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기획특집/연재

日 신칸센 중대사고는 왜 일어났는가?

대차 균열 발견....원인은 ?

  (서울:레일뉴스)최경수 편집위원 = 12월 11일, 하카타(博多)에서 출발하는 도쿄(東京) 행「노조미 34호」열차에서 이음(異音)이나 타는 악취(惡臭) 등이 발생하여 나고야(名古屋) 역에서 운전 종료하는 사태가 발생했다.


  그 후 조사에서 13호 차의 대차(臺車)에 있는 견인전동기 회전이 차륜에 전달하기 위한 계수(繼手)가 변색됨과 동시에 기어박스에 기름이 부착하고 있는 것을 확인하였으며, 더욱이 대차 프레임에 균열(龜裂)이 있는 것을 판명하였다.


 

   이번에 고장을 일으킨 N 700계 신칸센 K5편성[JR 니시니혼(西日本) 소속]


  이 통보를 받고 교통안전위원회는 12일 이번 고장(故障)을 신칸센(新幹線)으로서는 처음 "중대 사고"로 인정했다. 산요 신칸센(山陽新幹線)에는 최고 시속 300㎞, 도카이도 신칸센(東海道新幹線)에서도 일부 구간을 시속 285㎞로 주행하는 차량의 대차(臺車)에 균열(龜裂)이 생겼다는 것은 심각한 일이며, 삐끗하면 고속주행 중 탈선(脫線)이라는 최악의 사태를 일으킬 수 있다. "중대 사고"인정은 당연한 판단이다.


▣ 도대체 왜 일어났는가?


  고장이 발생한 차량은 JR 니시니혼(西日本)이 보유하고 있는 N 700계 신칸센 고속열차(N 700A타입)의 "K5 편성"[하카타(博多) 종합차량소 소속]. 이 회사의 발표에 따르면 고쿠라(小倉) 역 발차 시에 7호 차ㆍ8호 차 부근에서 타는 듯한 악취가 났으며, 오카야마(岡山) 역에서 동쪽 구간에서 13호 차ㆍ14호 차 사이에서 이상한 소리를 확인하였다.


  그 후 신 오사카(新大阪)에서 JR 도카이(東海) 승무원과 교체 후 교토(京都) 역 부근에서 차장이 악취를 확인하였다. 나고야(名古屋) 역 정차 시에 차체 아래(床下)를 점검하였더니 대차 기어박스 부근에 기름유출을 확인하여 주행이 불가능하다고 판단됐다고 한다. JR 니시니혼(西日本)은 발표에 계수(繼手, 이음)의 변색이 악취(타는 듯한 냄새)의 원인이라고 생각하였다.


  현 시점에서는 자세한 조사를 늦추어서는 안 되지만 원인으로써 어떤 가능성을 생각할 수 있는지를 검증하였다. 어디까지나 추측에 근거한 가설(假設)이지만 현 시점에서 판명된 정보로서는 아래 같이 세 가지를 생각하고 있다.


  ▲ 피로 등으로 대차 프레임에 균열로 인해 누출 등이 발생했다.
  ▲ 기어박스 내 파손이 원인이 되는 대차 프레임에 균열이 들어가기까지 이르렀다.
  ▲ 이물질(異物質)이 기어박스와 대차가 쌍방이 손상하였다.


▣ 臺대차프레임 균열사태


  우선(1)은 대차 프레임의 균열이 발단이며, 기어박스의 오일누출 등이 일어난다는 가능성이다. 만일 대차가 금속피로 등으로 깨졌다면 매우 심각한 일이다. 마침 고베 제강(神戶製鋼) 등의 데이터 위장이 사회 문제화하고 있는 가운데 이러한 문제와 이번 사고를 연결하는 같은 논의도 봤지만 그런 의심이 나오는 것도 시기적으로는 그럴지도 모른다.


  대차 프레임에 어떤 이유로 금이 가고 왜곡 등이 생겨 그 영향으로 견인전동기 회전을 차축에 전달하기 위한 계수(繼手, 이음)에 힘이 걸려 기어박스까지 손상을 준다는 가능성은 있지만 직전 검사에서는 대차 프레임에 이상은 발견되지 않았다고 보도되었으며, 현재는 자세한 것은 불명확하다.


  한편 대차 프레임에 틈이 생겼을 때 충격이 차축에 전해 계수(繼手, 이음)를 손상시켜 기어 박스 오일누출을 일으킨다는 가능성은 상당히 큰 힘이 작용하지 않는 한 보기는 어려울 것 같다. 대차는 일반적으로 차축을 지지하는 축상(軸箱)과 대차 프레임 사이에 스프링 사이에 있다. 차축의 진동이 그대로 대차에 전달되지 않도록 하기 때문이지만 반대로 대차 측에 어떤 쇼크가 발생했을 경우도 그 충격은 차축에 직접적으로 전달되지 않다.


  또 그렇게 큰 쇼크 등이 발생했을 경우 N 700A계 신칸센 고속열차나 이번처럼 N 700A타입으로 개조(改造)한 차량에는 대차진동 감지장치가 갖추어져 있어 이상한 진동 등이 있으면 운전대에 표시되어 기관사가 알 수 있다.


▣ 과거의 고장


  한편, (2)에 대해서는 과거에 발생한 2개의 고장과 비교하여 보았다. 우선 2010년 3월에 히메지(姬路) ~ 신 고베(新神戶) 간을 주행 중 N 700계 신칸센 고속열차(N2 편성) 12호 차 안에서 타는 냄새가 발생하였으며, 더욱 흰 연기가 충만한 사고였다. 이 때는 12호 차에 2대의 대차 가운데 1대 대차에 있는 기어박스가 파손되어 누출된 기름이 연기로 차 안에 들어왔다. 원인으로서는 기어박스 내부의 베어링이 깨져 기어박스를 손상했다고 발표하였다.


  이 문제를 일으킨 N2 편성의 N은 JR 니시니혼(西日本) 소속을 의미하며, N2는 두 번째 편성이라는 것을 나타내지만 N 편성은 그 후 N 700A타입으로 개조공사(改造工事)를 하여 K 편성으로 바뀌었다라는 것은 이 N2 편성은 현재는 K2 편성으로 되어 있으며, 이번 문제가 발생한 K5 편성도 2013년에 개조되기 전에는 N5 편성이었다. 제작은 같은 시기이며, 아마 사용부품도 겹치고 있다고 생각된다.


  그러고 보면 이번 고장도 이 2010년 3월의 문제와 같이 기어박스 내 고장이 원인이고, 거기서 기름유출, 차축의 이상(異常) 그리고 대차(臺車)의 균열(龜裂)이라는 순서로 문제가 발생하였다는 가설을 세울 수 있다.


부품이 떨어져 비상 가능성


  그렇지만 만일 그렇다면 2010년도의 고장처럼 윤활유가 타서 더 흰 연기가 나왔을 가능성이 높고, 대차의 균열발생 등 비정상적인 힘이 가기 전에 차륜의 고착(固着) 등이 일어났을 것이다. 그렇게 되면 대차의 견인전동기의 이상(異常)으로 검출되어 운전대와 운전지령에 더 빨리 이상이 전달된 것이 틀림 없다.
 

  한편 2013년도에는 구형 700계 신칸센 고속열차(C50 편성) 10호 차의 기어박스 내 베어링이 손상되면서 볼베어링이 탈락되어 치차(齒車)와 기어박스를 파괴시켜 기어부분이 드러나는 사건이 발생하였다.


  이러한 경우도 쇼크로 대차 프레임에 균열이 생길 가능성은 적다. 차축에 이상이 일어나도 대차와의 사이에는 스프링이 있기 때문이다. 하지만 만약 기어박스 일부 등 강철의 질량이 큰 부품이 날아가 대차에 부딪쳐 그 충격으로 대차에 균열이 생겼다면 어떨까? 즉, 2013년 700계 신칸센 고속열차의 고장같은 기어박스 외부에 파괴가 발생하여 부서진 부분이 닿아 대차 프레임을 손상한다는 가능성이다.


  그렇지만 이번은 13호 차의 기어박스에 관해서는 기름유출이지만 외측에 큰 파편(破片)이 튀어 손상은 없다. 당초에는 7호 차ㆍ8호 차에서 악취가 차체 아래라고 했기 때문에 그 쪽의 기어박스 등이 깨져온 것도 생각할 수 있는 것 같지만 도쿄(東京) 행 신칸센 노조미 34호 열차는 16호 차가 선두이기 때문에 7호 차ㆍ8호 차의 부서진 부품이 13호 차의 대차에 부딪칠 가능성은 없다.


▣ 이물질과의 충돌은 있을 수 있는가?


  그래서 생각하는 것이 (3)이다. 대차와 기어박스의 양측에 이상이 발생했다는 것은 그 곳에 질량이 큰 이물질이 충돌하여 대차와 기어박스를 동시에 손상했다는 가능성이다.


  그러나 밸러스트(자갈)가 충돌한 정도로 대차가 깨지는 것은 보통은 아닌 강철 등의 이물질이 부딪치거나 차량의 상하기기(床下機器) 일부가 낙하하여 대차와 기어박스를 손상시켰다는 가능성을 생각하지 않으면 안 된다. 가능성은 낮아 보이지만 전혀 제로(0)는 아니다. 13로 차ㆍ14호 차에 있어서 잡음에 대해서는 기어박스 내 윤활유(潤滑油)가 새어 줄어들어 내부저항이 증가한 소리일지도 모른다.


  어쨌든 하룻밤 지난 12일부터 도카이도(東海道)·산요 신칸센(山陽新幹線)은 평상 시 열차다이어로 운행되었다. 고장 난 편성에 대한 검증이나 원인규명은 앞으로 진전할 것이다. 대차 프레임에 균열이 된다는 것은 철저한 원인규명과 정보공개를 바란다.


  ※ 資料 : 冷泉 彰彦, 新幹線「重大インシデント」はなぜ起きたのか, 東洋經濟新報社,
             2017. 12. 14.

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