절연구간

절연구간 (絶緣區間)
Dead sector
사구간(死區間)

1호선 지하 청량리역과 회기역 사이의 절연구간을 통과하는 전동차. 약 40초 부근에서 절연구간이 시작된다.

의미

전철에 사용되는 전기의 특성이 다르거나 변전소 등의 구간을 통과할 때 잠시 열차의 전원을 내리고 관성으로 진행하는 구간을 말한다. 과거에는 dead section을 직역하여 사구간(死區間)이라고 부르기도 했으나, 죽는다는 뜻의 글자를 쓰는 것을 꺼려하여 지금의 절연구간으로 표현을 바꾸게 되었다.

전기 특성

직류

현재 우리나라의 도시철도 대부분은 1,500V의 직류전기를 공급한다. 직류전기는 특성상 전류가 한 방향으로만 흐르므로 전동차의 전기 관련 부품의 구조가 단순하고 가격도 교류 전동차에 비해 저렴한 편이다. 보통 보조전원장치, 보조정류기, 기본적인 하부기기 및 주 제어장치 등으로 전기 부품이 구성된다. 직류는 고압송전이 불가능해 변전소 당 급전 가능한 거리가 짧고 따라서 연선에 다수의 변전소를 두어야 하는 단점이 있어 도시철도 이외에 장거리를 이동하는 광역전철이나 일반 철도에는 적합하지 않지만, 그 대신 별도로 급전구간을 구획하지 않아도 문제가 없기 때문에 도중에 절연구간이 따로 생기지 않는다. 물론 유지보수나 고장시 대책 차원에서 급전구간을 구분짓는 구분소는 존재하긴 하지만 평시에 쓰이지는 않는다.

교류

현재 우리나라의 광역철도와 일반 철도에는 25,000V의 교류전기가 공급된다. 주파수는 60Hz이며 이는 1초에 60번 진동하면서 전압의 방향이 바뀐다. 직류에 비해 전동차에 요구되는 장치가 훨씬 복잡한 편이며 차량 가격도 직류에 비해 비싸다. 하지만 고압송전에 용이해 장거리 이동이 필요한 광역철도와 일반 철도에는 적합한 방식이다. 직류에 비해 변전소나 급전소의 간격이 훨씬 넓어 직류에 비해 건설비는 저렴한 편이다.

참고로 수도권 전철 4호선의 과천선 구간과 분당선은 대부분 지하로 이뤄진 도시철도에 가까운 형태이지만 직류를 사용하지 않고 교류를 공급하는 특징이 있다. 이때문에 생긴 병크가 바로 지하구간임에도 교류를 고집한 과천선의 마지막 역인 선바위역과 직류를 사용하는 남태령역 사이에 절연구간 + 꽈배기굴 이라는 전무후무한 돈지랄이다.

절연구간 종류

교류-직류

교류와 직류를 사용하는 구간 사이에 설치된 절연구간. 직류는 한 방향으로만 흐르는 전기이고, 교류는 주파수에 따라 전압의 방향이 바뀌는 전기이다. 따라서 두 전기는 특성이 달라서 해당구간을 운행하는 전동차는 반드시 직류-교류 컨버터를 구비해야하고, 전기적 특성이 변하는 구간을 통과시 잠시 전원을 내리고 컨버터를 조작해 직류 또는 교류에 맞춰 열차의 동력장치를 전환한다.

일본어 切り替え(키리카에. 변경, 전환이라는 뜻)를 직역해서 교직절환(切替)이라고도 한다.

해당 구간을 통과할 때 당연히 객실 전원도 다 내려간 상태지만 축전기에 모아놓은 전기를 사용하여 최소한의 조명은 유지하는 정도로 절연구간을 통과한다. 전철을 타고 직-교 절연구간을 통과시 잠시 객실 조명이 어두워지는 이유이다. 실제로는 전동차 자체에 아무런 외부 전원이 공급되지 않고 오로지 달려오던 관성으로 절연구간 통과후 컨버터가 변환되어 직류 또는 교류 전기를 받아들이면서 다시 전원이 회복되고 객실 조명이 정상적으로 돌아온다.

• 남영역 - 지하 서울역 구간
• 회기역 - 지하 청량리역 구간
• 선바위역 - 남태령역 구간

위 구간은 공통적으로 한국철도공사와 서울메트로의 교차점이다. 서울메트로는 도시철도라서 직류를 사용하고, 한국철도공사는 광역철도라서 교류를 사용하며 해당 구간은 모두 직결운행이다. 따라서 이 구간을 운행하는 열차들은 모두 직류-교류 컨버터 등 전기전환 장치를 갖추고 있다. 4호선 서울메트로 소속 일부 전동차는 직류 전용으로 도입되어 남태령 이남으로는 운행이 불가능해 당고개역에서 사당역까지만 운행하고 회차한다.

교류-교류

변전소 앞이나 변전소간에 이상(異相)의 전기를 구분하기 위하여 설치. 해당 구간은 직류-교류 구간에 비해 비교적 절연구간 길이가 짧아서 통과시 인지하지 못하는 경우가 많다. 하지만 같은 전기를 사용하더라도 전압이 약간은 차이가 나고 주파수 대역이 달라질 수 있으므로 절연구간 통과시 전원을 내리는 데, 직-교 전환구간처럼 복잡한 절차는 거치지 않고 그저 동력만 잠시 단절시킨다. 모르고 절연구간을 동력이 살아있는 채로 통과하면 변전소에서 차단기가 내려가서 장치를 보호하지만, 재수없으면 전동기가 망가지는 일을 겪을 수 있다.

KTX나 누리로, HEP방식을 쓰는 전기기관차가 견인하는 열차를 타고 이동을 하다 보면 종종 마주칠 수 있는데 보통 실내 조명이 불안정해지거나 콘센트 전원이 순간 단절되는 현상을 겪으면 교-교 절연구간을 통과하고 있다고 생각하면 된다.

특수한 경우

• 경의선 용산 ~ 이촌 절연구간 (이설폐지)

  수도권 전철 경의중앙선 구간에는 지형적인 원인으로 절연구간이 존재했었다. 바로 용산역과 이촌역 사이 절연구간이다. 해당 구간은 한강대교 북단의 도로 아래로 통과하는 형태인데 굴다리의 높이가 너무 낮아서 전차선에 전기를 공급하면 전자기 유도로 인해 다리 구조물에 전기가 전도될 우려가 높으며 전동차의 팬터그래프 손상도 우려되어 어쩔수 없이 절연구간을 설치한 지역이다. 그런데 해당 구간의 곡선반경이 상당히 좁은 편이라 속도를 낼 수 없어 관성으로 진행하던 전동차가 가끔씩 멈춰서는 사고가 종종 발생했다.

  실제 해당 구간은 교교절연구간의 20미터나, 교직절연구간의 66미터를 뛰어넘는 110미터에 달하며, 이렇게 되면 단독으로는 탈출이 불가능하게 되어, 별도의 구원기가 필요하게 된다. 실제로 전동차가 이렇게 사고가 나 1시간 여가 불통된 사례가 존재한다.

  이 구간은 원강선 KTX 경유 구간으로 지정되면서 개선 계획이 새워졌으며, 가선을 일반용에서 터널용으로 교체하여 17년 6월 중순부터 가압이 실시되었으며, 이촌역 ~ 서빙고역 구간에 교교 절연구간이 신설되었다.

절연구간 설계지침

• 절연구간 통과시에는 전기차가 동력이 없는 상태로 타력으로 운행하여야 하기 때문에 타행운전을 원활히 하기 위하여 가급적 평탄지 또는 하구배 및 직선구간에 설치.

• 절연구간 적정위치 선정조건
  • 곡선반경 (R) = 800m 이상
  • 평지 또는 하구배
  • 상구배 5 ‰ 이내

• 절연구간 안전설비
  • 고속선 구간
    절연구간에서 ATC 불연속정보를 수신, 절연구간 표시램프가 점등되고, 주회로 차단기(VCB) 자동개방 및 투입.
  • 수도권 광역전철 및 산업선.
    절연구간 예고장치를 설치하여 절연구간 통과시 기관사에게 음성경고.
  • 경부선 및 호남선 전철화구간(KTX운행구간).
    GPS를 이용하여 절연구간 통과시 기관사에게 음성경고.