김양수 | 철도공무원교육원 주임교수

1. 서  론

 최근 철도가 제2의 전성기를 맞이하게 된 결정적인 이유는 전기철도의 탄생이라고 할 수 있다. 전기철도는 주 동력원이 전기이므로 내연기관을 이용하는 타 교통수단에 비교하여 환경 친화적(親和的)이고 에너지의 효율적 이용과 속도의 향상, 수송능력의 증강 등으로 타 교통수단과의 경쟁력을 확보할 수 있다. 특히 수도권 전철은 일일 평균 810만명(수송분담율 30.8%)을 수송하는 대중교통수단으로서 도시교통난과 공해문제 해결에 결정적 역할을 하고 있다.
 그러나 전기철도는 한정된 인프라를 이용하게 되므로 고장 또는 장애 발생 시 해당선로 구간 전체가 운행이 불가능 하게되어 이용고객에게 큰 불편을 주게되며 특히 R·H 시간대에 사고가 발생하게 될 경우 인접한 타 교통수단까지 마비시키는 교통대란이 발생하게 되어 사회적으로 큰 혼란을 야기 시켜 되며 결과적으로 철도를 이용하는 고객에게 불신감을 주게된다.
본 글에서는 이러한 전기철도의 안전을 확보하기 위하여 전원공급기술(Power Supply Technology)을 중심으로 지금까지의 전철설비현황과 사고 및 장애 현황을 살펴보고 이에 대한 기술개발의 발전방향을 제시하고자 한다.

2. 전기철도의 전원공급 기술현황

2.1 전철화(電鐵化) 과정

 우리 나라의 초창기 전철화(電鐵化) 과정을 살펴보면 1899년 5월 4일 미국인 콜브렌(H. Collblen)과 보스트위크(H.D Bostwick) 양인이 조선 왕실의 특허를 얻어 서대문 - 동대문간에 직류 600V 방식의 노면전차가 미국의 기술에 의하여 건설된 것이 전기철도의 시작이라고 할 수 있다. 이후 1930년 경원선(철원-내금강) 116.6km 구간을 직류 1500V방식으로 전철화 한 것과 1937년 경원선(복계-고산) 53.9km를 직류 3,000V로 전철화 한 것 역시 일본기술진에 의해 설계, 시공되었고 1944년 일본의 패망직전에 착공한 중앙선(단양-풍기) 23km구간의 직류 3,000V방식의 전철화 공사도 1945년 해방이후 우리가 건설하려 했으나 그나마 6.26km에서 중단되고 말았다.
 이후 본격적으로 전기철도가 시작된 것은 각각 1969년과 1970년에 착공되어 1973년과 1974년에 준공된 전후 경제개발 5개년 계획의 성과로 인한 산업물자의 수송을 목적으로 한 산업선(중앙선, 태백선, 영동선)전철화사업과 도시교통난 해소를 목적으로 한 수도권 전철화사업부터 이다. 산업선 전철화는 영국, 불란서, 독일, 스위스, 벨지움 5개국이 컨소시엄으로 된 50c/s 그룹의 기술에 의한 교류25000V BT급전방식으로 건설되었고 수도권 전철화는 일본 기술에 의하여 교류25000V AT급전방식으로 건설되었다. 이와 병행하여 전철화 된 서울시의 1호선도 일본 기술에 의해 직류1500V방식으로 건설되었으며 이후 건설되는 각 지방자치단체(인천, 대구, 광주, 대전, 부산)의 도시철도 역시 직류1500V방식으로 외국의 기술을 도입하여 운영되고 있거나 건설 중에 있다. 이밖에도 현재 건설이 진행중인 고속철도는 교류25000V AT급전방식으로 불란서의 기술에 의하여 전철화 되고 있다.
 세계의 여러 나라들은 철도의 미래를 개척하기 위한 새로운 기술의 개발에 전력하여 기존선(旣存線)에 대한 전철화는 물론이고 최고속도 380km/h의 고속전철이 상업운용 중에 있으며 꿈의 열차라고 부르던 자기부상식 초고속전철이 실용화 단계에 와 있다. 이러한 전기철도의 고속화, 다양화를 위한 노력들은 과학기술의 발달과 더불어 국민생활수준에 걸맞는 고급교통수요를 담당하면서 국가경제의 발전을 뒷받침하고 에너지의 효율적 이용과 철도경영의 합리화에 이바지하고 있다.

2.2 전철화(電鐵化) 기술

 초기의 전철화 과정에서 보면 우리 나라 사람들에 대하여는 전문적인 정보의 공유와 기술습득의 기회는 주어지지 않았고 건설을 위한 기초적인 지식을 제공하여 단순작업에만 동원되었다고 보여지며 이것들 마저 남북분단으로 인하여 대부분 설비와 자료가 북쪽으로 편입되어 현재에는 거의 찾아볼 수 없다.

<표 > 운용기관별 전원공급방식과 기술도입현황

운용기관	구간	전원공급방식	변전설비	전차선로	비  고
사유철도	서대문-동대문	DC 600V	미국	미국	노면전차
철도청	경원선 (철원-내금강)	DC 1,500V	일본	일본
	경원선 (복계-고산)	DC 3,000V	일본	일본
	중앙선 (단양-풍기)	DC 3,000V	-	-
	수도권전철 (인천, 수원, 성북)	AC 25,000V AT급전방식	일본	일본	건설중단
	산업선전철 중앙,태백,영동	AC 25,000V BT급전방식	영,프,독 스위스,벨지움	영,프,독
서울지하철공사	1, 2호선	DC 1,500V	일본	스위스,벨지움	50c/s그룹
	3, 4호선	DC 1,500V	미국	일본
서울도시철도공사	5, 6, 7, 8호선	DC 1,500V	스위스일본	미국
부산지하철공단	1호선	DC 1,500V	스웨덴	일본
	2호선	DC 1,500V	스웨덴,스위스	일본
대구지하철공사	1호선	DC 1,500V	스위스	일본
	2호선	-	-	-	건설중
인천지하철공사	1호선	DC 1,500V	스위스	일본
고철건설공단	경부고속선 서울-부산	AC 25,000V AT급전방식	한국	프랑스

 이후 우리 나라에 본격적으로 전기철도가 도입된 1970년대 초의 상황을 살펴보면 훈련된 전문기술인력의 절대부족으로 인하여 설비의 운용과 보수유지에 어려움이 많았으나 도입된 시스템에 대한 시공표준도, 시설기준, 자재표준규격 등을 규정하고 그간의 운용과 보수유지 경험을 바탕으로 절연체(장간애자, 구분장치 등)를 제외한 자재의 90%이상을 국산화하여 외국의 도움이 없이 기존선에 대한 전철화사업을 활발하게 진행하여 대폭적으로 전철망을 확충(擴充)하게 되였다. 그러나 새로 건설되고 있는 경부고속전철 전차선로의 핵심가선기술을 또 다시 외국으로부터 도입하게 되었다. 이는 결국 문제에 대하여 방정식과 답을 알았을 뿐 방정식을 만든 기본 원리를 이해하지 못한 것이나 마찬가지로 도입된 시스템에 대한 시공방법이나 유지 보수에 대한 기술습득에만 만족하고 본질적인 코아시스템(Core System)기술의 습득에 소홀히 한 결과라고 볼 수 있다. 또한 최근 선진외국의 전원공급기술은 축적된 기초기술을 바탕으로 대부분 컴퓨터 프로그래밍화 되어 있어 기초기반 기술이 부족한 우리가 쉽게 접근할 수 없도록 되어있기 때문에 앞으로 설비의 안전확보를 위해서는 핵심가선기술에 대한 설계기술의 확보와 해석연구가 보다 많이 수행되어져야 할 것이다.

3. 전기철도(전원공급설비)의 사고 및 장애현황

 철도청 전기국에서 집계한 기존선 전기철도(전원공급설비)의 열차운행에 직접적으로 지장을 준 사고 및 장애발생현황은 <표 2>와 같다. 연도별 발생건수를 비교하면 94년∼98년까지 총 발생건수 107건중 내부요인에 의한 것이 42건으로 총 발생건수의 39%였고 외부요인에 의한 것이 65건으로 총 발생건수의 61%를 차지하고 있다. <표 2>의 사고 및 장애 현황에서는 전철 전원공급설비 시스템의 불안정으로 인한 장애는 나타나지 않고 있으며 대부분 전원공급설비가 옥외에 노출되어 있어 외부적 요인으로 인한 장애가 많이 발생되고 있다. 특히 전철구간 과선교(총 139개소), 선상역사, 터널 등에서 이물질낙하 등에 의한 장애가 가장 많이 발생되었으며  다음으로는 선로연변에서 작업하는 건설장비의 부주의에 의한 접촉사고가 많음을 알 수 있다. 내부요인으로는 주로 기기나 장치의 변형에 대한 점검 부주의로 인한 것과 시공상 결함에 의한 것으로 나타나고 있다.

<그림 1> 연도별 전철(전원공급설비)사고 및 장애발생 현황

 그간 사고의 방지를 위하여 많은 노력을 해왔으나 동종의 장애발생을 근절하지 못한 것은 여러 가지 원인이 있겠으나 전철 전원공급설비의 사고 및 장애 발생요인을 분석할 때 발생요인을 내적 요인과 외적 요인으로 단순하게 구분하는 일반적 행정편의 위주의 접근방식으로 책임문제와 연계하여 문제를 분석하고 있기 때문이다. 이는 결과적으로 사고 및 장애의 발생요인을 고의로 은폐하거나 축소 할 여지가 있어 장애원인에 대한 철저한 분석이 미흡했던 것으로 판단된다. 따라서 본질적인 원인분석을 위해서는 각 요인별로 어떠한 불안전요소가 작용했는가에 따라 인적요소와 물적 요소로 구분하여 사고발생원인이 어느 측면에 있는가 고찰하여 인적불안전요소에서는 시공자의 측면과 유지보수자의 측면에서 분석되어야하고 물적 불안전요소에서는 전원공급 시스템과 이것을 구성하는 자재의 적합성여부를 분석하는 방식으로 접근한다면 보다 정확한 원인규명이 되리라 본다. 아울러 전원공급설비는 이미 개발되어진 시스템을 도입한 것이므로 이것을 우리환경에 적합하도록 보완하고 개발하여 전철안전운행을 확보될 수 있도록 안전기술의 개발에 많은 노력과 연구가 필요하다.

<표 > 전철(전원공급설비)사고 및 장애발생 현황

년도별	원인별	94년	95년	96년	97년	98년	계
내부요인	점검소홀(기기, 장치결함)	11	8	5	7	3	34
	시공 부주의	-	3	4	1	-	8
	소  계	11	11	9	8	3	42
외부요인	이물질, 외부충격	3	5	6	9	6	29
	자동차 접촉(포크래인)	1	-	4	5	3	13
	한전정전	1	3	-	-	1	5
	천재지변 및 기타	4	5	3	5	1	18
	소  계	9	13	13	19	11	65
합  계		20	24	22	27	14	107

※ 출처 : 전철전력설비 사고사례 및 안전대책, 철도청 전기국 1999.7

4. 전기철도 안전기술의 발전방향

4.1 기술인력의 저변확대

 최근에는 대도시권 교통문제의 해결책으로 전철망의 확충이 급속히 진행되고 있으며 경부고속전철이 건설되고 있어 이를 위한 건설기술인력의 수요가 급증하고 있으나 이에 대한 설계, 시공, 감리를 담당하는 기술인력의 양성이 되어있지 않은 실정이어서 비전문가의 시공(施工)등으로 인한 안전사고가 우려되고 있다.
 철도의 기술은 과거로부터 철도관련자 만이 접근할 수 있었던 전매(專賣)기술로서 취급되어져 왔기 때문에 일반의 기술인력의 접근에 부정적이고 배타적 성격이 강해 철도기술발전과 인력양성에 커다란 걸림돌이 되어왔다. 기술인력을 양성하는 교육기관도 한국철도대학의 전기제어과와 서울산업대학 전기공학과의 특별과정(철도재직자), 철도공무원 교육원과 각 자치단체의 교육원이 있으나 이들 모두는 직원을 대상으로 하는 교육으로 국한되어 있는 실정이다.
 최근 들어 이러한 기술인력의 양성을 위하여 철도공무원교육원에서는 민간 설계, 시공, 감리 업체 종사원에 대한 위탁교육의 시행하고 있으며 국가기술자격제도에 전기철도 종목의 신설하여 기술인력의 저변확대에 많은 기여를 하고 있다. 또한 한국철도기술연구원과 서울산업대학이 협력하여 설립한 철도대학원은 향후 고급기술인력의 확보에 결정적 역할을 할 것으로 기대된다. 그러나  이것만으로는 기술인력수요를 충당하기 어렵다. 따라서 향후 체계적인 인력양성을 위해서는 민간 위탁교육을 확대시행하고 일반의 대학, 전문대학, 공업고등학교 등에도 전기철도 과목의 신설이 추진되어야 할 것이다.

4.2 교육훈련의 개선

<그림 2> 1999년도 철도공무원 교육원 교육과정

 현행의 종사자에 대한 철도공무원 교육원의 훈련과정은 <표 3>에서와 같이 신규실무과정(2반)과 공통전문과정(3반), 선택전문과정(6반)으로 편성되어 있으며 교육의 방법도 '실무위주의 교육'을 지향하고 있기 때문에 도입된 시스템에 대한 시공방법이나 유지 보수에 대하여 1∼2주간의 짧은 시간에 일방적인 지식전달이나 실기훈련에 중점을 두고 있어 불완전요소에 대한 적출과 문제해결을 위한 지적능력의 배양에는 한계가 있다.
 안전기술개발이라는 측면에서 볼 때  전술한 바와 같이 문제와 답이 같이 있는 곳이 현장이라면 먼저 현장에 있는 실무자에 대하여 불완전요소에 대한 적출능력과 신기술의 적용능력을 통해 문제해결을 위한 지적능력을 깨우고 배양할 수 있도록 하는 교과과정의 신설이 바람직하다. 구체적으로 교육과목에 연구과정을 신설하여 문제의 적출과 해결에 대한 접근기법 등을 강의 한 후  소그룹 별로 과제를 정하게 하여 교육기간 동안에 자유롭게 관련자료의 검색이나 제조공장이나 현장시험 등의 활동을 통하여 연구하도록 하여 스스로 문제 해결의 능력을 습득할 수 있도록 하는 연구과정이 필요한 것이다.

4.3 전기철도 기반기술 확보

 연구소는 첨단기술개발과 신기술의 접목이라는 기본임무에 충실하면서 산업현장의 기술수요에 부응하는 '수요중심의 연구'를 수행하는데 초점을 맞추어야 할 것이다. '수요중심의 연구'를 수행하는데 있어서는 일반적으로 현업에서 사고발생 후 원인규명과 대책에 대한 연구를 의뢰를 하는 것이 대부분이고 이 또한 짧은 시간에 결과(성과)를 요구하여 현실적으로 충분한 조사연구가 수행될 수 없기 때문에 보다 적극적인 "사전연구"가 필요하다. 이것은 사고가 발생한 후 원인규명과 대책에 대한 연구를 하는 것보다 사전에 충분한 시간적 여유를 가지고 불안전 요소를 도출하고 조사연구를 수행하여 해결책을 제시함으로써 사고를 미연에 방지할 수 있으므로 효과적이라고 본다.
 또한 전원공급설비의 안전도 향상을 위해서는 기초기술력의 구축이 선행되어야 한다고 보며 이러한 기초기술자료가 장기적이고 체계적으로 축적된 지적기반 위에서만이 전철안전기술이 확보될 수 있을 것이다. 실 예로 수도권 전철의 평균수명을 일본측의 예측자료에 따라 20년 이상으로 보았으나 실제로는 17년경과 후부터 장애가 발생한 사례가 있듯이 우리의 기초기술자료가 축적되지 않은 상태에서 외국설비에 대한 시험결과 값을 우리 설비에 대하여 그대로 적용하였을 때 중대한 오류가 발생 될 수 있기 때문이다.

4.4 안전기술 협력체계의 강화

 전기철도 전원공급설비의 안전확보를 위해서는 각자가 속한 분야 뿐 아니라 그와 연관된 많은 분야의 기술을 습득하고, 변화에 대처할 수 있는 입체사고를 갖는 것이 중요하다. 아울러 입체사고를 갖는 의식의 변화와 함께 중요한 것은 방향의 통일일 것이다. 한사람의 변화로 되는 것이 아니고 또한 여러 사람이 움직인다고 반드시 나아지는 것도 아니다. 요는 방향이 같아야 할 것이다. 개개인의 힘은 약할지라도 힘의 방향, 즉 백터가 통일되면 엄청난 위력을 발휘하듯이 연구소, 교육기관, 현업들간의 안전기술의 확보하기 위해 힘을 모으는 협력체계가 보다 더 실질적으로 구축되어지도록 하는 연계강화에 역점을 두어야 할 것이다. 또한 "문제와 답이 같이 있는 곳이 현장이다."라는 말과 같이 사고나 장애가 있는 곳도 현장이고 그 답을 찾을 수 있는 곳도 현장이다. 전기철도 안전기술은 현장실태나 현장에서 직접 보수관리를 하고있는 종사자 개개인의 경험(지식이나 노하우)을 체계적으로 발굴, 조사, 연구, 지원하여 문제해결방법을 찾고 이것을 조직내부의 보편적 지식으로 공유하고 공유지식의 활용을 통해 안전성을 확보하여야 할 필요가 있다.

5. 결  론

 전기철도 전원공급설비의 사고 및 장애를 사전에 예방하기 위해서는 단기적인 대책보다는 보다 근본적인 중장기대책이 필요하며 이를 위해서는 기술인력의 저변확대와 수요중심의 연구와 기초기술력의 보강, 교육훈련을 통하여 문제해결을 위한 지적능력을 향상시키면서 연구소, 교육기관, 현업이 안전기술의 확보를 위한 합력체계를 이루어야 할 것이다.
 이러한 안전기술의 확보와 발전은 도입된 외국시스템에 대해서는 우리의 환경과 실정에 맞도록 개선하여 전원공급 설비의 사고 및 장애를 사전에 예방함으로써 이용고객의 불신감을 해소하고 장기적으로는 이러한 기술력을 바탕으로 우리 손으로 개발한 시스템을 가지고 세계시장에서 경쟁하며 그 우수성을 인정받아 우리의 기술을 수출할 수 있도록 하여야 할 것이다.