매우 높은 곳에서의 안전 제어 - 추운 날이나 경사면에서 진공을 활용한 기차 제동

매우 높은 곳에서의 안전 제어 - 추운 날이나 경사면에서 진공을 활용한 기차 제동

최신 철도 교통에서는 압축 공기를 제동에 사용합니다. 그러나 저온에서는 제동에 한계가 있습니다. 높은 산악을 이동하는 협궤 기차는 길게 늘어지므로 검증된 제동 시스템을 사용해야 합니다.
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차량의 구동력이 정지되면 차가 앞으로 이동할 수 없습니다. 성가신 일이기는 하지만, 위험하지는 않습니다. 반면에 브레이크는 차량에서 가장 중요한 부품이라고 할 수 있으므로 브레이크 고장이 발생하는 즉시 경고가 울려야 합니다. 특히 수백 명의 승객을 운송하는 기차의 경우 더욱 그렇습니다.

수동식 브레이크에서 최신 제동 기술까지

19세기 초반에 최초의 철도에서는 각 차량이 수동으로 제동되었습니다. 그 후 시간이 지나 중앙 제어 제동 시스템이 기차 전량에 설치되었습니다. 그 당시에는 진공 브레이크가 일반적이었지만 최근에는 압축 공기가 일반적으로 사용되고 있습니다.

이 두 가지 제동 공정은 휠 축의 브레이크 피스톤이 브레이크 실린더에 의해 작동하는 비슷한 원리로 작동합니다. 실린더는 견인 장치에서 기차의 말단까지 이어지는 라인에 의해 제어 유닛에 연결됩니다. 기관사는 밸브를 작동하여 제동을 겁니다. 압축 공기 브레이크의 경우, 컴프레서에서 발생하는 압력이 브레이크 라인으로 이동하여 제동 공정에 필요한 힘을 전달합니다. 진공 또는 흡입 공기 브레이크의 경우, 밸브를 통해 기존 음압을 줄입니다. 이로 인해 이동 중에 브레이크 피스톤이 축에 접촉하지 않습니다. 밸브가 작동되면, 유입 대기압이 압력을 가해 제동을 가합니다.

진공 브레이크의 장점

압축 공기 브레이크는 설계 측면에서 단점이 있습니다. 제동 공정 동안 주변 공기를 압축해야 합니다. 추운 날씨에는 공기 중 수분이 응축될 수 있습니다. 이로 인해 압력이 떨어지며 제동 성능 저하가 발생됩니다. 날씨가 매우 추운 경우에는 응축으로 인해 브레이크 라인이 얼고 막힐 수 있습니다.

진공 브레이크의 경우에는 이러한 위험이 없습니다. 진공 브레이크를 작동하려면, 제어 유닛을 켠 후 브레이크 라인의 진공 펌프에 진공이 축적되어야 합니다. 이로 인해 외부의 수분이 브레이크 시스템으로 유입되지 않습니다. 브레이크 시스템과 대기압의 약 690mbar의 압력 차이로 브레이크가 해제 위치에서 유지됩니다. 기관사가 밸브를 열면 제동이 시작됩니다. 시스템 장애 시에도 자동으로 제동됩니다.

이를 통해 영하의 온도에서도 안정적인 운영이 보장됩니다. 또한, 진공 브레이크 시스템을 쉽게 조절할 수 있습니다. 진공 브레이크 시스템은 빠르게 연속적으로 작동한 후에도 완전한 기능을 유지하여 긴 내리막 길처럼 섬세한 운행이 필요한 시에도 유용합니다. 이러한 이유로 진공 제동 시스템은 스위스 및 오스트리아의 협궤 및 소형 기차, 조종 작업 또는 터널 건설용 디젤 기관차, 산악 기차와 남아프리카와 인도 철도망의 기차 등에서 오늘날까지도 사용됩니다.

길이가 긴 기관차 및 연결 차량의 제동을 위해서는 복잡한 기술적 문제를 해결해야 합니다. 가속 질량의 관점에서 긴 제동 거리를 고려해야 합니다. 기차 길이에 따라, 휠 세트당 5~25톤을 정지시켜야 합니다(비교: 승용차의 경우, 휠 세트당 평균 0.7톤). 압축 공기 및 진공 브레이크 등의 휠 세트 브레이크가 가장 중요하지만, 그 외 다른 구성요소도 많습니다. 엔진 브레이크는 기관차의 전기 모터를 발전기로 전환하여 제동 효과와 함께 전기를 생산합니다. 비상 제동 시에는 레일 브레이크가 사용되어, 통합 전자석에 의해 브레이크 슈즈가 섀시 아래로 내려간 후 레일 위로 당겨집니다.

최신 브레이크 기술에서는 와상 전류 브레이크가 사용되며, 이 브레이크는 레일에서 전자기 산란 효과를 기반으로 합니다. 제동력은 비접촉 방식으로 생성되며 브레이크와 레일 헤드 사이에서 정밀하게 적용됩니다. 그러나 속도에 영향을 받기 때문에 보조 기술로만 활용됩니다.

기차 제동 시 제동력이 일정하지 않은 경우, 기차 전량에 압축과 압력이 가해질 수 있습니다. 예를 들어, 압축 공기 브레이크는 공기 라인이 길어 컴프레서의 압력이 기차의 후미에만 가해지기 때문에 이러한 현상이 발생하게 됩니다. 그러면 이미 제동된 부분에 또 압력이 가해질 수 있습니다. 기차의 후미가 먼저 제동되거나 선두보다 오래 제동되는 경우 기차가 종단으로 분할될 수 있는 위험이 있습니다. 이러한 현상을 방지하려면, 전환 장치를 이용하여 개별 차량 브레이크의 적용 및 해제 시점을 이동 속도와 원하는 제동 효과에 따라 다르게 해야 합니다.


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