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매일 타던 ‘지하철’, 전기로 어떻게 움직이는 걸까?




우리에게 꼭 필요한 대표 교통수단인 지하철. 하지만 매일 지하철을 이용하면서도 어떻게 지하철이 움직이고 어떤 방식으로 운행되는지 모르는 분이 대다수입니다. 


최초의 지하철은 1863년에 비숍 로드의 ‘패딩턴(Paddington)’이라는 영국 런던 시의 중심가에서 메트로폴리탄 전기회사에 의해 처음 건설되었습니다. 그 전에는 증기기관을 이용하다보니, 지하철을 이용한 고객들은 온몸이 검게 물들었다고도 합니다. 



[ 지하철은 어떻게 전기를 공급받나요? ]


▲ 지하철 전기 공급 방식


한국전력에서 송전한 전기는 각 변전소를 거쳐 해당 역의 전기실로 갑니다. 이곳을 중심으로 전기는 철도 위의 가설된 전차선을 타고 열차 상단에 있는 ‘팬터그래프’로 흘러들어갑니다. 바로 이 전기가 동력이 되어 지하철의 바퀴를 회전시키며 지하철 운행을 이끄는 것입니다. 


참고로 우리나라는 ‘직류’와 ‘교류’를 이용해서 지하철을 운용하고 있습니다. 서울메트로의 경우 직류 1500[V]를 이용하고 있으며, 코레일에서는 60hz, 25,000[V]의 교류를 사용합니다. 



[지하철은 왜 운행 도중에 소등을 하나요?]


▲ 지하철 소등의 이유


지하철을 타다 보면 ‘잠시 후, 전력공급방식 변경으로 객실 안 일부에 소등이 있겠습니다.’라는 멘트를 들은 적이 있을 것입니다. 위에서 언급한 대로, 운영기관에 따라 각각 직류(DC)와 교류(AC)를 사용하다 보니 둘이 겹치는 구간에선 전력공급방식을 변경해야 하기 때문입니다. 즉, 한 노선에 두 개의 운영기관이 지나가야 할 때 소등이 되는데요. 이때 불이 꺼지는 구간을 ‘절연구간’이라고 합니다. 


도시철도 법령에는 우측통행을, 일반기차 법령에는 좌측통행을 하도록 되어있기에 이 둘을 동시에 고려하면 열차끼리 충돌할 수 있습니다. 그래서 한 노선을 지날 때 꽈배기처럼 굴을 만들어 지나가도록 설계되었습니다. 전력공급 방식이 다른 두 기관의 열차는 이 절연구간에서 전차선에 전기가 들어오지 않게 됩니다. 



[ 지하철의 작동 원리는? ]


▲ 지하철 작동 원리


지하철의 지붕에는 마름모꼴의 팬터그래프와 여기에 연결된 선들을 볼 수 있습니다. 이를 간단하게 하나의 건전지로 생각하면 위의 전선들은 전압이 인가되는 ‘플러스(+)’, 밑의 레일은 접지되는 ‘마이너스(-)’이며, 전력 공급 시에 차륜의 회전으로 앞으로 나아가게 됩니다. 


이번에는 지하철이 움직일 때를 생각해보겠습니다. 보통 한 가구가 사용하는 하루 동안의 전력이 대략 3[KW] 정도인데, 지하철이 움직일 때 소모되는 하루 동안의 전력은 대략 4[MW]입니다. 둘을 [W]로 환산하면, 한 가구 당 3,000[W]이고 지하철이 작동할 때 4,000,000[W]이니 무려 1,333배가 된다고 볼 수 있습니다. 


즉, 15층 정도의 아파트 한 단지에 60가구가 거주한다고 해도, 이 아파트 스무 단지 분량의 전력을 하루 동안 소모한다고 볼 수 있을 정도로 굉장히 큰 전력입니다. 



[ 지하철의 ‘회생제동’이란? ]

▲ 지하철의 회생제동 


위에서 살펴본 지하철을 이번에는 회로로 구성해서 생각해보겠습니다. 이전에는 지하철이 제동할 때 발생하는 전력은 저항으로 보내어 소멸시키는 방식이었지만, 최근에는 이 전력들을 모아 ‘스마트그리드의 ESS(대형배터리)’와 같이 여유전력을 저장하는 방식을 사용하고 있습니다.


이상의 사실들을 이해하신다면, 그간 무심히 탔던 지하철이 더욱 새롭게 보이지 않을까요? 


궁금했지만, 풀리지 않던 생활 속 전기지식.

‘굿모닝 KEPCO’가 늘 동행하며 모두 해결해드리겠습니다. 감사합니다.



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  • 2017.12.22 11:41
    지하철 타다 문득 궁금해져서 검색해봤는데 글보고 궁금증이 해결됐어요^^
  • 국민 2018.06.20 11:45
    전철이 지나가는걸 보면서 전기로 어떻게 움직이는지 몰라 검색했는데 이 글을 보고 이해가 잘 됐어요! 감사합니다~
  • 지나가던 2019.07.21 16:58
    전철의 작동원리 잘 배우고 가요~~

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