GE 파워홀
1. 개요
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제너럴 일렉트릭에서 유럽, 아시아 등의 해외 시장을 대상으로 설계한 본선용 6축 디젤 전기식 기관차 플랫폼으로, 펜실베이니아 이리#s-5에 위치한 GE의 공장과 터키 TÜLOMSAŞ의 에스키셰히르 공장에서 생산된다.
개발 배경은 영국의 화물철도 사업자인 프레이트라이너 UK(Freigtliner UK)가 2007년 제너럴 일렉트릭에 30량의 신형 기관차를 발주했는데, 현재 사용 중인 디젤 기관차랑 견인력은 비슷하되 연비는 더 뛰어나야 하고 유럽연합의 배기가스 배출 기준인 유로 3까지 만족하는 기관차를 요구하여 개발되었으며, GE가 최초로 유럽 시장을 대상으로 설계한 디젤 기관차이다.
유럽과 영국의 축중 및 차량한계와 소음, 환경규제에 맞추어 언더프레임부터 완전히 새로 설계하고, 기존의 북미 내수사양 기관차에 사용되는 GEVO 엔진 대신, 밀러 사이클 구조를 채택한 자사의 J616 가스 엔진을 기반으로 하여, 동급의 타사 4행정 디젤 엔진 대비, 배기가스가 적으면서도 연료 효율이 높은 P616 디젤 엔진을 개발하여 탑재한다. 기존 엔진 대비 상대적으로 고 RPM 운전이 가능하며, 20% 향상된 추력대 중량비를 제공해 준다고 한다.
그 결과물로, 2009년 5월경, 펜실베이니아 주에 소재한 이리 공장에서 첫 생산분 2대[1]가 출고되었고, 해당 모델은 영국철도 70형(Class 70)으로 명명되었다. 두 대의 기관차는 2개월간의 시운전과 각종 시험을 거쳤으며, 필요한 경우 3주간의 수정 및 보완을 통해 차량의 안정성과 신뢰성이 입증되자,11월경에 영국으로 보내져 프라이트라이너에 인도되었다. 이후 최초 출고 차량 1호기는 "PowerHaul"이라는 애칭을 부여받았다.
현지에서도 1300톤의 석탄이 적재된 호퍼 화차를 견인하거나 30량의 컨테이너 화차를 견인하는 등 시운전이 이루어졌으며, 성능에 만족한 프라이트라이너는 70형을 지속적으로 도입하여, EMD의 66형 디젤기관차와 함께 주력차량으로 운용하고 있다.
특유의 생김새 때문인지 영국 현지 철도 동호인들 사이에서, 모든 70형 디젤기관차를 통틀어 "Ugly betty" (못생긴 베티) 혹은 "Fugly" (빻은 얼굴) 이라는 별명으로 불린다.
이후 터키의 TÜLOMSAŞ, 대한민국의 현대로템에서도 라이센스 생산 및 도입을 시작하여 터키, 대한민국에서도 운용 중이며, 2020년에는 핀란드 오페레일(Operail)에서 Dr20이라는 광궤형 모델을 도입하여 운용하고 있다.
2. 대한민국 사양(PH37ACai)
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한국철도공사가 기존에 운용하고 있는 EMD사의 특대형 기관차의 대량 폐차가 진행됨에 따라 이를 대체하기 위해 도입한 신형디젤기관차이다. 현대로템에서 라이선스 생산하였으며 영국에서 도입한 원본 모델에 비해 소폭 개량이 이루어졌다.
기술적 면에서는 친환경 디젤엔진을 적용하였고, 특히 한국철도공사 입장에서 전차대가 필요 없다는 엄청난 장점을 KTX 도입 이후에야 깨달아서 아예 디젤기관차도 운전실이 앞뒤에 있는 기관차를 주문했다. 왜 이렇게 늦게 깨달았냐 하면, 새마을호라는 상징성을 지닌 PP 동차와 통근용인 CDC를 제외하면 디젤동차 계열이 가진 잔고장 등의 문제로 인해 당시 철도청은 동차형 열차를 극도로 기피하였기 때문이다. KTX 이후 잔고장이 없는 전기동차형 열차의 장점을 깨달은 것이다.
기관사 편의성 역시 고려하였다. 대한민국에서 기존에 운행되던 EMD사의 기관차들은 운전실이 한 개이고 북미식 구형 디젤기관차 특유의 spartan cab 형태의 디자인을 하고 있다. 운전실이 2개인 기관차를 거의 찾아볼 수 없을 정도로 국내 한정으로 EMD 기관차만의 특징은 확고히 독보적으로 자리잡았다. 하지만 이 특징들은 대한민국 기관사 입장에서 보았을 때 장거리 운행 시 상당한 불편함을 느끼게 된다. Spartan cab 디젤 기관차 구조의 특성 상, 좌측통행을 채택하고 있는 한국의 철도 환경과는 반대로 운전석이 우측에 위치해 있다. 철도차량은 일반적으로 자동차와는 반대로 통행 방향과 동일한 위치에 운전석이 위치해 있거나, 차량 중앙에 위치해 있다. 전방 운행 시엔 앞에 튀어나온 거대한 브레이크함이 있어 시야 제한을 받는데다가, 특히 뒤로 후진 운행하는 경우(장폐단), 차량 단부가 운전실에서 멀리 떨어져 있고 거대한 차체에 가려진 전, 후방을 완전히 확인하는 것은 사실상 '''불가능'''하다.
게다가 AAR-105 제어대를 탑재한 특성상 제어대를 마주보고 전방과 45~90도 각도로 몸을 비틀어 앉은 상태에서 왼쪽(후진: 장폐단), 혹은 오른쪽(전진: 단폐단)으로 고개를 돌려 바라보며 운행을 해야 하기에 인체공학적으로도 굉장히 적절치 못한 설계이다. 이러한 이유로 기존 디젤기관차는 원활한 운행을 위해 2인 승무를 의무화하고 있다. 역에 정차해 있을 때 디젤 기관차를 유심히 보면 디젤 기관차에 기관사 두 명이 탑승하여 각각 전면부 양 끝창에서 전방을 바라보고 있는 것을 볼 수 있다. 허나 이 기관차에서 유럽형 양방향 운전실을 도입하면서 상기한 문제점이 완전히 해결되었고 1인 승무 역시 가능하게 되었다.
2.1. 정비(검수)주기
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출처: 한국철도공사_철도차량 유지보수 세칙(2017. 03. 16.)
3. 특징
- 대한민국 철도 역사상 최초로 도입된 양 방향 운전실이 있는 디젤기관차이다.
- 이 차량의 기반이 되는 모델은 GE사의 Powerhaul 모델이다. 이 모델은 영국에서 70형으로 상용화 된 기관차로서, 2013년 초까지만 해도 목업 모델만 일부 공개되었을 뿐 구체적인 디자인은 밝혀지지 않았다가 2013년 9월이 되어서야 구체적인 디자인이 공개되었다. 이어 2014년 1월, 현대로템 창원공장에서 첫 완성차량인 7601호가 출고되어 마산역에 도착했다.
- 차량 번호는 처음엔 7500호대를 이어받을 예정이었으나, 7500호대 차량 번호가 아직 정리되지 않았고 기존의 기관차와 형식이 다른 점을 고려하여 신규 번호인 7600호대로 받게 되었다.
- 기존 디젤 기관차들과 도색이 다르다. 전체적으로 빨간 도색을 했는데, 일명 고추장도색으로 2013년경 지정된 화물용 디젤기관차 도색이다. 7600호대 운행 개시 즈음 7500호대도 도색을 변경했다.
- 기존 디젤기관차보다 약 700마력 더 높다.
4. 기술적 특성
4.1. 엔진
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이 차량은 통상적인 디젤-전기 기관차와 달리 4행정 엔진을 사용한다. 엔진의 공급사는 GE 에너지 사업부로, GE 에너지 사업부의 중고속 가스엔진인 J616 4행정 커먼레일 듀얼 터보차저 엔진을 기반으로 하여 P616 엔진을 개발하여 사용하게 된다. 원래 J616 엔진의 스팩은 188g/kWh에 최대 2.55MWe/1500rpm이나, 연료 계통을 천연가스에서 디젤로 수정하고 여러 개량 및 수정을 통하여 이 차량에선 192g/kWh에 2.80MWe/1500rpm의 성능을 내며 최대 1800rpm까지 올라가도록 세팅되어 있다. 엔진은 DIANE* XT4 패키지에 포함된 ECU가 제어하며 시스템과 디지털 연결되는 커먼레일 엔진이다. 수동 시동도 가능하며 유압, 공압 계통은 WABTEC 사의 제품을 사용한다. 여담으로 엔진 예열 소켓이 있어서 여기에 전기코드를 꼽으면 자동으로 엔진 예열이 된다.
4.2. 발전기
이 차량은 통상적인 디젤-전기 기관차와 달리 3상 동기발전기를 사용하여 3상 가변전압[4] 가변주파수를 만들어내며, 발전기의 전력은 전량 Converter를 통해 직류로 변환, 공용 직류 버스에 물린다. 또한 특이점으로, 보조 발전기가 한대 더 있는데 이는 주 발전기가 작동 중이지 '''않을'''경우에도 차량 대부분의 전장(A/C 포함)을 가동시킬 수 있는 12kWe의 전력을 공급할 수 있으며, 주 발전기가 사용하는 연료를 통해 작동이 가능하도록 되어있다. 여담으로 해외의 경우 주문자에 따라 7kWe의 쿠보다 디젤엔진을 사용한 APU가 적용된 케이스도 있다. 국내에서도 도입 여부에 대한 논의가 있었으나 적용되지 않았다.
4.3. 인버터
발전기의 뒷편, 즉 정방향 운전실 바로 뒷 편에 보면 환기구가 무진장 많은 부분이 있는데 거기에 랙 형태로 적층된 부분에 컨버터, 캐퍼시터, 인버터가 쌓여있고 밖으로 공기를 배출하는 배기팬이 있다. 여담으로 이 배기팬의 소음은 꽤 큰 편이어서 오히려 엔진보다 더 거슬린다는 평이 있다. 인버터의 크기는 매우 작은 편이다.
또한 동력 구조가 통상적인 디젤 전기식 기관차들이 사용하는 AC 발전기 - 정류기 - DC 전동기 방식이 아닌 AC 고주파 발전기 - 쇼트키 고주파 정류기 - DC 공용 전원 라인 - VVVF 인버터 - AC 유도전동기를 사용해 구동되는 방식이다. 게다가 이 인버터도 1C1M으로 각 모터별로 인버터가 배정되어 있다. 덕분에 모든 전원제어가 인버터에서 가능해져 매끄러운 구동이 가능하며 엔진 RPM을 필요한 만큼 제어할 수 있게 되었다. 덕분에 연료 효율이 약 15% 정도 상승하였다.
4.4. 견인전동기
일반적인 디젤기관차와 달리 3상 교류 전동기를 사용하며 그 중에서 가장 단순하며 고장이 안 나는 3상 농형 유도전동기 방식을 사용한다. 이로 인해 출발 견인력이 직류직권전동기를 사용한 타 디젤기관차보다 떨어진다.
5. 문제점
'''현장에서는 실패작 취급이다.''' 매연배출이 원활하지 못해 운전실 내부로 매연이 들어오고, 그렇다고 차가 더 잘 나가는 것도 아니라서 기관사들에게는 선호받지 못하고 있다. 현직 기관사들에 의하면 반응속도가 느리며 창문 위치가 이상해 불편하고[5], 기계실과 운전실 배치가 이상하며[6] 엔진이 노출돼있어 매연이 심하게 들어온다고 한다. 실제로 2017년경 정선아리랑열차 전용기인 7610호를 실제로 탑승해본 결과 '''운전실의 엔진룸 문이 제대로 쇄정되지 않아 주행중 열렸다 닫히면서 큰 소음을 유발했다.'''
특히 부실제작 의혹이 나오고 있는 이유가 '''같은 형식의 기관차를 먼저 도입한 영국이나 터키에서는 별 문제없이 운용하고 있기 때문이다.'''
6. 여담
- 역사 내 진입 통과 시 등 경고를 위해 전조등을 점멸하는 기능이 있으며, GE 특유의 경종음도 울린다.
- 밝은 LED 헤드램프가 장착되었다. 가시거리가 매우 길다.
- 이전의 특대형 디젤 기관차의 저주파 소음에 가슴 떨려하던(...) 올드비 철덕들은 이 7600호대의 높은 고주파 소음을 처음 들었을 때 실망감을 감추지 못했다고 카더라. 뻥을 조금 섞어서 표현하자면, 기관차 소리가 2.5톤 트럭(...)소리처럼 들리더라... 하고 생각하면 된다. CDC/RDC보다도 더 똥똥거리는 소리인지라... 하지만 반대로 기존 특대형보다는 상대적으로 조용하기에 오히려 낫다는 사람도 있다. 그래도 디젤은 디젤이다 보니 8200호대 전기기관차보다는 당연히 시끄럽다. 전기기관차치고는 소음이 컸던 8000호대 전기기관차와 비슷한 정도.
- 컨테이너 하역 작업을 위해 부산신항역에서 자주 목격된다. 전차선이 있으면 컨테이너를 집어서 옮기는 것이 불편하기 때문이다. 또 전차대가 없는 동백정역에서 장폐단 운행을 하지 않을 수 있어 폐선 이전 서천화력선에도 자주 투입되었다. 또한 장항선, 전라선 연선에 많이 투입되는 모습을 보인다.
- 경부선, 호남선, 전라선, 영동선 등 중요 간선이 전철화되면서 전기 기관차 수요가 늘어났지만 화물 견인 및 전시(戰時) 대비용 목적으로 일정량 이상의 디젤기관차를 확보해야 한다(당연하지만 한반도는 아직 휴전 중이다.) 언제 다시 전쟁이 발발할지 모르는데, 만약 폭격 등으로 전차선등의 전기 시설이 파괴되면 전기차량은 그저 고철에 불과하다. 따라서 전차선과 상관없이 움직일 수 있는 디젤기관차를 일정량 이상 확보하도록 법으로 규정되어 있다. 아무튼 7000호대는 전량 폐차, 7100~7300호대, 7500호대 기관차는 이미 폐차했거나 남은 차량들의 폐차 시즌이 된 지라 7400호대도 언제 사라질지 모르기 때문에 새로 도입한 것이 이 7600호대다. 그래서 7600호대는 아직까진 여객보다는 화물용으로 쓰인다. 정기 여객열차에 투입되는 사례로는 2015년 1월에 개통한 관광열차인 정선아리랑열차에 특별 도색된 7610호가 있다.
- GT26CW형 기관차가 국내 주력으로 자리잡을 수 있었던 가장 큰 이유는 등판능력에 있다. 급구배와 곡선이 많고 중량물 수송 비중이 높은 국내 철도 환경상 어떤 환경에서도 써먹을 수 있는, 그러니까 만능 기관차를 요하게 된다. 그 점에서 GT26CW형은 기관사 승무환경을 제외하고 모든 면에서 조건을 충족한다. 특히 등판능력에 있어서는 직류직권전동기 2직3병렬 제어로 약 55km/h까지 원래 견인전동기의 스팩보다 최대 12배 높은 토크로 치고 나갈 수 있다.(이는 직류직권전동기의 중요한 특징 중 하나이며 전이로 인한 충격은 효율을 따져보면 무시할 수 있을 수준이다.) 그에 비해 7600호대는 교류 농형유도전동기[7]에 인버터제어 방식으로 저속 토크가 모터스팩의 최대 2배까지밖에 안나와 GT26CW형에 비해 견인력이 낮으며, 따라서 등판능력이 낮아 태백선, 영동선에서는 전혀 활용하지 못하고 있다. 2014년 3월 경 7600호대가 최초 시운전한 노선이 태백선 제천~태백간인데, 당시 무개형호퍼차 실은차 10량과 보조기관차(GT26CW형)를 연결하였으나 자력만으로 통과하지 못하였다고 알려져있다. 이후 비교적 완만한 호남선, 전라선 등에서만 운용하고 있다.
- 몇 가지 장점을 찾아보면 양 방향 운전실이 있어 장폐단 운행을 하지 않을 수 있고, 기존 디젤기관차보다 훨씬 인체공학적이고, 시야 확보가 좋다. 연료 효율 증가로 연료비 감소 역시 장점이다.
- 2017년 8월 군사훈련의 일환으로 심야 시간에 서울 지하철 4호선(금정~남태령~4서울)에 입선한 이력이 있다.
[1] 70001호, 70002호.[2] 정선아리랑열차 전용기 7610호[3] RS(Return Service), ES(Examination Service), LI(Limited Inspection:제한정비), GI(General Inspection:일반정비), NWC(New Wheel Change), WT(Wheel Turning), T(Temporarily Repair), R(Restoring Repair)[4] 여자코일 전압은 brushless 가변이므로 그렇게 크게 널뛰지 않는다.[5] 통표 또는 통신식 등의 대용폐색으로 지도권·표를 사용할 때 보통 창문 밖으로 손을 뻗어 휴대기를 낚아채지만 창문의 크기와 위치가 문제가 되어 그냥 정차 후 직원에게서 받고 있다.[6] 구조상 운전실에 진입할 때 무조건 기계실을 거치게 되어있다.[7] 농형 유도전동기를 쓴것도 어처구니없는 부분이다. 스팩 이상의 기동토크를 요하는 곳엔 못해도 SynRM 이나 SRM또는 권선형 동기전동기를 쓰던가 작정하고 PMSM 브러쉬리스가 들어간다. TGV 및 KTX-1의 견인전동기에 괜시리 유지보수가 악화되는 단점을 감안하고 권선형 회전자가 들어간게 아니다.