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1. 개요
軌間可變대차의 차륜·차축과 동력전달장치가 좌우로 시프트(shift) 될 수 있도록 설계되어 서로 다른 궤간의 선로에서도 운행할 수 있도록 하는 시스템을 말한다.
오래전부터 철도가 발달해온 유럽은 국가적, 지리적인 이유로 협궤, 표준궤, 광궤가 혼재되어 있다. 이 때문에 궤간이 다른 지점에 도달하면 환승해야 하는 번거로움이 있어 이를 해소하고자 사용하는 방법이다.
이 방식은 대차의 수명이 비교적 짧고 고속주행에 불리하다는 문제도 있다.
2. 역사
수동으로 차량의 궤간을 바꾸는 시스템이라면 이미 예전부터 여러 나라에서 실용화되어 쓰인 바 있지만, 자동 궤간변경 시스템을 가장 먼저 개발한 나라는 스페인이다. 스페인의 기존선 철도는 1,668mm 광궤로 이루어져 있어서 1,435mm 표준궤인 다른 유럽 국가의 철도와 직통하려면 환승을 하거나 아예 대차(철도차량의 바퀴)를 갈아야 해서 번거로웠다. 따라서 대차의 바퀴 사이의 폭을 변경하는 방법으로 궤간가변이 가능하도록 하는 열차를 개발했고, 1969년부터 프랑스 직통 국제열차에 대해 사용하기 시작했다. 그리고 스페인이 자국의 고속철도 AVE를 유럽 고속철도와의 직통을 고려해 1,435mm 표준궤로 깔면서 스페인의 고속선-기존선 직통 열차에도 두 궤간을 지원하는 궤간가변열차가 필요해졌고, 이에 스페인 철도차량 회사 CAF와 탈고의 협력을 얻어 궤간가변 고속열차를 개발했다. 일반적으로 특정 지점[1]에 차량의 궤간을 바꿔주는 장치가 있어 여기서 궤간을 바꾸게 된다. 스페인은 오랜 궤간가변 고속열차 상업운전 이력과, 250km/h 수준의 고속 주행이 가능한 궤간가변 기술 덕분에 세계적으로도 궤간가변에서 기술력을 인정받고 있다.일본에서는 JR 시코쿠와 JR 큐슈가 신칸센 차량에 적용하기 위해 신칸센 궤간가변열차를 제작하여 도입을 시도한 바 있는데, 기술적으로 어려움을 겪다가 무산되었다. 탈고의 라이센스를 얻어 3차 시험차까지 제작해서 내구성과 기술 테스트를 했는데, 내구성에서 문제가 생겼다. 일본의 궤간가변열차가 난항을 겪는 이유는 협궤 때문인데, 협궤다 보니 차량 하부설비에도 제약이 걸리는 데다가 변환폭(368mm) 또한 스페인의 경우(233mm)보다 넓어 비용이나 내구도 면에서 좋지 못하다고 한다. 결국 2017년 7월 25일에 JR 큐슈가 FGT[2] 도입을 공식적으로 포기하였다.# 개발지연은 물론 복잡한 구조에 따른 유지비용 상승과 안전성이 원인이다. 이로 인해 궤간가변열차 개발 성공을 전제로 추진된 니시큐슈 신칸센 사업이 수렁에 빠졌다. 현재 일본에서 FGT도입에 가장 적극적인 회사는 킨키 일본 철도로, 교토~요시노 구간에 도입을 추진 중이지만, 타 지역의 잇따른 도입 포기로 전망이 밝은편은 아니다.
스페인 기준으로는 12량 고속 열차를 광궤에서 표준궤로 변환하는 데 약 50초면 충분하다.
그리고 스위스에서는 2019년에 변환폭이 더 넓은(435mm) 미터 협궤-표준궤 간 궤간가변열차 시험운행에 성공했다. 인터라켄-츠바이지멘-몽트뢰 간을 잇는 GoldenPass Express에 사용하는 차량이며, 중간역인 츠바이지멘에서 궤간 변경이 일어난다. 2020년 말에 상업 운행을 시작할 예정이었으나 코로나19로 인하여 관광객 수요가 수직낙하한 탓에 2022년으로 상업 운행이 연기되었다. 이후 2022년 12월에 운행을 시작했으나 2023년 3월 결함이 발견되어 6월까지 운휴하고 현재는 정상적으로 운행하고 있다.
한편, 2014년 3월 29일에 국내 철도 연구진이 궤간 가변 대차를 개발하면서 이 부분에 대해 연구가 한창 진행 중에 있다. 이쪽도 협궤-표준궤가 아닌 광궤-표준궤 변환으로, 북한과의 철도 연결을 통한 러시아 철도의 1520mm 광궤 선로 직결에 대비해서 스페인 등지로부터의 기술 도입 없이 자체 기술로 바로 대응할 수 있도록 미리 개발하자는 구상이다. 아직 동력이 들어가야 하는 여객열차보다는 화물열차에 초점을 두고 개발중이라고 한다.
3. 차량 주축의 구성
궤간가변을 위해서 차량의 주축 길이는 변경될 수 있는 건 아니고, 주축이 이중으로 되어있는 경우와 주축은 하나인데 차륜은 슬립링 위에서 구동되는 형식이 있으나[3] 대개 비슷한 구성을 가진다.
- 가변용 보이
- 가변용 주축(2개일 수도 있음)
- 가변용 트랜스미션 시스템(통째로 움직이는 경우와 트랜스미션과 주축간의 연결이 유연한 형식이 있음)
- 강제 시프트를 위한 에어, 혹은 유압 실린더
- 필요에 따라 슬립링과 베어링 추가.
4. 어떻게 가변하는가
4.1. 자동 궤간 변경
- 궤간이 변경되는 곳에 궤간가변을 위한 Gauge Changer 선로를 설치한다. 냉각과 윤활을 위한 정제수를 분사할 수 있는 냉각수 공급 시스템이 포함되어야 한다.
- 궤간가변이 가능한 열차가 진입하면 일단 물부터 뿌린다.
- 진입 방향의 걸쇠에 의해 보이의 잠금이 풀린다. 일부 회사는 락을 걸지 않는 제품을 만든다.
- 열차가 진입함에 따라, 보이의 슬롯과 Adjustment 레일이 결합된다. 일부 제품은 이 레일에 열차를 공중부양시킨다.
- 열차가 진행함에 따라 조정 레일의 이동에 의해 보이 간극이 조절되고, 조정 레일에 의해 차륜이 강제로 밀린다. 차륜 아래에도 레일이 있어 무게를 받치지만, 이 힘으로 차륜이 시프트되지 않기 때문에 강제로 밀어내기 위한 다른 레일이 있다. 보면 차륜이 얹어지는 레일 사이로 양쪽에 엄청나게 단단해 보이는 초경으로 된 레일이 딱 달라붙어 있다.
- 열차가 진행함에 따라, 진출 방향의 걸쇠에 의해 보이가 잠긴다.
- 열차는 그대로 지나간다.
고속선에서 자동 궤간 변경 시스템을 가장 활발하게 사용하는 곳은 스페인이고, 기존선은 폴란드이다. 유럽 지도를 펼쳐 놓고 보면 폴란드 동쪽 국경은 러시아, 리투아니아, 벨라루스, 우크라이나에 접해 있는 것을 볼 수 있는데 이 나라 모두 1520mm 광궤를 사용한다.
4.2. 수동 궤간 변경
- 열차를 궤간 변경기에 집어넣는다.
- 궤간 변경을 위해 작업자가 궤간 변경기를 작동한다.
- 궤간 변경기가 차체를 모두 들어 올린다.
- 궤간 변경기가 차륜을 잡고 밀어버리거나 당긴다.
- 궤간 변경기가 차체를 내린다.
- 열차가 출발한다.
가장 전통적인 방식이다. 특히 러시아 광궤를 쓰는 구소련권(+몽골, 핀란드)에서 표준궤를 쓰는 인접 국가로 넘어가는 지점에서는 육로로 국경을 넘든 철도 페리를 타든 대부분 이 방법이 사용되고 있다. 현대에는 이 수동 궤간 변경도 기술이 발전해서 시간이나 노동력이 크게 필요하지 않다. 승객들이 잠시 내려서 출입국 심사를 하거나 휴식을 취하는 정도로도 시간이 충분하다. 아예 승객 및 화물을 내리지 않고 그대로 행하는 것도 가능하다. 대차 자체를 교환하는 것도 궤간가변과 비슷한 수준이다.
북한과 러시아가 만나는 두만강역에서 이 방식으로 궤간 변경을 하고 있다. 그동안 승객들은 내려서 출입국 심사를 받는다.