열차자동정지장치
1. 개요
'''A'''utomatic '''T'''rain '''S'''top(ATS) / 열차자동정지장치
말 그대로 열차를 자동으로 '''멈추게''' 하는 운전보안장치이다. 크게 GO-STOP으로 통제하는 점제어식(ATS-S1)과 신호단계에 맞춰 최대속도를 조절할 수 있는 속도조사식(ATS-S2)으로 나눌 수 있다.
열차의 운행상태를 검지하여 현시하는 신호에 따라 지상자에서 각기 다르게 발진하는 공진 주파수를 차상자에서 검지하여 지정된 제한속도에 맞는 '''기준패턴 속도주파수'''로 변조한다. 이 주파수는 '''운전지령속도'''가 된다.
차축에 설치된 속도발전기에서는 실제속도에 맞는 '''실제 속도주파수'''를 발생시킨다. 이 주파수는 '''운전실제속도'''가 된다. 속도비교기에서 1)과 2)를 비교하게 된다. 이 때, '''운전지령속도 < 운전실제속도'''일 경우 속도비교기의 출력이 off되고 AESR이 무여자된다. 또한, 3TR이 작동되어 3초 동안 알람벨이 울리게 된다. 3초 이내에 기관사가 확인제동을 해야하며, 확인제동을 취급하지 않을 경우 즉시 비상제동을 체결한다.
2. 제어 방식에 따른 분류
2.1. 타자(打子)식 ATS
Train Stop으로 불리기도 한다. 과거의 도쿄메트로 긴자선, 마루노우치선, 오사카메트로 미도스지선에서 쓰였던 기계식 열차자동정지장치. 서양에서는 지금도 오래된 노선(뉴욕 지하철 등)을 중심으로 사용하고 있다.
정지 신호가 현시되어 진행 방향의 좌측 또는 우측에 위치한 트레인 스토퍼가 돌출된 상태에서 정지 신호를 무시한 경우, 돌출된 트레인 스토퍼가 열차에 부착되어 있는 트립 콕을 건드리게 되는데, 이로 인해 제동관 압력이 개방되어 비상제동이 체결되는 구조이다. ATS-S1과 유사한 구조이다.
2.2. ATS-S1 (점제어식)
점제어식 ATS는 정지신호 (R0)에서만 반응하며, ATS 지상자에서 (R0) 130kHz 주파수를 송신하여 차상장치가 수신하면 경고음이 울리는데 이 때 기관사가 5초이내에 제동취급 및 확인버튼 취급을 하지 않으면 즉시 비상제동이 체결된다.
일부 열차에서는 따르르릉 소리가 들리는 것을 시점으로. 띵똥띵똥 소리를 반복하면서 주의나 감속신호에서 ATS확인취급을 하고 정차지점에 도달할 때까지 속도를 제어하기도 한다.
전동열차(수도권 광역전철)에서는 사용하지 않으며 보통 4현시 이하의 주요 간선에서 사용하고 있다.
2.3. ATS-S2 (속도조사식)
ATS-S1의 개량형식으로 주의(Y) 신호부터 반응한다. 진행속도(G) 또는 감속신호(YG)시 ATS 장치에서 속도감시를 할 수 없으므로 관련 규정에 의한 허용속도 이하로 운전해야 한다. 최대열차 감응속도는 130km/h이다.
지상자의 공진 주파수(상시 발진 주파수: 78kHz, 절대정지 R0 130kHz, 허용정지 R1 122kHz, 경계 YY 114kHz, 주의 Y 106kHz, 감속 YG 98kHz, 진행 G 98kHz, 절연구간 검지 68kHz)를 검지하여 ATS 차상장치[1]로 보낸다. 이 때, 차상자가 지상자 위를 통과하면 발진기 출력인 78kHz가 해당 신호주파수로 변조되어 검지한다. 이 때, 신호주파수와 열차속도 검지주파수를 비교하여 열차속도가 신호제한 속도 이하에서만 비교 출력이 가능하다. 즉, 열차속도가 신호속도보다 낮을 때 열차운행이 정상적으로 이루어진다. 만약, 열차속도가 신호속도를 초과했을 시 경보음이 울리며[2] 3초 이내에 제동취급을 하지 않으면 즉시 비상제동이 체결된다.
수도권 전동열차 ATS구간 및 5현시화 및 준고속화된 주요 간선철도에서 사용하고 있다.
2.4. ATS-P (패턴조사식)
일본에서는 ATS의 단점을 개선하기 위해 ATC와 흡사하게 열차속도에 따라 신호를 달리 하는 새로운 통제방식을 개발하게 되었는데 바로 그것이 패턴조사식 ATS(ATS-P)이다. 즉, 구간별로 열차속도를 검출해서, 허용속도와 대조하여, 과속중일 경우, 열차를 허용속도까지 자동으로 감속 및 제어하는 방식이다.[3] (한국에서 쓰이는 ETCS Level 1과 흡사하다.) 다만, ATS 기반 위에서 ATC 형태로 작동하는 것이기 때문에 근본적으로 선로용량을 늘리는 데에는 한계가 있다.[4]
실제 작동 영상
아날로그 방식인 ATS-S에서 개량을 한 디지털 패턴형이기 때문에 기존의 S형만을 대응하는 차량들은 새로운 차상장치를 달아야한다.
3대 도시권중 ATC구간이 아닌 지역은 모두 이것으로 설치가 되어있다.
기존의 ATS-S와 신호의 호환이 되지 않기 때문에, 비용을 아끼기 위해 역의 출발, 장내, 건널목앞 같은 주요 거점에만 P형 지상자를 설치하고, 나머지 구간은 S형 지상자를 설치한 거점 P방식이 있다.
비슷한 신호장비로 오다큐 전철에서 도입한 D-ATS-P라는 신호체계가 있다. 원래 오다큐 전철에서는 다변주식신호 ATS라는 속도조사식 ATS를 사용하고 있었는데 디지털 ATC에서 사용하는 궤도회로 제어를 도입하면서 지상자는 고정정보만을 담당하고 궤도회로가 변동정보를 담당하는 방식으로 ATS-P를 구현하였다.
2.4.1. ATS-Ps (패턴조사식)
바로 위의 ATS-P를 설치하는데 차량은 물론 지상자까지 모두 개량을 해야하는 비용문제 때문에 나온 방식이다. ATS-S와 ATS-P의 중간 방식으로 차량에 들어가는 차상장치는 그대로 S형의 것을 활용하고 대신 S형 지상자에 P형 지상자를 추가로 설치한뒤 이를 S형 신호로 변경하여 P방식과 유사한 동작이 나오도록 한다.
니가타와 센다이 지구에 설치하고 있는 방식이다.
2.4.2. ATS-D (패턴조사식)
위의 ATS-P를 설치하는데 차량은 물론 지상자까지 모두 개량을 해야하는 비용문제 때문에 나온 방식인 동시에 아날로그 방식인 S형과 디지털 방식인 P형의 호환을 위해 나온 방식이다. ATS-S와 ATS-P의 중간 방식으로 Ps형과는 다른방식으로 구현을 했는데, 지상장치는 S형신호와 P형 신호를 동시에 발생시킬수 있는 신형 지상자를 설치하고, 차량은 그대로 S형 차상장치를 놔두되, 차세대로 들어오는 신형차량은 P형 차상장치로 설치하여 P형과 S형의 차량이 공존할 수 있는 방식이다.
대표적으로 JR 홋카이도(ATS-DN), JR 큐슈(ATS-DK), JR 니시니혼(ATS-DW)의 노선들이 이 신호방식을 사용중이다.
3. 현시 방식에 따른 분류
ATS는 2현시, 3현시, 4현시, 5현시 등으로 구별한다. 6현시 등도 있다[5]. ATS에서 신호의 현시는 신호기를 이용하는데 주로 색등식 신호기를 사용한다.
한국의 5현시 ATS신호체계는 독자적으로 개발한 것으로, 80년대 경부선의 선로용량 증대를 위해 샬롬엔지니어링 등 국내의 신호업체와 철도청이 협력하여 만든 것이다.
3.1. 2현시
간단하게 신호기에 진행(녹색)과 정지(적색)만이 있는 것으로, 가장 원시적이면서도 기초적인 방법이다. 사고 위험이 매우 높아, 지방에 존재하는 몇몇 시골철도를 제외하면 거의 쓰이지 않는다.[6]
전차로 고 시리즈에서는 여정편으로. 이 신호가 자주 쓰이기도 한다. 대표적으로 에노시마 전철 / 케이후쿠 전기철도.
3.2. 3현시
신호기에 진행(녹색), 주의(황색), 정지(적색)이 있는 것으로, 철도회사별로 다르나, 진행신호의 경우엔 열차의 제한없는 진행을, 주의신호의 경우엔 45km/h의 제한[A]을, 정지신호의 경우엔 열차의 정지를 의미한다.
3.3. 4현시
신호기에 진행(녹색, 최고속도), 주의(황색 1개[A]), 경계(황색 2개, 25km/h), 정지(적색, 0km/h)의 방식과 진행(녹색, 최고속도), 감속(녹색 1개와 황색 1개[A]), 주의(황색 1개, 45km/h), 정지(적색, 0km/h)의 두가지 방식으로 나뉜다.
3.4. 5현시
신호기에 진행(녹색, 최고속도), 감속(녹색 1개와 황색 1개[A]), 주의(황색 1개[A]), 경계(황색 2개, 25km/h), 정지(적색, 0km/h)을 모두 현시하는 방식이다.
일본의 5현시 B형의 경우 호쿠호쿠선의 특급 하쿠타카 전용으로써 사용된 게 최초였는데, 당시에는 녹색신호 2개가 '''고속진행'''으로 1067mm 협궤에서 160km/h라는 엄청난 속도를 선보였다고 한다. 현재는 츄오쾌속선 일부에만 사용되며, 역간 거리가 긴 편인 도카이도 본선에서도 일부 사용된다.
3.5. 한국철도공사의 신호현시 방식
4현시 구간 '''허용정지(R1)'''의 경우 기외정차 후 '''관제의 승인을 반드시 받고 15KS 취급 후''' 15km/h 이하로 통과할 수 있으며, '''절대정지(R0)'''의 경우 '''반드시''' 신호기 '''외방에''' '''정지상태로 대기'''하여야 한다.[7]
3.5.1. ATS 지상장치별 설치 구간
3.5.1.1. 점제어식
3.5.1.2. 속도조사식(5현시 구간용)
3.5.1.3. 속도조사식(4현시 구간 전동차용)
3.5.1.4. KTX 응동용(3현시 구간용)
4. 기타
90년대에는 3현시로 진행신호를 구분했는데 신호등의 녹색과 붉은색의 위치가 정 반대다. 이를 흔히 신호기의 정위가 바뀌었다고(녹색 정위>>>적색 정위) 한다.
본선에서 진행 신호에 의해 운행 중 주의(경계)신호가 현시될 경우 45(25)km/h 이하로 속도를 줄여야 한다.[8] 그러나, 신호의 지령속도를 초과하여 신호기의 방호구역 내로 진입할 경우, 3초간 알람벨을 울려 경보하고[9] ATS 속도계에 45(25) 표시등이 점등되며, 3초 이내에 확인제동을 하지 않을 때[10] 즉시 비상제동을 체결하여 열차가 멈추게 한다.[11] 당연한 얘기지만, 만약 열차가 멈춘다면 도착시간이 상당히 지연되므로 반드시 신호를 지켜야 한다.
ATS와 비슷한 LZB[12]라는 신호시스템이 있는데, 독일 지멘스에서 개발한 방식으로, 선로 두 가닥 사이 정중앙에 특유의 선처럼 생긴 리니어식 지상자가 설치된 것이 특징이다. 이 지상자가 교차유도선 역할을 하며, 12km마다 블록(block)으로 나누어진 제어소와 열차 사이에 정보전송을 수행하는 방식으로, ATS-P와 유사한 기능을 제공한다고 한다. 대표적으로 인천 도시철도 1호선과 ICE 노선이 이 신호체계를 사용한다. ATP 방식으로 업그레이드된 버전인 LZB700M도 있는데, 서울 지하철 2호선과 대전 도시철도 1호선에서 사용 중이다. LZB와는 달리 지상자가 없는 궤도회로를 사용한다.
ATS-S형의 경우 한국에선 S1인 점제어식과 S2인 속도조사식으로 구성되어 있다. 반면, 일본에선 같은 S형이라도 각 회사별로 신호종류의 차이가 약간 있는데, 대표적으로 "ATS-S()"뒤에 알파벳이 추가로 붙으며 이는 각 JR 회사의 지역이름을 의미하며 해당 노선이나 운영회사에 맞게 개량된 버전이다. 이는 D형도 해당.
N은 홋카이도와 히가시니혼, W는 니시니혼, K는 큐슈, S는 시코쿠, T는 도카이, F는 JR화물히다. 이중 JR화물에서 사용중인 ATS-SF는 위에 서술되어 있는 '''모든 회사와 호환이 가능하게 되어있다.''' 이는 D형인 ATS-DF도 해당.
5. 관련 문서
[1] 발진기: OSC 및 대역여과기(BPF)로 보내준다[2] 비교기 출력이 off되어 AESR이 무여자되고 경보 및 속도 표시등을 점등한다.[3] 킨테츠식이나 ATS-PT의 경우 가차없이 비상제동을 때려버리니 제외.[4] 츄오 쾌속선이 ATS-P의 한계를 보여주는 한 가지 예시다.[5] 나리타 공항선, 게이큐 전철[6] 중·고속으로 달리던 열차가 적신호를 보고 신호기 이전에 정차하는 것은 거의 불가능하므로.[A] A B C D E 제한 속도는 철도회사별로 차이가 있다.[7] 예외 1. 관제사의 지령과 승인으로 절대정지 구간으로 넘어서 진입 시, 2. 절대정지 신호구간을 위반진입 후 운전 재개 시, 3. 정지위치를 지나 출발신호기를 넘어 정차 시에 퇴행운전할 경우, 5. 유도신호기의 진행신호 현시에 의해 진입 시에는 관제의 승인을 반드시 받고 '''ASOS를 취급'''하여 절대정지 구간을 '''통과할 수 있다.''' 이 경우, 절대정지 현시구간을 '''1회에 한정'''하여 통과하여 '''최초 열차는 25km/h 이하'''로 운행하여야 하며, '''후속 열차는 45km/h 이하'''로 운행하여야 한다. 그러나, '''관제의 승인을 받을 수 없는 경우''' ASOS 취급 후 짧은 기적을 수시로 울리면서 일어서서 '''15km/h 이하'''의 속도로 주의운전할 수 있다.[8] 안산선 등 4현시 구간의 본선에서 운행할 때를 말한다.[9] 3TR: 3초 시한계전기가 작동하여 비상제동이 바로 체결되지 않음.[10] 제동핸들을 4 step 이상 위치하지 않았을 경우[11] AESR: ATS Excess Speed Relay, 즉 ATS 초과속도 계전기가 무여자됨. ATS-S방식 한정. ATS-P에서는 허용속도까지 자동적으로 감속된다.[12] Linienzugbeeinflussung (Lines train control) Linien(라인)+zug(기차)+...라는 식으로 약어가 띄어쓰기없이 붙어 있는데 여러 단어를 붙여서 복합어를 만드는 방식은 독일어에서 흔한 표기법이다.