궤도 회로

궤도회로(軌道回路, 영어: track circuit)는 선로의 레일을 전기회로의 일부분으로 사용하여 선로 위를 달리는 열차를 검지하는 회로와 레일을 전송로로 삼아 지상에서 열차 위로 정보를 전달하는 회로를 말한다. 철도 신호에서 널리 쓰이고 있는 장치 중 하나이다.

역사

1869년에 미국인 윌리엄 로빈슨(William Robinson)에 의해 발명이 되었다. 처음 발명될 당시에는 개전로식(Open Circuit System, 開電路式)이었으나 1872년부터 폐전로식(Closed Circuit System, 閉電路式)으로 개량되어 오늘에 이르고 있다.

원리

1번 그림처럼 열차가 레일 위에 없을 때는 신호기에 진행신호(녹색)가 현시되지만, 2번 그림처럼 열차가 레일 위에 있으면 신호기에 정지신호(적색)가 현시된다.

열차가 달리는 레일을 일정한 길이로 나누어 그 양쪽 레일 이음매를 전기가 통하지 않도록 한 뒤 한 쪽 끝에는 전원을, 다른 끝에는 궤도 계전기를 접속시킨다. 열차가 레일 위에 없을 때에는 궤도 계전기가 작동하나 그 구간에 열차가 들어오면 레일 사이가 차바퀴에 의해 단락되어 궤도 계전기가 작동하지 않게 된다. 이를 통하여 열차가 그 구간에 있다는 것을 검지할 수 있다. 이를 이용하여 신호기, 선로전환기, 연동장치 등 신호 기기를 직접 또는 간접으로 제어할 수 있다.

궤도 회로의 종별

사용 전원과 회로 구성 방법 및 궤조 절연 방법 등에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

사용전원에 의한 분류

• 직류 궤도 회로(DC track circuit)

직류 전원을 이용한 궤도 회로이다. 전원 장치는 정전에 대비하여 부동식 충전 방식을 사용하며, 궤도 계전기는 직류 궤도 계전기를 사용한다. 교류 전원의 확보가 어려운 지역에서 많이 사용된다.

• 교류 궤도 회로(AC track circuit)

교류 전원의 무정전 확보가 가능한 지역인 비전철 구간이나 직류 전철 구간에서 많이 사용한다.

• 정류 궤도회로(Commutation Track Circuit)

교류를 정류한 맥류를 전원으로 사용하며 특별한 목적으로만 사용한다.

• 코드 궤도회로(Code Track Circuit)

궤도에 흐르는 신호정류를 소정 횟수의 코드(부호)수로 단속하고 이 코드 전류가 코드계전기를 동작시킨 다음 복조기를 통하여 정규의 코드수일 때에만 코드반응계전기를 동작시키는 궤도회로이다.

• AF 궤도회로(AF Track Circuit)

여기서 AF는 Audio Frequency를 줄인말로 이 궤도회로 장치는 사람의 귀로 들을 수 있는 16~20000[Hz]대의 가청주파수를 사용하여 열차가 200[km]이상 고속으로 주행할 때 전방열차와의 운행간격 및 제동거리를 차상으로 직접 전달하는 방식이다.

회로 구성방법에 의한 분류

• 개전로식 궤도회로(Normal Open System)

전기회로가 개방되어 계전기에 전류가 흐르지 않다가 열차가 궤도에 진입합으로써 차바퀴를 통하여 전류가 흘러 궤도계전기가 여자하도록 되어 있는 방식이다. 안전도가 떨어지기 때문에 잘 사용하지 않는다.

• 폐전로식 궤도회로(Normal Close System)

폐회로로 구성되어 평상시에도 계전기가 전류가 흐르며, 열차가 궤도에 진입하면 차바퀴에 의하여 단락되어 계전기가 무여자하도록 되어 있는 방식이다.

궤조절연 유무 및 설치방법에 의한 분류

• 유절연 궤도회로

궤도회로의 경계지점에 궤도회로 전류를 차단할 수 있는 궤조절연을 설치하여 궤도회로의 경계를 구분하는 궤도회로 방식이다. 궤도의 한쪽만을 절연하는 단궤조식 궤도회로(Single Rail Insulation Type Track Circuit)와 양쪽 궤도를 절연하는 복궤조식 궤도회로(Double Rail Insulation Type Track Circuit)로 나눈다.

• 무절연 궤도회로

궤조절연을 사용하지 않고 직접 레일에 주파수를 흘려 궤도 임계점에서 상호 주파수에 대한 공진회로를 이용하는 방식이다.

궤도회로의 제어계전기 조사에 의한 분류

• 2위식 궤도회로

궤도회로 구간내의 열차의 유무만 조사하는 방식이다.

• 3위식 궤도회로

궤도회로 구간의 열차 유무 조사 및 전방의 궤도회로에 대해서도 열차의 유무를 조사하는 방식이다.

구성 기기

종류에 따라 차이가 있으나 크게 다음과 같이 구성되어 있다.

• 전원장치(Power Supply Equipment)

각 궤도 회로의 송신단에 설치된다.

• 한류 장치(Current Limiting Equipment)

열차의 바퀴에 의하여 궤도 회로의 전원을 단락하였을 때 전원 장치에 과전류가 흐르는 것을 제한하거나(직류 궤도 회로) 2원형 궤도 계전기의 회전 역률의 위상 조정(교류 궤도 회로)이 주된 역할이다.

• 궤조 절연(Insulation Rail Joint)

인접 궤도 회로와 전기적으로 절연하는 것을 목적으로 한다.

• 레일 본드(Rail Bond)

레일 이음매 부분의 전기 저항을 적게 하려는 것이 목적이다.

• 점퍼선 (Jumper Wire)

궤도 회로의 어느 한 곳으로부터 떨어진 동일 극성의 다른 레일 상호간을 접속시키는 전선을 말한다.

참고 문헌

• 철도청. 2004. 철도신호용어편람. 철도청(74쪽)
• 박재영, 홍원식, 전병록. 2007. 철도신호공학. 서울:동일출판사(129쪽 ~ 185쪽) (ISBN 89-381-0510-5)
• 김영태. 2003. 신호제어시스템. 서울:테크미디어(34쪽 ~ 54쪽) (ISBN 89-89911-27-3)
• 한국철도기술연구원. 2007. 과학기술로 달리는 철도. 서울:화남출판사(116쪽 ~ 118쪽) (ISBN 978-89-88265-08-6)