철도연, 달리는 열차 실시간 모니터링 ‘자가 발전 무선센싱' 기술 개발

별도 전원 없이 스스로 작동

탈선 등 화물열차 사고 조기 예방

시속 250km 이상 주행 고속열차에도 적용 

자가발전 무선센싱 기술

※ 국내·외 자가발전 모듈과 저전력 무선 통신 연구개발 동향

G : 가속도 단위

철도기술연구원

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한국철도기술연구원(이하 철도연, 원장 김기환)은 각종 위험과 사고로부터 열차를 안전하게 보호할 수 있도록 달리는 열차를 실시간으로 모니터링 하는 ‘자가발전 무선센싱 기술’을 7월 10일 철도연에서 공개했다.   자가발전 무선센싱 기술은 별도의 전원 없이, 열차의 주행 진동에 의해 스스로 작동하여 차축 베어링, 차륜 등 차량의 부품 상태를 실시간 측정하고, 이 데이터를 기관실, 열차사령실 등에 무선으로 전송하는 기술이다.   미래창조과학부 융합연구사업으로 철도연 김재훈 박사팀과 한국전자통신연구원(이하 ETRI, 원장 김흥남) 김영일 박사팀이 함께 개발했다.   이 기술의 핵심은 열차에 부착된 소형 장치가 차량상태 검측, 검측 데이터 무선전송 등에 필요한 전원을 열차의 주행 진동만으로 자가발전 하는 것이다.        또한, 자가발전 무선센싱에 사용된 통신기술은 고속으로 주행하는 철도환경에서 발생하는 전파 전달 지연 및 연결 불안정, 신호 감쇄 등의 통신 문제를 세계 최저전력으로 극복한 국내 독자 기술이다.    특히 열차 주행 진동으로 자가발전을 하기 때문에 차량에 전원시설이 없는 화물열차는 물론이고 고속열차, 전동차 등 다양한 철도차량의 이상 상태를 실시간 모니터링 하여 대응할 수 있다.   현재 우리나라, 미국, 호주 등의 화물열차는 전원시설이 없기 때문에 주행 장치 등 화물열차의 핵심부품 관리는 육안검사 및 부품을 실제로 분해하여 이상여부를 확인해 왔는데, 자가발전 무선센싱 기술이 적용되면 탈선 등으로 인한 화물열차 사고를 조기에 예방하여 더욱 안전한 운행을 할 수 있다.   또한, 유럽에서 시속 250km 이상 주행하는 고속열차의 안전 강화를 위해 신규 제정한 차상 모니터링 안전기준(TSI Directice 96/48 EC)에 대응할 수 있는 기술이다.       ※ 주행장치 결함으로 인한 화물열차 사고 사례    - 캐나다 화물열차 추락(2013.6.2., 캐나다 Wahnapitae River, Northern Ontario),      베어링 손상으로 인한 탈선 및 화물열차 5량 강으로 추락    - 대만 화물열차 탈선(2013.3.6., 대만 쑤아오(Suao) 인근) 차축 베어링 과열로 인한 탈선 사고     - 호주 화물열차 탈선(2010.10.8., 호주, 서호주 Keith 근교) 차축 베어링 손상으로 인한 탈선 사고   한편, 이 기술은 진동을 유발하는 펌프, 압축기 등의 설비에도 적용할 수 있어 이러한 설비가 많이 사용되는 플랜트, 발전소, 산업 생산장치 등 다양한 산업의 실시간 모니터링에 활용할 수 있다.   자가발전 전력량은 세계 최대이며, 무선전송 모듈은 짧은 전송 주기에서도 기존 초저전력 상용 제품보다도 소량의 전력을 사용한다.   철도연은 자가발전 무선센싱 기술을 시속 400km 이상으로 시운전  중인 해무열차(HEMU-430X, 차세대고속열차)에서 성능 검증을 완료했고, 올해 8월부터 KTX, 화물열차 등 다양한 열차에 적용하여 성능을 개선하여 국내외 상용화를 추진할 계획이다.   또한 개발된 기술은 지난해 기계의 날 ‘2014 올해의 10대 기계기술(한국기계기술단체총연합회, 2014.10)’에 선정돼 기술력을 인정받았다.  ※ 국내·외 특허출원 : 국내외 특허 출원(37건) 및 등록(5건)   철도연 김기환 원장은 “자가발전 무선센싱 기술 등을 비롯해 철도시스템 안전성 향상과 유지보수 기술을 더욱 발전시켜 실제 현장에서 쓰일 수 있도록 상용화하겠다”고 밝혔다. 철도연

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