본문내용
1. 전기철도의 이해
1.1. 전기철도의 정의
전기철도는 전기를 주동력으로 하는 전기차를 운행하여 여객 및 화물을 수송하는 철도를 말한다. 즉, 전기를 주동력으로 하는 전기차와 이것에 전기를 공급하는 전원공급설비가 구축된 구간을 전기철도구간(전철구간)이라고 하며, 이들의 설비를 전기철도설비라고 한다. 선로, 차량, 열차운전, 신호설비, 통신설비 등 다양한 공학분야의 기술이 필요한 전기철도공학은 전기공학의 한 분야이지만, 관련분야와 시스템으로써 취급되고 있다.
1.2. 전기철도의 구성
전기철도의 구성은 전기철도의 전기차에 적정한 전력을 변성하고 분배해주는 전철변전소와 전력을 전기차까지 공급하는 급전선로 및 전기차로 구성되어 있다. 이를 전기적인 등가회로로 구성하면 전기차는 전동기 즉 부하설비로 되며 레일은 귀선으로 취급되어지므로 전철변전설비, 급전설비, 부하설비로 구성되어 있다. 따라서, 기존의 일반철도와 구분되어지는 점은 기존의 철도에 전기를 주된 동력으로 하는 전기차와 이것에 전기를 공급하는 전원공급설비가 되어 있는 구간을 전기철도구간(전철구간)이라고 하며 이들의 설비들을 전기철도설비라고 한다. 이와 같은 전기철도의 설비에는 선로, 차량, 열차운전, 신호설비, 통신설비 등 많은 공학분야의 기술을 요하는 것들이 체계화되어 있다.
1.3. 전기철도의 발전
우리나라는 1899년 5월 4일 미국인 콜브렌과 보스트위크가 조선왕실의 특허를 얻어 서대문-동대문간에 직류 600V방식인 노면전차를 처음 운행한 것이 전기철도의 시작이었다. 이어서 1927년 경원선 116.6Km구간을 직류 1,500V방식으로 전철화하여 1930년 5월 15일에 개통하였고 1937년에는 경원선 복계-고산간 53.9Km를 직류 3,000V로 전철화하였으며, 1944년에도 중앙선 단양-풍기간 23Km구간을 직류 3,000V로 전철화공사를 착수하였으나 6.25로 중단되고 말았다. 전후 우리나라는 경제개발 5개년의 성과로 인하여 급증되는 시멘트 및 무연탄 기타 광석 등의 주요 산업물자를 수송하기 위하여 험준한 산악지대와 장대터널과 교량이 연속된 산업선(중앙선, 태백선, 영동선)전철화를 1969년 착공하여 1972년 6월 9일 태백선(증산-고한 간)10.7km시험구간을 교류25kV방식으로 완성한 후 1973년 6월 20일 중앙선(청량리-제천 간) 155.2km구간과 1974년 6월 20일 태백선(제천-동백산 간) 103.8km 구간, 1975년 12월 5일 영동선(철암-북평간) 61.5km의 구간을 개통하였다. 한편 1970년도 수도서울의 상주인구는 500만이 넘었고 서울을 중심으로 한 반경 45km의 수도권(인천, 부평, 안양, 수원, 성북, 의정부 등)의 인구까지 합하면 900만 명에 육박하였다. 이와 같이 격증하는 수도권내의 인구에 대한 평면적인 자동차 도로교통으로는 수송능력과 효율이 한계점에 도달하였기 때문에 도심지 교통난 해소와 도시기능의 광역화, 도심지 인구의 교외 분산 및 대량수송수단의 확보방안으로 선진국에 비하여 조금 늦은 감이 있지만 1970년 6월에 우선 경인선 서울-인천, 경부선 서울-수원, 경원선 용산-성북간 98.6km의 기존선 전철화와, 지하전철 1호선 서울-청량리간 7.8km를 신설하여 상호 직통운전 할 수 있도록 대단위 교통망을 형성하는 계획을 수립하여 1971년 4월 7일 인천 공설운동장에서 착공식을 거행한 후 1974년 8월 15일 드디어 수도권 대단위 교통망의 완성을 보게 되었다. 이때부터가 우리나라의 도시전철의 본격적인 시작인 것이며 현재에는 주요대도시(서울, 인천, 대구, 광주, 대전, 부산)에서 도시전철이 운영되고 있거나 건설 중에 있다. 세계의 여러 나라들은 철도의 미래를 개척하기 위한 새로운 기술의 개발에 진력하여 기존선에 대한 전철화는 물론이고 최고속도 380km/h의초고속 전철이 상업 운전중에 있다. 우리나라의 경우 1992년 6월 30일 천안~대전 간 43.64km 시험선 구간을 착공하였고, 2004년 4월 1일 1단계 경부고속전철이 완공되어 본격적인 고속전철 시대의 막을 올리게 되고 2010년 11월 1일 3단계 구간이 개통되어 경부고속철도 전 구간이 완공되었다. 또한 현재 자기 부상식 전철은 시험 완료 되어 일부 저속용의 것을 운용중에 있으며 도시간의 대량 고속용은 실용화 단계에 있다. 이러한 전기철도의 고속화, 다양화를 위한 노력들은 과학기술발달과 더불어 국민 생활수준에 걸맞는 고급 교통수요를 감당하면서 국가경제의 발전을 뒷받침하고 에너지의 효율적 이용과 철도경영의 합리화에 기여하고 있다.
1.4. 전기철도의 효과
1.4.1. 수송능력 증강
전기철도는 열차의 수송능력을 크게 증강시킬 수 있다. 이는 전기기관차의 특성으로 인한 것이다. 전기기관차는 견인전동기의 출력이 크기 때문에 급한 구배에서도 장대열차를 높은 속도로 운전할 수 있다. 특히 산악지역의 산업철도에서 이런 특성이 유리하게 작용한다. 또한 정차장 간격이 짧은 도시철도 구간의 전동차는 가속도와 감속도가 크므로 고빈도 운전이 가능하여 열차 회수를 높일 수 있다. 따라서 대량수송이 필요한 통근, 통학 수송 등에 매우 적합하다. 한편 내연기관의 출력에 제한을 받는 디젤기관차에 비해 전기기관차는 대전력 계통으로부터 전력을 공급받도록 설계되어 대출력으로 열차를 견인할 수 있으며 운전속도도 높일 수 있다는 점에서 강점을 가지고 있다. 이처럼 전기철도는 열차의 수송능력을 크게 증강시킬 수 있어 대량 수송이 필요한 지역에서 효과적으로 활용될 수 있다.
1.4.2. 에너지 이용효율 증대
우리나라와 같이 석유가 생산되지 않는 나라에서는 석유 에너지에 거의 의존하여 수송하는 일반철도를 전철화 할 경우 수력, 화력, 원자력 등 비교적 원가가 산 전기에너지로 대체 활용할 수 있다. 이를 통해 전기운전용 전력은 전력공급자 측면에서 볼 때 대수용가이며 장거리 수송의 주야운전으로 연중무휴의 심야전력 이용자가 된다. 따라서 발전소는 기저 부하율이 높아지므로 에너지를 효율적으로 이용하게 되는 등 국가에너지를 효율적으로 이용할 수 있다. 즉, 전기철도의 도입으로 인해 에너지 이용효율이 증대되는 것이다.""
1.4.3. 수송원가 절감
디젤기관차에 비해 전기기관차는 내연기관 등 설비가 적어 유지보수 비용이 40%정도 감소되고 차량의 내구연한도 2배가 길며 차량중량도 줄어 궤도 보수비용도 절감된다. 또한 장거리 운전이 가능하고 회차율이 높아 적은 차량으로 운용이 가능하며, 열차운행시간 단축으로 승무원 운용효율을 증대시킬 수 있다. 이러한 수송원가의 절감으로 결과적으로는 경영의 합리화와 수입을 증대시키는 것이기 때문에 철도의 경영개선이 된다고 볼 수 있다.
1.4.4. 환경개선
전기철도는 매연이 없고 소음이 적어 공해가 심각한 현대 사회에서 매우 친환...
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