객차전원공급장치

• Head-end power (HEP) / Zugsammelschiene

개요

추진 동력 중 일부를 서비스 전원 발전에 사용하여 객차에 전원을 공급하는 장치. 이름에서 알 수 있듯이 객차를 견인하는 기관차에 장착되는 장치이며 객차를 이고 다니는 동차는 해당 사항이 없다.

디젤기관차는 주 엔진의 회전축을 소형 발전기에 연결하거나, 전동기 공급 전력 일부를 변환하여 객차에 공급한다. 전기기관차는 전차선에서 공급받는 전력 중 일부를 객차 전원용으로 변환하여 객차에 공급한다. 필요에 따라서는 소형 엔진을 별도로 장착해 객차 전원 발전용으로 사용하기도 한다.

구조

기계식

• 보조 엔진

  기관차 측에 서비스 전원 발전을 담당하는 별도의 소형 엔진과 발전기를 따로 설치하는 방식으로, 차량이나 항공기, 선박 등에서 말하는 APU(auxiliary power unit)와 같은 방식이다. 별도의 엔진을 사용하기 때문에 주 엔진의 가동 상태에 관계없이 안정적인 전력 공급이 가능하나, 별도의 모듈을 설치하기 때문에 추가적인 부피 및 중량 부담이 발생하고, 추가 정비소요가 생기는 단점이 있다. 과거 PP동차가 이 방식을 사용하여 전력공급을 하였다.

• 공축 발전기

  기관차의 주 기관의 축에 연동되는 서비스 전원용 발전기를 붙이는 방식이다. 구조적으로 단순하다는 점이 장점이지만 전원공급을 위해 차량이 정차중이라도 상시 주기관을 가동시켜야 하는데다, 소요전력량이 많다면 상대적으로 고회전 운전을 계속 시켜야 해서 연비나 소음진동 면에서 단점이 많다. 국내에서는 7000호대 디젤기관차에 도입했다가 소음, 진동으로 폐지하였다.

• 전동발전기(MG)

  인버터 도입 이전 전기차량에서 사용했던 방식으로, 보조엔진 방식에서 엔진 대신 전동기를 연결해둔 것이다. 그러나 기계부착이 늘어나는 등 구조적으로 낭비가 심하고 기계구동을 전제로 하는 장비이기 때문에 윤활유 투입 등 유지보수 소요가 많아, 현대 전기차량에는 인버터를 설치하여 공급한다.

인버터

전기차량의 경우는 엔진이 없는데다 보조 엔진과 같이 거추장스러운 장비를 다는 것이 불합리하기 때문에, 전차선 등으로 공급받는 고압 전원을 서비스 전원으로 변환하는 장치를 탑재하여 각 차량에 공급하기도 한다. 이런 이유로 사용하는 것이 전동발전기 또는 인버터이다.

반도체 소자를 사용해 전류를 변환할 수 있는 정지형 인버터(SIV : Static Inverter)가 개발되어 이후 널리 보급되었다. 근래에는 기술의 발전으로 디젤-전기기관차에서도 인버터가 사용되기도 한다. 이는 기관차의 주 기관에서 발생시킨 전력을 구동모터 이외에 서비스 전원용 인버터에 배분하여 여기에서 객차전원을 공급하는 식으로 구성이 된다.

국내에서의 사용

철도청에서는 7000호대 디젤기관차에 최초로 HEP를 도입한 바 있으나, 고정 기어비로 인해 영업 운전 내내 객차 전원을 유지하려면 엔진 출력을 100%로 유지해야 했고 연료 소비는 둘째치더라도 시끄러운 엔진 소음을 역 구내에서도 계속 유지해야 했다. 여기에 학을 뗀 코레일은 7000호대에서 HEP를 전량 탈거했고, 이후 도입되는 디젤기관차에는 HEP를 일절 설치하지 않고 별도로 객실 전원 공급을 위해 발전차를 연결하여 운용했다.

전기기관차의 경우 8000호대는 산업선 화물 견인용이었기 때문에 HEP가 고려되지 않았고, 8100호대는 시범 운용에 가까웠기 때문에 역시 HEP가 도입되지 않았다. 8100호대의 개선판인 8200호대부터 HEP를 장착하여 가동했으나, 초기 운용에서 전차선 배전 불량으로 작동되지 않는 경우가 많아 발전차를 따로 달고다니곤 했다. 8500호대는 화물 견인을 염두에 두고 있기 때문에 HEP를 달지 않았다.

가끔 리퍼(냉장·냉동) 컨테이너에 전원을 공급하기 위해 전용 화차와 8100·8200호대가 편성된 컨테이너 열차를 볼 수 있다.

국외 사례

독일에서는 과도기적인 장비로 Zugvorheizanlage를 운용했는 데, 이는 항공기가 지상에 주기할 때 외부 전원을 공급 받는 것 처럼 역에서 대기할때 외부 전원을 연결해 냉난방을 하는 시스템이었다.(위키백과:de:Zugvorheizanlage)