지난 10월 5일 전라선 KTX 개통 후 전북도민의 열차 이용이 크게 늘었다는 보도를 접하고, 좀 더 빨리 개통되었더라면 도민들의 생활이 좀 더 편했었겠다라는 생각과, 한편으로는 더욱 늘어난 이용율에 맞추어 더욱 안전하고 정확한 철도로 보답하여야겠다는 다짐을 하게 되었다.

전라선은 그 동안 단선으로 운행되었고, 전철화도 되어있지 않아서 전기철도의 변방에 있었으나, 이번 전라선 복선 전철화 사업 완료로 대부분 전기철도 차량이 운행하고, 열차 이용 편리성이 많이 향상되었다.

이제 전주역에서도 중간에 열차를 갈아타는 번거로움 없이 KTX를 타고 2시간 10분 이내에 서울에 갈 수 있게 되었다. 더욱이 내년에는 신호체계 개선 등으로 현재 150Km/h에 그치고 있는 속도를 230Km/h까지 낼 수 있도록 개선한다고 하니 더욱 기대가 되고 있다.

이러한 KTX는 어떠한 힘으로 20량, KTX-산천의 경우 10량을 시속 300Km/h로 달리게 하는 것일까. 이는 강력한 전동기의 힘이다. 우리 전라선에 투입된 KTX-산천에는 1100KW의 출력을 내는 견인전동기 8개가 사용된다.

대부분의 철도차량은 전동기로 바퀴를 돌려서 나아간다. 예전에는 우리가 학창시절 과학시간에 실험하곤 하였던 직류전동기를 사용하였다면, 요즘은 유도전동기를 사용한다. 쉽게 전동기를 구분하면, 직류전동기는 건전지와 같은 직류전기를 사용하고, 유도전동기는 우리 집에 들어오는 220V 전기와 같은 교류전기를 사용한다.

예전에 직류전동기를 사용했던 이유는 쉽게 전동기의 속도를 조절할 수 있었기 때문이었다. 하지만 직류전동기는 내부 회전체에 전기를 흘려보내야 하기 때문에 카본 브러시 등의 접촉 마찰이 수반되어 잦은 유지보수를 해주어야 하고 효율이 떨어지는 단점이 있다. 지금은 유도전동기의 속도제어를 효과적으로 할 수 있는 기술이 있기 때문에 효율이 높은 유도전동기를 채용할 수 있게 된 것이다.

유도전동기에 속도제어에는 IGBT라는 일종의 반도체(스위칭 트랜지스터)를 사용한다. 반도체 기술의 발전은 많은 산업의 효율을 높이고, 생활을 혁신적으로 바꾸고 있다. 이 중 철도차량에 쓰이고, 큰 전력을 제어하는 IGBT는 크기는 어른의 손바닥만한 반도체 소자이다.

라디오나 컴퓨터 기판에 꽂혀 있는 하나의 소자들에 비교하면 엄청나게 큰 것이다. 이 소자 여러개를 이용하여 유도전동기로 전기를 흘려보내어 회전하게 끔 하는 것이다.

위에서 스위칭 트랜지스터라 하였는데, 이는 극히 짧은 시간으로 전기를 흘려보냈다가 끊었다가 하여, 결과적으로는 전동기로 흐르는 전력을 변화시켜주는 트랜지스터를 말한다. 이를 전기용어로 펄스폭 변조(PWM)라고 한다. 우리 집안의 전등스위치는 계속 껐다 켰다를 순간적으로 반복하면 스파크가 일어나 불이 날지도 모른다.

그러나 IGBT는 대 전력을 극히 짧은 시간 간격으로 계속 스위칭 하여도 이상이 없다. 다만 열은 발생한다. KTX의 동력차 내부 장치를 구성하는 것은 이러한 열을 방출하는 냉각장치가 큰 부분을 차지한다.

이러한 유도전동기와 반도체 소자의 조합은 전동기를 돌리는 일 뿐만 아니라, KTX가 속도를 줄일 때는 전기를 생산하기도 한다. 전동기가 발전기 역할을 하는 것이다. 이 때 생성된 전기는 다시 전차선으로 보내져 다른 열차에 사용된다. 반도체의 역할은 KTX의 운행에 있어 이처럼 핵심적인 역할을 한다.

이제 다시 일상으로 돌아와 철도 안전에 대해 이야기해야 할 것 같다. 전철화로 인하여 변화된 것으로는 25,000V의 특고압 전차선이 전 선로에 설치되었다는 점, 그리고 전기차 운행으로 열차가 접근하는 소리가 잘 들리지 않는다는 점이다.

오래전에 일어났던 전차선 감전 사고로는 역 구내에 유치되어있던 군용탱크 수송 화물차를 호기심에 올라갔다가 일어난 사고이다. 전주, 삼례, 남원역 등 기존에는 전차선이 없었던 지역의 주민들께서는 더욱 유의하여야 할 점이다. 낚싯대를 길게 뻗어 철도건널목을 건너는 것 등 전차선 위험에 대해 가정교육 및 교육기관의 관심이 필요하다.

철도의 CO2 발생량은 승용차의 6분의 1, 화물차의 8분의 1이고, 철도의 에너지소비량은 승용차의 9분의 1, 화물차의 10분의 1 수준이다. 전주역에서 용산역까지 기차를 이용할 경우 소나무 6.5그루를 심는 셈이라고 한다. 안전하고 정확하고 환경친화적인 철도가 더욱 우리의 생활 속에 밀접하게 자리잡고 있다.

글 : 한국철도공사 전북본부 차량처장 김만재