8100, 8200호대 전기기관차
1. 개요
한국철도공사에서 운용중인 전기 기관차다. 독일의 오이로슈프린터를 기반으로 하였다. 8000호대의 차량사용완료를 앞두고 대체할 동력차의 필요성과 주요 간선 전철화 및 고속화에 따른 새 전기기관차의 필요성 등으로 인해 도입되었다.
2. 8100호대
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개요에서 언급한 바와 같이 8000호대를 대체할 목적으로 1998년에 시제품 성격으로 독일의 지멘스에서 오이로슈프린터를 기반으로 한 8101호, 8102호를 도입하였다.
2000년 8100호대 전기기관차 우선2대가 투입하였다.
8101호 전기기관차 화물견인 장면에 나오는 KBS2 TV문학관 '''길은 그리움을 부른다''' 드라마 장면 영상이다 https://youtu.be/Jdm_E0oOWto
하지만 8000호대를 대체하는 것은 사실상 불가능하였다. 우선 독일 원판은 평지에서의 컨테이너 등 고속화물 견인을 목적으로 만든 것인데, 한국 철도는 급구배가 많고 화물도 시멘트, 무연탄 등 중량물이 많다. 그리고 출력은 상당하나 동력축이 적고 차중이 낮은 탓에 견인력이 낮아 8100호대가 중앙선, 영동선, 태백선 등에서 화물열차를 견인하기엔 어려웠다.
그래서 8200호대는 여객용, 간선 고속화물용을 상정하고 제작되었고 8000호대는 정밀안전진단과 중정비를 거쳐 차량사용완료일자를 10여년 연장하기에 이른다. 그리고 2010년도에 8500호대를 도입하여 8000호대를 대체하게 된다.
2019년 현재는 전장품의 잦은 고장, 승무원 승무 거부 등의 복합적인 이유로 사용대기 상태이다. 평소에는 제천역 한구석에 틀어박혀 있다가 50~60일에 한 번 꼴로 제천~영주간 시운전을 하거나 화물열차에 가끔 충당하고 있다.
8101호는 유일하게[1] 철도청 시절 도색을 유지하고 있던 전기기관차였다. 하지만 2014년 중정비 과정에서 신도색으로 변경되었다. 그래도 한국철도공사에서 최초의 신형전기기관차라고 구도색을 꽤 오랫동안 유지했던 했던 점은 칭찬받고 있다.
차량사용완료는 2031년 10월로 사고가 없는 한 계속 사용대기 상태로 있거나, 그 이전에 폐차할 가능성도 있다.
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3. 8200호대
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8100호대를 여객 및 간선 고속화물용으로 특화하여 양산한 동력차다.
2003년 8201~8210의 10량이 최초로 도입되었다. 주변환장치 등 주 전장품의 성능을 향상시켰으며 운전제어대도 세부적인 변화가 있었다. 특히 객차전원공급장치(HEP)를 탑재하는 등 여객열차 견인에 중점을 두었다.
이후 2004년에 8211~8228 18량, 2005년 8229~8245 17량, 2006년 8246~8255 10량, 그리고 2008년에 8256~8283 28량을 각각 도입, 총 83량을 생산하여 운용하고 있다. 생산년도에 따라 전장품에 약간씩 차이가 있다. 대표적으로 판토그라프 등의 전장품을 국산화하여 8211~8283호는 유진기공산 Pan을 사용하고 있다.
2003년 천안~조치원, 충북선에서 시운전을 하였으며 이미 전철화가 완료되어 있던 중앙선, 태백선, 영동선 등에서 여객열차를 견인하였다. 하지만 8100호대와 같은 차중에 축 배열도 같았기 때문에 화물열차 견인시의 공전 문제는 여전했다. 2010년도에 간간이 오봉~제천간 화물열차에 총괄제어로 충당되다 8500호대가 본격적으로 운용되기 시작할 무렵 화물에서는 거의 손을 놓게 된다. 이후 2016년경 냉동 컨테이너 화물에 투입되기도 하였다.
도입 후 2006년 경부선의 완전 전철화가 완료되면서 2006년 7월 1일부터는 용산-목포/광주 간의 새마을호, 무궁화호 열차를 견인하기 시작해 처음으로 150 km/h 고속운행에 들어갔다. 그리고 2007년 3월 1일부터는 서울-부산 경부선 무궁화호에도 투입되어 운행을 시작했다. 이처럼 전국에 전철화 구간이 늘어나면서 운행 반경도 매우 넓어졌다.
도입 당시 운전제어대 왼쪽에는 ATS 차상제어장치와 공기압력계, 오른쪽에는 DU MMI가 배치되어 있었다. 2009년경 ATP 개량 과정에서 ATS장치는 제거, 공기압력계는 토오크메타 옆으로 옮겨졌으며 ATS장치 자리로 DU가 옮겨졌다. 그리고 원래 DU가 있던 자리에는 ATP MMI가 설치되었다.
가감속 성능이 우수하다. 특대형 디젤기관차에 비해 약 2배 빨라 서울-부산 간 무궁화호의 운행시간 단축이 가능[3]해졌다. 한 때 1일 1회 뿐이긴 했지만 서울~부산간 4시간 58분이라는 초창기 무궁화호 수준의 운행시간을 자랑한 열차도 있었다.[4] 용산-목포, 용산-광주, 용산-여수도 마찬가지로, 호남선[5]과 전라선[6]은 거의 5시간 언저리까지 소요시간이 단축되었다. 게다가 이 빠른 가/감속도 덕분에 역을 많이 서더라도 운행 소요시간이 무턱대고 늘어나지 않는 모습을 보여서, DHC가 멀쩡히 살아 있던 시절 새마을호가 역을 안 서고도 이 차량 견인으로 역을 여러 개 서던 무궁화호를 잡지 못하는 일이 벌어지기도 했었다. 오늘날에는 전철화 된 주요 간선의 무궁화호는 대부분 이 차량이 충당된다.
정차 중일때도 주행 중일때도 외부 소음은 정말 조용한 편이지만, 주변압기 및 주 변환장치(컨버터&인버터), 견인전동기 냉각 송풍기가 최고RPM으로 동작할 때의 동작음이 특히나 정말 큰 편이다. 얼마나 크냐면 발전차에 비유할 정도로 크며,[7] 심지어 8500호대보다도 크다. 특히 기온이 높은 여름철에 역에 정차해있는 모습을 가까이서 본다면 엄청난 쿨링팬의 소음을 들을 수 있으며 심지어 발차할 때 옥타브 구동음마저도 거의 묻힐 정도이다.[8] 일부 사람들이 이 소리를 구동음으로 오해하는 경우가 있는데 전혀 다르며, 쿨링팬의 회전수가 낮은 겨울철의 경우에는 쿨링팬의 모터에서 들리는 인버터 기동음 외엔 들리지 않기 때문에 정말 조용하며, 순수 구동음도 또렷히 들을 수 있다.
비슷한 시기에 제작된 리미트 객차와 마찬가지로 공조장치의 실외기가 차량 하부에 설치되어 있다. 여름이나 겨울철에 공조장치가 가동 중인 기관차 옆을 지나게 된다면 다리로 기관차에서 방출된 바람을 고스란히 느낄 수 있다(...)
주 전조등의 윗쪽, 전면부 유리창 하부에 위치한 보조 헤드라이트[9]가 기관사들에게 시야방해 및 눈부심을 유발한다는 말이 많았고[10] 결국 신형 전기 기관차인 8500호대는 이를 방지하고자 보조 헤드라이트가 전면부 유리창 상부로 올라가게 되었다.
2006년 도입분인 8252호는 2017년 9월 13일 경의·중앙선 기관차 추돌 사고로 파손되었다.[11] 재생과 폐차를 두고 많은 논의가 있었으나 2018년 5월 10일자로 폐차되었다. 이 결정이 안타깝다고 생각하는 철도 동호인이 많지만, 사람이 죽었기 때문에 폐차하는 쪽으로 결정하였다고 알려졌다.
2008년 도입분인 8266호는 2014년 7월 태백선 열차 충돌사고당시 중부내륙순환열차와 충돌했는데, 큰 손상이 없어 정비 후 다시 운용중이다.
2018년 3월부터 6월간 일부 기간동안 서해선 소사~원시 구간 ATP 시설물검증과, 영동선 정동진역~강릉역~강릉기지 구간 시설물검증 및 영업시운전을 위해 일부 투입되었다.
2020년 3월 가야역~기장역 기관차 시운전 운행 한 적이 있었다.
8223호가 차체필름 시공차량으로 지정되었고, 전두부 측면에
차체필름 시공차량
중성세제 사용
(PB1 등 사용금지)
라고 적혀있다.
필름때문에 도색을 새로했는지 윗부분의 빨간색 도색 부분이 다른 기관차와 비교하면 매우 선명하고 전체적으로 광택이 난다.
4. 공전현상
축중에 비해 높은 출력으로 인한 공전문제가 단점으로 부각되었다. 한국은 지리적인 특성상 중앙선과 태백선, 그리고 영동선과 같은 산악철도가 많은데, 이들의 공통점은 화물 물동량이 많음과 동시에 경사가 많이 가파른 노선들이라는 점이다. 8100호대의 원본인 오이로슈프린터가 활약했던 곳은 대부분 평야지대인 유럽의 주요 선구로, 산악지대가 많은 대한민국과 운용환경이 다른 편이다. 물론 유럽의 산악노선에서도 오이로슈프린터가 화물용으로 운용되고 있지만 유럽의 산악선구는 한국의 산악선구보다 경사가 완만하거나 화물을 위한 우회선 등이 많다.[12] 따라서 대부분의 노선에서 오이로슈프린터가 충분히 운용될 수 있는 환경을 갖고 있다.
그러나 한국의 험한 산악선 환경에서는 보통 이상으로 견인력이 좋을 필요가 있다. 그런데 오이로슈프린터는 동급 기관차 중에서는 높은 출력과 견인력을 가진 차량이지만, 범 간선용을 목적으로 만들어진 차량이다보니 한국의 급한 산악선에서는 이에 맞는 견인력이 부족하였다.
8200호대의 좌우측면에는 80L의 모래를 채울 수 있는 모래주입구가 4개씩, 총 8개나 있으며, 각 구동축마다 전후로 살사 노즐이 하나씩 있다. 하지만 모래로 레일의 점착력을 높여서 운행해도 한계가 존재해서 운용이 힘든건 매한가지였고, 그렇게 공전현상은 8200호대의 가장 큰 단점으로 부각되었다.
이를 간단하게 보여주는 것이 구동축 배열이다. 철도동호인계 내부에서 공전에 대한 원인으로 지목되었던 것은 낮은 축중이었다. 그러나 견인력은 축 숫자와 출력과 축중의 비례함수로 구성된다. 즉, 출력이나 축중이 아무리 높아도 축 숫자가 낮으면 견인력이 제한된다. 산악선구에서 수 십년째 활약하고 있는 전기 기관차인 8000호대 전기기관차는 Bo'Bo'Bo' 배열[13]이고, 이 기관차의 후계 격이라 할 수 있는 8500호대 전기기관차는 구동축 배열이 Co'Co'[14]배열이다. 즉, 6축 배열이라 견인력 측면에서 유리하다. 그러나 8100호, 8200호대 전기기관차는 Bo'Bo' 배열인데, 2개 구동축 한 묶음이 2개(2*2) 존재하는 4축 배열이다. 그러니 높은 출력이 장점인 오이로슈프린터를 기반으로 한 8100호대나 8200호대는 출력이 높아도 견인력이 낮을 수 밖에 없었고, 한국의 무지막지한 산악선에서는 공전이 발생할 수밖에 없던 것이다. 그래서 개발된 것이 Co'Co' 배열의 8500호대 전기기관차 인 것이기도 하다. 대신 8100호대와 8200호대는 축이 적은 만큼 축당 출력이 높기 때문에 고속성이 좋다. 선로환경이 극단적이지만 않다면 화물의 고속운송에 적합하다. 지금도 평탄한 주요 간선인 경부, 호남, 전라, 중앙선 등에서는 잘 굴러다니고 있다. 정리하자면, 낮은 축중문제보다는 축 숫자가 적어 출력에 비해 충분한 견인력이 나오지 않았던 탓이 크다.
그렇다고 가벼운 축중이 공전문제에 그리 영향을 미치지 않는다는 것일까? 그건 아니다. 위에서 설명했듯, 견인력은 축 숫자와 출력과 축중의 비례함수로 구성된다. 그리고 점착력은 무게와 밀접한 관계를 갖고 있다. 축중이 무거워지면 그만큼 무게가 늘어나고, 점착력을 높여준다. 따라서 중량물인 화물을 견인하는 기관차는 '비교적' 높은 축중을 채용하는 것이 일반적이다. 다만 축중이 무거워지는 것은 양날의 칼이다. 축중이 무거워지면 그만큼 점착력과 견인력을 얻게 되지만 그만큼 '무거워진다'. 무거워진 축중은 그만큼 더 많은 에너지를 소모하게 되고, 그만큼 소비전력이 높아진다. 또, 무거워진만큼 선로에도 부담을 주게 된다. 이는 선로 유지보수비용의 증가로 이어진다. 그리고 허용축중이 낮은 선로에는 진입이 제한된다. 다행히도 한국의 웬만한 노선들은 허용축중이 약한 편은 아니므로 어느정도 무거운 축중의 기관차가 들어와도 충분히 운용할 수 있다. 미국처럼 무지막지한 중량화물을 굴린다면 모를까... 만약 축중이 가벼운 상태에서 견인력을 늘리려한다면 8500호대 전기기관차처럼 구동축의 수를 늘리는 방법을 쓰면 된다. 이처럼 기관차는 사용목적과 노선에 따라 축중, 구동축의 수가 적절하게 설계하면 된다.
한편, 그렇다면 8100호대나 8200호대는 산악선에서 화물용으로 사용이 아예 불가능한 물건인가 하는 생각도 들 수 있다. 결론부터 말하자면, 중련하면 된다. 이렇게 되면 Bo'Bo+'Bo'Bo' 축 배열의 기관차를 사용하는 것과 같은 효과를 낼 수 있어서 견인력이 높아진다. 출력이 높아지는 것은 물론이다. 다만 지금도 비슷하지만, 당시에는 워낙 전기 기관차가 부족했던 시기였던지라[15]이 도입되기 전까지] 중련운용은 현실적으로 어려운 점이 많았다. 덧붙이자면, 이 기관차들이 한국의 산악선에서 죽을 쑨 이유에는 산악선들이 가파르고 험한이유도 있지만, 이 노선들에서 주로 수송되는 물건들이 무겁기 짝이 없는 벌크 화물[16]들인 이유도 한 몫한다. 애초에 이 지역에서 활동한 기관차에는 큰 견인력이 필요했던 것. 한국의 산악선을 좀 얕잡아본게 아닌가 하는 추측이 있다.
덕택에 한국에서는 얼마 지나지 않아 화물용 전기 기관차의 역할은 Co'Co' 배열의 8500호대 전기기관차가 담당하게 된다. 이 기관차 자체가 화물열차 견인을 주 목적으로 도입한 것이기도 하다. 나중에 무궁화호 계통이 폐지될 경우에는 8200호대가 HEP가 철거된채로 중련으로 운행하거나 대량 폐차될 것으로 예상된다. 신조 객차가 생기지 않는이상 HEP는 철거될것으로 예상된다. 전에 설명했던 8252호도 심한 파손, 내구연한 12년을 넘었을 뿐만 아니라 이러한 이유도 작용했다. 다만 냉동화물열차 견인을 위한 목적으로 HEP를 그대로 활용해서 중련 운행을 할 가능성도 있다.
5. 영업최고속도
8100호대와 8200호대 둘 다 설계최고속도가 220㎞/h임에도 불구하고 영업최고속도는 150㎞/h 정도로 현저히 낮다. 일반적으로 설계최고속도는 목표로 하는 영업최고속도에서 약 10% 정도를 더해 설계하는 경향(즉, 영업최고속도×11÷10≒설계최고속도)이 있는데 이 기관차들은 10%를 훨씬 넘는 70㎞/h 정도의 차이가 난다.
그럼 왜 150km/h로 잡았는가? 간단하다. 그만큼 속도를 낼 이유가 없기 때문이다. 속도와 견인력은 반비례하기 때문에 최고속도를 올리면 그만큼 견인력이 떨어지므로 장대열차 견인에 불리하다. 그리고 현재 운용중인 객차 대부분의 최고 속도가 150km/h 이며 주요 간선 또한 최근 신설된 경강선, 한창 개량 공사 중이거나 완료된 전라선, 중앙선, 호남선(광주송정~목포 구간), 동해선(모량~포항 구간) 등이 아닌 이상 220km/h까지 낼 수 없다.[17] 굳이 최고속도를 내기 위해선 기관차 혼자 고속선에 올라가 밟는 수밖에 없다. 당연히 현실에서는 사실상 불가능한 이야기. 또 무궁화호 객차도 설계최고속도가 165km/h 정도로 알려져있다.
7500호대는 화물열차에 충당하기 위해 치차비를 57:20에서 62:15로 조정하여 최고속도가 105km/h로 줄어든 대신 견인력이 향상되었다. 이와 마찬가지로 국내 사정에 맞추기 위해 치차비를 조정해 최고속도를 150km/h로 조정하고 견인력을 올려 장대열차에 충당하고 있는 것이다. 만약 영업최고속도를 220km/h로 올렸다면 견인정수는 아무리 많이 잡아야 4~5량 정도밖에 나오지 않았을 것이다. 같은 이유로 경강선에 200km/h 이상으로 달릴 수 있는 무궁화호가 투입되지 않는 이유는 이러한 사정이 있기 때문이다.
6. 정비회기
[18]
출처: 한국철도공사_철도차량 유지보수 세칙(2017.03.16)
7. 향후 전망
미래가 다소 불투명하다. 구형 디젤기관차들, 구형 전기기관차들은 무궁화호 퇴역 시기쯤 되면 폐차를 앞두고 있거나 화물열차에 전담이 될 것이고, 신형 디젤기관차는 유사시때 단전을 대비하여 도입했다는 명목이라도 있지만, 이 기관차의 경우는 이미 퇴역한 새마을호를 이어 무궁화호 객차마저 모두 폐차되어 전기동차로 대체된다면 일부 관광전용열차 충당 외에는 활용 방안이 딱히 없다는 것이다. 2003년 이후로 객차를 도입하지 않는 한국철도공사의 행보를 보아 앞으로도 객차를 도입하지 않고 전기/디젤동차로 대체할 가능성이 높다.
한국철도공사가 땜빵용으로 도이체반의 RE에서 운용 중인 것과 비슷한 무동력 운전객차(Control car) 따위의 후속차량을 도입하여 동차와 유사한 형태로 여객열차를 운용하지 않는 이상 계륵으로 전락할 수 있다.
이러한 수명이 많이 남고 용도가 모호해진 차량들은 개조를 통해[19] 용도변경을 할 수도 있고 고철매각이 해당 차량을 개조하여 남은 차령만큼 유지 및 운용하는것보다 손해가 적다면 손해를 감수하고 조기폐차도 가능하다.
아직까지 한국철도의 공식적인 입장이 알려진 바 없으니 조금 더 지켜봐야 할 것이다.
8. 모형
더 트레인에서 8200호대의 모형을 판매하고 있다. 조립식과 완성품/고급 완성품 3가지. 관련 링크
주머니가 가볍다면 종이 모형을 사면 된다. 한국철도공사 라이선스로 만든 종이 기차이며, 홈페이지 쇼핑몰과 철도박물관에서 행사할 때 살 수 있다.
9. 관련 문서
[1] 네이버에서 검색하면 8102호도 철도청 시절 도색으로 운행하는 사진이 있긴 하다.[2] 사진 속 외국인은 지멘스 관계자들이다.[3] 이렇게 하여 단축된 소요시간은 경부고속철도 2단계 개통 이후인 2010년 11월부터 본격적으로 적용되었다.[4] 서울→부산 제1203열차로, 6시 45분에 출발해 11시 43분에 종착하는 열차였다. 2020년 8월 기준 최단시간 소요 열차는 제1214열차인데, 5시간 10분 소요된다.[5] 최단 4시간 50분, #1410 : 2019년 12월 30일부터 익산으로 단축, 디젤기관차로 운행. 현재 최단시간 열차는 제1406열차로, 5시간 4분 소요.[6] 최단 4시간 57분, #1509. 이 열차도 이전보단 소요시간이 늘어난 상태다. 현재 제1505열차, 제1506열차, 제1507열차, 제1509열차가 5시간 4분으로 최단시간 소요.[7] 그도 그럴것이, 현재 객차 전원공급장치인 HEP를 통해 객차에 자체적으로 전기를 공급하기 때문에, 발전차의 역할도 기관차가 수행하고 있기 때문이다. 이로써 발전차의 생략은 가능해졌지만 여러 기계장치들의 동시동작으로 소음은 운행 초기에 비해 커진 편이다.[8] 특대 디젤 기관차는 운전실이 한 개이고, 거기다 우렁찬 구동음이 각종 냉각장치의 소음을 아예 묻어버리기 때문에 냉각장치의 소음은 그다지 잘 들리지 않는 편이다.[9] 헤드라이트를 모두 끄지 않는 이상 주간용 헤드라이트 점등시에도 들어온다. 주 헤드라이트는 2개의 램프가 있는데 바깥쪽이 주간용 헤드라이트, 안쪽이 야간용 헤드라이트이다.[10] LED로 개량하기 전부터 어중간한 위치 때문에 꾸준히 문제가 제기됐었다고 한다. 이 보조 헤드라이트는 8200호대의 원본인 오이로슈프린터 및 지멘스가 제작한 고속열차인 ICE 시리즈(ICE 1 / 2 / 3 / T) 모두 8200호대와 동일하게 전면부 유리창 하부에 위치해 있다. 그러다 유럽 각국 철도회사에서 한국철도공사와 동일한 문제를 제기했는지, 오이로슈프린터 최종버전인 ES64U4 및 신형 벡트론 기관차, 신규 고속열차인 ICE 3D, ICE 4부터는 8500호대 전기기관차와 동일하게 전면부 유리창 상부에 보조 헤드라이트가 부착되었다.[11] 이 사고로 기관사 1명이 현장에서 순직하고 6명이 부상을 당하였다. 사고 사진을 보면 캡(=운전실)이 형체를 알아볼 수 없을 정도로 찌그러졌다. 8569호와 달리 안티클라임이 없어서 피해는 더욱 컸다.[12] 이는 증기기관차 시절의 낮은 견인력 문제 때문에 급한 경사를 피하려는 경향 때문이기도 하다.[13] 구동축 2개 한 묶음(Bo')이 총 3개(2*3)로 6개.[14] 구동축 3개 한 묶음(Co')이 총 2개로 6개.[15] DHC 디젤동차의 동력차가 퇴역하고 기관차 견인으로 전환된 새마을호는 ITX-새마을이 도입되기 전까지 대부분 디젤기관차로 운용하였다. 전기기관차가 무궁화호에 전부 투입되어 새마을호까지 충당할 여유가 없었기 때문.[16] 정선, 영월 지역의 시멘트, 태백 고한 장성의 무연탄, 영월(상동) 텡스텐 광석.[17] ITX-새마을로 운행 중인 한국철도공사 210000호대 전동차도 똑같은 이유로 감사원의 지적을 받고, 영업최고속도가 180 km/h에서 150 km/h로 하향 조정되었다. 다만, 설계최고속도는 165 km/h 까지 잡아 놨다고.[18] RS(Return Service), ES(Examination Service), LI(Limited Inspection:제한정비), GI(General Inspection:일반정비), NWC(New Wheel Change), WT(Wheel Turning), IOE(Initial Oil Exchange)T(Temporarily Repair), R(Restoring Repair)[19] 8200호대의 경우 공전현상 덕분에 화물견인에 적합하지 않은데, 그럴 경우 치차비를 조정해 견인력을 높이고, 중련 연결하여 화물열차 견인용으로 활용하다가 퇴역시키는 방법도 있다. HEP는 냉동컨테이너 화물열차의 전원으로 쓸 수 있다.