8100, 8200호대 전기기관차

코레일의 전기기관차
8000호대 전기기관차8100, 8200호대 전기기관차8500호대 전기기관차

1 개요

코레일에서 운영중인 전기 기관차이다. 8000호대의 내구연한 만료를 앞두고 이들을 대체할 차량의 필요성과, 주요 간선 전철화 및 고속화에 따른 새 전기기관차의 필요성 등으로 인해 도입된 차종이다.

2 8100호대

8100호대 전기기관차
동력 방식전기 기관차급전 방식교류 25,000V 60Hz
제어 방식VVVF-GTO기어비17:107
차륜 배열UIC : Bo'Bo'
ARR : B-B
코레일 : Bo-Bo		영업 최고속도150km/h
설계 최고속도220km/h전동기 출력5,200kW (약 7,000마력)
견인력330kN전장19,580mm
전폭3,000mm전고3,860mm
차량 중량88t축중22t
궤간표준궤(1,435mm)구동 장치유도전동기
제동 방식회생제동 병용 공기제동보안 장치ATS, ATP
제작사대우중공업제작 연도1998년

1990년대 후반에, 시험격으로 독일의 지멘스에서 오이로슈프린터를 베이스로 한 8101호, 8102호를 도입하였다. 당시 EEC의 퇴역시기가 눈앞에 왔기에 청량리-강릉 새마을호에 투입하기 위해 도입되었다. 하지만 유럽에서 직수입한 것과 다를 것이 없기에 한국의 사양과는 맞지 않아 고장이 자주 발생하였고, 무엇보다 화물운송이 많은 산악선에서 엄청난 견인력에 비해 가벼운 축중과 적은 축의 개수로 화물열차를 단독으로는 견인할 수 없다는 단점이 부각되었다.
현재 8101호, 8102호는 주 전장품의 잦은 고장으로 인해 운용에서는 일단 제외된 상태이다. 2014년 2월 현재 지멘스로부터 부품을 주문받아, 제천차량사업소에서 정비중인 것으로 보였으나 일단은 그냥 유치중이다. 그래도 8101호는 2014년 에는 중앙선 무궁화호[1]에 투입되고 있었으나,[2] 현재는 심하게 잦은 고장과 결함으로 인해 중검수 수리중이다. 8102호도 마찬가지..
8101호는 유일하게 운행하는 철도청 시절 도색 기관차였으나, 최근 중검수를 통해 신CI 도색으로 변경되었다. 그래도 코레일에서 최초의 전기 기관차인 만큼 구도색을 유지하려고 했던 노력은 두고두고 칭찬받고 있다. 웬일로 보존을..

3 8200호대

8200호대 전기기관차[3]
동력 방식전기 기관차급전 방식교류 25,000V 60Hz
제어 방식VVVF-GTO기어비6.294:1
차륜 배열UIC : Bo'Bo'
ARR : B-B
코레일 : Bo-Bo		영업 최고속도150km/h
설계 최고속도220km/h전동기 출력5,200kW (약 7,000마력)
견인력330kN전장19,580mm
전폭3,000mm전고3,860mm
차량 중량88t축중22t
궤간표준궤(1,435mm)구동 장치유도전동기
제동 방식회생제동 병용 공기제동보안 장치ATS, ATP
제작사지멘스, 현대로템제작 연도2003년~-2008년

2010년대 코레일을 대표하는 기관차[4]

8100호대의 여객 특화 및 국내 사양에 맞추어 업그레이드를 실시, 양산형으로 8200호대가 2002년 처음 10량이 도입되었다. 과거 7000호대 디젤기관차에 내장되었었던 객차전원 공급장치(HEP)를 탑재하였고, 운전제어대의 세부적인 변화가 일어났다. 또한 일부 전장품을 국산화하였다. 대표적인 예가 팬터그래프. 8211~8283호는 유진기공에서 생산한 국산 팬터그래프를 사용한다. 이후 2008년까지 총 83량의 8200호대 차량이 도입되었는데, 이들은 생산년도에 따라 내부 전장품에 약간씩 차이가 있다. 2003년 천안 - 조치원 구간과 충북선에서 시운전을 하였으며, 이미 전철화가 완료되어 있던 중앙선, 태백선, 영동선 등에서 여객열차를 견인하였다. 하지만 8100호대와 똑같은 축중[5]에 축 배열이었기 때문에 공전현상 문제는 여전했다.[6] 총괄제어와 중련를 통해 점착력을 높여 견인할 수는 있으나, 기관차 운용의 비효율성이 발생하는 데다 8500호대가 대거 도입되어 현재 8200호대 견인 화물열차는 얼마 전 까지만 해도 죽었다 깨어나도 못 봤다. 8200호대는 여객용이 주력이다. 다만 2016년 추석부터 냉동 컨테이너 화물열차의 운행으로 일부 열차에 한해서 8200대 견인 화물열차를 볼 수 있다.

도입 이후 2006년 경부선 조치원-대전 구간 전철화가 완료되면서 2006년 7월 1일부터는 용산-목포/광주 간의 새마을호, 무궁화호 열차를 견인하기 시작해 처음으로 150km/h 고속운행에 들어갔다. 그리고 2007년 3월 1일부터는 서울-부산 경부선 무궁화호에도 투입되어 운행을 시작했다. 이처럼 전국의 전기철도 노선이 늘어나면서 운행 반경도 넓어졌다. 경부선 전철화 완료가 2000년대 중반인 걸 생각해보면 수년만에 이 열차의 행동 반경이 넓어졌다는 것을 알 수 있다.

전기로 구동이 되다 보니 기관차 견인 치고 가/감속도가 굉장히 빠른 편에 든다. 특대 디젤 기관차의 그것에 비해서는 거의 2배 가량 빠르기에 이 차량의 도입으로 서울-부산 간 무궁화호의 운행시간 단축이 가능[7]해졌다. 한 때 하루 단 1번 뿐이긴 했지만 서울-부산 4시간 58분이라는, 초창기 무궁화호 수준의 운행시간을 자랑한 열차도 있었다.[8] 용산-목포, 용산-광주, 용산-여수도 마찬가지로, 호남선[9]과 전라선[10]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. 하지만 그 망할 ATP 때문에 이 성능을 다 발휘하지 못한다

오늘날에는 전철화가 된 구간이면 매우 높은 확률로 목격이 가능하다. 전철화된 주요 간선의 무궁화호는 대부분 이 전기기관차로 견인한다. 기존 7400호대 디젤기관차의 자리를 완전히 꿰찼다. 하지만 덕택에 비전철화 구간을 운행하는 노선에서는 볼 수 없다. 그 예로 장항선, 경전선 진주 이서구간, 동해남부선 경주-일광 구간, 정선선[11].

4 공전문제에 관한 설명

위 문단에서도 설명이 되어있지만 8100호와 8200호의 운용 중에 낮은 견인력으로 인한 공전문제가 단점으로 부각되었다. 남한에서 화물열차가 주로 운용되는 구간은 경부선이나 호남선 등의 주요 간선도 있지만, 영동선과 태백선, 그리고 중앙선 등의 산악선들도 있다. 이들 산악선들은 화물 물동량이 많기도 하지만, 꽤 가파른 편에 속하는 노선들이다. 한편 8100호의 원본인 오이로슈프린터가 활약했던 곳은 대부분 평야지대인 유럽의 주요 선구로, 산악지대가 많은 한국과 운용환경이 다른 편이다. 물론 유럽의 산악노선에서도 오이로슈프린터가 화물용으로 운용되고 있지만, 유럽의 산악선구는 한국의 산악선구보다 경사가 완만하거나 화물을 위한 우회선등이 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. 그래서 운용에 어려움이 따랐다.

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 전기기관차인 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, 전라선 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... 일본이 아닌게 다행이지 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 전기기관차가 부족했던 시기였던지라 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 벌크화물들인 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 전기기관차의 역할은 Co'Co' 배열의 8500호대 전기기관차가 담당하게 된다. 이 기관차 자체가 화물열차 견인을 주 목적으로 도입한 것이기도 하다.

5 최고속도 문제

8100호대, 8200호대 둘다 설계최고속도(220km/h)에 비해 영업최고속도(150km/h)가 현저하게 낮다. 차량을 들여올 때 일반적으로 설계최고속도를 목표로하는 영업최고속도에서 약 10% 정도를 더한 속도로 설계하는 경향(즉, 영업최고속도*11/10≒설계최고속도)이 있는데, 이 기관차들은 10%의 3.5배 정도인 70km/h 정도의 차이가 난다. 상당히 성능이 아깝다는 인상이 드는데, 영업최고속도가 이 모양인 진짜 원인은 바로 대차에 있다. 열차 자체의 설계상 성능은 220km/h이지만, 대차의 문제로 안전을 위해 150km/h 이상을 낼 수 없는 것이다. 기관차에서 대차를 갈아버리면 될 것 같지만, 전부 구동축으로 구성되어 있는 기관차에서 대차를 간다는 것은 모터유닛도 갈아야한다는 뜻이다. 즉, 새로운 기관차를 만드는 것이나 다름없다. 그럴바에는 차라리 새로운 기관차를 만드는 것이 더 나을 것이다. 거기에 한국철도 대부분의 선형이 안좋은 상태에 대부분의 객차가 최고속도 150km/h가 한계인 대차를 채용하고 있으니 기관차 영업속도만 주구장창 높여도 별 소용이 없다.

참고로 형제격인 오이로슈프린터 모델 중 ES 64 U, 별칭 '타우르스'는 최고속도가 230km/h로, 애초에 재래선에서 200km/h 고속운전을 상정해두고 만든 물건이다. 이게 얼마나 ㅎㄷㄷ한 물건인가 하면, 전기기관차로는 세계 최고 기록인 357km/h를 찍었다. 그것도 아무런 개량없이...
심지어 오스트리아 고속철 레일젯 의 견인기로 사용될 정도이다... 이제 틸팅기능만 집어넣으면 넘사벽급 물건이 되겠네.

6 모형

트레인몰에서 8200호대의 모형을 판매하고 있다. 8100호대는 매진. 관련 링크
2016년 1월 9일 기준 모든 모델 전량 매진되었다. 고급형 시리즈는 버전 업그레이드 중이라고 한다.

7 관련 문서

  1. ↑ 새마을호는 ITX-새마을로 교체되었다.
  2. ↑ 중앙선은 영주역까지만 전철화가 돼있기 때문에 영주까지만 운행한다. 영주 이남은 디젤 기관차로 교체.
  3. ↑ 아래 '8201호' 기관차는 개조되어 LED램프로 교체되었으며 파란색 '8201'이 아닌 철제로 박혀있는것으로 교체되었다.
  4. ↑ 이 기관차 이전엔 7400호대가 철도청 내지 코레일의 대표 기관차였다. 동차형 열차로는 현재 KTX-산천이 있다.
  5. ↑ 축중 22t, 축 갯수 4개, 총 88t
  6. ↑ 이 부분에 대한 설명은 공전문제에 관한 설명 문단을 참고
  7. ↑ 이렇게 하여 단축된 소요시간은 경부고속철도 2단계 개통 이후인 2010년 11월부터 본격적으로 적용되었다.
  8. ↑ 서울→부산 #1203로, 6시 45분에 출발해 11시 43분에 종착하는 열차였다. 2015년 1월 기준 최소시간 소요 열차는 #1225인데, 정작 이 열차는 야간디젤 운행이다.
  9. ↑ 최단 4시간 50분, #1410
  10. ↑ 최단 4시간 57분, #1509. 이 열차도 이전보단 소요시간이 늘어난 상태다.
  11. ↑ 정선아리랑열차가 비전철 구간을 지나는지라 7610호 고정배차.
  12. ↑ 이는 증기기관차 시절의 낮은 견인력 문제 때문에 급한경사를 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.