연동장치

연동장치(連動装置, 영어: interlocking)는 기계적, 전기적 또는 소프트웨어적으로 신호 제어 설비를 상호 연쇄하여 동작시키는 장치를 말한다.

개요

연동장치는 열차 또는 차량을 안전, 신속하게 운행할 수 있도록 신호기, 선로 전환기, 궤도 회로 등을 연쇄 동작시키는 장치를 말한다. 철도역, 특히 운전 취급이 있는 역에는 수많은 선로전환기들이 존재하여 서로 얽혀있는데, 이들이 열차가 통행하거나 입환으로 차량이 이동할 경우에 서로 충돌하거나 진로를 지장하는 등의 모순된 동작을 하지 않도록 하며, 또한 취급 순서를 잘못 하거나 아예 잘못된 취급을 하더라도 이로 인해서 위험이 발생하지 않도록, 안전측 동작(fail-safe)을 하도록 하는 일련의 장치를 말한다.

예를 들어서 평면교차가 발생하는 상봉역이나 구로역, 용산역 같은 분기역 내지 삼각선 설치역에서, 맞은편 선로를 건너가는 방향의 신호를 내었을 경우에 반대편에서 오는 열차는 진로의 지장을 받게 된다. 이 경우 양쪽 열차에게 모두 진행 신호를 현시한다면 충돌이 발생하게 될 것이다. 연동장치는 이러한 모순된 신호 등의 취급이 있을 경우에 여기에 연동하여 조작을 잠그는 역할을 하는 것을 말한다.

어떤 취급이 정당한 것인지, 아니면 위험하거나 모순된 것인지는 이른바 동작 논리에 의해 판단을 하게 된다. 이러한 동작 논리를 종합해 표현한 것을 연동도표라고 부르며, 연동도표에는 역의 배선도와 각각의 분기기 및 신호기의 호칭, 그리고 이들의 연동관계가 서술되어 있다.

분류

취급방식에 따라

지금은 대부분 이렇게 분류하지 않지만, 과거에는 한 곳에서 집약하느냐, 개별적으로 분산하느냐에 따라 구분하는 방식이 있었다. 이걸 아래의 동작방식과 연결해서 1종 전기연동, 2종 기계연동 등으로 부르기도 한다.

• 제1종 연동장치 : 신호기와 전철기의 연쇄동작을 집중해서 하는 장치. 신호취급실 등에 모든 조작설비가 집중되어 있는 방식을 말한다. 지금은 당연히 이 형태가 기본.
• 제2종 연동장치 : 신호기와 전철기의 연쇄동작을 분산해서 하는 장치. 통상적으로 신호는 집중해서 취급하지만, 전철기의 동작은 개별 분기기에서 실시하는 방식을 말한다. 과거의 소규모 역에서는 이런 방식이 종종 사용되었다.
• 제3종 연동장치 : 1종 및 2종 어디에도 속하지 않는 연동장치.

동작방식에 따라

연동장치는 각각의 장치를 쇄정하는 방법에 따라서 다음과 같이 나뉜다.

• 기계연동장치
  

  기계연동장치는 극히 초기부터 적용된 것으로, 캠, 핀, 블록, 빗장과 같은 기계요소 결합에 의해 쇄정을 실시하는 것을 말한다. 동작은 당연히 사람이 완목신호기나 선로전환기를 동작시키는 힘에 의해서 하게 된다. 재래식의 신호와 선로전환기는 동작을 위해서 막대나 와이어가 연결되어 있는데, 여기에 소정 조건이 맞춰지지 않으면 동작하지 않도록 서로 맞물리는 블록이나 빗장을 개입시켜 구성하게 된다.

  기술적으로 매우 단순하지만, 기계장치이기 때문에 윤활유를 공급하고, 와이어 등의 텐션이 정상적인지 등 마모상태를 관리해야 하며, 구성 논리도 매우 단순한 수준, 즉 전철기가 맞게 되어 있지 않으면 신호기가 동작하지 않도록 하는 정도에 그치고, 신호기의 숫자 또한 3~4개 정도만 사용하는 정도에 머무른다. 다만, 과거 대규모 철도를 사용하는 곳에서는 기계식 계산기에 가까운 복잡한 연동논리부를 가지고, 이를 기초로 공압이나 전기장치와 연동하여 구내의 선로전환기를 제어하는 것도 존재한다.

• 전기연동장치
  

  기계연동장치는 매우 까다로운 장치인데다, 대규모의 구내에서는 매우 번잡하고 쓰기 어려운 약점이 있었다. 따라서, 이를 해소하기 위해서 연동 논리와 동작을 전동기나 계전기(릴레이) 등에 의해서 실시하도록 만들어진 장치가 전기연동장치이다. 전기연동장치는 기존의 기계연동장치와 달리 각각의 선로전환기, 신호기를 동작시키는 각각의 스위치(압구 내지 정자)를 하나의 조작반에 집약해 설치하며, 여기에서 로컬관제원이 각각의 스위치를 취급하여 동작하게 된다.

  전기연동장치는 기계연동장치에 비해서 더 광범위한 논리설정이 가능하고, 기계적인 유지보수가 대폭 절감되며, 넓은 구내에 대해서 적용하는데도 부담이 적지만, 연동논리를 구성하기 위해서 복잡한 배선과 회로를 변경해야만 하는 부담이 존재한다. 또한, 공간소요과 전력 소모 또한 상당하며, 현대적인 원격제어 및 모니터링도 어렵다는 약점이 있다.

  전기연동장치는 출발점과 도착점의 각 스위치를 동시에 눌러 진로와 신호를 구성하는 진로선별식, 각각의 진로별 스위치를 누름으로서 진로와 신호를 형성하는 진로정자식, 선로전환기와 신호 스위치를 개별적으로 취급하여 최종적으로 진로와 신호를 구성하는 단독정자식으로 구분된다.

• 전자연동장치
  

  전자연동장치는 전기연동장치의 논리부 및 제어부를 컴퓨터화 한 것을 말한다. 즉, 제어 장치 전반이 컴퓨터화되어 있으며, 여기서 나간 전기적 신호에 의해서 계전기를 동작해 각각의 선로전환기, 신호기를 가동시키게 된다.

  전기연동장치에 비해 컴팩트하고, 비용면에서 유리하며, 원격제어와 모니터링, 로깅이 용히하다는 장점이 있다. 또한 설치나 수리, 개량시에도 소프트웨어를 별도로 개량해 적용하거나, 아예 모듈 단위로 교체를 하는 방식을 적용할 수 있어, 근래에는 거의 대부분의 역 등에는 전자연동장치를 기본으로 하고 있다.

  물론, PC등과 같은 범용기술을 쓰기 때문에 PC 등이 가지는 보안 문제를 그대로 가지고 있다거나, 극단적인 환경에서는 동작을 보증하기 어렵다는 단점은 있지만, 이건 예방 가능하거나 워낙 극단적인 경우라서 그리 문제가 되지는 않는 듯 하다.

연동논리

전자연동장치 소개 및 연동장치 기본 원리

연동장치의 동작은 기본적으로 일정한 논리식에 의해 이루어진다. 즉, A라는 조건이 이루어지면 B가 동작하는 식의 구성이 기본이 된다. 이하의 연동논리들은 그 기본이 되는 동작논리들의 예시이다.

• 쇄정과 해정

  쇄정(鎖錠)은 신호기 또는 선로전환기 등이 임의로 동작하지 않도록 하는 것을 말한다. 비정상적인 취급을 하려고 시도하더라도 동작하지 않게 고정(lock)된 것을 쇄정이라 하고, 반대로 쇄정 동작의 이유가 없어져서 동작이 가능하도록 되는 것을 해정이라고 한다. 이 쇄정을 어떤 수단으로 걸고 푸는지를 가지고 연동장치의 종류를 구분한다.

• 철사쇄정(撤査鎖錠)

  가장 기본적인 쇄정 동작으로, 열차가 분기기 위를 통과하는 중에 도중전환이 되지 않도록 쇄정하는 것을 의미한다. 즉, 진로가 구성이 되어 있다면 각각의 분기기는 쇄정되며, 열차가 완전히 통과하여 궤도회로의 점유가 해제되면 해정된다. 철사라는 이름이 붙게 된건, 분기기에 부대하여 철도차량 차륜의 플런지에 의해 눌려서 차량 존재를 검지하는 철사간(撤査桿)이라는 장치에 의해 동작하기에 그런 것으로, 철사(wire)와 관련이 있는 것이 아니다.

• 조사쇄정(調査鎖錠)

  흔히 오버랩(Overlap)이라고 부르기도 한다. 장내신호에 따른 진로를 취급할때 열차가 정지위치를 넘어 과주할 경우를 감안하여 출발신호기의 앞쪽으로 일정한 과주여유거리(약 150~200m)를 확보할 수 있도록 선로전환기 등을 안전측으로 개통하여 진로를 확보하여 쇄정하는 것을 의미한다. 이 연동조건 때문에 역에서 열차의 동시착발이 제한되는 경우가 종종 발생하게 되며, 이를 극복하기 위해서 유도신호 같은 방법을 사용하기도 한다.

• 진로쇄정(進路鎖錠) 및 진로구분쇄정(進路區分鎖錠)

  진로쇄정은 신호를 취급하거나 입환신호를 취급했을때, 해당 신호에 따른 진로 내의 궤도회로를 쇄정하여 열차가 진행하는 동안 쇄정 상태를 유지하며, 진로의 종단을 통과했을 때 이를 해정하는 것을 의미한다. 반면 진로구분쇄정은 진로 내의 구분된 궤도회로 단위로 해정을 진행하는 것을 의미한다.

• 접근쇄정(接近鎖錠)

  열차가 역 근처에 도달하였을 때, 어떤 사정이 생겨서 역에서 장내 신호기를 갑작스레 정지로 바꿨을 경우, 열차가 제대로 멈추지 못하거나 해서 신호모진을 일으킬 위험이 생긴다. 따라서 이 경우에 관계되는 선로전환기들이나 신호기들이 해정되지 않고 쇄정상태를 일정시간동안 유지하는 것을 말한다. 만일 열차가 그대로 신호를 넘어서 진입하게 되면 해정 동작을 하게 된다.

• 보류쇄정(保留鎖錠)

  접근쇄정과 유사하지만, 출발 신호나 입환 표지를 일단 현시했다가 취소하는 경우 열차가 이를 오인하고 움직이게 되면 역시 신호모진의 위험이 있기 때문에, 이 경우에도 일정시간동안 관련 선로전환기와 신호기들이 쇄정된 상태를 유지해야만 하는데, 이를 보류쇄정이라고 한다.

• 표시쇄정(表示鎖錠)

  신호기가 정지 현시 상태로 전환되지 않는 경우에 각각의 진로를 그대로 쇄정해 두는 것을 말한다.

• 시간쇄정(時間鎖錠)

  신호기 등 취급으로 진로가 설정되어 여기에 열차가 진입했을 때, 이 도착 후 일정시간이 경과되기 전까지는 전환할 수 없도록 쇄정하는 것을 말한다.