부수차를 포함하는 사례가 있었다. 일본에서도 국철 키하08계 기동차처럼 개조 비용을 줄이기 위한 목적으로 부수차를 설정한 예가 있다. 기동차의 성능 향상이 현저한 최근에는 다시 부수차를 포함하는 사례가 늘고 있다.[3]
3. 한국에서의 MT비 동향
1950년대부터 한국은 일본국유철도의 영향을 받아 로컬선의 무연화를 위해 기동차를 대량으로 도입했다. 초기에 사용된 기동차는 DMH17계 디젤 엔진을 표준적으로 탑재했는데, 1기당 150~170ps로 비효율적이었고, 특히 급경사 노선에서 성능이 부족했다.[10] 그래서 기관을 2기 탑재한 동력차를 투입했지만, 탑재 기관 수에 따라 성능이 달라 기관 2기 탑재는 '''M''', 1기 탑재는 '''m'''으로 구분하여 편성을 나타냈다. (예: '4M2m1T'는 기관 2기 탑재 동력차 4량, 1기 탑재 동력차 2량, 부수차 1량)
디젤 동차는 전동차에 비해 실용 출력 특성이 떨어져 부수차 없이 모든 차량을 동력차로 설정하는 것이 기본이나, 최근 한국철도공사의 누리로와 같은 일부 디젤 동차는 부수차를 포함하기도 한다.
3. 1. 전동차
대한민국에서는 직류 전동기를 사용하던 시대에 급구배 노선용 차량이나 고가속 성능 차량은 MT비가 2:1, 평탄한 노선용은 1:1 정도가 일반적이었다. 1980년대 이후에는 소형 고출력 유도 전동기의 사용과 전자 제어 기술의 진보로 점착 성능이 향상되어, MT비는 낮아지는 경향을 보였다. 최근에는 1:1을 밑도는 편성도 드물지 않다. 한국철도공사의 일부 전동차는 1모터 1인버터 구성으로 제어기의 설계 자유도가 향상되어 각 차량의 동축과 유축의 비율로 MT비를 고려하는 설계로의 이행이 진행되고 있다.[4]
3. 2. 신칸센 (고속철도)
1964년에 제작된 0계와 1982년에 제작된 200계는 출력이 비교적 작은 직류 전동기를 사용했기 때문에 전 차량이 전동차였다.[6] 그 후, 경제성을 위해 MT비는 점차 낮아져, 1985년에 제작된 100계는 16량 편성에서 3:1[7], 1990년에 제작된 300계는 소형 고출력 유도 전동기를 사용하여 1.7:1[8]까지 낮아졌다.
그러나 1990년대 후반부터 더 빠른 속도를 내기 위해 신칸센의 MT비는 다시 높아지는 경향을 보인다. 신칸센에서 처음으로 최고 속도 300km/h로 영업 운전을 실시한 500계(1997년)는 전 차량 전동차였고, 700계(1997년)는 16량 편성에서 3:1로 향상되었다. 최신 N700계(2005년), N700S(2020년)는 300km/h 운전 및 가속 성능 향상을 위해 16량 편성에서 7:1로 MT비가 높게 설정되었다. 이처럼 MT비를 다시 향상시킨 배경에는, 부수차에 설치했던 와전류 브레이크[9]의 무게가 무거워 전동 대차로부터 제동력을 보충하는 편이 경량화에 유리하고, 에너지 절약 효과가 높은 회생 브레이크의 고성능화로 MT비 향상의 단점이 적어진 점이 있다. 또한, 급구배가 이어지는 규슈 신칸센용 800계 및 산요・규슈 직통용 N700계 7000번대·8000번대는 전 차량 전동차 방식이 채택되었다.
3. 3. 디젤 동차
한국에서는 일본국유철도의 영향을 받아 1950년대부터 로컬선의 무연화를 위해 기동차를 대량으로 투입해 왔다. 초기에 한국에서 사용된 기동차에 표준적으로 탑재된 기관(DMH17계 디젤 엔진)은 1기당 150~170ps로 비효율적이었으며, 특히 급경사 노선에서는 만족스러운 주행 성능을 얻을 수 없었다.[10] 그래서 기관을 2기 탑재한 동력차를 투입해 왔지만, 탑재하는 기관의 수에 따라 주행 성능이 달랐기 때문에 기관 2기 탑재를 '''M''', 1기 탑재를 '''m'''으로 동력차를 구분하여 편성을 나타냈다. 예를 들어, '4M2m1T'는 기관을 2기 탑재한 동력차가 4량, 1기 탑재의 동력차 2량, 부수차가 1량의 편성이다.
국철이 JR로 이행한 1980년대 후반부터 엔진의 정격 출력이 1엔진 차량에서 최대 660ps, 2엔진 차량의 경우 최대 900ps를 넘어서는 등 일반적인 전차와 비교해도 크게 뒤떨어지지 않는 수준에 도달했다.[10] 그러나 실용상의 출력 특성이 전차에 비해 떨어지는 점, 엔진의 출력 증강을 속도 성능 향상에 할당한 점, 그리고 점착 특성의 문제[11] 등으로 인해 모든 차량을 동력차로 하는 편성이 기본이 되었다.
디젤 동차는 전동차에 비하면 실용상의 출력 특성에서 뒤떨어지기 때문에, 부수차는 두지 않고 모두 동력차로 설정하는 것이 기본이다. 엔진의 정격출력은 전동기에 비교해 그다지 뒤떨어지지는 않지만, 전기 차량에서 자주 행해지는 과부하 운전을 할 수 없으며, 액체 변속기와 조합했을 경우 중속 토크 특성이 낮기 때문에 실용상의 출력 특성은 전동기에 비해 낮다. 최근 한국철도공사의 누리로와 같은 일부 디젤 동차는 부수차를 포함하는 사례도 있다.
참조
[1]
문서
JR東日本E235系電車#1000番台
[2]
문서
내연기관
[3]
문서
JR北海道キハ141系기동차
[4]
문서
阪神5550系電車
[5]
문서
MT비
[6]
문서
2階建車両#鉄道
[7]
문서
12M4T
[8]
문서
2M1T
[9]
문서
고속주행
[10]
문서
직류정류자전동기
[11]
문서
일본의 기동차
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