철도의 궤간과 속도의 상호관계와 파생된 설정

여기서 제목에 나온 전문용어 하나를 해설해 둘께요.

궤간(軌間, Track Gauge)은, 2개의 레일 안쪽 사이의 최단거리.

보통 철도에서 가장 많이 쓰이는 표준궤는 4피트 8과 1/2인치(=56.5인치), 즉 미터법으로는 1435.1mm이지만 대체로 1435mm라고 소수점 이하를 반올림하여 쓰고 있어요. 같은 원리로 3피트 6인치(=42인치)는 1067mm로, 4피트 6인치(=54인치)는 1372mm로, 5피트 3인치(=63인치)는 1600mm로 통용되고 있어요. 5피트(=60인치) 궤간의 경우 미터법으로는 1524mm로 소수점 없이 환산되지만, 이것도 러시아에서는 1520mm, 핀란드에서는 1524mm로 다르게 정의하고 있어요. 물론 허용오차 범위내라서 상호직통에는 문제될 것은 없어요.

보통 궤간이 크면 좌우의 흔들림이 적고 빨리 달리는 데에 유리하죠. 그러면 이게 얼마나 유리할까요?

평형캔트량, 즉 무게중심이 한쪽으로 안 쏠리고 궤도중심과 일치할 경우의 2개 레일의 높이 차 및 최소곡선반경을 알 때 철도노선의 최고속도를 산출하는 공식을 원용해서 볼 수 있어요.

여기에서 V는 최고속도, C는 설정캔트량(좌우 레일의 높이차), G는 궤간, H는 레일의 표면에서 차량의 무게중심까지의 거리, R은 곡선반경, S는 안전율임을 꼭 기억해 두시길 바랄께요.

이렇게 간략화된 산식을 적용하면 이렇게 실제사례를 역으로 검증가능해요.

호주의 퀸즐랜드철도(Queensland Rail)는 1067mm 궤간을 사용하면서 시티네트워크에서 최고 140km/h 운전을 하고 있는데, 이것을 다른 조건이 동일한 표준궤인 1435mm에 대입을 해 보면 최고속도는 소수점 이하를 버림해서 162km/h가 되어요. 사실 궤간의 비율로 보면 1067mm는 1435mm의 75%에도 못 미치지만 최고속도의 비율은 표준궤의 86%를 상회할 정도. 즉 궤간이 크면 고속운전에 유리하긴 하지만 이게 월등하다는 건 아닌 게 이렇게 수치로 증명되는 것이죠. 또한 브리즈번-케언즈 구간의 북부해안철도(North Coast railway line, 1680km)의 장거리 특급은 160km/h 증속운전을 하는데, 이 경우도 계산해 보면 표준궤의 경우 최고속도는 소수점 이하를 버림해서 185km/h로, 독일철도의 ICE 영업개시 이전의 장거리 특급용차량이었던 클래스 403으로 충분히 운용가능한 속도이기도 해요. 

폴리포닉 월드에서는 1067mm 궤간이 1270mm(=50인치)로 대체되어 있는데, 이 경우 위의 사례를 원용하면 최고속도는 소수점 이하를 버림해서 152km/h. 이런 이유에서 폴리포닉 월드의 1270mm 재래선의 여객열차의 영업최고속도는 150km/h로 규정되어 있어요. 표준궤와는 직접 연결되지 않는 불편함이 있긴 하지만, 이 정도면 전동차나 기동차 등과 같은 여객열차로 가감속 성능을 높여서 110km/h 이상의 표정속도를 낼 수도 있고, 건설비 또한 표준궤의 90% 이내로 억제가능하면서 동일한 화물수송능력을 달성할 수 있어요. 어차피 표준궤나 그 이상의 궤간이라고 해서 컨테이너를 옆으로 2개 적재할 정도로 차폭이 넓지 않고, 게다가 궤간이 넓고 차량이 클수록 구조물 및 차량의 자중이 늘어나기에 이것도 운용에 난점이 생기니까요.

폴리포닉 월드에서 광궤, 즉 표준궤보다 넓은 궤간의 철도가 현실세계에서보다 많지 않은 이유도 여기에 있어요. 저렴한 건설비, 궤간이 좁더라도 적절히 확보되는 속도와 수송력, 전기 및 내연기관 동력으로의 전환이 빨라서 증기기관차에서의 광궤의 유리함이 없어진 점, 큰 차량의 큰 자중, 곡선주로에서의 큰 주행저항 등이 대표적.

같이 읽어보기 - 폴리포닉 월드의 동력기관 및 교통수단 규격지표(SiteOwner 작성, 공작창, 로그인 필요)