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도시철도연구의 메카 !한국철도기술연구원 2005. 7. 21.

K-AGT 개발현황 및 전망

경량전철연구팀장 이 안 호

도시철도연구의 메카 !한국철도기술연구원 2/40

1. 무인운전 경량전철시스템 개발현황(형식: 고무차륜AGT, 모델: K-AGT)


연구 목적 경량전철 시스템 기술확보

정부정책에 부합한

대중교통수단 개발 및 활용

안전성 및 경제성을 갖춘

한국형 표준 경량전철시스템 구축

총 연구기간

총 연구 비

연구사업성격

: 1999. 1 ~ 2005. 12 (7년)

: 503.21억원 (국고 : 370억원, 민간투자 : 133.21억원)

: 건설교통부 출연 국가연구개발사업(사업명칭: 경량전철시스템기술개발사업)

사업 개요


지하철 건설비 과다 및 운영 적자 증가

해외 경량전철 도입시 막대한 건설비, 부품 호환성 결여, 사고대처능력 부족

경량전철 시스템 기술개발사업 추진

국내 경량전철시스템기술개발 필요

'92년 이래 경량전철 도입 적극 추진※경량전철 사업 추진(김해, 하남, 용인, 의정부)

건설비가 저렴한경량전철 필요성 대두

지하철 건설비의약 50% 수준

� 근거 : 도시철도법 제14조, 22조교통체계 효율화법과학기술기본법에 따른 과학기술기본계획

개발 배경

정부정책 변화:

지하철->경량전철


차량시스템 개발 신호제어시스템 개발- 고무차륜 AGT 차량개발

- 철제차륜 AGT 및 LIM AGT

표준사양(안) 연구

- 무인운전 신호시스템

- 무선통신에 의한 열차제어시스템

종합시스템 엔지니어링 기술

- 인터페이스 기술

- 신뢰성/안전성 기술

- 시험선로 건설

- 시험평가 기술

개발 범위

선로구축물 개발 전력공급시스템 개발

- 건설비 절감 시공(Module화)- 강/합성형, RC/PC 교량개발

- 제3궤조(DC 750V) 급전시스템 개발- SCADA(보안, 방재, 진단) 개발


총괄주관기관(한국철도기술연구원)

신호제어시스템 선로구축물

주 관기 관

철도연㈜POSCON

포항산업과학연구원

운영위원회

주 관기 관

시스템엔지니어링

(시험선로 구축)

주 관기 관

한국철도기술연구원

경량전철시스템 기술개발사업(건교부)

㈜코웰시스넷

이경산전㈜

㈜하우

㈜케이알

㈜강원레일테크

㈜ 포스코건설

포스데이터㈜

㈜우진산전

㈜벡터필드코리아

㈜다현CNI

㈜정설시스템

NTSEL, Kobelco

차량시스템 전력공급시스템

㈜우진산전 ㈜현대중공업

㈜ 효 성

주 관기 관

주 관기 관

㈜유진기공산업

㈜효성중공업

㈜인텍전기전자

㈜배산엔지니어링

전담기관한국건설교통기술평가원

사업 추진체계


1 Phase 2 Phase 3 Phase

1999 2000 2002 20032001 2004

개 념 ＆ 기 본 설 계 상 세 설 계 ＆ 제 작 제 작 / 시 험 평 가

개발목표단계 및

년도추진내용

신호시스템

전력공급시스템

시스템엔지니어링

(Pilot Plant구축)

선로구축물

고무차륜

철제차륜

차량시스템

L I M

신호시스템 개발

전력시스템 개발

표준 경량전철시스템구축

/(Pilot Plant)

선로구축물 개발

차량시스템 개발

기본설계 사양설계상세설계 ＆

알고리즘개발 제 작

제 작기본설계 ＆사양설정

요구(발주)사양및 시험평가기술 상세설계

기본계획설정 부지설정기본설계 ＆상세설계

착공 시험평가

개념 ＆기본설계

사양설정 ＆상세설계

상세설계＆ 제작 제 작


표준사양(안)

제 작상세설계＆ 제작


궤도 ＆ 구성품기본설계완료

12M 13M12M 18M 6M 6M

시험선 건설(고무차륜)


5M

사양설정

사양설정

표준사양(안)

2005

신뢰성 평가

신뢰성 평가

12M

사업 추진일정


검수고

선로구축물

MC2 MC1MC2 MC1

차량시스템

DC 750V

(+) 제3궤조

(-)

750VDC

각 역사

380V, 3ph.

22.9kv, 3ph.

사령실SCADA

KEPCO

정류기용변압기

정류기용변압기

정류기 정류기

변압기

DC네가티브반

DC배전반 DC배전반 회생용 인버터

회생용 저항기

전력시스템

신호시스템

통신시스템

SRS

ATO 차상컴퓨터

ATO 역컴퓨터

CBTC차상컴퓨터

CBTC역컴퓨터

중앙인터페이스 장치

유지보수 컴퓨터

운행계획 컴퓨터

중앙운영 컴퓨터

중앙운영콘솔

열차무선

데이터전송장치

CBTC

무선통신장치자동열차

제어장치종합운행제어

관리장치

역장치

중앙장치

ATIC

VRS

WRS

유선통신설비

SW- NODE

역 LAN

전원공급장치

콘솔데스크

디스플레이 컴퓨터

전원공급장치

속도표시장치

연동장치 차상장치

선로변장치

중앙 LAN

종합전송로

방송설비( 외곽방송 및

스피커)

방송설비( 역사방송)UPS설비

자동기상관측장비

출입통제설비

전기시계설비

CCTV 설비

방송설비( 사령방송)

TV 공시청 및위성설비

열차무선설비전자교환기설비

무인운전 경량전철 시스템 개념도


주요 추진 현황 및 성과

� 차량시스템, 전력공급시스템, 신호제어시스템, 선로구축물의

기술개발 및 시제품 제작(1999. 1 ~ 2003.12)

� 종합시험선을 건설(2004. 8)하고, 연구성과품 설치 및

종합성능시험(2004. 12)

� 도시철도법에서 정한 5,000km 주행시험 완료(2004. 12)

- 2005년 12월까지 주행목표 : 40,000km

�한국건설교통기술평가원의 연구평가 결과 “성공”으로 판정

(2005. 2)

�일본 교통안전환경연구소의 성능 및 안전에 대한 국제 인증평가완료(2005. 3)


주요 연구개발 내용

종합시스템엔지니어링

(시험선 구축)

� 무인운전시스템 운영체계 인터페이스 연구

� 차량, 전력, 신호 조합성능 분석

� 하부시스템간 인터페이스 및 시스템 통합

� 시험선 건설 완료 및 무인운전 시험중

� 개발시스템에 대한 국제 안전인증 취득

상행선

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2000 4000 6000 8000 10000

거리[m]

속도

[km/h]

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

구배

속도

제한속도

수정제한속도

구배


� 주요구성품 제작 및 시험평가 완료

(차체, 대차, 제동, 추진, 종합제어 등)

� 고무차륜 AGT 시제차량(2량 1편성)

제작 완료 및 시험선 시험 중

차량시스템� 주요사양

- 알루미늄 차체 및 고무차륜형식1축대차

- 설계최고속도 : 70 km/h

- 승차정원 : 57명/량

- 최대승차인원 : 100명/량

차체길이 : 9.14m

차체 폭 : 2.4m

실내디자인알루미늄 차체

종합제어장치대차 견인전동기

VVVF 인버터보조전원장치

운행표시장치

MC1 MC2



� DC 배전반 개발 및 보안방재를 적용한 경량전철용 SCADA 개발

� 고무차륜 AGT용 제3궤조(DC 750V) 급전시스템 제작 및 시험선 설치완료

전력공급시스템

• 직류배전반 및 주요 구성품

▶ 직류고속도차단기( High Speed Circuit Breaker: HSCB )

▶ 직류단로기( Disconnect Switch : DS )

▶ 직류배전반( DC Switchgear)

• 보안 방재용 SCADA SYSTEM

▶ 통신중계장치(FEP)

▶ 원격소장치(RTU)



� 무인운전 신호시스템(자동열차제어장치, 열차무선데이터전송장치 등) 제작 완료

� 신호 및 통신시스템 시험선 설치 및 시험평가

신호제어시스템

시험선 사령실 내부 배치

(종합운행제어관리장치)

자동열차제어장치

(CBTC차상컴퓨터)열차무선데이터전송장치

(열차운행상태감시화면)



선로구축물 � 고무차륜 AGT용 교량의 설계, 시공 및 유지관리 기술개발

� 고무차륜 AGT용 궤도구성품 및 부대시설물 제작 및 시공 기술개발

� 합성강교각, 분기기, 안내레일, 신축이음장치 기술개발

합리화 2주형 판형교 상세설계 합성강교각 시험선 설계 및 시공 분기기 및 안내레일 개발 및 시험선 시공



경량전철 교량 및 부대시설물의 설계, 시공, 유지관리 기술의 개발

분기기 및 안내레일

교량용 외장재

선굴착 스크류 말뚝 공법

복합바닥판 설계,제작기술

합리화 2주형교 설계 및

합성강교각 설계기술

급곡선 가설트러스

토목설계기준

콘크리트교량 설계기술

RC 교각기술교량 유지관리 기술

장대레일 궤도설계 기술

교량 신축이음장치

6. 선로구축물 기술개발


합리화 2주형교 및 합성강교각 설계기술

� 기술개요 : 도심지 교량의 경제성과 미관을 확보한 합리화 2주형교와 합성강교각의 합리화 검증및 구조 안전성을 확보한 설계기술

� 기술특징 : (1) 거더수 절감, 보강재 생략 등의 구조적 합리화와 그에 대한 안전성 검증 완료,

여유도확보 설계기술개발을 통해 기존 교량대비 20% 이상 경제성 향상 획득

(2) 강재와 콘크리트의 한계상태 설계기술을 통한 기둥 직경 20% 슬림화,

앵커 기초부 및 우각부 설계기술

합리화 2주형교 상세설계 및 조감도

100

56

100

25

100

41

100

35

0

20

40

60

80

100

총 강중 총부재수 용접길이 도장면적

상자형교 2주형교

합리화 2주형교의 경제성



콘크리트교량의 경량전철 설계기술

� 기술개요 : 도심지 경량전철용 최적 콘크리트 교량 및 교각의 설계기술

� 기술특징 : 미관과 최적 경제성을 확보한 PSC교량(MSS)과 RC교각의설계기술 개발

PSC Box 교의 상세설계 횡단면도시험선의 합성강교각(D 1.9m � 1.5m, 20% 축소)


18도시철도연구의 메카 !한국철도기술연구원 18/40

복합바닥판 설계 및 제작기술

� 기술특징 : H-형강재와 콘크리트를 합성한 바닥판으로 공장제작이 가능하여 급속 시공성을확보한 경량전철용 바닥판 시스템이며, 공사기간 40% 단축 가능

� 기술개요 : 도심 급속시공을 위해 형강-콘크리트의 합성효과를 이용한 교량바닥판 제품화 기술

150

200

t

I 형강 150x75x5.5x9.5

200

복합바닥판 단면도 및 모식도

복합바닥판 피로시험 평가 성능검증



교량 신축이음장치 개발

� 기술개요 : 경량전철 특수성을 고려한 전용 교량 신축이음장치 제품화 기술

� 기술특징 : 고무/철제/LIM AGT 궤도구조별 요구사항을 만족하는 최적 교량신축이음장치 설계, 제작기술

고무차륜용 신축이음장치 상세설계 및 시험선 부설

철제/LIM용 도상/무도상용 교량신축이음장치 시작품



교량 외장재 및 교량 유지관리시스템 개발

� 기술개요 : (1) 고가구조물의 경관성과 소음도 향상을 위한 교량 외장재 제품화 기술(2) 교량구조물의 유지관리 기준, 체계 및 보수보강 방안의 제시

� 기술특징 : (1) 미적인 형상과 색상의 각종 재료로 고가구조 주변을 감싸 경관성과흡음성을 향상, 도심의 새로운 환경 조성

(2) 효율성을 극대화한 전용 유지관리 기준과 시스템 제공, 보수보강 기법의 제공

외장재 시험평가(좌측), 표준도(중앙), 시뮬레이션(우측)



선굴착 스크류 말뚝공법 설계 및 시공기술

� 기술개요 : 도심 저소음, 저진동 기초시공법으로 선굴착후 스크류형의 말뚝을 회전압입완공하는 말뚝공법의 설계, 시공기술 개발

� 기술특징 : 타입하지 않고 선굴착공에 시멘트밀크와 교반되는 스크류형상의 말뚝을 회전압입하는 공법으로, 지반 지지력 증대, 저소음 및 저진동 효과를 달성함과 동시에 기존 매입말뚝대비 허용 지지력당 4%의 경제성 우위를 확보한 말뚝공법

현장재하 및 현장시공 시험스크류말뚝공법의 시공절차도



분기기 및 안내레일 개발

� 기술개요 : 고무차륜형 측방안내방식 분기기, 신축이음 및 안내레일의 제품화 기술

� 기술특징 : (1) 인터페이스간 조화와 신뢰성이 확보된 L형 수평가동안내판식 분기기(2) 차량 주행성과 안전성 확보가 가능한 안내레일의 디테일 설계 및 곡선부 정밀 제작기술

국외 기술대비 총 18% 절감

안내레일 구조디테일시험선 부설완료

안내레일 신축이음 및전철기 좌굴방지장치(산업재산권)



고무차륜 AGT 시험선 현황

• 경량전철시스템 차량, 전력, 신호, 선로 개발품에 대한 종합성능, 안전성 및 신뢰성 평가 수행

• 국내 건설 및 운영경험이 전무한 고무차륜 AGT 시스템에 대해 한국형 표준시스템의 구축 및 제시

목 적

• 고무차륜 AGT 경량전철 시스템의 안전성 및 신뢰성 확보를 위해 요구되는 다양한 시험평가를수행하는 시험선으로 활용

• 고무차륜 AGT 경량전철에 사용되는 부품 및 기기에 대한 국산화 개발 및 품질인증 시험을 위한

시험선으로 활용

• 도시철도 운영기관 및 지자체에 국내 최초 무인운전 경량전철의 견학/기술교육에 활용

향후 활용 계획

• 위 치 : 경북 경산시 경부선 폐선(삼성~남성현 구간)

• 연 장 : 단선 2.37km(정거장 4개, 고가 0.4km, 구배 58‰, 곡선 40 m)

시험선 건설 개요


� 목 적 : 고무차륜 AGT 시스템의 종합성능, 안전성, 신뢰성 검증

� 위 치 : 경북 경산시 남천면 삼성리, 흥산리 일원

� 공사기간 : 2003. 12. 15 ~2004. 8. 31 (8개월)

� 선로현황

· 선로연장 : 약 2.4km(본선 1,870m, 측선 387.5m, 대피선 120.95m)

· 정거장 : 4개소(첨단, 간이(삼성현, 갓바위, 미래))

· 최소곡선반경(m) : 곡선통과속도, 원심력시험 등

본선 : R=400, 480 대피선 및 측선 : R=40

· 최급구배(58‰) : 등판성능시험 등

· 차량 : 고무차륜 AGT 2량 1편성(차량 한계(mm) 2,450×3,700, 정원 57 명/량)

· 설계최고속도 : 70km/h

� 감 리 사 : ㈜ 한구엔지니어링

� 시 공 사 : ㈜ 포스코건설

본선

대표단면

고무차륜AGT 시험선 건설


경량전철 시험 노선

남성현

삼성


구조물

전경

고무차륜AGT 시험선 건설


지상신호, 분기기

선로

전력

제어장치,분석장치

267합 계

21선로 계측시스템선로

28분기기 계측시스템

7지상신호 계측시스템

20차상신호 계측시스템

신호

42전력장치 계측시스템전력

66응력 계측시스템

16제동성능 계측시스템

9추진성능 계측시스템

58차량성능 계측시스템

차량

채널수계측시스템분야

성능시험을 위한 통합 계측시스템

가속도 센서

Strain Gauge

콘크리트용Strain gauge 3 Point 측정

선로분야 센서

실동 응력


1. 차량시스템 성능시험

종합성능시험 결과 (1/2)

1) 주행성능시험

- 기동 및 가속성능

- 설계최고속도의 주행성능

- 경사나 곡선지역에서의 주행성능

- 분기구간에서의 주행성능

- 공차범위를 벗어난 차량의 주행성능

- 내구성시험

2) 차량설계의 검증

- 차체와 대차의 강도(응력측정)

- 집전기의 강도 (응력측정)

2. 신호시스템 성능시험

1) 1단계 시험

- 열차위치 결정

- 열차속도결정 및 제로속도 탐지

2) 2단계 시험

- 안전한 차량 운행

- 과속방지와 제동 안전성 확보

- 출발연동장치

- 자동속도조절

- 승강장 안전문제어

- 차량출입문과 출발제어

표준사양 및 개발 사양 검증시험


종합성능시험 결과 (2/2)

3. 전력시스템 성능시험

1) 기능시험

- 고조파방지

- 접지시스템

- 방지시스템

- 축열식 전류흡수장치

2) 기능시험

- 접지저항시험

- 저항볼트시험

- 연속시험

5. 환경시험

1) 악천후시 주행성능

2) 환경 특성에 따른

전력소비량 분석

4. 선로구축물 성능시험

1) 주행표면과 가이드레일 설치의 정확성

2) 가이드레일의 응력 및 처짐

3) 분기기 이동

기준에 적합최종 성능 시험 결과


1. 고무차륜 AGT 시스템의 안전성 검증 시험 실시

(1) 설계에 관련된 각종 기술자료 분석

(2) 시험선의 실증시험을 통한 평가

2. 고무차륜 AGT 시스템에 대한 국제 안전인증서 취득

2005. 3.25

발행 기관 : NTSEL

( National Traffic Safety and Environment

Laboratory / 일본교통안전환경연구소)

안전 인증 취득

개발시스템에 대한 국제안전인증 시험


한국형 경량전철시스템 개발 의의

한국철도한국철도 106106년년 역사상역사상 완전무인완전무인 운전을운전을 구현하여구현하여 운영비운영비 절감절감

11분분 3030초의초의 짧은짧은 운전시격으로운전시격으로 승객서비스승객서비스 향상향상

: : 승객수송용량승객수송용량 : 5,000: 5,000명명 ~ 20,000~ 20,000명명//시간시간//방향방향

30m 30m 곡선반경과곡선반경과 5858‰‰ 급구배급구배 주행이주행이 가능하여가능하여 노선계획이노선계획이 용이용이

: : 건설비건설비 절감절감 가능가능

저소음저소음, , 저진동저진동 특성으로특성으로 도시환경도시환경 친화적인친화적인 교통시스템교통시스템

정부에서정부에서 고시한고시한 표준사양에표준사양에 따라따라 개발된개발된 한국형한국형 표준모델표준모델

((중소도시의중소도시의 간선이니간선이니 대도시의대도시의 지선지선, , 관광지관광지 노선에노선에 적합적합))


2. 경량전철 실용화를 위한 향후 계획 및 전망


� 무인경량전철기술을 더욱 발전시켜 경량전철건설을 계획하고 있는

지자체의 기술 활용을 촉진하고 국내 산업발전과 해외수출에 기여

� 경량전철시험선을 활용하여 지방자치단체 및 국내기업에 대해

경량기술을 지원 및 유지보수 기준 마련(국가과학기술위원회 권고)

� 경량전철시스템기술개발사업에서 개발한 차량(2량)은 시험용으로

제작하여 각 종 시험평가를 시행, 이를 영업노선에 투입하기 위해서

는 개선이 필요

� 경량전철시스템기술개발사업을 통해 경량전철 기술은 선진국 수준

에 근접한 기술을 확보하였으나 실용화하기 위해 6량1편성을 제작하

여 경량전철 건설을 촉진

필요성

실용화 추진 계획


실용화를 위한 주요 개선사항

�� 친환경적인친환경적인 소음소음 및및 승차감승차감향상향상

��미래지향적미래지향적 및및 지자체지자체 이미지이미지반영반영

��편리성편리성 및및 실내디자인실내디자인 개선개선

최적의 경량전철시스템

구축

디자인

유지보수

효율성

소음/승차감

��운영운영 및및 유지보수유지보수 정보화정보화시스템시스템

��유지보수유지보수 자동화시스템자동화시스템


실용화 기반 연구 차량 제작

- 도시 미관을 고려한 환경친화적고가 구조물 연구

- 첨단 이미지 반영한 형상설계와 편의성의 고려한 실내디자인 설계 등차량시스템 개선 연구

- 6량 1편성 제작

- 운행최고속도 : 60km/h

- 설계최고속도 : 70km/h

- 고무차륜 1축 대차

- DC750V, 측면 전력공급 방식

실 용 화- 제작된 차량은 경산에 기 구축된

시험선을 활용하여 시험 후,

- 개발 시스템을 적용하는 기관에

인센티브로 제공

실용화를 위한 연구계획


웹기반의 RAMS

프로그램개발

신뢰성 및 안전성 향상

연구

시스템

신뢰성평가지자체의 경량전철

기술 지원 및 교육

유지보수 작업효율

향상을 위한

예방 및 전문가시스템 개발

시험선 운영 및 개선

신뢰성 향상 방안 연구


연구결과 활용전망

� 부산 미남 반송선 등 지자체의 경량전철 건설에 적용

� 정부의 경량전철 정책 지원 및 지자체가 경제적인 경량전철건설 가능

� 무인경량전철시스템 30만 km 주행시험으로 신뢰성 및 안전성이 확보되고

국내 경량전철기술의 선진화와 고도화, 해외 수출에 기여

� 웹기반의 예방보전 및 전문가시스템 개발로 작업자의 작업 효율성 향상

� 시스템 수명 분석 및 평가체계 확보로 유지보수 정책 활용


개발시스템의 기대효과

• 국내실적을 기반으로 신뢰성을 확보하여 해외 수출, 부가가치 및 고용창출 효과

• 연구개발 결과에 의거 작성된 표준사양, 안전기준, 건설규칙 등은 지자체의

경량전철 건설 기준으로 활용

기술산업적 측면

• 1분30초의 짧은 시격으로 승객 서비스 질 향상과 교통혼잡완화

• 배기가스 등의 환경문제 감소

• 도시환경에 어울리는 신교통수단으로 도시기능향상

공공 복지 측면


경제적 기대 효과

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감사합니다.

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