열차 보호 및 경고 시스템

열차 보호 및 경고 시스템(TPWS, Train Protection & Warning System)은 영국의 여객 간선 철도망 전체와 호주 빅토리아주에서 사용되는 열차 보호 시스템입니다.^[1]

영국 철도 안전 표준 위원회(British Rail Safety and Standards Board)의 정의는 다음과 같습니다.^[2]

TPWS의 목적은 다음과 같은 경우 TPWS 트랙 장비가 장착된 브레이크 요구를 자동으로 시작하여 열차를 정지시키는 것입니다.

• 위험을 무릅쓰고 무단으로 신호를 보낸.
• 위험에 처한 신호에 너무 빨리 접근했습니다.
• 허용 속도의 감소에 너무 빨리 접근했습니다.
• 접근한 버퍼가 너무 빨리 멈춥니다.

TPWS는 SPAD를 방지하기 위한 것이 아니라 SPAD를 가진 열차가 신호 후 충돌 지점에 도달하는 것을 방지함으로써 SPAD의 결과를 완화하기 위해 설계되었습니다.

표준 설비는 신호가 위험에 처했을 때 활성화되는 신호에 인접한 온트랙 송신기로 구성됩니다. 신호를 통과하는 열차는 비상 브레이크가 작동됩니다. 열차가 속도로 주행하는 경우 충돌 지점 이전에 정지하기에는 너무 늦을 수 있습니다. 따라서 신호를 정지하기에 너무 빠른 속도로 진행하는 열차에 브레이크를 작동하는 신호 접근로에 두 번째 송신기를 배치하여 최대 시속 75마일(120km/h)로 접근하는 열차를 정지시킬 수 있습니다.

TPWS+는 약 400개의 고위험 지점에 신호 후방에 3번째 송신기를 설치하여 효율을 시속 100마일(160km/h)로 높입니다. '이중 차단'과 같은 신호 컨트롤과 함께 설치하면(즉, 두 가지 적색 신호 측면이 연속적으로) TPWS는 어떤 현실적인 속도에서도 완전히 효과적일 수 있습니다.^[3]

TPWS는 전기 기계 기술을 사용하여 유사한 작업을 수행하는 기차 정류장과는 다릅니다. 열차 정류장을 이용한 버퍼 정류장 보호를 '무어게이트 보호' 또는 '무어게이트 제어'라고 합니다.

역사

TPWS는 영국 철도와 그 후속 철도 선로(Railtrack)에 의해 개발되었으며, 1994년에 전국적으로 완전 자동 열차 보호 시스템을 설치하는 것이 불가능하다는 결정에 따라 자동 경고 시스템을 개발했습니다.^[4] 1997년에 선로 측면 및 열차 장착 장비의 시험 설치가 이루어졌으며, 이후 2년 동안 시험 및 개발이 계속되었습니다.^[4]

TPWS의 출시는 2003년 철도 안전 규정 1999가 시행되면서 가속화되었으며, 다양한 유형의 장소에 기차 정류장을 설치해야 했습니다.^[4] 그러나 2001년 3월 '열차 보호 시스템에 대한 공동 조사' 보고서에 따르면 TPWS에는 여러 가지 제한 사항이 있으며, ATP와 ERTMS가 광범위하게 도입되기 전에는 상대적으로 저렴한 임시방편을 ^[4]제공했지만, 그 어떤 것도 훨씬 더 능력이 뛰어난 유럽 열차 제어 시스템의 설치를 방해해서는 안 됩니다.^[5]

작동 방식

개요

한 쌍의 전자 루프가 신호 접근 측에 50~450m에 배치되어 위험에 처했을 때 전원이 공급됩니다. 루프 사이의 거리는 탑승 장비가 열차의 비상 브레이크를 적용할 최소 속도를 결정합니다. 열차의 TPWS 수신기가 첫 번째 루프를 통과하면 타이머가 카운트다운되기 시작합니다. 타이머가 0에 도달하기 전에 두 번째 루프를 통과하면 TPWS가 활성화됩니다. 라인 속도가 클수록 두 루프의 간격이 넓어집니다.

신호에는 또 다른 한 쌍의 루프가 있으며, 신호가 위험에 처했을 때도 활성화됩니다. 이것들은 끝에서 끝까지 계속되기 때문에 속도에 상관없이 위험한 신호를 전달하려는 열차에서 브레이크 작동을 시작합니다.

온트랙 장비

표준 설치에는 두 쌍의 루프가 있으며, 이를 구어적으로 "그리드" 또는 "토스트랙"이라고 합니다. 두 쌍 모두 '아밍'과 '트리거' 루프로 구성됩니다. 신호가 위험에 처하면 루프에 전원이 공급됩니다. 신호가 선명하면 루프의 전원이 꺼집니다.

첫 번째 쌍인 오버스피드 센서 시스템(OSS)은 선속 및 구배에 의해 결정되는 위치에 배치됩니다. 열차가 위험에 처한 신호에 접근하는 안전한 속도로 운행할 경우 사전에 정해진 시간인 약 1초 이내에 통과해서는 안 되는 거리만큼 루프가 분리됩니다. 정확한 타이밍은 여객 열차의 경우 974밀리초, 화물 열차의 경우 1218밀리초로 열차의 장비에 의해 결정됩니다. 화물열차는 제동 특성이 다르기 때문에 1.25배 긴 타이밍을 사용합니다.^[6]

첫 번째 '암' 루프는 64.25kHz의 주파수를 방출합니다. 두 번째 '트리거' 루프의 주파수는 65.25kHz입니다.

다른 한 쌍의 루프는 신호에 따라 연속적으로 나타나며, 이를 TSS(Train Stop System)라고 합니다. '암' 및 '트리거' 루프는 각각 66.25kHz 및 65.25kHz에서 작동합니다. 열차 내 장비가 암링 주파수만 감지한 후 두 주파수를 함께 감지할 경우 브레이크가 작동됩니다. 따라서, 활성화된 TSS는 어떤 속도에서도 효과적이지만, 열차가 올바른 방향으로 통과할 경우에만 효과적입니다. 고장 등이 발생하는 동안 위험한 신호를 전달하기 위해 열차가 필요할 수 있기 때문에 운전자는 TSS를 무시할 수 있지만 OSS는 무시할 수 없습니다.

주 양상 신호와 관련된 보조 신호가 단락 이동을 위해 지워지면 TSS 루프는 비활성화되지만 OSS 루프는 활성화 상태를 유지합니다.

열차가 개별 노선에서 반대 방향으로 신호를 보내는 경우, 열차가 OSS 경보와 실제로 다른 신호와 관련된 트리거 루프 사이를 이동할 때 TPWS의 부당한 개입이 발생할 수 있습니다. 이러한 상황에 대응하기 위해 하나의 신호가 '정상 방향'으로 지정되고 'ND' 장비가 장착됩니다. 다른 신호는 '반대 방향'으로 지정되고 'OD' 장비가 장착됩니다. 반대 방향 TPWS 전송 주파수는 64.75(OSS 아밍), 66.75(TSS 아밍) 및 65.75kHz(공통 트리거)에서 작동하여 약간 다릅니다.

위치장비

라인 측에는 각 루프 세트와 관련된 두 개의 모듈(SIM(Signal Interface Module)과 OSS 또는 TSS 모듈)이 있습니다. 이들은 루프의 주파수를 생성하고 루프가 온전하다는 것을 증명합니다. 그들은 신호 시스템과 인터페이스합니다.

SIM 모듈은 빨간색으로 색상이 지정되어 있습니다.

ND TSS 모듈은 녹색으로 색상이 지정되어 있습니다.

OD TSS 모듈은 색상이 코드화된 갈색입니다.

ND OSS 모듈은 노란색으로 표시됩니다.

OD OSS 모듈은 파란색으로 표시됩니다.

열차내 기자재

모든 트랙션 유닛에는 다음이 장착됩니다.^[6]

• TPWS 수신기.
• TPWS 제어판(표준 또는 향상된 버전).
• AWS/TPWS 확인 버튼.
• TPWS 임시 격리 스위치.
• AWS/TPWS 전체 격리 스위치.

루프에 전원이 공급되면 열차 하단에 있는 에어리얼이 무선 주파수 신호를 수신하여 수신기로 전달합니다. 타이머는 암링 루프와 트리거 루프 사이를 통과하는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 이 시간은 속도를 확인하는 데 사용되며, TPWS의 '설정 속도'보다 높으면 비상 브레이크 작동이 시작됩니다. 열차가 TPWS 설정 속도보다 느리지만 위험한 상태에서 신호를 전달할 경우, 공중은 통전된 열차 정지 시스템 루프에서 신호를 수신하고 브레이크가 작동하여 열차를 오버랩 내에서 정지시킵니다. 여러 개의 단위 열차에는 양쪽 끝에 에어리얼이 있습니다. 단일 차량(단일 차량 DMU 및 기관차)으로 운행할 수 있는 차량에는 공중이 하나만 있습니다. 이는 차량이 이동하는 방향에 따라 앞쪽이나 뒤쪽에 있습니다.

인캡장비

모든 운전 캡에는 운전자가 책상에서 볼 수 있는 TPWS 컨트롤 패널이 있습니다. 패널에는 원래의 '표준' 유형과 SPAD, Overspeed 또는 AWS에 의해 발생하는 브레이크 요구에 대해 별도의 표시를 제공하는 보다 최신의 '향상된' 버전의 두 가지 유형이 있습니다.^[7]

표준형은 원형 표시등 2개와 사각 푸시 버튼으로 구성되어 있습니다.

"Train Stop Override"라고 표시된 푸시 스위치는 위험에 처한 신호를 권한을 가지고 전달하는 데 사용됩니다. TPWS TSS 루프는 약 20초 동안(일반적으로 여객 열차의 경우) 또는 60초 동안(일반적으로 저속 가속 화물 열차의 경우) 또는 루프가 통과될 때까지(더 빠른 경우) 무시됩니다.

AWS 시스템과 TPWS 시스템은 상호 연결되어 있으며, 이 중 하나가 브레이크 작동을 시작한 경우 "브레이크 요구" 표시등이 깜박입니다.

TPWS 시스템 고장이 있는 경우 "일시적 격리/고장" 표시등이 깜박이거나 "일시적 격리 스위치"가 활성화된 경우 "일시적 격리/고장" 표시등이 계속 켜집니다.

운전석에서 손이 닿지 않는 곳에 별도의 TPWS 임시 격리 스위치도 있습니다. 이는 신호원의 권한으로 여러 신호를 전달해야 하는 임시 블록 작업과 같은 열악한 조건에서 열차가 작업될 때 운전자에 의해 작동됩니다. TPWS를 일시적으로 격리해도 AWS에는 영향을 주지 않습니다. 운전자는 정상 작동이 재개되는 시점에서 즉시 TPWS를 복원해야 합니다. 안전 기능으로서, 이러한 작업을 수행하는 것을 잊어버린 경우, 다음 번에 운전석이 닫힌 후 다시 열리면 TPWS가 다시 작동합니다.

TPWS를 사용하여 창고 직원의 안전을 확보

Depot Person Protection Systems에서 탈선기를 사용하는 대안은 TPWS를 시스템에 장착하는 것입니다. 이 장비는 TPWS 장비를 사용하여 무단 이동으로부터 직원을 보호합니다. 계획하지 않은 움직임은 열차가 위험에 설정된 관련 신호를 통과하면 자동으로 스탠드에 서게 됩니다. 이를 통해 탈선 시스템이 야기하는 기반 시설 및 견인력 및 롤링 스톡의 손상을 방지할 수 있는 추가적인 이점이 있습니다. 그러한 시스템의 최초의 알려진 설치는 Iford Depot에 있습니다.^{[citation needed]} TPWS가 장착된 디포 보호 시스템은 차량이 주요 주행 캡에서 유지 보수 건물을 드나드는 장소에만 적합합니다. 느슨한 코칭 스톡 또는 왜건 유지보수와 함께 사용하기에는 적합하지 않습니다. 추진 단락 로코(이 경우 리드 차량에는 관련 TPWS 안전 장비가 장착되어 있지 않음)에 의해 차량이 이동하는 경우, 도주 차량이 보호 작업 영역에 진입하는 것을 방해하지 않습니다.

변주곡

특정 신호에는 여러 개의 OSS가 장착되어 있을 수 있습니다. 또는 일반적으로 낮은 회선 속도로 인해 OSS가 장착되지 않을 수 있습니다. 그 예로 터미널 스테이션 플랫폼 시작 신호가 있습니다. OSS 자체를 사용하여 영구 속도 제한 또는 버퍼 스톱을 보호할 수 있습니다. 루프는 표준이지만, 일반적으로 10mph의 매우 낮은 접근 속도로 인해 버퍼 스톱에는 '미니 루프'가 장착될 수 있습니다. 버퍼 정류장이 원래 표준 루프를 사용하여 TPWS에 장착되었을 때, 잘못된 적용으로 인해 초기화되는 동안 지연이 발생하고, 열차가 역 목구멍을 차단할 가능성이 있으며, 급제동으로 인해 승객이 불에 뒤집힐 위험이 있습니다. 이 문제는 열차가 경보 루프를 너무 느리게 통과하여 열차의 수신기에 의해 선내 타이머가 사이클을 완료한 후에도 감지되었을 때 발생했습니다. 타이머가 재설정되어 타이밍을 다시 시작하고, 이 두 번째 타이밍 사이클 내에서 트리거 루프가 감지되면 잘못된 개입이 발생합니다. 일시적인 해결책으로 운전자들은 버퍼 스톱 OSS를 5 mph로 통과하도록 지시를 받아 문제를 제거했지만, 이는 열차가 더 이상 정상적인 정차 지점까지 굴러갈 동력이 없고 운전자들이 OSS를 넘어서서 전력을 공급해야 한다는 것을 의미합니다. TPWS가 장착되기 전보다 버퍼 스톱 충돌 가능성이 높아졌습니다. 표준 루프의 약 3분의 1 길이인 재설계된 '미니 루프'는 속도가 느리고 마진이 낮기 때문에 버퍼 스톱 OSS는 여전히 TPWS 이동의 주요 원인입니다.^{[citation needed]}

최근 영국의 응용 프로그램들은 첨단 SPAD 보호 기술과 함께 TPWS를 사용하여 분기점 후방의 추가 신호 구간에 접근하는 열차의 속도를 제어함으로써 평균 위험도보다 높은 수렴 분기점을 보호합니다. 이 작업이 실패할 경우 TPWS를 통해 브레이크를 작동하면 충돌 지점에 도달하기 전에 열차가 정지됩니다. 이 시스템을 TPWS OS(외부 신호)라고 합니다.

한계

TPWS는 열차가 위험에 처한 신호를 권한을 가지고 통과한 후 속도를 조절하는 기능이 없습니다. 그러나 그러한 경우 운전자의 행동, 열차 속도 및 TPWS 사용에 대한 엄격한 규칙이 있습니다.

운전자가 위험에 처한 신호를 권한을 가지고 전달해야 하는 이유는 여러 가지가 있습니다. 신호 전달자는 운전자에게 위험 시 신호를 전달하고 주의를 기울여 진행하며 장애물을 차단하지 않도록 준비한 다음 다른 모든 신호를 준수하도록 조언합니다. 운전자가 이동하기 직전에 TPWS 패널의 "Trainstop Override(트레인스톱 오버라이드)" 버튼을 누르면 열차가 TPWS를 트리거하지 않고 신호를 통과시켜 브레이크를 작동할 수 있습니다.

그런 다음 운전자는 눈에 잘 띄는 거리 내에서 정지할 수 있는 속도로 진행해야 합니다. 구간이 다음 신호에 대해 이상이 없는 것처럼 보이더라도 주의를 기울여야 합니다.^[8]

비판론자들은^[who?] TPWS가 저렴한 솔루션이며 ATP를 장착하는 것에 비해 생명을 위험에 빠뜨린다고 주장하지만, ATP를 장착했다면 예방할 수 있었을 AWS 장착 이후 사망자는 거의 없었습니다. 사우스올 레일 충돌은 TPWS에 의해 방지되지는 않았지만 ATP에 의해 방지될 수 있었지만(철통으로 장착되었지만 사용되지는 않음), AWS가 작동했더라면 거의 확실히 방지되었을 것입니다.^{[citation needed]} 운전자가 브레이크를 밟지 않고 AWS 경고를 반복적으로 취소해 위험 신호를 고속으로 전달한 퓰리의 사고와 같이 TPWS와 AWS를 결합하면 가장 효과적이지 않습니다. 그러나 이 특정한 경우에는 열차의 속도가 더 낮고 EMU의 매우 효과적인 브레이크는 어쨌든 TPWS가 효과적이었다는 것을 의미했을 것입니다.^{[citation needed]} TPWS의 지지자들은 SPAD로 인한 사고를 예방할 수 없는 곳에서도 최소한 열차의 속도를 줄임으로써 충격을 줄이고 사망자를 줄이거나 없앨 가능성이 있다고 주장합니다. 그러나 이러한 경우 운전자는 고속 센서보다 훨씬 먼저 비상 브레이크를 작동했을 가능성이 높습니다. AWS와 TPWS 모두 2021년 솔즈베리 레일 충돌을 막지 못했습니다. 왜냐하면 열차가 완전 비상 제동에 들어갔지만 미끄러운 상태로 인해 휠 슬라이드가 발생하여 열차가 정지하지 않았기 때문입니다(ATP도 이러한 상황을 막지 못했을 것입니다).

사용위치

TPWS 시스템은 다음에서 사용됩니다.

• AWS 자석과 짧은 오버랩이 있는 영국
• 호주 빅토리아, AWS 자석이 없고 전장이 겹친

1996년부터 보조 경고 시스템이라 불리는 오래된 TPWS의 변형은 인도 뭄바이 교외 철도(Western Line and Central Line)에서 사용되고 있습니다.

참고문헌

외부 링크

• TPWS v1.3의 슬라이드쇼