직통제동
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1. 개요
직통제동은 운전대에서 브레이크 실린더에 직접 공기를 공급하여 제동력을 얻는 간단한 공기 제동 시스템이다. SM 브레이크가 대표적이며, 공기관 파손 시 제동이 불가능하다는 단점이 있다. SME 브레이크는 SM 브레이크에 비상 밸브를 추가하여 안전성을 향상시킨 형태로, 단편성 열차에 사용되었다. 전자 직통 브레이크 기술 발전으로 장대 편성에도 적용 가능하게 되었으며, 현재는 전자 밸브를 활용한 SME 브레이크가 사용되기도 한다.
공급 저장기(Supply Reservoir: SR)로 불리는 가압된 공기 탱크로부터, 운전대까지 연결된 공기저장관으로 불리는 공기관을 통해 공기압을 공급하여 제동변을 조작해 개폐하는 것으로, 직통관(Straight Air Pipe: SAP)으로 불리는 브레이크 실린더 직결 공기관에 가압하여 제동력을 얻는 매우 단순한 제동 시스템이다.[1] 웨스팅하우스가 붙인 공식 이름은 SM(Straight air brake/Motor car: 전동차용 직통공기제동)으로, 세계 여러 나라의 단행운전차량에 널리 보급되었으며 노면 전차의 경우 아직도 영업 일선에서 많이 쓰이고 있다.
SM 브레이크에서 문제가 된 열차 분리 사고 발생 등의 대응책으로 비상용 자동공기제동 기구(비상변)와 그 지령에 이용하는 비상관(Emergency Pipe: EP)을 함께 설치한 SME(Straight air brake/Motor car/Emergency valve: 전동차용 비상변 부착 직통공기제동. 모터 없는 트레일러용은 STE 혹은 SCE)를 웨스팅하우스사가 개발하여 2~3량 정도의 단편성용으로 보급되었다.[3][4][5]
2. 기본 원리 (SM 브레이크)
다만 이 시스템은 구조가 간단하며 동작이 신속하고 확실하지만, 공기관이 파손될 경우 제동이 걸리지 않게 되는 위험이 있기 때문에, 보안상 연결 운전에는 사용할 수 없다는 단점이 있다.[2]
2. 1. 구조 및 작동 방식
SM 브레이크는 가압된 공기 탱크(공급 저장기, SR)에서 운전대까지 연결된 공기관(공기 저장관, SAP)을 통해 공기압을 공급한다.[1] 제동 밸브(브레이크 핸들)를 조작하여 브레이크 실린더에 직접 연결된 직통관(SAP)에 공기를 가압하여 제동력을 얻는 단순한 방식이다.[1] 웨스팅하우스가 붙인 공식 명칭은 SM(Straight air brake/Motor car: 전동차용 직통공기제동)이며, 세계 여러 나라의 단행운전차량에 널리 보급되었다. 노면 전차의 경우 아직도 영업 일선에서 많이 쓰인다.
이 시스템은 구조가 간단하고 동작이 신속하며 확실하지만, 공기관이 파손될 경우 제동이 걸리지 않는 위험이 있다.[2] 따라서 보안상 연결 운전에는 사용할 수 없다.
2. 2. 장점 및 단점
직통제동은 구조가 간단하고 동작이 신속하며 확실하다는 장점이 있다. 웨스팅하우스가 붙인 형식명은 SM(Straight air brake / Motor car: 전차용 직통 공기 브레이크)이며, 일본에서는 그 개량형인 SM3형이 단행 운전되는 차량에 널리 보급되었고, 노면 전차에서는 현재도 영업 운전에서 다수가 계속 사용되고 있다.[1]
하지만 공기관이 파손되어 공기가 빠졌을 경우 제동이 걸리지 않게 되는 위험이 있어[2], 보안상 연결 운전에는 사용할 수 없다는 단점이 있다.
3. SME 브레이크 (비상변 부착 직통공기제동)
이 SME는 원형인 SM과 같은 직통제동기구를 이루고 있지만, 공급 저장기에 해당하는 공기탱크가 원공기 저장기(Main Reservoir: MR)로 불리며 공기 저장관도 원공기 저장관(Main Reservoir Pipe: MRP)으로 불리고 있다. 이것은 SME의 비상제동부에 비상제동의 동력원을 공급하는 보조 공기저장기가 존재하기 때문에, 이것을 구별하기 위함이다. 비상변에는 평상시는 490 kPa의 압력이 가해지고 있어, 긴급할 때나 비상변의 호스가 파열되었을 때도 비상제동이 작동한다. 비상제동은 자동공기제동과 같이 보조 공기저장기의 공기를 배출시키는 것으로 작동시키기 때문에, 안전성이 향상되었다. 브레이크의 가감압은 종래의 SM 방식과 달리 가감압의 속도가 언제나 정해져 있다. 제동 단계는 '감압'(제동력을 늦춘다), '중복'(제동력을 유지한다), '상용'(직통제동에 압력을 가한다), '비상'(비상변의 압력을 뽑는다), 이렇게 4가지가 있다.[6]
기구적으로는, M-18-A 브레이크 제어 밸브와 D-1 비상 밸브의 페어로 구성되어, 어느 쪽이든 나중에는 신형으로 대체되었다.
SME는 일본의 철도에서는, 주로 노면 전차에서 발전한 도시 간 고속 전차나, 지방의 중소 사철에 널리 보급되었지만, 연결 량수의 증가에 따라 자동 공기 브레이크나 전자 직통 브레이크로의 이행이 진행되어, 현재는 일부 연결 운전을 하는 노면 전차 등에서 보이는 정도가 되었다.
또한, 제너럴 일렉트릭사도 이 SME와 같은 기능을 갖춘, S-E1 또는 S-E5 브레이크 제어 밸브와 E-H8 비상 밸브의 조합에 의한 비상 직통 브레이크를 개발·실용화하고 있으며, 일본에서는 오사카 전기 궤도 등, 동사제 전장품을 채용한 초기의 도시 간 고속 전기 철도에서 채용된 실적이 있다.
3. 1. 개발 배경
SM 브레이크에서 문제가 된 열차 분리 사고 발생 등에 대한 대책으로 비상용 자동공기제동 기구(비상변)와 그 지령에 이용하는 비상관(Emergency Pipe: EP[3])을 함께 설치한 SME(Straight air brake/Motor car/Emergency valve: 전동차용 비상변[4] 부착 직통공기제동. 모터 없는 트레일러용은 STE 혹은 SCE)를 웨스팅하우스사가 개발하였다.[5] 2~3량 정도의 단편성용으로 보급되었다.
SME는 SM과 같은 직통제동기구를 이루고 있지만, 공급 저장기에 해당하는 공기탱크가 원공기 저장기(Main Reservoir: MR)로 불리며 공기 저장관도 원공기 저장관(Main Reservoir Pipe: MRP[6])으로 불리고 있다. 이것은 SME의 비상제동부에 비상제동의 동력원을 공급하는 보조 공기저장기가 존재하기 때문에, 이것을 구별하기 위함이다. 비상변에는 평상시 490 kPa의 압력이 가해지고 있어, 긴급할 때나 비상변의 호스가 파열되었을 때도 비상제동이 작동한다. 비상제동은 자동공기제동과 같이 보조 공기저장기의 공기를 배출시키는 것으로 작동시키기 때문에, 안전성이 향상되었다. 브레이크의 가감압은 종래의 SM 방식과 달리 가감압의 속도가 언제나 정해져 있다. 제동 단계는 '감압'(제동력을 늦춘다), '중복'(제동력을 유지한다), '상용'(직통제동에 압력을 가한다), '비상'(비상변의 압력을 뽑는다), 이렇게 4가지가 있다.[3][4][5][6]
기구적으로는, M-18-A 브레이크 제어 밸브와 D-1 비상 밸브의 페어로 구성되어, 어느 쪽이든 나중에는 신형으로 대체되었다.
SME는 일본의 철도에서는, 주로 노면 전차에서 발전한 도시 간 고속 전차나, 지방의 중소 사철에 널리 보급되었지만, 연결 량수의 증가에 따라 자동 공기 브레이크나 전자 직통 브레이크로의 이행이 진행되어, 현재는 일부 연결 운전을 하는 노면 전차 등에서 보이는 정도가 되었다.
또한, 제너럴 일렉트릭사도 이 SME와 같은 기능을 갖춘, S-E1 또는 S-E5 브레이크 제어 밸브와 E-H8 비상 밸브의 조합에 의한 비상 직통 브레이크를 개발·실용화하고 있으며, 일본에서는 오사카 전기 궤도 등, 동사제 전장품을 채용한 초기의 도시 간 고속 전기 철도에서 채용된 실적이 있다.
3. 2. 구조 및 작동 방식
SME 브레이크는 SM 브레이크와 유사한 직통 제동 기구에 비상 제동 기능을 추가한 것이다.[3][4] 주 공기 저장기(MR)와 보조 공기 저장기가 있으며, 비상시에는 보조 공기 저장기의 공기를 배출시켜 자동공기제동 방식으로 작동한다.[6]
SME 브레이크는 웨스팅하우스사가 개발했으며, 2~3량 정도의 단편성 열차에 사용되었다. 주 공기 탱크(Main Reservoir: MR)와 주 공기 저장관(Main Reservoir Pipe: MRP)이 있으며, 비상 제동을 위한 보조 공기 저장기가 별도로 존재한다. 비상 밸브에는 평상시 490 kPa의 압력이 가해지며, 비상시나 비상관 파열 시 비상 제동이 작동한다.
제동 단계는 '감압'(제동력을 늦춘다), '중복'(제동력을 유지한다), '상용'(직통제동에 압력을 가한다), '비상'(비상변의 압력을 뽑는다)의 4가지이다. 브레이크의 가감압 속도는 항상 일정하다.
M-18-A 브레이크 제어 밸브와 D-1 비상 밸브로 구성되어 있으며, 이후 신형으로 대체되었다. 제너럴 일렉트릭사도 이와 유사한 기능을 가진 비상 직통 브레이크를 개발하여 오사카 전기 궤도 등에서 채택되었다.
3. 3. M-18-A 브레이크 제어 밸브와 D-1 비상 밸브
M-18-A 브레이크 제어 밸브와 D-1 비상 밸브는 SME 브레이크의 초기 구성 요소이다.[4] 이들은 한 쌍으로 구성되며, 이후 신형으로 대체되었다.[5]
SME 브레이크는 열차 분리 사고 발생 시의 대책으로, 비상용 자동 공기 브레이크 기구(비상 밸브)와 비상관(Emergency Pipe: EP[3])을 갖추고 있다. SME는 웨스팅하우스 에어 브레이크 사[5]에 의해 개발되어 2~3량 정도의 단편성 열차에 주로 사용되었다.
SME 브레이크는 직통 브레이크 기구와 더불어, 비상 브레이크 작동을 위한 보조 공기 탱크를 갖추고 있다. 평상시 비상 밸브에는 490 kPa의 압력이 가해지며, 비상관 파열 등의 긴급 상황에서 비상 브레이크가 작동한다.[4] 비상 브레이크는 자동 공기 브레이크와 유사하게 보조 공기 탱크의 공기를 배출하여 작동하므로 안전성이 향상되었다.[4]
브레이크 제어 밸브의 포지션은 "감압", "겹침", "상용", "비상"의 4가지이다.
제너럴 일렉트릭사 또한 유사한 기능을 가진 S-E1 또는 S-E5 브레이크 제어 밸브와 E-H8 비상 밸브 조합의 비상 직통 브레이크를 개발했다. 이는 일본에서 오사카 전기 궤도 등에서 채택되었다.
3. 4. 장점 및 한계
SME는 비상제동의 동력원을 공급하는 보조 공기저장기가 있어 비상 제동 작동 시 안전성이 향상되었다.[3][4][5] 비상 밸브에는 평상시 490 kPa의 압력이 가해지고 있으며, 긴급 시뿐만 아니라 비상관의 호스가 파열되었을 때도 비상 제동이 작동한다.[6]
하지만, SME는 일본의 철도에서는 주로 노면 전차에서 발전한 도시 간 고속 전차나, 지방의 중소 사철에 널리 보급되었지만, 연결 량수가 증가함에 따라 자동 공기 브레이크나 전자 직통 브레이크로 대체되어 현재는 일부 연결 운전을 하는 노면 전차 등에서만 볼 수 있다.
4. 전자 직통 브레이크로의 발전
SME는 4량 편성 이상에서는 후부 차량의 작동에 있어서 극단적인 시간 지연이나 제동력 저하로 인해 실용적이지 않다는 단점이 있어 한때 노면 전차 등 소편성 열차를 제외하고는 거의 사용되지 않았다. 그러나 1920년대에 미국에서 전자 동기 밸브에 의한 장대 편성에도 적합한 제어 방법이 개발, 실용화되면서 취급의 간편함 때문에 재평가받아 SMEE, HSC전기 지령식 브레이크로 부활했다. 하지만 이러한 전자 직통 브레이크 시스템의 경우, 여전히 편성 분단 시 등의 페일 세이프성에 취약하다는 직통 브레이크의 단점이 남아있어, 일반적으로 SME와 마찬가지로 자동 공기 브레이크 상당의 기능을 병설한다.
더욱이 1960년대 후반에는 일본에서 개발된 전기 지령식 브레이크에도 응용되었기 때문에, 제어 시스템은 대폭 변화했지만 직통 공기 브레이크 시스템 자체는 현재도 세계적으로 널리 보급되어 열차의 안전 확보에 중요한 역할을 계속하고 있다.
현재 SME는 전자 밸브 제어를 부가함으로써 응답성을 향상시켜 장대 편성에서도 사용이 가능하게 되었다. 이 때문에 오다큐 하코네나 다카마쓰코토히라 전기철도에서는 전자 SME라고 불리는, SMEE의 특징인 셀프 랩 밸브를 일반적인 삼방 밸브로 대체한 구성의 브레이크를 사용하고 있다.
4. 1. SMEE 및 HSC 전기 지령식 브레이크
1920년대 미국에서 전자 동기 밸브 기술이 개발되어 장대 편성에서도 사용 가능한 전자 직통 브레이크가 실용화되었다. 이로 인해 취급 간편성이 재평가받아 SMEE, HSC 전기 지령식 브레이크 등으로 부활했다. 하지만 편성 분단 시 페일 세이프성에 취약한 직통 브레이크의 단점은 여전히 남아있어, 자동 공기 브레이크 기능을 병설하는 것이 일반적이다.1960년대 후반에는 일본에서 개발된 전기 지령식 브레이크에도 이 기술이 응용되었다. 현재 SME는 전자 밸브 제어를 통해 응답성을 향상시켜 장대 편성에서도 사용 가능하며, 오다큐 하코네나 다카마쓰코토히라 전기철도에서는 SMEE의 셀프 랩 밸브를 일반 삼방 밸브로 대체한 전자 SME 브레이크를 사용하고 있다.
4. 2. 일본에서의 전기 지령식 브레이크 응용
1960년대 후반에는 일본에서 개발된 전기 지령식 브레이크에도 직통 공기 브레이크 시스템이 응용되었다. 제어 시스템은 대폭 변화했지만 직통 공기 브레이크 시스템 자체는 현재도 세계적으로 널리 보급되어 열차의 안전 확보에 중요한 역할을 계속하고 있다.현재 SME는 전자 밸브 제어를 부가함으로써 응답성을 향상시켜 장대 편성에서도 사용이 가능하게 되었다. 오다큐 하코네나 다카마쓰코토히라 전기철도에서는 전자 SME라고 불리는, SMEE의 특징인 셀프 랩 밸브를 일반적인 삼방 밸브로 대체한 구성의 브레이크를 사용하고 있다.
4. 3. 전자 SME 브레이크
전자 SME 브레이크는 SMEE의 셀프 랩 밸브를 삼방 밸브로 대체한 구성으로, 오다큐 하코네나 다카마쓰코토히라 전기철도 등에서 사용된다. SME는 4량 편성 이상에서는 후부 차량의 작동에 있어서 극단적인 시간 지연이나 제동력 저하로 인해 실용적이지 않다는 단점이 있었다. 그러나 1920년대에 미국에서 전자 동기 밸브에 의한 장대 편성에도 적합한 제어 방법이 개발, 실용화되면서 취급이 간편해 재평가받아 SMEE, HSC전기 지령식 브레이크로 부활했다. 1960년대 후반에는 일본에서 개발된 전기 지령식 브레이크에도 응용되었기 때문에, 제어 시스템은 대폭 변화했지만 직통 공기 브레이크 시스템 자체는 현재도 세계적으로 널리 보급되어 열차의 안전 확보에 중요한 역할을 계속하고 있다.참조
[1]
문서
SAP관
[2]
문서
近鉄奈良線列車暴走追突事故
1948
[3]
문서
BP관
[4]
문서
非常弁
[5]
문서
Westinghouse Air Brake Co.
[6]
문서
MR관
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