도시철도신호시스템 소개 2011.06 도시철도설비부 (신호과)

관제실 개별시험 및 관제실과 기능실 간 연동검사 도시철도건설 공정과정 관제실 본선구간 정거장 토목공사 토목공사 토목공사 건축 및 설비 공사 궤도 및 전차선 시공 건축 및 설비 공사 관제실 설비 설치 현장설비공사 기능실 설비 설치 기능실 개별시험 및 현장과 기능실간 연동검사 관제실 개별시험 및 관제실과 기능실 간 연동검사 레일연마 및 건축한계 입선 집전 시험(차량투입) 차량성능시험 시운전 개 통 2

송변전 / 전차선 분야 한전전원공급 22.9kV 한전전원공급 22.9kV A변전소 B변전소 전차선 궤 도 변압기 1기 AC 22.9kV / 1.2kV 2기 AC 22.9kV / 590V×2 변압기 1기 AC 22.9kV / 1.2kV 2기 AC 22.9kV / 590V×2 정류기 DC 1500V 정류기 DC 1500V 전차선 정급전선 정급전선 부급전선 부급전선 궤 도 3

통신분야 종합관제센터 설비 관리역 설비 역 단위 설비 열차운행제어설비 설비제어설비 신호제어설비 전력제어설비 사무자동화설비(MIS) 종합관제센터 설비 디지털전송설비(MAIN-DCCE) 전송로(광케이블) 디지털전송설비 (SUB-DCCE) 관리역 설비 AFC 게이트 편의시설 감시 카메라 화상전송설비 (LOCAL-DCCE) 자동방송장치 열차무선기지국 누설동축케이블(LCX) 열차무선 승강장 감시 모니터 행선안내게시기(LSE) 행선안내게시기(TDI) 전력감시장치 (전기분소) 신호감시장치 (신호분소) 설비감시장치 (설비분소) 스피커 역 단위 설비 4

전차(전기 자동차) 구동방식 5

전차(전기 자동차) 구동방식 DC 1500V 6

전차(전기 자동차) 구동방식 M 인버터 - 변조방식 : PWM(Pulse Width Modulation) 직류 1500V 인버터 - 변조방식 : PWM(Pulse Width Modulation) - 출력전압 : 교류 3상 380V 주파수 f = 1/T 120 * f(주파수) T(주기) 유도전동기 회전수 N(rpm) = p(극수) ∴ 유도전동기 회전속도 N(rpm) ∝ f(주파수) 7

전차(전기 자동차) 구동방식 인버터 - 변조방식 : PWM(Pulse Width Modulation) - 출력전압 : 교류 3상 380V 120 * f(주파수) 유도전동기 회전수 N(rpm) = ×(1 - s) p(극수) ∴ 유도전동기 회전속도 N(rpm) ∝ f(주파수) 1 주파수 f 1 = 주기 T1 주파수 f 1 > 주파수 f2 주기 T1 회전속도는 주파수 f1일 때 빠르다 즉, 열차가 주파수 f1일 때 빠르다 1 주파수 f2 = 주기 T2 주기 T2 8

철도신호 변천사 지상연산폐색방식 차상연산폐색방식 이동폐색 고정폐색 CBTC Distance to Go ATP + ATO ATP 9호선 우이신설경전철, 신림선` ATP + ATO 5 ~ 8호선` ATP 3, 4호선` ATS 1, 2호선 시 간 9

지상신호방식 vs 차상신호방식 지상신호방식 차상신호방식 구 분 신호 확인 신호 오인 적합성 형 태 안개, 우천 시 신호의 확인이 어려움 구배와 커브 등 선로 조건에 따라 신호 확인이 어려움 차상에 선로제한속도 및 신호의 현시가 표시되므로 신호의 확인이 용이 구 분 신호 확인 기관사가 실수로 신호기의 현시내용을 오인할 수 있음 신호가 차상으로 표시되고 차상 ATC가 기관사의 실수로 과속할 경우 제동을 걸어 안전사고를 예방할 수 있음 신호 오인 저밀도 운전 고밀도 운전 적합성 형 태 10

지상신호방식 vs 차상신호방식 11

고정폐색방식(Fixed Block System) 수동운전(1인 승무, 2인 차장) 1, 2호선 운전방식 및 신호시스템 개요 운영사 : 서울메트로 고정폐색방식(Fixed Block System) 수동운전(1인 승무, 2인 차장) 신호기에 의한 지상신호방식 + ATS(자동열차정지장치) 점제어 차상신호방식 12

1, 2호선 신호설비 소개 – 임피던스 본드 두 개로 하나의 궤도회로를 이루며, 열차 검지를 하는 장치 기호

1, 2호선 신호설비 소개 – 아날로그 AF궤도회로 Audio Frequency 즉, 20 ~ 20,000Hz 주파수 영역대를 이용하여 전기절연 없이 열차를 검지하는 회로 F1(Hz) F3(Hz) F5(Hz) 등가회로 센서 + - F1(Hz) 센서 + - F3(Hz) 센서 + - F5(Hz) 센서 + -

1, 2호선 신호설비 소개 – 아날로그 AF궤도회로 열차의 차륜을 이용하여 열차검지 등가회로 F1(Hz) F1(Hz) 센서 + - 센서 + -

1, 2호선 신호설비 소개 – 신호기 신호기 – 지상신호 모양, 색등을 이용 전방열차 위치 및 선로조건에 따라 자동적으로 진행 신호부터 정지신호까지 운행조건을 지시하여 안전하게 운전할 수 있게 하는 장치 [열차진입 전 신호현시(YG)] [열차진입 후 신호현시(R)]

1, 2호선 신호설비 소개 – ATS 자동열차정지장치 ATS(Automatic Train Stop) 신호현시를 무시하고 허용최고속도를 3초 이상 초과 시 비상제동 체결로 자동정지 되어 안전사고를 미연에 방지하는 장치

1, 2호선 신호설비 소개 – ATS 자동열차정지장치 ATS(Automatic Train Stop) 신호기 ATS 지상자 : 신호현시와 연동하여 허용최고속도 송신

1, 2호선 폐색방식 소개 지상신호방식+차상신호방식(ATS에 의한 점제어) G YG Y YY R1 R0 80Km/h

고정폐색(Fixed Block System) 수동운전(1인 승무, 2인 차장) ATP(자동열차방호장치)에 의한 연속제어방식 3, 4호선 운전방식 및 신호시스템 개요 운영사 : 서울메트로 고정폐색(Fixed Block System) 수동운전(1인 승무, 2인 차장) ATP(자동열차방호장치)에 의한 연속제어방식

자동열차방호장치 ATP 구성요소 3, 4호선 신호설비 소개 – ATP(자동열차방호장치) 차상 ATC (ATP) 21

자동열차방호장치 ATP 구성요소 3, 4호선 신호설비 소개 – ATP(자동열차방호장치) 2) 차상 ATP 안테나 (차량밑) - 궤도로부터 허용최고속도 수신 ATP antenna (Pick-up coil) 22

자동열차방호장치 ATP 구성요소 3, 4호선 신호설비 소개 – ATP(자동열차방호장치) 3) 궤도회로 (궤도) - 궤도를 통하여 열차에 허용최고속도를 송신 4) 지상 ATP 장치 (신호기계실) - 선행열차와의 거리를 고려하여 궤도를 통하여 열차에 허용최고속도 송신하여 열차 추돌사고 예방 23

3, 4호선 신호설비 소개 – 임피던스 본드 임피던스 본드 두 개로 하나의 궤도회로를 이루며, 열차 검지 및 열차에 허용최고속도를 송신하는 장치 기호

3, 4호선 신호설비 소개 – 아날로그 AF궤도회로 궤도회로는 열차검지 및 열차에 허용최고속도를 송신 F1+FC(Hz) F1(Hz) : 열차검지용 주파수 FC(Hz) : 열차용 속도코드 주파수 F1(Hz) FC(Hz) T/2 T/2 T

3, 4호선 신호설비 소개 – 아날로그 AF궤도회로 열차의 차륜을 이용하여 열차검지 등가회로 F1+FC(Hz) 센서 + - 센서 + -

3, 4호선 신호설비 소개 – ATP 자동열차방호장치 ATP(Automatic Train Protection) FC(Hz) : 열차에 송신하는 허용최고속도 주파수 F1+FC(Hz) F3+FC (Hz)

3, 4호선 폐색방식 소개 차상신호방식(궤도에 의한 연속속도제어) 수동운전 80Km/h 60Km/h 45Km/h 25Km/h ATP속도코드 45Km/h 25Km/h 0Km/h 0Km/h F1+FC(Hz) F3+FC(Hz) F5+FC(Hz) F1+FC(Hz) F3+FC(Hz) F5+FC(Hz) F1+FC(Hz) 미니본드

고정폐색(Fixed Block System) ATP(자동열차방호장치)에 의한 연속제어방식 5 ~ 8호선 운전방식 및 신호시스템 개요 운영사 : 도시철도공사 고정폐색(Fixed Block System) ATP(자동열차방호장치)에 의한 연속제어방식 ATO(자동열차운전장치)에 의한 자동운전(1인승무)

5 ~ 8호선 신호시스템 소개 차상 자동열차제어장치 On-Board ATC 궤도변 신호설비 Auxiliary Signaling 지상 자동열차제어장치 Wayside ATC 자동열차운전장치 ATO 자동열차운전장치 ATO TWC ATO marker 자동열차방호장치 ATP 자동열차방호장치 ATP AF 궤도회로 선로전환기 연동장치 신호기 30

자동열차방호장치 ATP 구성요소 5 ~ 8호선 신호설비 소개 – ATP(자동열차방호장치) 차상 ATC (ATP/ATO) 31

자동열차방호장치 ATP 구성요소 5 ~ 8호선 신호설비 소개 – ATP(자동열차방호장치) ATP antenna (Pick-up coil) 32

자동열차방호장치 ATP 구성요소 5 ~ 8호선 신호설비 소개 – ATP 궤도회로 (궤도) 지상 ATP 장치 (신호기계실) - 궤도를 통하여 열차에 허용최고속도 송신 지상 ATP 장치 (신호기계실) - 선행열차와의 거리를 고려하여 궤도회로를 통하여 열차에 허용최고속도 송신 33

자동열차운전장치 ATO 구성요소 5 ~ 8호선 신호설비 소개 – ATO 차상 ATO 장치 (운전실) 차상 ATO 안테나 - 정해진 운행패턴과 지상에서 수신 받은 허용최고속도를 비교하여 가감속 및 정위치를 자동으로 가능하게 하는 장치 - 열차문을 개폐하는 장치 - 타행을 조절하여 열차 간격을 제어하는 장치 차상 ATO 안테나 - 지상 ATO marker 및 TWC의 송신내용을 수신하는 장치 지상 ATO marker - 열차에게 현재의 위치를 알려주는 장치 지상 TWC - 지상 ATO와 차상 ATO간 양방향 통신을 가능케 하는 송수신기 34

5 ~ 8호선 신호설비 소개 – 임피던스 본드 두 개 임피던스가 하나의 궤도회로를 이루며, 열차 검지 및 열차에 허용최고속도를 송신하는 장치 기호

5 ~ 8호선 신호설비 소개 – 아날로그 AF궤도회로 궤도회로는 열차검지 및 열차에 허용최고속도를 송신 F1+FC(Hz) F3+FC (Hz) F5+FC (Hz) T/2 T F1(Hz) FC(Hz) F1(Hz) : 열차검지용 주파수 FC(Hz) : 열차용 허용최고속도 주파수

5 ~ 8호선 신호설비 소개 – 아날로그 AF궤도회로 열차의 차륜을 이용하여 열차검지 F1+FC(Hz) F1+FC(Hz) 등가회로 F1+FC(Hz) F1+FC(Hz) 센서 + - 센서 + -

5 ~ 8호선 신호시스템 소개 – ATP 자동열차방호장치 ATP (Automatic Train Protection) FC(Hz) : 열차에 송신하는 허용최고속도 주파수 F1+FC(Hz) F3+FC (Hz)

5 ~ 8호선 신호시스템 소개 – ATP 자동열차방호장치 ATP (Automatic Train Protection) 80Km/h 60Km/h 허용최고속도 45Km/h 25Km/h 0Km/h 0Km/h F1+FC(Hz) F3+FC(Hz) F5+FC(Hz) F1+FC(Hz) F3+FC(Hz) F5+FC(Hz) F1+FC(Hz) 미니본드 39

5 ~ 8호선 신호시스템 소개 – ATO 차상 자동열차운전장치 ATO (On-board Automatic Train Operation) 80Km/h 80Km/h 허용최고속도 정해진 ATO 주행커브(Run Curve) 50Km/h 출발시 차량에서 해당역 주행커브 생성 차량주행속도 A역 ATO marker (정위치정차용 표시기) B역 40

5 ~ 8호선 신호시스템 소개 – ATO 차상 자동열차운전장치 ATO (On-board Automatic Train Operation) 현재속도 목표속도 ∑ On-board ATO TCMS Tachometer + - Pick-up coil ATP Rail wayside 역간 운행패턴 C antennal TWC 허용 최고속도 비교기 41

5 ~ 8호선 신호시스템 소개 – ATO 지상 자동열차운전장치 ATO (Wayside Automatic Train Operation) ATO 차상 자동열차운전장치 역번호 정차시간 다음역 번호 다음역 출입문 방향 열차번호 제어 열차번호 편성번호(캡번호) 열차길이 정차확인(0~4km/h) 차량문 개폐 정보 자동/수동 모드 TWC 양뱡향 송수신기 ATO 지상 자동열차운전장치 역 신호기계실 42

향상된 고정폐색(Fixed Block System) ATP(자동열차방호장치)에 의한 연속제어방식 9호선 운전방식 및 신호시스템 개요 운영사 : 서울시메트로9호선㈜ 향상된 고정폐색(Fixed Block System) ATP(자동열차방호장치)에 의한 연속제어방식 ATO(자동열차운전장치)에 의한 자동운전(1인승무) ATS(자동열차감시장치)에 의한 자동열차간격제어 43

9호선 신호시스템 소개 차상 자동열차제어장치 On-Board ATC 궤도변 신호설비 Auxiliary Signaling 지상 자동열차제어장치 Wayside ATC 자동열차운전장치 ATO 자동열차감시장치 ATS TWC ATO marker 자동열차방호장치 ATP 자동열차방호장치 ATP AF 궤도회로 선로전환기 연동장치 신호기 44

자동열차방호장치 ATP 구성요소 9호선 신호설비 소개 – ATP(자동열차방호장치) 차상 ATP 장치 (운전실) - 차상 ATP 안테나 수신내용(허용최고속도) 해독 - 운전자가 허용최고속도보다 빨리 갈 경우 비상정지 - 지상으로부터 SACEM 정보를 3초간 못 받을 경우 비상정지 차상 ATC (ATP/ATO) 45

자동열차방호장치 ATP 구성요소 9호선 신호설비 소개 – ATP(자동열차방호장치) 2. 차상 ATP 안테나 (차량밑) - 궤도로부터 SACEM 정보 수신 ATP antenna (Pick-up coil) 46

자동열차방호장치 ATP 구성요소 9호선 신호설비 소개 – ATP 3. 궤도회로 (궤도) 4. 지상 ATP 장치 (신호기계실) - 신호기, S-bond, 선로전환기 등 각종 현장신호설비 위치 및 동작상태를 궤도회로를 통하여 열차에 송신 - 정차지점, 선행열차 위치를 열차에 송신 - 선로제한속도 송신 47

자동열차운전장치 ATO 구성요소 9호선 차상신호설비 소개 – ATO 차상 ATO 장치 - 차상 ATP에서 수신받은 내용을 이용하여 차상연산을 통하여 정위치 정차 및 차량문을 개폐하는 장치 - 지상 ATS(자동열차감시장치)로 받은 내용을 가지고 타행을 조절하여 열차 간격을 제어하는 장치 차상 ATC (ATP/ATO) 48

자동열차운전장치 ATO 구성요소 9호선 차상신호설비 소개 – ATO 차상 ATO 안테나 지상 ATO marker - 지상 ATO marker 및 TWC의 송신내용을 수신하는 장치 지상 ATO marker - 열차에게 현재의 위치를 알려주는 장치 ATO antenna (Beacon antenna) ATO marker 49

자동열차운전장치 ATO 구성요소 9호선 차상신호설비 소개 – ATO 4. 타코미터 - 차륜의 회전수를 이용하여 이동거리 산출 (Tachometer) 50

9호선 차상신호설비 소개 – ATO 타코미터 원리 타코미터 구조 한 바퀴에 7개 센서 한 바퀴에 7m 센서간 거리 1m 차상 Antenna 차상 ATC 타코미터 구조 한 바퀴에 7개 센서 한 바퀴에 7m 센서간 거리 1m

자동열차운전장치 ATO 구성요소 9호선 지상신호설비 소개 – ATO 5. 지상 TWC - 지상 ATS(자동열차감시장치)와 차상 ATO(자동열차운전장치)간 양방향 통신을 송수신기 TWC : 양방향 송수신기 52

9호선 지상신호설비 소개 – ATS 지상 ATS 장치 - TWC를 통하여 차상 ATO에게 해당역 및 다음역 정보 줌 - TWC를 통하여 차상 ATO에게 정차시간을 알려줌 - TWC를 통하여 차상 ATO가 열차문을 개페할 수 있는 권한을 줌 - TWC를 통하여 차상 ATO에게 회복운전 지령 차상 ATO 안테나 지상 ATS(자동열차감시장치) 지상 TWC랙/ ATP랙/궤도회로랙/IFC TWC : 양방향 송수신기 53

9호선 신호설비 소개 – S 본드 두 개로 하나의 궤도회로를 이루며, 열차 검지 및 열차에 지상궤도정보, 선행열차 위치정보를 송신하는 장치 S-bond 기호 54

9호선 신호설비 소개 – 디지탈 AF궤도회로 열차점유 전 열차 진입 전에 궤도회로는 열차검지용 회로 등가회로 F1(Hz) 센서 F1(Hz) + - 센서 + - F1(Hz) : 열차검지용 주파수 55

9호선 신호설비 소개 – 디지탈 AF궤도회로 열차점유 후 열차 점유 후 궤도회로는 열차에 지상궤도 정보(신호설비 동작상태, 분기부 위치, 허용최고속도 등) 및 선행열차 위치 정보 송신 F1(Hz) FSK 1 F.S.K : Frequency Shift Keying 디지털 신호를 아날로그 신호로 변조하는 방식 56

ATO marker : 위치 보정용, 정위치 정차를 위한 표시기 자동열차운전장치 ATO (Automatic Train Operation) 80Km/h 80Km/h 허용최고속도 70Km/h ATO marker : 위치 보정용, 정위치 정차를 위한 표시기 57

9호선 신호시스템 소개 – ATO 열차에서 앞 열차가 점유한 폐색구간까지의 거리를 계산하여 자동적으로 운행패턴을 조절 ① 차상 ATC에서 거리계산 열차진행방향 열차진행방향 차상 ATC 컴퓨터 PSR(선로제한속도) 열차속도 ② 차상 ATC에서 운행패턴 조절 58

9호선 신호시스템 소개 – ATO 열 차 진 행 방 향 PSR : 선로제한속도 지상 ATC : 200m 타코미터로 계산 차상 ATO에서 계산 PSR : 선로제한속도 열 차 속 도 앞 열차와의 거리 59

9호선 신호시스템 소개 – ATO 열 차 진 행 방 향 약 38m 약 250m PSR : 선로제한속도 차 량 속 도 앞 열차와의 거리 60

노선별 폐색방식 1 ~ 8호선 폐색방식(지상 연산을 통하여 간격제어) : 고정폐색 PSR : 선로제한속도 80Km/h 60Km/h 허용최고속도 ATP 속도 45Km/h 25Km/h 열차주행속도 0Km/h 0Km/h 지상연산 미니본드 9호선 폐색방식(차상 연산을 통하여 간격제어) : 향상된 고정폐색 PSR : 선로제한속도 80Km/h 열차주행속도 S본드 차상연산 61

노선별 폐색방식 9호선 폐색방식(차상 연산을 통한 간격제어) : 향상된 고정폐색 9호선 폐색방식(차상 연산을 통한 간격제어) : 향상된 고정폐색 PSR : 선로제한속도 80Km/h 열차주행속도 S본드 차상연산 신분당선 폐색방식(차상 연산을 통한 간격제어) : 이동폐색 PSR : 선로제한속도 80Km/h 열차주행속도 차상연산 62

표정속도 향상방안

면적 : 이동거리 표정속도 향상방안 이동거리 표정속도 = 정차시간 + 이동시간 속도(km/h) 시간(s) A역 B역 최고허용속도 면적 : 이동거리 시간(s) A역 B역 64

표정속도 향상방안 1. 가속도 및 감속도 향상 ○ 고려사항 : 차량성능 업그레이드 ○ 제한요소 : 승차감 및 차륜과 궤도간 슬라이드 현상 속도(km/h) 가속도 감속도 시간(s) A역 B역 B역 65

표정속도 향상방안 2. 최고허용속도 향상 ○ 고려사항 : 토목(선로 구배, 커브, 분기부) 향상 2. 최고허용속도 향상 ○ 고려사항 : 토목(선로 구배, 커브, 분기부) 향상 궤도 및 전차선 구조물 강도 향상 차량성능 향상 정거장간 간격 크게 신호시스템 폐색방식 향상 속도(km/h) 최고허용속도 시간(s) A역 B역 B역 66

운전시격 향상방안

운전시격 향상방안 1) 열차 편성수를 적절하게 투입 (운영분야) - 과다 투입할 경우 선행열차와 후행열차간 간격이 줄어들어 표정속도 저하 2) 유치선 증가 및 주박선 증가 (토목분야, 궤도분야, 신호분야) 3) 유인운전인 경우 승무원 증원 (운전분야) 4) 신호시스템 폐색방식 업그레이드 (신호분야) - 고정폐색 < 향상된 고정폐색 < 이동폐색 68

타 분야간 인터페이스

토목분야 신호기, 선로전환기 등 신호설비 설치할 공간 확보 공간부족 70

궤도분야 1. 목침목 절연저항 큰 것으로 목침목이 통전되어서 1)궤도회로 부정낙하 2)전식발생 절연패드, 절연너트 삽입 71

궤도분야 2. 분기부 PF궤도회로 절연 양호하게 시공 요망 절연이 안되면 열차가 있더라도 검지를 못하여 추돌사고 우려 72

궤도분야 3. 실시설계 시 차량접촉 한계점 위치 신호팀과 협의 궤도절연위치는 차량접촉한계점 위치에 종속 73

궤도분야 4. 회차방법 선정시 신호팀과 협의 (전방회차 / 후방회차) ○ 전방회차 정거장 □ 장점 열차가 회차하는 거리가 짧아져 시간상으로 이익. 이런 장점을 충족하기 위해서는 1)승강장은 상대식보다는 섬식으로 설계해야하고 2)운전방식은 무인운전 이어야 함 왜냐하면 유인운전인 경우 승무원이 운전실 전환시 시간이 오래걸리기 때문임 참고로 이동거리는 1~4호선 200m, 5~7호선 160m, 8호선 120m, 9호선 80m □ 단점 열차고장 시 열차를 대피할 곳 및 주박할 곳이 없음 74

궤도분야 4. 회차방법 선정시 신호팀과 협의 (전방회차 / 후방회차) ○ 후방회차 정거장 정거장 정거장 정거장 □ 장점 1) 후방 회차선에 다른 열차를 대기할 수 있어서 운전을 융통성 있게 할 수 있음 2) 열차고장 시 차량을 대피할 수 있는 공간 확보 3) 주박할 수 있는 공간 확보 4) 정거장을 상대식으로 하더라도 문제 없음 75

궤도분야 5. 궤도표지 / 신호표지 / 운전표지 과업범위 협의 6. ATO 신호시스템인 경우 시운전 전에 궤도표지 정확하게 설치 76

E&M 분야 1. 전차선 부급전선 위치 실시설계 시 신호분야와 협의 77

E&M 분야 2. TWC와 송변전선과 충분한 이격거리 확보 송변전선 트러프 간섭 78