인도 열차 충돌 및 탈선사고 발생, 철도차량의 사고의 특징과 안전기술은 무엇인가?

BGM : [AION OST] The Tower Of Eternity - 10 보이지 않는 슬픔 (Forgotten Sorrow - English Ver.)

https://youtu.be/2R_K0rKi2Nc

이 뉴스 속보를 본 필자는 큰 슬픔에 젖을 수밖에 없었다. 인도에서 발생한 철도 충돌사고에 희생되신 분들의 명복을 빈다. 부디 많은 분들이 구조되어 삶을 영위해 가시기를 바란다. 필자는 인도 열차 충돌사고와 관련하여 왜 철도차량의 충돌사고의 심각성과 안전장치의 중요성을 포스팅하고자 한다.

 

PS. 공학적인 설명은 최대한 자제하겠다. 

 

이미지 출처 : livemint, https://www.livemint.com/news/india/what-is-kavach-in-indian-railways-how-does-it-prevent-odisha-train-accidents-explained-11685768577019.html

인도 오디샤주 대규모 열차 충돌 및 탈선 사고가 발생하다.

현지시각 6월 2일 인도 오디샤주에서는 대규모 열차 충돌사고와 탈선 사고가 발생하였다. 현재 집계된 사망자만 288명이며 이는 계속 늘어날 가능성이 높다. 부상자는 900여 명에 달하며 이 역시 계속 늘어날 가능성이 높다. 현재 수백 명이 객차 안에 갇혀있는 상황이니 더더욱 위험한 상황이다.

 

NDTV 등 인도 매체와 외신에 따르면 이날 오후 7시께 오디샤주 주도 부바네스와르에서 약 170km 떨어진 발라소레 지역 바항가 바자르역 인근에서 열차 세 대가 잇따라 충돌했다.

아미타브 샤르마 철도부 대변인은 사고 열차 중 한 대의 객차 10∼12량이 먼저 탈선하면서 인접 선로로 넘어졌고, 해당 선로를 이용해 반대편에서 오던 다른 여객 열차가 이에 부딪혔다고 말했다. 이로 인해 두 번째 열차의 객차 3량가량도 탈선했다.

이미지 출처 : 연합뉴스

 

인도 모디 총리는 자신의 트위터를 통하여 비통한 심정을 표현하였으며 인도 오디샤주는 6월 3일을 애도의 날로 지정하였다.

 

나렌드라 모디 인도 총리의 트위터. 부디 많은 인도 분들이 삶을 영위할 수 있도록 꼭 구출되기를 바란다

 

<참고 사이트 : 연합뉴스, 인도서 열차 탈선 충돌 '최악 참사'…"사망자 최소 288명"(종합3보), 2023.06.03, https://n.news.naver.com/mnews/article/001/0013980505?rc=N&ntype=RANKING >

인도서 열차 탈선 충돌 '최악 참사'…"사망자 최소 288명"(종합3보)

빈도수와 치명률이란?

보통 운송 체계의 사고는 다음과 같은 지표로 분석을 한다. 바로 빈도수(Frequency)와 치명률(Critical)이다. 빈도수는 말 그대로 충돌 사고가 발생하는 횟수를 말한다. 그리고 얼마나 자주 발생하는 가를 비율로 표현하기도 한다. 치명률이란 충돌 사고의 결과, 인적·물적 피해가 얼마나 심각한 가를 보여주는 척도이다.

 

자동차의 충돌사고는 정말 자주 일어난다. 그래서 언론에서는 자동차의 충돌사고는 x 중 추돌사고 등 대형 사고가 아닌 이상 보도가 잘 되지 않는다. 실제로 사고가 발생했더라도 인적·물적 피해가 크지 않은 경우도 많다. 그러나 철도와 항공은 다르다. 철도와 항공은 사고가 발생할 확률은 낮다. 그러나 한 번 사고가 발생하면 인적·물적 피해가 상당히 크다. 이를 치명률이라고 부른다. 즉, 한 번 사고가 발생하면 그 피해의 규모가 매우 크고 심각해지는 정도를 일컫는다. 가장 큰 치명률을 갖고 있는 운송 수단은 항공이고 그다음이 철도이다.

 

그래서 철도사고의 경우 언론에서는 대서특필로 보도한다. 일단 철도사고가 발생하면 해당 철도에 탑승한 시민과 차량의 피해가 가장 큰 문제이고 두 번째 큰 문제는 해당 선로를 운영하는 철도 시스템이 운영을 중단해야 한다. 따라서, 일단 사고가 발생하면 신속히 사고 현장을 수습해야 한다. 그래야 사고로 인하여 부상당한 시민들을 신속히 치료할 수 있을 뿐만 아니라 철도 시스템을 빠르게 재가동시킬 수 있기 때문이다. 철도가 운영되지 않음으로써 발생하는 잠재적 피해는 출퇴근과 일상을 살아가시는 국민들의 발이 묶인다는 것이다. 또한, 철도로 운송하는 물류도 막히게 된다. 이로 인한 피해는 추산하기도 어렵다.

 

그래서 대한민국 국토교통부에서는 2006년 항공철도사고조사위원회를 출범하고 항공과 철도 사고가 발생 시 조사를 실시하며 보고서와 함께 철도 운영처인 코레일, SR 등에 시정 조치를 명령한다. 아래의 사이트는 국토교통부 항공철도사고조사위원회의 홈페이지이다.

 

<참고 사이트 : 국토교통부 항공철도사고조사위원회, https://araib.molit.go.kr/intro.do >

국토교통부 항공철도사고조사위원회에 오신걸 환영합니다.

그럼 왜 철도 충돌사고가 위험한가?

철도 충돌사고가 위험한 이유는 충돌에너지가 어마 무시하기 때문이다. 잠시 우리는 물리 시간으로 돌아갈 것이다. 철도의 운동에너지를 E라고 하면 다음과 같은 식이 성립된다. 그럼 이 충돌에너지는 어떻게 되는가? 바로 철도차량을 파손시키는 소성변형에너지로 변한다. 즉, 이렇게 정의할 수 있다. 즉, 철도의 운동에너지(중앙항)와 철도차량의 소성변형에너지(우항)와의 관계이다.

 

여기서 E는 에너지, m은 질량, v는 속도이다. F는 하중(힘), d는 변위(displacement 혹은 stroke라고 표현한다)

철도차량은 편성단위로 움직인다. 즉, 여러 대의 차량이 한 개의 단위로 움직이기 때문에 중량은 차량의 대수만큼 증가한다. 대한민국 1~8호선 중전철 기준 평균 차량 1대당 공차중량이 33톤이며 승객을 만석으로 태우면 약 40톤이 된다. 이 차량을 10량 1 편성으로 운영한다면 1개 편성당 중전철의 중량은 최대 400톤이다. 얼마나 큰 충격일지 감이 잡히는가? 게다가 운동에너지는 속도의 제곱에 비례하여 증가한다. 속도가 증가할수록 운동에너지는 기하급수적으로 증가한다. 

 

 <참고 사이트 : 이투뉴스, 도시철도, 에너지절감 위해 '무게와의 전쟁', 2007.02.15, http://www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=10575>

도시철도, 에너지절감 위해 '무게와의 전쟁' - ::: 글로벌 녹색성장 미디어 - 이투뉴스

그럼 탈선은 왜 일어나는가?

탈선이 일어나는 이유는 여러 가지 원인이 있지만 가장 큰 이유는 철도차량의 충돌사고 후 대차가 공중으로 뜨는 현상 때문이다. 대차가 공중에 뜨는 현상은 다음 세 가지 원인이 존재한다.

 

첫 째, 철도차량의 센터실(Centersill, 자동차로 따지면 섀시와 같은 개념이다.)의 높이 차이 때문이다. 이 높이 차는 철도 대차의 휠의 높낮이로 발생할 수 있다. 연식이 오래된 철도차량일수록 휠이 마모되어 높이가 점차 낮아지기 때문이다.

 

둘 째, 철도차량의 종류와 연식 그리고 편성 단위에 따라 센터실의 강도가 다르다. 센터실의 강도가 다르면 상대적으로 강도가 약한 쪽이 아래로 깔려 들어가고 강한 쪽이 위로 타오르는 현상이 발생한다. 이를 철도에서는 타오름 현상(Climbing) 자동차에서는 언더 라이딩(Under Riding)이라고 한다.

 

셋 째, 철로에 대형 장애물이 존재할 때 발생한다.

 

아래 포스팅은 필자가 안전한 차를 고르는 방법에서 타오름 현상과 언더 라이딩에 대한 설명을 한 내용이다. 참고 바란다.

 

https://gbcbaby.tistory.com/18

안전한 차 찾는 방법

타오름 현상이 발생하면 이렇게 차량을 깔고 올라간다. 이 사고가 가장 치명적이다.

즉, 차량이 타고 올라가서 타오름 현상이 발생하거나 탈선이 발생하는 것이다. 이를 우리는 2차 사고라고 정의한다. 즉, 철도차량의 충돌사고가 발생한 후에 남아있는 운동에너지가 그 다음 단계로 발전하여 발생하는 사고이기 때문에 그러하다. 

충돌사고를 방지할 수는 없는가?

충돌사고를 미연에 방지하는 기술을 우리는 액티브 세이프티(Active Safety)라고 정의한다. 가장 쉬운 예시로는 신호등이 있다. 우리가 빨간불일 때 차로를 건너가지 않는 것처럼 철도 역시 신호 체계를 가지고 있으며 이를 아주 정교하게 시스템을 구축하는 것이다. 그리고 액티브 세이프티는 자율주행 기술과 접목하여 더욱 더 시스템이 강화되고 있는 추세이다. 대한민국을 예로 들면 신분당선이 있다. 신분당선은 대한민국 최초로 기관사가 없이 무인 자율주행 기술로 운영되고 있다. 사실 철도는 주행하는 노선이 고정되어 있으므로 자율주행 기술을 도입하기 아주 적합하다.

 

<참고 사이트 : 신분당선, https://www.shinbundang.co.kr/dxline/dxline7.jsp >

https://www.shinbundang.co.kr/dxline/dxline7.jsp

이웃 나라 일본은 이러한 액티브 세이프티를 극한으로 끌어올린 철도 시스템으로 유명하다. 이들의 생각은 간단하다. '사고가 발생할 확률을 아예 0%로 만들어 버리겠다.' 이다. 이를 실천하는 방법은 '신호체계 시스템과 철도 차량 및 선로의 유지 보수의 끊임 없는 노력과 철도 인력의 훈련'이다. 즉, 철도 운영 관련 안전 시스템을 끊임 없이 연구하고 개혁한다. 이들은 안전을 최우선의 가치로 여긴다. 그래서 일본은 이와 반대되는 개념인 패시브 세이프티는 전혀 고려하고 있지 않다.

<참고 사이트 : 일본 고속철 인재형 안전사고 '0' 비결은?, 2018.12.11, https://www.yna.co.kr/view/MYH20181211000900038 >

일본 고속철 인재형 안전사고 '0' 비결은? | 연합뉴스

충돌사고가 발생하는 상황에서 안전을 도모하는 기술도 있다.

액티브 세이프티와 반대되는 개념도 존재한다. 바로 패시브 세이프티(Passive Safety)라고 부른다. 이는 철도차량이 충돌사고가 발생하는 상황에서 충돌에너지를 흡수하는 장치를 철도차량에 장착하는 개념이다. 즉, 사고가 발생하더라도 충격을 흡수하여 철도차량에 탑승하고 있는 승객과 기관사 그리고 철도차량을 보호하는 것이다. 자동차로 말하면 소위 범퍼와 크럼플 존(Crumple zone)을 만드는 것이다. 사고가 발생했을 때 충격을 흡수하는 구조와 장치가 소성변형하여 충격을 흡수한다.

 

주요 부품으로는 연결장치(Coupler, 전두 및 중간연결기), 타오름 방지장치(Anti-climber), 에너지흡수장치(Energy Absorption Device) 등이 있다. 그리고 철로에 존재할 수 있는 소형 장애물을 제거하는 장애물제거기(Obstacle Deflector or Cowcatcher)가 있다. 

 

아래의 사진은 현대로템주식회사의 과천안산선 신조전동차이다. 필자가 위에 명시한 장치가 모두 적용되어 있다.(장애물제거기의 경우, 복선전철인 경우에만 해당한다.) 이는 (주)다원시스와 (주)우진산전의 철도차량도 마찬가지이다. 연결장치에도 충격을 흡수하는 부품이 포함되어 있다. 타오름 방지장치 역시 충격을 흡수하는 기능을 수행한다. 장애물제거기의 경우 소형 장애물과의 충돌 시 충격을 흡수하도록 설계되어 있다. 그리고 이러한 장치는 2012년 철도안전법이 개정되면서 대한민국에서는 의무사항이 되었다.(이러한 장치는 본래 존재하였지만 충돌사고 시 에너지흡수기능은 법규에 없었다.)

이미지 출처 : 현대로템주식회사 블로그, 필자가 장치를 설명하기 위하여 편집하였다. https://blog.hyundai-rotem.co.kr/435

<참고 사이트 : 국토교통부 입법예고·행정예고, 철도안전법 일부개정 법률(안) 입법예고, 2012.6.11~6.26, https://www.molit.go.kr/mtc/USR/law/m_37141/dtl.jsp?r_id=2892 >

입법예고·행정예고 | 대도시권광역교통위원회

그러나 충돌에너지를 흡수하는 장치를 장착했다고 해서 모든 충돌사고에서 안전한 것은 아니다. 이 점을 꼭 유의하기 바란다. 자동차가 시속 100km/h 이상 과속하는 상태에서 충돌사고가 발생할 경우, 자동차 제조사가 안전을 보증하지 않는 것과 같은 논리다.

철도는 시민과 산업 물류를 운송하는 매우 중요한 교통 체계이다.

그렇다. 철도는 시민의 발이 되어준다. 그리고 산업 물류를 운송하여 대한민국 산업이 활기차게 돌아갈 수 있도록 하는 중요한 역할을 담당한다. 그래서 철도는 국가 산업으로 분류된다. 이러한 특징으로 인하여 철도 산업은 국가의 보호를 받는다. 유사시에 모든 부품과 생산 라인을 국가 내에 존재해야 지속적으로 부품을 수급하여 철도 운송 시스템을 이용하여 물자와 시민을 이동시킬 수 있기 때문이다. 전쟁이 발생했을 때 적국의 타격 1순위 안에 들어가는 시설이 바로 철도 시설임을 우리는 잊어서는 안 된다.

 

그렇기에 더더욱 철도 운송 시스템은 안전해야 한다. 부디 인도의 철도 사고 재앙이 하루빨리 복구되기를 희망하며 앞으로 이러한 재난이 없어지는 날이 오기를 희망한다.