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기획특집/연재

0계 초대 신칸센, 왜 세계 최초로 「고속운전」을 실현할 수 있었는가?


  둥그스름한 선두부가 특징 0계 신칸센(新幹線)이다. 영업운전 최고속도가 세계 최초로 210km/h에 도달한 신칸센의 초대 차량이지만 기술적으로는 특히 새로운 부분이 없어 "우수한 차량"은 아니었다고 한다. 왜「대단하지 않은 차량」이 고속운전을 실현할 수 있었던가?

 

  

  나고야의 자기부상 철도관에 전시 보관된 0계 신칸센


▣ 이미 있었던 기술  활용


  1964[쇼와(昭和) 39년] 10월 1일, 세계 최초로 본격적으로 고속철도가 개통했다. 도쿄(東京) ~ 신 오사카(新大阪) 간 515.4km(실제 km)를 연결하고 있는 일본의 도카이도 신칸센(東海道新幹線)이다. 이때 도입된 초대 신칸센 전동차는 후에『0계(系)』라고 불리게 되었다.


  신칸센이 개통하기 전 국철(國鐵) 재래선에서 가장 빠른 철도차량이었던 것은 혼센(本線)의 특급열차로 사용되었던 151계 전동차(電動車) 등이다. 영업운전에서 최고속도는 110km/h였다. 그러나 0계 신칸센(新幹線)은 단숨에 시속 100km로 향상되어 시속 210km였다. 세계적으로도 시속 210km에서 영업운전을 실시하고 있는 차량은 0계 신칸센이 처음이었다.


  이 말만 들으면 국철의 연구자들은 뭔가 혁신적인 기술을 개발하고, 그것을 0계 신칸센에 도입한 것은 틀림없다. 0계 신칸센은 너무하다라는 생각이 들었다. 그러나 실제로는 조금 다르다. 0계 신칸센은 특히 새로운 기술을 도입한 것 아니라 이미 있는 기술을 사용하여 개발된 것이다.


  예를 들면 속도를 크게 높이기 위해서 전동기(電動機)의 출력이 기존 전동차보다 강화하고는 있지만 기본적인 구조는 151계 전동차 등에서 사용하였던 전동기와 같다. 또 터널에 들어갔을 때 기압의 변화로 귀가 아픈 현상(귀가 멍한 현상)을 막기 위해서 0계 신칸센에는「기밀구조(氣密構造)」라고 부르는 기술을 채용하였다. 이것도 0계 신칸센이 개발되기 전부터 있었던 기술이다.


  신호 시스템은 어떤가요? 속도가 시속 200km 이상이 되면 지상에 설치한 신호기 옆을 순식간에 지나 육안 확인은 어렵다. 이렇게 해서는 안전운전할 수 없다. 그래서 0계 신칸센은 운전실에 신호장치(차내신호)를 설치하였다. 그 표시방법도 파랑, 노랑, 빨강의 3색을 사용하는 것이 아니라이 구간의 속도는 시속 200km까지라는 식으로 속도의 상한을 표시했다. 상한을 넘은 속도로 운행한다고 하면 자동적으로 제동이 걸리는 구조이다.


  차내 신호기를 사용해서 속도를 자동으로 조정하는 시스템은「자동열차 제어장치(自動列車 制御裝置, Automatic Train Control = A T C)」라고 부른다. 상당히 혁신적인 기술로써 일본에서 차내신호를 도입한 것도 도카이도 신칸센(東海道新幹線)이 처음이었다. 다만, A T C에는 차내신호기를 사용하는「캡 시그널식」뿐만 아니라 기존 선로 옆에 신호기를 설치하는「웨이 사이드식」도 있다. 웨이 사이드식 A T C는 1961년[쇼와(昭和) 36년]에 개통한 영단 지하철(營團 地下鐵)[현, 도쿄(東京) 메트로]의 히비야 센(日比谷線)에서 실용화하고 있었다.


▣ 우수한 것은 0계 신칸센을 포함한「토탈시스템」


  원래 시속 210km라고 하는 속도 자체, 1903년[메이지(明治) 36년]에 독일 업체가 개발한 시험 차 주행시험에서 기록되어 있다. 단, 시속 200km 이상으로 주행한 것으로만 본다면 도카이도 신칸센(東海道新幹線)이 개통한 60년 전에 실현한 것이다.


  0계 신칸센이 굉장한 것은 차량뿐만 아니라 선로, 신호 등을 포함한「고속철도 시스템」의 하나로써 개발된 점이다. 차량은 차량으로써, 설비는 설비로써 개별적으로 개발하는 것은 아니며, 모든 분야를 동시에, 또한 종합적으로 개발한『토탈 시스템』이었던 것이 가장 중요한 포인트였다고 말한다.


  우선 신칸센의 선로는 2개의 레일 폭(軌間)을 재래선보다 넓게 하였다. 궤간(軌間)은 기본적으로 넓으면 넓을수록 차체가 안정되며, 특히 고속으로 운전하는 경우에 적합하다. 또 병행하는 재래선보다 더 급곡선(急曲線)이나 구배(勾配)가 적은 노선을 채용하여 속도를 내도록 하였다.


  또 철(鐵) 레일(鐵軌道)과 차륜을 사용하는 철도는 마찰력(摩擦力)이 작아 제동(制動)을 걸면곧바로 정지할 수 없다. 시속 200km로 주행 중에 제동을 걸어도 완전히 정지하기까지는 2km 정도주행한다. 이래서는 건널목에서 무단침입 등에 대응하지 못하여 큰 사고로 이어질 수도 있다.


  그래서 신칸센(新幹線)은 철도 건널목을 일체 두지 않고, 도로와 교차(交差)는 모두 입체화(立体化)하게 되었다. 그 이외의 장소에도 축제(築堤)나 구름다리(高架橋) 등을 지나게 하여 일반인들이 선로에 접근하지 못하게 하고 있다.


  즉, 시속 200km 이상의 속도로 달리기 위한 새로운 기술을 개발한 것이 아니라 60년 전부터 어느 고속운전 기술을 활용할 수 있는 선로를 계획하여 실제로 건설했다는 편이 좋겠다.


  이에 대해서 0계 신칸센도, 시속 200km 이상 고속운전에 대응한 선로를 영업운전 열차로 달리게 하기 위하여 다양한 노력을 하였다. 기밀구조(氣密構造)와 A T C 등도 연구의 일부라고 말할 수 있지만 특히 특징적이었던 것이 16량(등장 당초에는 12량)으로 편성한 차량에 견인전동기(牽引電動機)를 모두 탑재한 것이다.


▣ 견인 전동기가 많은 것은「속도」보다도「경량화」


  도카이도 신칸센(東海道新幹線)이 개통하기 전 도쿄(東京) ~ 오사카(大阪) 간 재래선의 특급열차는 견인전동기를 탑재한 무거운 차량과 견인전동기 없는 가벼운 차량이 편성 중에 혼재(混在)되어 있었다. 차량에 의해 무게가 다르며, 특히 고속운전에서는 선로에 실리는 힘이 커진다. 이것은 모처럼 건설한 고속운전용 선로도 바로 퇴화(劣化)되면서 유지보수 비가 늘어난다.


  0계 신칸센은 모든 차량에 견인전동기를 탑재하므로써 차량 무게의 변화를 작게 할 수 있다. 선로에 실리는 힘도 억제되어 유지보수 비를 줄이거나 철교(鐵橋) 등 큰 구조물의 건설 비를 억제할 수 있게 된다. 또 견인전동기를 증가시킴으로써 견인전동기를 줄이는 것이 가능하여 그만큼 객실을 넓혀 서비스의 향상을 도모하는 것도 가능하게 된다.


  이와 같이 신칸센(新幹線)의 선로는 0계 신칸센이 고속운전하기 쉬운 구조로 건설하였으며, 반대로 0계 신칸센은 고속 주행용 선로에 부담을 주지 않는 방식으로 개발되었다. 일본에 철도가 개통된 이후 축적된 노하우를 활용하여 일상적으로 개발이 계속되었던 기술을 연마(refine)하여 이룩한 결과로 만들어진 것이 0계 신칸센과 그 시스템이다.


  물론 고속으로 장거리를 달릴 필요가 있는 신칸센이기 때문에 흔들리거나 진동(振動)을 줄이기 위해서는 오랜 시간 동안 실험이 필요했다. 신호등과 지상시설도 이때까지 이상의 높은 정밀도와 안정성을 얻기 위해서 노력이 거듭되었다. 그런 꾸준한 노력의 축적이 0계 신칸센의「우수함」이라고 말한다.


  해외 철도 관계자 사이에는「신칸센(新幹線)」이 고속철도의 일반 명사처럼 사용되고 있다. 신칸센이 세계 최초의 본격적인 고속철도라고 말할 뿐만 아니라 선로나 신호를 포함한 종합적인 철도 시스템으로써 높이 평가되고 있기 때문이라 생각된다.


  영국 요크에 있는 국립 철도박물관은「세계를 대표하는 고속열차」로 JR 니시니혼(西日本)으로부터 0계 신칸센의 선두 차(先頭車)를 인수하여 2001년[헤세이(平成) 13]부터 전시하고 있다. 이것도「신칸센(新幹線)」이 해외에서 높은 평가를 받고 있는 그 증거의 하나로 말할 수 있을 지도 모른다.


 

   영국의 국립 철도박물관에서 전시되고 있는 0계 신칸센의 선두 차


     - 資料 :  乗りものニュース, 2018. 10. 1.

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