기상청 기후변화 시나리오를 이용한 장대레일의 미래 취약성 평가

소병진,노서균,권현한 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

장대레일은 200m~300m 이상에 길이를 갖는 선로를 의미하며 열차진동이 저감되고 무진동, 쾌속운행으로 좋은 승차감을 제공하여 서비스 향상에 기여할 뿐 아니라, 궤도보수주기 연장으로 보수비절감, 궤도재료 절약 등으로 철도경영 합리화에 크게 이바지 하고 있다. 이러한 장대레일의 효율성과 용이성으로 인하여 현재 전국 선로 중 55%가 부설되어 있으며 매년 장대레일의 설치 비율이 증가되고 있다. 장대레일에 설치 즉, 설정방법은 규정된 중위온도 내에서 설치하는 중위온도법을 기준으로 시행되고 있는 실정이며, 장대레일에 나타나는 문제점인 신축과 좌굴 현상은 레일온도 상승으로 인한 축압력 및 횡압력에 증가로 인하여 야기된다. 또한, 온도에 따른 열차 운전 규정에서는 고속선과 일반선로에 따라서 레일온도 범위에 따른 열차운전 최고속도 제한 및 운행중지와 같은 규정이 제시되어 있다. 이처럼, 장대레일 설정 및 운행에 있어서 발생할 수 있는 위험은 모두 온도와 연관되어 나타나고 있는 실정이다. 또한, 최근 지구온난화 현상으로 인한 이상기온에 출현 횟수가 증가하고 대기 온도상승하고 있음이 여러 연구 결과로 제시되고 있으며 국가적으로 미래 기후변화에 따른 온도 변화를 예측하고 대비책을 강구하고 있다.이에 본 연구에서는 미래 온도 변화로 인하여 장대레일에 온도 변화량을 파악하고 장대레일의 온도변화로 인하여 발생할 수 있는 위험성을 장대레일 재설정 규정과 열차 운전 규정을 바탕으로 미래 장대레일에 위험성을 살펴보고자 한다. 이에 본 연구에서는 익산시에서 측정된 대기온도와 레일온도를 통하여 대기-레일온도 관계를 규명하고 기상청에서 제공하는 2011~2100년 기간에 대한 미래 기후변화 시나리오를 이용하여 미래 레일온도를 산출함으로써 미래 레일온도에 따른 장대레일의 취약성을 평가해 보고자 한다. 본 연구결과는 온도상승에 따른 열차운전 규제 규정을 통하여 미래에 발생되어지는 열차운전 규제의 횟수 및 재설정 수행 횟수를 산출해 봄으로써 현행 장대레일 재설정시 규정과 온도상승에 따른 열차운전 규제 규정의 취약성을 평가하고 미래 기후변화에 따른 적응 방안을 강구해 볼 수 있을 것으로 판단된다.

미래 기후 시나리오를 이용한 장대레일 설정온도 기준 분석

박성준(Seong-Jun Park),이형덕(Hyeoung-Deok Lee),문지호(Jiho Moon) 한국철도학회 2024 한국철도학회논문집 Vol.27 No.3

전세계적인 기후변화로 인하여 대기온도가 점차 증가하고 있다. 대기온도는 레일온도와 밀접한 관계를 가지고 있으며 대기온도의 증가는 장대레일의 축력에 영향을 미쳐 장대레일 궤도 안전성에 영향을 줄 수 있다. 따라서 기후변화 대응을 위하여 장대레일 궤도의 기후변화에 따른 영향을 분석하고 대응책을 마련할 필요가 있다. 본 연구에서는 미래 기후 시나리오를 활용하여 장대레일의 레일온도 변화를 예측하고 현재 장대레일 설정온도 기준의 미래 적용성을 검토하였다. 이를 위해 국내의 실측 대기온도-레일온도 관계 데이터를 활용하여 국내에 적합한 대기온도-레일온도 상관 관계식을 제시하고 이를 이용하여 미래 기후 시나리오별 국내 장대레일 설정온도의 적용성을 평가하였다. The ambient temperature is gradually increasing due to global climate change. The ambient temperature is closely related to the rail temperature, and the increase of the ambient temperature can affect the axial force in the CWR and the CWR track safety. Therefore, to overcome the climate change effect, it is necessary to analyze the impact of climate change on CWR track and provide countermeasures. In this study, the change in rail temperature of CWR was predicted using future climate change scenarios and the applicability of the CWR-setting temperature criteria was reviewed for the future. For this, the relationship between the ambient and a rail temperature that is suitable for Korea was first studied using actually measured data in a line in operation; then, the applicability of domestic CWR-setting temperature for the future was evaluated.

철도안전운행을 위한 기상정보를 활용한 레일온도예측 모델 개발

허모랑,심지한,오재호,오지원,이대성 한국재난정보학회 2019 한국재난정보학회 학술대회 Vol.2019 No.09

가속되고 있는 기후변화에 대응하여 세계의 철도 운영기관들은 안전한 열차운행을 위한 적응 대책을 강구하고 있다. 특히 여름철 혹서기와 겨울철 혹한기등 극한 기상현상에 의한 레일온도의 변화로 인해 발생하는 선로의 좌굴 혹은 단절과 같은 현상 은 열차운행에 심각한 위험을 유발하므로 한국철도공사도 이에 대한 운영세칙을 수립하고 따르고 있다. 이에 더해 데이터 기반 의 기후변화에 적응 대책 수립을 위해서는 레일온도검지 관측과 이를 활용한 예측 정보의 활용 기술이 필요하다. 본 연구에서는 레일온도 변화의 직접적인 원인되는 기온과 습도, 일사량, 강수등 기상 변인들이 레일온도의 상승에 끼치는 상관성을 분석하고 이들 기상 자료로부터 레일의 온도를 예측하는 통계기반 모델을 개발하였다. 본 연구에서 개발하고자 하는 모델은 기상요소들 로 부터 레일온도 상승을 예측하여 위험 발생을 사전감시하고 선로안전 조치를 시행하는 정보를 제공하는데 목적이 있으므로 선로 온도의 상승에 대한 예측 정보를 최대 36시간 이전에 예보할 수 있는 체계로 개발되었다. 이 과정에서 개발된 다중 회귀 모델로 실제 레일온도 검지 장치의 관측자료와 가장 가까운 기상 관측점의 자료를 활용한 모델과 1km 격자의 가상기상 관측소 를 복원한 기상자료를 적용한 모델 결과를 비교하여 제시하였으며, 예측에 활용된 기상자료는 기상청의 동네예보 자료이다. 모델의 예측 성능은 2019년 여름철 김천, 대구, 경주, 포항 지점의 한국철도 선로에 설치된 레일온도 검지장치 실관측 자료로 검증하였다. 특히 여름철 폭염에 의한 잦은 열차지연에 대한 예방과 운행 안전 확보를 위해 이러한 예측 정보를 활용하는 스마 트 안전 감시 기능은 한국철도공사를 비롯한 철도 회사들의 데이터 기반의 안전관리 역량을 확보하는데 적절한 기술로 활용 될 수 있을 것으로 기대한다.

레일의 온도 분포에 따른 레일 변형 분석

홍성욱(Hong Sung Uk),임남형(Lim Nam Hyoung),배현웅(Bae Hyun Ung),김경호(Kim Kyung Ho),김홍집(Kim Hong jip),조성진(Cho Seong J) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.2

세계적으로 기온이 상승함에 따라 열차의 안전에 영향을 미치는 레일 좌굴의 문제는 더욱 심각해지고 있다. 열차 회사들은 열차의 안전 운행 속도를 결정하고 좌굴 발생을 예방하기 위해서 레일의 온도를 모니터링하고 있다. 레일의 온도 편차는 좌굴 발생이 예상되는 여름철에 크게 발생하며 이는 레일의 불균형한 온도 분포를 만들어 낸다. 하지만, 현존하는 레일온도 계측에 관한 연구들은 레일의 불균형한 온도 분포를 고려하지 않고, 접근이 쉬운 표면의 레일 온도에만 중점을 두고 해석을 하였다. 본 연구에서는, 유한요소해석을 수행하여 온도 분포에 따른 열변형 결과를 얻고 이를 통해 레일의 온도분포를 분석하였다. 이러한 연구 결과는 향후 진행될 레일 좌굴에 관한 연구의 정확성을 향상시켜 줄 것으로 기대된다. As global temperatures continue to increase, the problem of rail buckling, which affects railway networks, will become ever more severe. Railway companies monitor the temperature of their rails to set safe running speeds and predict when buckling is likely to occur. However, to obtain accurate temperature data, it is important to measure it at the correct point either on or within the rail. Existing methods of determining where to measure the temperature generally fail to account for the nonuniform distribution of temperature within a rail and instead choose surface measuring points based on ease of access. In the present study, we conduct a thorough thermal and structural analysis of a generic rail to understand the distribution of temparature and thermal deformation. The findings of this research are timely and of significant potential impact both theoretically and practically.

온도하중을 고려한 장대레일 궤도의 안정성 해석

강영종,임남형,신정렬,양재성,Kang, Young Jong,Lim, Nam Hyoung,Shin, Jeong Ryol,Yang, Jae Seong 한국강구조학회 1999 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.11 No.3

수십 년 동안, 철도는 차량의 운영과 조작 기술에 맞추어 짧은 길이의 레일을 서로 신축 이음을 두고 연결한 궤도를 이용하여 건설되었다. 그러나 이러한 신축이음들은 궤도 손상과 유지비 증가 등의 많은 단점들을 유발시켰다. 그래서, 철도 기술자들은 차량, 용접, 체결의 기술이 발전함에 따라 열차 하중, 속도의 증가를 위해 레일 사이의 신축 이음을 제거하는 데 많은 관심을 가지게 되었다. 그래서 최근 등장한 것이 기존 레일의 단점들을 해소할 수 있는 CWR궤도이다. 그러나 이러한 CWR궤도는 기존 레일의 단점을 극복할 수 있었으나 레일의 장대화에 따른 온도 하중으로 인한 레일의 좌굴 문제를 야기시켰다. 본 논문에서는 유한 요소 해석을 이용하여 선형 좌굴 해석을 위한 CWR 궤도의 모델과 해석 프로그램인 CWRB를 개발하였다. 레일의 해석 모델은 레일요소 당딤을 고려한 14개의 자유도로 나타내었으며, 체결재, 침목, 도상 저항력을 스프링 요소를 사용하였다. 장대레일의 온도하중에 의한 좌굴 온도 및 모드의 분석으로 장대레일의 온도 좌굴 특성을 고찰하였다. For many decades, the railway was constructed using tracks with jointed rails of relatively short lengths in accordance with rolling and handling technology. The joints cause many drawbacks in the track and lead to significant maintenance cost. So, railroad engineers became interested in eliminating joints to increase service loads ana speeds by improving rolling, welding, and fastening technology. Continuous welded rail(CWR) track has many advantages over the conventional jointed-rail track. But, in the case of the elimination of rail joints, it may cause the track to be suddenly buckled laterally by thermal loads. In this paper, CWR track model and CWRB program are developed for linear buckling analysis using finite element method. Rail element with a total of 14 degrees of freedom is used. The stiffness of the fastener, tie, and ballast bed are included by a set of spring elements. The investigation on the buckling modes and temperature of CWR track is presented.

하절기 장대레일 온도제어를 위한 차열성 도료의 적용

성덕룡(Deok-Yong Sung),주진우(Jin-Woo Joo),박성기(Sung-Ki Park),전두민(Doo-Min Jeon),이현걸(Hyun-Gul Lee),김장규(Jang-Kyu Kim),백찬호(Chan-Ho Baik) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.10

하절기 기온 및 레일온도 상승으로 장대레일 좌굴 위험성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 차열성 도료 적용사례를 조사하였고, 4종류의 차열성 도료를 실제 철도 레일 및 콘크리트 침목에 적용하여 레일 및 침목에서 발생하는 온도차를 분석하였다. 또한, 궤도/교량 상호작용해석을 통해 국부적인 레일온도 저감에 따른 효과를 분석하였다. 분석결과, 수성1액형에 비해 유성2액형 차열성 도료의 온도저감 효과가 우수하였으며, 반사율이 높은 흰색이 온도저감 효과가 높은 것으로 분석되었고, 국부적인 레일온도저감은 축력저감효과가 있는 것으로 분석되었다. 따라서 장대레일에 차열성 도료를 적용할 경우, 장대레일 길이 연장, 레일신축이음매 최소화, 재설정작업 최소화가 가능할 것으로 판단되며, 기존선 작업의 효율성을 높이기 위한 급속시공장비 개발이 필요할 것으로 판단된다. Riskiness for buckling of CWR increase due to rise the average temperature in summer period. In this paper, it introduced to isolation-heat paint, which was applied in the field. It is performed that differences of temperature in rail and sleeper by using the four types of isolation-heat paint according to the field test. In addition, the track/bridge interaction analysis according to the local temperature reducing was analyzed. The temperature reducing effect of solvent-based 2 types was better than water-based 1 type. White has good temperature reducing effect by its high reflectance. According to the local temperature reducing of CWR, the axial force was decreased. Therefore, applying the isolation-heat paint to track in railway, it can extend the length of CWR and minimize rail expansion joint, minimize the reset operation of CWR. In the future, construction equipment rapidly applying isolation-heat paint to track need to be developed to improve the efficiency of railway construction and maintenance.

철도선로유지 효율화를 위한 궤도주변시설 성능개선 연구

정형진(Heyong-Jin Jeong),정의환(Eui-Hwan, Jeong),라정균(eong-Kyun.Rha),장덕순(Deok-Soon Chang) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.10

철도의 고속화 및 레일장대화로 궤도관리가 중요한 시기이지만 폭염 및 이상기후 현상으로 철도운행 환경이 악화되고 있는 상황이다. 특히, 열차소음방지 목적으로 설치되는 철도방음벽으로 밀폐된 구간에서의 레일온도 상승은 궤도유지관리에 어려움을 초래하게 된다. 혹서기에 안전한 열차운행을 위해서는 레일온도를 일정수준으로 유지하여야 하는데 레일온도 상승에 대응하는 방법으로 운행속도규제와 살수를 통한 방법이 적용되고 있지만, 살수에 의한 방법은 점착계수 저하로 인해 열차운행의 효율성 저하를 야기 시키고 있는 실정이다. 이에 선로주변에 설치되는 시설물인 방음벽에 온도 자동감지장치를 설치하여 사전에 설정된 온도에 따라 작동하는 가동기 및 자동 슬라이딩 방음판을 구성 레일의 과다온도 발생시 설정된 온도에서 방음판의 자동 열림으로 통풍에 의한 선로내 온도를 하강시켜 레일 온도를 적정하게 유지함으로써 혹서기 열차안전운행을 확보함은 물론 궤도재료인 레일보수주기를 연장시킬 수 있는 방음벽의 성능을 개선하였다. Owing to high speed railroad and continuous welded rail, rail management is important, yet heat waves and abnormal climate phenomenon aggravate railway operation. A temperature rise in the section closed by railway noise barrier incurs the difficulty in track maintenance. For safe of operation of railways during a scorching summer, it is needed to maintain the temperature of rails at a certain level. Sprinkling water and the regulation of operating speed are used to respond to a temperature rise of rails, yet sprinkling water incurs the degradation of the efficiency in operating railways owing to the degradation of adhesion coefficient. Thus, automatic temperature sensing devices were installed on the sound barriers installed around the tracks so actuators and automatic sliding sound boards in operation according to the temperate set in advance could maintain the rail temperature, reducing the temperature of tracks by ventilation owing to automatic opening of sound boards at set temperature in the event of excessive temperate rise, ensuring the safety of railways operation during summers, and improving the performance of sound boards facilitating the extension of the maintenance cycle for rails, the materials of tracks.

방열관의 배치와 관내 유속이 온수난방 온실의 온도분포에 미치는 영향

신현호,김영식,남상운 (사) 한국생물환경조절학회 2019 생물환경조절학회지 Vol.28 No.4

본 연구는 난방온실의 온도분포 균일화를 위한 기초자료 제공을 목적으로 온수난방 방식의 토마토 재배 온실에서 난방실험을 통하여 난방배관의 표면온도와 실내기온 사이의 상관관계를 분석하고, 난방배관의 열전달특성분석과 난방배관 배치의 개선을 통하여 난방배관 표면온도의 편차를 줄이고 균일도를 향상시키기 위한 방안을도출하였다. 서로 다른 두 온실의 온도분포를 분석하여최대편차와 균일도를 검토한 결과, 온수의 유량이 많고난방배관의 길이가 짧게 배치된 온실의 온도편차가 작고, 균일도는 높은 것으로 나타났다. 또한 순환팬을 가동한경우에 온도편차는 작아지고 균일도가 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 난방배관의 표면온도와 실내기온 사이의 상관관계를 분석한 결과, 두 온실 모두에서 유의적인(p<0.01) 정적 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 온수난방 온실에서 실내기온의 분포는 난방배관 표면온도의 분포에 영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었고, 온도편차가 최소화 되도록 난방배관을 배치함으로써 실내기온 분포의 균일도를 개선할 수 있는 것으로 판단되었다. 난방배관의 열전달 특성을 분석한 결과 배관의 길이가 길어지면 온도편차는 커지고, 관내의 유속이 빨라지면 온도편차는 작아지는 것으로 나타났다. 따라서 지선배관의길이가 짧아지도록 난방배관을 배치하고, 관내의 유속을제어함으로써 온실의 온도분포와 환경의 균일성을 개선할 수 있을 것으로 판단되었다. 국내 온실에서 가장 많이 사용하고 있는 튜브레일(40A) 방식의 온수난방시스템에서 하나의 지선배관에서의 온도편차를 3o C 이내로조절하기 위해서는 관내의 유속이 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0m·s-1일 때 난방배관의 길이는 각각 40, 80, 120, 160, 200m 이내로 제한해야 하는 것으로 분석되었다 In order to provide basic data for uniformization of temperature distribution in heating greenhouses, heating experiments were performed in two greenhouses with a hot water heating system. By analyzing heat transfer characteristics and improving pipes layout, measures to reduce the variation of pipe surface temperature and to improve the uniformity were derived. As a result of analyzing the temperature distributions of two different greenhouses and examining the maximum deviation and uniformity, it was found that the temperature deviation of greenhouses with a large amount of hot water flow and a short heating pipe was small and the uniformity was high. And it was confirmed that the temperature deviation was reduced and the uniformity was improved when the circulating fan was operated. The correlation between the surface temperature of the heating pipe and the indoor air temperature was a positive correlation and statistically significant(p<0.01) in both greenhouses. It was confirmed that the indoor temperature distribution in a hot water heating greenhouse was influenced by the surface temperature distribution of heating pipe, and the uniformity of indoor temperature distribution could be improved by arranging the heating pipe to minimize the temperature deviation. Analysis of the heat transfer characteristics of heating pipe showed that the temperature deviation increased as the pipe length became longer and the temperature deviation became smaller as the flow rate in pipe increased. Therefore, it was considered that the temperature distribution and the uniformity of environment in a greenhouse could be improved by arranging the heating pipe to shorten the length and controlling the flow velocity in pipe. In order to control the temperature deviation of one branch pipe within 3oC in the tube rail type hot water heating system most used in domestic greenhouses, when the flow velocity in the pipe is 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0m·s-1, the length of a heating pipe should be limited to 40, 80, 120, 160, 200m, respectively. Additional

하절기 장대레일 온도저감을 위한 차열성 도료의 현장적용성 평가

백인철(Back-In Chul),박성백(Seong-Baek Park),김영철(Young-Chul Kim),권세곤(Se-Gon Kwon) 한국철도학회 2016 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2016 No.10

장대레일은 승차감 향상, 유지보수 비용절감 등과 같은 장점이 있으나, 내부 축력에 의한 동절기 절손 및 하절기 좌굴과 같은 문제점이 발생할 수 있다. 최근 이상 기후 및 폭염으로 장대레일 좌굴에 대한 안전성 확보가 대두되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 백색 페인트 3종을 선정하여 일사반사율 측정을 통해 기본 반사 성능을 검증하였고, 본선에 직접 도포 하여 일정기간 동안 온도저감 효과를 분석하였다. 시료별 일사반사율은 5~15%차이가 나는 것으로 측정되었다. 그러나 현장시험 결과 온도저감 효과차이는 미미하였다. 도포 초기에는 4~5℃의 온도저감 효과가 계측되었으나, 열차통과시 발생하는 분진 및 강우로 인한 오염으로 인하여 점차 온도저감 효과가 저감되는 것으로 나타났다. 차열성 도료를 레일에 도포할 경우 한시적인 온도저감 효과는 발현되나 지속성에 문제가 있어 현장에 적용할 경우 작업시기를 면밀하게 결정해야 할 것으로 판단된다. The advantages of CWR are improvement of ride comfort, reduction of maintenance costs, however there can be occurred the breakage of railway in winter and the buckling in summer by the axial force. Recently, safety assurance of the buckling of CWR came to the fore because of abnormal climate and heat wave. In this study, the basic reflection performance is verified through measuring solar reflectance about three types of white paint, and temperature reduction effect is analyzed as applying it directly to the mainline for a certain period. Solar reflectance of each sample was measured between 5 and 15 percent differential. But temperature reduction effect was slight by result of field tests. The temperature reduction effect is measured 4 or 5℃ in the early days of application, however its effect is gradually reduced because of the dust at the time of train passage and the contamination by rainfall. Work period should be closely determined when the isolation-heat paint is applied to rail owing to persistence of temperature reduction effect.

레일신축이음매 자동측정장치 개발연구

박세환(Se-Wan Park),이광석(Kwang-Seok Lee),김명철(Mung-Cheol Kim),김효산(Hyo-San Kim) 한국철도학회 2015 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2015 No.10

서울메트로에서는 설치된 총 399개소의 신축이음매장치의 레일변위(stroke)와 장대레일의 온도를 정기적(월2회) 및 부정기적으로 점검 하고 있다. 특히, 혹서기에는 레일장출 방지를 위해 수시로 레일온도 및 신축량을 점검하고 있다. 이에 따른 업무효율 저하와 직원들의 선로현장 출입에 따른 인명사고 위험이 상존하고 있어 사무실에서 실시간으로 레일온도 및 신축량을 통합관리하는 시스템의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 대기온도, 장대레일의 레일온도 및 신축이음매장치에 대한 레일 변위 등을 자동으로 측정하는 장치를 개발하였다. 현장 센서에서 취득된 데이터를 전용 통신케이블을 거쳐 관리자용 컴퓨터 시스템에 저장되어 모니터링 할 수 있도록 하였다. In Seoul Metro, the temperature of the continuous welded rail and the displacement (stroke) of the rail expansion joints installed a total of 399 places is checked regularly (twice a month) and irregularly. Especially in hot summer, there is often check rail temperature and expansion length to prevent bucking of rail. In accordance with decrease in working efficiency and the risk of accidents on the track, there is a need for a integrated system which manage rail temperature and displacement in real-time in the office. In this study, the atmospheric temperature, the rail temperature and displacement of the rail expansion joints had developed a device that automatically measures. Data obtained in the site sensors was stored in the administrative computer system and able to make monitor.