2.1 표준 분류 체계

전기철도 가공전차선에 관련된 주요 국제·유럽 표준은 성격에 따라 설계기준 표준, 상호작용(인터페이스) 표준, 검증 표준, 적용·법제화 표준의 네 가지 범주로 분류할 수 있다. 표 1은 본 연구에서 고찰하는 주요 표준을 발행기관·성격별로 정리한 것이다.

이 가운데 IEC 60913과 IEC 62486은 각각 유럽표준 EN 50119, EN 50367을 모체로 하여 CENELEC이 IEC에 제공한 문서를 바탕으로 국제 표준화된 것으로 ^{[8, 10],} 유럽표준과 국제표준이 사실상 기술내용을 그대로 채택한 표준-모표준(母標準) 구조를 갖는다. EN 50149는 가공전차선 부품 가운데 유일하게 전차선(구리 및 구리합금 소재) 자체에 특화된 제품 표준이며 ^[9], EN 50318과 EN 50317은 각각 동적 상호작용의 시뮬레이션과 현장측정이라는 서로 다른 검증 수단을 규정한다 ^{[12, 13]}. TSI ENE 1301/2014는 이들 유럽표준을 인용하여 EU 회원국 전역에 국가 간 상호운용을 위한 법적 구속력을 부여하는 규정이며 ^[14], UIC Code 799는 이러한 표준체계가 정립되기 이전부터 200km/h 초과 고속선 설계에 활용되어 온 국제철도연맹의 실무지침이다 ^[15].

2.2 표준 간 상호관계

주요 표준 간의 관계는 그림 1과 같이 크게 세 축으로 요약할 수 있다.

그림 1 전차선로 표준 체계

Fig. 1 Overhead contact system Standards

첫째, 설계-국제화 축으로서 IEC 60913은 EN 50119를 기초로 작성되었으며, 두 표준은 서문에서 상호 개선관계를 명시하고 있다. 다만 IEC 60913은 적용범위를 전기 도로 시스템(ERS) 일반으로 확장하고 국가별 특수조건(부속서 H)을 추가한 상위호환 성격을 갖는다 ^{[7, 8]}. 마찬가지로 IEC 62486은 EN 50367이 CENELEC으로부터 IEC에 제공되어 국제표준화된 문서로, 중국·일본 등 유럽 외 지역의 특수조건을 규범적 부속서로 통합하고 있다 ^{[10, 11]}.

둘째, 설계-검증 축으로서 EN 50119/IEC 60913이 규정하는 전차선 높이·부상공간·접촉력 한계 등의 설계값은 EN 50367과 IEC 62486의 인터페이스 요건에 그대로 인용되며, 이 요건이 실제로 충족되는지는 EN 50318의 시뮬레이션 기법과 EN 50317의 현장측정 절차로 검증된다. 두 검증 표준은 평균접촉력(Fm), 표준편차(σ), 아크발생률(NQ) 등 동일한 평가지표 체계를 공유하도록 설계되어 있어, 설계-검증 간 정합성이 유지된다 ^{[11- 13]}.

셋째, 기술-법제 축으로서 TSI ENE 1301/2014는 EN 50119, EN 50149, EN 50367, EN 50317, EN 50318, EN 50388 등 다수의 유럽표준을 부속서 E에서 직접 인용하여, 이들 기술기준을 EU 전역에서 법적 구속력을 갖는 국가 간 차량운행을 위한 상호운용성 요건으로 통합한다 ^[14]. 이 세 축과는 별도로 UIC Code 799는 200km/h를 초과하는 고속선에 특화된 실무지침으로서, EN 50119의 집전성능 기준인 접촉력 한계값(Fm±3σ 방법론)을 인용하는 한편 파동전파속도, 도플러계수 및 전차선로 구성 등 EN 50119/IEC 60913에는 명시되지 않은 고속선 특유의 동특성 지표를 추가로 제시하여 위 세 축의 표준체계를 보완하는 역할을 수행한다 ^{[8, 15]}.

3.1 EN 50119:2020

EN 50119는 '철도응용-고정설비-전기견인 가공전차선(Railway applications - Fixed installations - Electric traction Overhead contact system s)'을 표준명으로 하는 CENELEC 유럽표준으로, 가공전차선의 전기적·기계적 설계와 시험, 지지구조물 및 기초의 구조계산·검증, 조립품 및 개별 부품의 설계요건과 시험방법을 규정한다. 2020년판은 2009년판(및 2013년 개정판)을 전면 대체하는 개정판으로서, 이번 개정에서는 다음과 같은 사항이 새롭게 반영되었다.

① 도시 대중교통 시스템 요구사항 포함, ② 강체 가공전차선(ROCS, Rigid Overhead contact system ) 요구사항 신설, ③ 모니터링 장치·자동 접지 및 단락장치 요구사항 신설, ④ 전기 트럭(electric truck)용 가공전차선(부속서 C) 신설이 그것이다. 적용 대상은 중량철도, 경량철도, 트롤리버스, 산업철도의 신설 설비 및 기존 설비의 전면 갱신이며, 지상 집전 방식(제3궤조 등)은 적용 대상에서 제외된다 ^[8].

본문은 총 9개 절로 구성되며, 절별로 기본 설계데이터(4절), 재료·부품 요구사항(5~6절), 구조물·기초(7절), 시험(8절), 문서화(9절) 등을 규정한다. 핵심 수치기준으로는 재질별 도체 온도 한계(EN 50119 Table 1: 표준경동선 상시 80℃ 등), 전력방식별 전기적 이격거리(EN 50119 Table 2: DC 750V~3kV 정적 100~150mm, AC 25kV 정적 270mm 등), 속도·전력방식별 최대 접촉력 상한(EN 50119 Table 4: 고속 구간 최대 400N)이 있으며, 이들 수치는 EN 50367 및 TSI ENE 등 후속 표준의 인터페이스 요건 산정에 직접 인용되는 기준값으로 활용된다. 이하 본문에서 각 표준 내부의 표를 지칭할 때는 "EN 50119 Table n"과 같이 표준명을 병기하여, 본 논문 자체의 표 번호와 구분하여 표기한다.

3.2 IEC 60913:2024

IEC 60913은 '철도응용-고정설비-전기견인 가공전차선 시스템(Railway applications - Fixed installations - Electric traction overhead contact line systems)'을 표준명으로 하는 IEC 국제표준으로, 2013년 발행된 제2판을 전면 대체하는 제3판(Edition 3.0)이 2024년에 발행되었다. 이 표준은 EN 50119를 기초로 작성되었으며, 본문 9개 절과 부속서 A~H(총 8개)로 구성된다.

제3판의 주요 개정사항은 EN 50119:2020의 개정내용(도시철도, ROCS, 모니터링 장치 등)을 계승하는 한편, ① 팬터그래프 방식 전기자동차용 가공전차선(전기도로시스템, ERS)에 관한 요구사항을 부속서 E로 신설하고, ② 구조물 신뢰성 분류에 ISO 2394 결과등급2 및 EN1998-1 중요도등급Ⅱ를 명시하며, ③ 국가별 특수조건 및 공차표를 규범 부속서 H로 신설한 점이다. 적용 대상은 중량철도, 경량철도, 트롤리버스, 전기 도로 시스템, 산업철도이며, EN 50119와 마찬가지로 지상 집전 방식은 적용 범위에서 제외된다 ^[7].

3.3 EN 50119와 IEC 60913의 비교

두 표준은 본질적으로 동일한 기술적 기초사항을 공유하며, IEC 60913이 EN 50119를 기초로 적용범위와 세부 수치기준을 국제적으로 확장한 관계에 있다. 표 2는 두 표준의 주요 차이점을 정리한 것이다.

3.4 EN 50149:2012+Cor.1:2025

EN 50149는 가공전차선을 구성하는 다양한 부품 가운데 유일하게 전차선(contact wire) 자체에 특화된 제품 표준으로, '가공전차선용 구리 및 구리합금 홈형 전차선(Copper and copper alloy grooved contact wires)'을 규정한다. 표준 단면적은 80·100·107·120·150mm²의 5종이며, 형상은 원형(Circular)과 평면(Flattened) 2종으로 구분되고, 곡선당김금구 회전클립, 드로퍼 클램프 등 다양한 인터페이스 금구류와의 조립을 위하여 전차선 단면도를 제시하고 있고, 클램핑홈은 원형 전용의 Type A와 원형·평면 겸용의 Type B로 나뉜다. 재질은 경동선, 은동·주석동·마그네슘동합금 등 8개 군으로 구분되며 재질별 고유 홈(groove) 형상으로 구분된다.

전기적 특성으로는 20℃ 기준 재질·단면적별 최대 저항(0.122~0.385 Ω/km)을, 기계적 특성으로는 재질·단면적별 인장강도(순동(standard-strength copper) 310~355MPa, 고강도동(high-strength copper alloy) 360~375MPa, 마그네슘 동합금(copper-magnesium alloy, CuMg) 최대 520MPa) 및 최소 신율(2~3%)을 규정한다. 부속서 A(표준형상도)·B(합금조성)·C(물리특성)·D(공차)·E(국가조건)로 구성되며 ^[9], 특히 부속서 D의 허용공차는 EN 50318의 전차선 모델링 데이터 요구사항 및 TSI ENE의 전차선 재질(4.2.14) 조항에서 인용되는 근거자료로 활용된다.

2025년에 발행된 정오표(Corrigendum 1 : 2025)는 부속서 D(공차) 및 EN 50149 Table 5(파단하중)의 일부 수치를 정정하였으며, 대표적으로 국내에서는 사용하고 있지 않고 있는 120 mm² 단면 기준 파단하중 값이 38.4~57.0kN 수준으로 조정된 것으로 확인된다. 정오표(corrigendum)는 통상 초판 발행 시 발생한 편집상 오류나 인쇄 오류를 바로잡는 문서로서 기술적 요구 사항 자체의 변경을 목적으로 하는 개정판(Amendment)과는 성격이 다르나, CENELEC/BSI 및 독인 DIN 등 각국 표준화기구의 공식 카탈로그에는 해당 개정이 "Amendment"가 아닌 "Corrigendum 1:2025"로 등재되어 있어, 본 건은 최초 발행판(2012)에 수록된 파단하중 수치 자체가 오기였음을 바로잡은 사례로 파악된다. 다만 정오표 원문 전체를 직접 확인하지는 못하였으므로, 정확한 수치 및 개정 범위는 CENELEC/BSI 원문 확인을 통해 재검증할 필요가 있다.

4.1 IEC 62486:2017

IEC 62486은 '철도 응용-집전시스템-팬터그래프와 가공전차선 간 상호작용을 위한 기술기준(상호운용성확보)'을 표준명으로 하는 국제표준으로, IEC 60913(가공전차선 설계)과 IEC 60494-1(팬터그래프 설계)을 연결하는 인터페이스 표준의 성격을 갖는다. 2010년 발행 제1판을 대체하는 제2판(2017)의 주요 개정사항은 ① AC·DC 전력계통 상부 전차선 특성 및 집전장치 특성의 명확화, ② 집전판/혼 분리형 팬터그래프 헤드 형상 요구사항 반영, ③ 측면편위 산정기준을 EN 15273에 맞추어 조정, ④ 부속서 A에 중국·일본의 특수조건을 추가한 내용을 포함하고 있다 ^[10].

핵심 기하학적 기준으로는 속도구간별 전차선 높이(v≤200km/h: 5.0~5.75m, v≥250km/h: 5.0~5.3m), 팬터그래프 헤드 길이별 최대 측면편위(1,600mm 헤드 400mm, 1,950mm 헤드 550mm)가 있다. 전력방식별 정적압상력은 AC 60~90N, DC 3kV 90~120N, DC 1.5kV 70~140N이며, 속도의 함수로 표현되는 평균접촉력(Fm)과 이선아크(팬터그래프와 전차선이 순간적으로 이격되며 발생하는 아크현상으로, 그 발생빈도를 백분율로 정량화한 지표가 아크발생률 NQ이다) 발생률의 기준은 각각 그림 2 및 3과 같다.

그림 2 IEC 62486에 따른 평균접촉력 기준(자료: IEC 62486:2017^[10])

Fig. 2 Mean contact force Criteria according to IEC 62486

그림 3 IEC 62486에 따른 NQ 기준

Fig. 3 NQ (Arcing Rate) Criteria according to IEC 62486

그림 2의 평균접촉력(Fm) 목표 곡선은 IEC 62486:2017 부속서 A(Figure A.8~A.10)에서 전력방식별로 $F_m = A \cdot v^2 + B$ (N, $v$는 km/h) 형태의 2차함수로 제시되며, 그 계수는 표 3과 같다 ^[10]. 표준 원문(Table 6)은 이 접촉력 한계에 대해 AC·DC 구분 없이 320km/h를 초과하는 속도에 대해서는 각국의 국가 규정(national rules)을 적용하도록 규정하고 있다. 다만 부속서 A의 목표곡선 시각화 그래프(Figure A.8~A.10)는 속도축의 표시 범위가 AC의 경우 0~320km/h, DC(1.5kV, 3kV)의 경우 0~240km/h로 서로 달라, 그래프상 표시 범위에는 전력방식별 차이가 있다. 이는 전력방식별 최고속도 운영에 한계가 있어서 이와 같이 제시한 것으로 판단된다. 전력방식별 곡선의 높이 차이는 정적압상력 자체가 전력방식별로 다르게 설정되어 있고(AC 60~90N, DC 3kV 90~120N, DC 1.5kV 70~140N), 여기에 각 전력방식의 전류 크기 및 속도에 영향을 받기 때문이라고 판단된다.

표 3의 계수는 IEC 62486:2017 부속서 A의 원자료를 인용한 것으로, 계수 A는 속도의 제곱($v^2$)에 곱해지는 값이며 단위는 $\text{N/(km/h)}^2$이다. 속도축이 0km/h부터 표시되어 있으나, 이는 목표곡선의 수학적 절편(y절편)일 뿐 실제 열차의 정지상태 측정값은 아니다. 정지상태의 접촉력은 본문에 제시한 정적압상력(전력방식별 60~140N)으로 별도 규정되며, 표 3의 곡선은 절편값(B)이 이 정적압상력 범위와 유사한 수준으로 수렴하도록 설계되어 있어 저속 구간에서 정적압상력 기준으로 자연스럽게 이어지는 구조를 보여준다. 표준 원문에는 목표곡선 적용을 위한 별도의 최저속도 하한이 명시되어 있지 않다.

4.2 EN 50367:2020+A1:2022

EN 50367은 '고정설비 및 차량-팬터그래프·가공전차선 간 기술적합성 기준'을 표준명으로 하는 유럽표준으로, IEC 62486의 모체가 되는 문서이다(CENELEC이 IEC에 제공). 2020년 승인, 2022년 개정판(A1)이 반영되었으며, EN 50119·EN 50149·EN 15273을 인용·연계한다. 본문은 기하구조(5절), 재질 인터페이스(6절), 상호작용 성능(7절), 운용요건(8절)의 4개 핵심 절로 구성되며, 부속서 A(규범)에 중성구간 4개 유형(원칙형·장형·단형·분리형)과 상호운용이 가능한 팬터그래프 헤드 프로파일이 규정된다.

전력시스템 · 속도구간별 정적접촉력 · 정차전류(AC 60~90N/80A, DC 3kV 90~120N/200A, DC 1.5kV 70~140N/300A), 중련편성시 팬터그래프 최소간격($v \ge 250\text{km/h}$: 200m, $v \le 160\text{km/h}$: 8~85m), 최고속도 운행시 표준편차($\sigma_{\max} \le 0.3F_m$) 등 정량적 기준이 제시되며, 이는 TSI ENE 1301/2014의 4.2.11(평균접촉력)·4.2.12(동적거동 및 집전품질)·4.2.13(팬터그래프 간격) 조항에 직접 인용되어 EU 전역의 상호운영을 위한 법적 요건으로 통합된다 ^{[11, 14]}.

4.3 IEC 62486과 EN 50367의 비교

두 표준은 동일한 원본(EN 50367)에서 출발한 유럽·국제 채택 표준으로, 핵심 수치기준(전차선 높이, 측면편위, 정적접촉력, 평균접촉력·아크발생률 산정체계)을 공유한다. 차이점은 IEC 62486이 유럽 외 지역의 특수조건, 즉 중국·일본의 최대 측면편위(440mm) 및 아크지표(AQ, CQ)를 규범 부속서로 추가 반영하고 있다는 점이며, 이는 IEC 62486이 EN 50367의 유럽 중심 요건에 국한되지 않고, 중국·일본 등 비유럽권 국가에서 개발·생산되는 팬터그래프 및 집전시스템 제품이 국제적으로 상호운용될 수 있도록 요건을 확장한 결과임을 보여준다.

두 표준의 차이를 항목별로 세분화하면 표 4와 같이 정리된다. 두 표준은 기하학적·성능 기준의 핵심 수치를 공유하면서도, IEC 62486이 중국·일본의 특수조건을 규범 부속서로 추가함으로써 적용 범위를 유럽 밖으로 확장하고 있다는 점, 그리고 EN 50367만이 TSI ENE에 직접 인용되어 EU 내 법적 구속력을 갖는다는 점에서 차이를 보인다

5.1 BS EN 50318:2018+A1:2022 — 시뮬레이션 검증

EN 50318은 '팬터그래프와 전차선 간 동적 상호작용 시뮬레이션의 검증(Validation)'에 관한 유럽표준으로, EN 50318:2002를 대체하는 2018년 개정판이다. 검증 절차는 EN 50318 원문 5.2절(Figure 1)에 따라 크게 ① 부속서 A의 참조모델을 이용한 예비 단계인 데스크탑 평가(11절)와 ② 실제 선로시험 데이터를 이용한 최종 단계인 측정값 기반 검증(10절)의 2단계로 구성된다. 2018년판의 주요 개정사항은 팬터그래프 모델 검증 절차 신설(6절), 전차선 정적 점검 요구사항 보강(7.3절), 왜도(skewness)·첨도(kurtosis) 등 통계 파라미터 추가(9절), 그리고 부속서 B에 3가지 주요 전차선 유형(AC 단순형·AC 스티치형·DC 단순형)의 실측 데이터를 포함하여 추가적인 현장 측정 없이 표준 시스템을 검증할 수 있게 한 점이다.

팬터그래프 모델의 정확도(Q)는 0.5~20Hz 전체 구간 및 0.5~5Hz 대역에서 90%를 초과해야 하며, 측정값과의 비교 시 허용오차는 접촉력 표준편차 ±20%, 지지점 최대압상량 −10~+20mm, 접촉점 위치 ±20mm, 평균접촉력 ±2.5N이다 ^[12]. 관심 주파수 범위는 0~20Hz이며 저주파(0~5Hz)와 고주파(5~20Hz) 대역으로 나누어 각각 비교·검증한다.

2022년 개정판(A1)은 10.3절 적용한계의 속도 허용범위 기준을 EN 50119:2020 5.2.4절의 파동전파속도 규정을 인용하는 방식으로 갱신하여, 시뮬레이션 검증표준과 최신 설계기준(EN 50119:2020) 간의 정합성을 강화하였다 ^{[8, 12]}.

한편 EN 50318은 설계기준·인터페이스 표준과 달리 이에 대응하는 IEC 국제표준이 별도로 제정되어 있지 않다. 이는 동적 상호작용 시뮬레이션 검증이 TSI ENE 체계 하의 EU 역내 적합성평가 절차로만 운용되어 왔기 때문으로 파악되며, 따라서 EN 50119-IEC 60913 관계나 EN 50367-IEC 62486 관계와 같은 유럽-국제 표준 간 항목별 비교표는 EN 50318에 대해서는 구조적으로 작성할 수 없다. 다음 절에서 다루는 EN 50317(현장측정 검증) 역시 동일한 사정이다.

5.2 EN 50317:2025 — 현장측정 검증

EN 50317은 팬터그래프와 가공전차선 간 동적 상호작용을 현장에서 측정할 때 요구되는 출력값과 정확도에 관한 기능적 요구사항을 규정하는 유럽표준으로, 2012년판(+A1:2022)을 전면 대체하는 2025년판이 발행되면서 상당한 폭의 개정이 이루어졌다. 최소 측정항목은 지지점 통과 시 전차선 압상량과, 평균접촉력·표준편차 또는 아크발생률 중 하나이다. 힘 센서는 접촉점에 최대한 가깝게 설치되어야 하며, 측정범위는 AC 팬터그래프 0~500N, DC 팬터그래프 0~700N 이상, 응답시간은 100ms 미만이어야 한다.

2025년판의 핵심 개정사항은 다음과 같다. 첫째, 팬터그래프 하강시간 측정에 관한 8절이 완전히 신설되었다. 하강명령(t0) 이후 집전판 하강(t1, 접촉력=0 검출), 최소 절연이격거리 달성(t2, EN 50206-1 6.14절 기준), 접힌높이 위치(stowed position) 도달(t3)까지의 시간을 측정하여, 팬터그래프 하강 시 전차선과의 안전한 절연이격거리를 확보하기까지 걸리는 시간을 검증하도록 하였다. 둘째, 9절 아크측정 기준은 검출 파장대역을 220~225nm로 한정하고(기존 323~329nm 대역은 삭제), 종전 참고치였던 4개 표준전력 시스템별 아크발생 기준값을 규범요건으로 격상하였으며, 관리구간(측정거리) 기준은 10km 권장에서 최소 3km로, 속도 허용오차는 ±2.5km/h에서 ±10km/h로 각각 완화하였다. 셋째, 접촉력 측정오차 기준은 종전 10% 단일기준에서 50N 이상 구간 10%·50N 미만 구간 5N 이하로 이원화되었고, 공력영향 허용한계도 정성적 기준(5% 이상 변화 금지)에서 '5% 또는 c·v 제곱 % 중 큰 값'을 적용하는 정량적 기준으로 전환되었다. 이 밖에 지지점 압상량 반복측정 기준이 신설되고 4절에 최소 기록조건(EN 50317 Table 1)이 새로 규정되었으며, 'collector head'가 'pantograph head'로, 'total mean uplift force'가 'mean cord force'로 각각 용어가 변경되었다 ^[13]. 측정시스템의 교정(calibration)은 종전과 동일하게 0.5~20Hz 범위에서 전달함수 크기의 정확도(J) 90% 초과를 요구하여 EN 50318의 팬터그래프 모델 검증(6.3절)과 원리를 공유한다 ^{[12, 13]}. 하강시간측정 신설, 아크측정 규범요건 강화, 접촉력 측정오차 이원화 등 2025년판의 핵심 개정사항이 국내 전차선로·팬터그래프 관련 표준(선로검증물 시험기준, 철도차량 안전기준 등)에 반영되어 있는지는 본 연구에서 명확히 확인하지 못하였으며, 특히 팬터그래프 하강시간 측정과 같이 국내 표준에서 대응 조항 자체를 찾기 어려운 항목을 중심으로 향후 최우선적으로 국내 반영 여부를 검토할 필요가 있는 것으로 판단된다.

EN 50317과 EN 50318은 상호 독립된 검증표준이 아니라, 동일한 설계기준(EN 50119/IEC 60913)과 인터페이스 표준(EN 50367/IEC 62486)에서 도출된 평균접촉력(Fm)·표준편차(σ)·아크발생률(NQ) 등 동일한 평가지표 체계를 공유하면서, 6.3절(EN 50317)과 6.3절 상당(EN 50318)의 전달함수 크기 정확도(J·Q, 90% 초과) 요건을 통해 검증원리를 상호 정합시키는 관계에 있다. 아울러 EN 50317의 힘 센서 응답시간(100ms 미만)·측정범위(AC 0~500N, DC 0~700N) 요건은 EN 50149가 규정하는 전차선 재질·형상 공차 및 EN 50367/IEC 62486의 정적압상력 범위(60~140N)를 실측 가능하도록 역산된 값이라는 점에서, 설계·인터페이스·검증 세 계열의 표준이 수치기준을 순차적으로 물려받는 종적 관계를 형성한다. 이러한 관계는 TSI ENE 1301/2014가 EN 50318·EN 50317을 가공전차선 상호운용성 구성품의 2단계 적합성평가 수단으로 지정함으로써(6.1절 참조) 법적으로도 재확인된다.

5.3 표준 기반 집전성능 검증 프로세스

설계-시뮬레이션-측정-종합판정-운영승인으로 이어지는 5단계 검증체계(그림 4)는 앞서 고찰한 설계기준·상호작용·검증 표준이 유기적으로 결합되어 작동하는 구조를 보여준다. 1단계 설계(EN 50119/IEC 60913, EN 50367/IEC 62486에 따른 가공전차선 설계), 2단계 시뮬레이션 검증(EN 50318), 3단계 현장측정 검증(EN 50317), 4단계 적합성 종합판정(TSI ENE의 CA·EC 적합성평가 모듈에 따른 구성품·서브시스템 검증), 5단계 운영승인 및 유지관리로 구성되며, 이 가운데 4단계 적합성평가는 설계심사·제조공정심사·시험·현장측정 등 여러 단계에 걸쳐 지속적으로 수행된다.

그림 4 표준 기반 집전성능 검증 프로세스(5단계)

Fig. 4 Five-Stage Standard-Based Current Collection Performance Verification Process

다만 국내에서 실제로 운용 중인 각 철도시스템(고속철도, 일반철도, 도시철도 등)이 시뮬레이션 검증(EN 50318) 및 현장측정 검증(EN 50317)을 개별 사업 단계에서 어떠한 절차와 데이터로 수행하고 있으며, 그 결과가 국내 표준·지침에 어떻게 준용·기록되고 있는지에 관한 전수조사는 개별 사업의 설계·시험 보고서 등 비공개 자료에 대한 접근이 필요한 사안으로, 본 연구가 국제·유럽 표준 문헌 자체를 대상으로 수행된 문헌고찰이라는 범위상 포함하지 못하였다. 이는 본 연구의 명확한 한계로서, 국내 발주기관·시험기관이 보유한 시뮬레이션·현장측정 실적 데이터를 확보하여 유럽·국제 표준의 요구사항과 항목별로 대조하는 작업은 8절에서 밝힌 바와 같이 후속 연구의 핵심 과제로 남겨둔다.

6.1 TSI ENE 1301/2014

TSI ENE(Commission Regulation (EU) No 1301/2014)는 유럽연합 철도시스템 '에너지(energy)' 서브(sub) 시스템에 관한 유럽 국가간 차량의 상호운용성 기술사양(TSI)으로, 2015년 1월 1일부터 시행되고 있으며 결정 2008/284/EC 및 2011/274/EU를 폐지·통합한 것이다. 적용 궤간은 1435·1520·1524·1600·1668mm이며, 변전소·구분소·분리구간·전차선시스템·귀선회로를 포함하는 에너지 서브시스템에 대해 2015.1.1 이후 신설·개량·갱신되는 노선에 적용된다.

TSI ENE는 4개 표준화 전력시스템(AC 25kV/50Hz, AC 15kV/16.7Hz, DC 3kV, DC 1.5kV)을 규정하고, 상호운용성 구성품으로 '가공전차선' 단일 품목을 지정하며, 이 구성품의 적합성평가는 EN 50318에 따른 시뮬레이션과 EN 50317에 따른 현장측정의 2단계 검증체계로 이루어진다. 부속서 E의 인용표준 목록에는 EN 50119, EN 50122-1, EN 50149, EN 50163, EN 50367, EN 50388, EN 50317, EN 50318이 명시되어 있어, TSI ENE가 본 연구에서 고찰한 유럽표준 전체의 상호운용성 확보를 위한 실질적으로 포괄하는 법적 구속력을 확인할 수 있다 ^[14]. 한편 차상 에너지측정시스템(EMS)과 지상 데이터수집시스템(DCS) 간 인터페이스 표준은 미해결사항(open point)으로 남아 있어, 향후 개정을 통해 보완될 예정이다.

6.2 UIC Code 799(2002)

UIC Code 799는 '시속 200km/h 초과 고속선로용 AC 가공전차선 특성'을 규정하는 국제철도연맹의 실무 설계지침으로, 2002년 제1판이 발행되었다 ^[15]. 이 지침은 UIC 505-1이 규정하는 GC 궤간(structure gauge GC) ^[18] 프로파일을 전제로 하며, AC 25,000V/50Hz 및 AC 15,000V/16⅔Hz의 2개 표준전력방식을 대상으로 한다. TSI ENE·EN 50119 체계가 정립되기 이전부터 유럽 고속철도망의 실무설계에 활용되어 온 선구적 문서로서, 200~230km/h, 230~300km/h, 300km/h 초과의 3개 속도구간별로 정적·동적·전기적 특성값을 의무(O) 또는 권고 사항으로 구분하여 제시한다 ^[15]. 의무(O) 요구사항의 예로는 지지점 압상량(120mm, 기후영향 미포함), 최고속도에서의 접촉력, 지지물의 기계적 분리 설계, 230km/h 초과 구간의 새그 1‰ 이하 및 개별 장력조정장치 적용, 최대 측면편위(UIC Code 794 ^[19]에 따름), 전차선 재질(EN 50149에 따름) 등이 있다.

핵심 수치기준으로는 표준 전차선 높이(5,000~5,500mm), 지지점 최소 압상량(240mm/제한 시 180mm, 의무), 최대 경간길이(개활지 65m/터널 50m), 새그(≤1‰, 230km/h 초과 구간), 장력구간당 최소 경간수(3~4개 이상, 의무)가 있다. 특히 UIC 799는 EN 50119/IEC 60913에는 명시되지 않은 고속선 특유의 동특성 지표, 즉 식 (1) ~ (4)와 같이 파동전파속도($V_c$), 도플러계수($\alpha$)를 비롯하여 반사계수($r$)·증폭계수($\chi$) 등을 제시하여 전차선·조가선의 장력 설계 최적화를 위한 이론적 근거를 제공한다. 이들 지표는 속도구간별로 상이한 기준값을 가지며, 파동전파속도는 200 초과 ~ 230km/h 구간 110m/s 초과, 230 초과 ~ 300km/h 구간 120m/s 초과, 300km/h 초과 구간 (Vmax+40) m/s 초과를 만족해야 하고, 도플러계수는 같은 순서로 각각 0.26, 0.18, 0.17을 초과해야 한다. 각 지표의 정의식은 UIC Code 799 부속서 A에 다음과 같이 제시되어 있다 ^[15].

파동전파속도 $V_c$와 도플러계수 $\alpha$는 각각 식 (1) 및 식 (2)와 같이 정의된다.

여기서 $Z_{fd}$와 $Z_{ts}$는 각각 전차선 및 조가선의 장력, $m_{fd}$와 $m_{ts}$는 전차선 및 조가선의 단위길이당 질량, $v_b$는 설계속도를 의미한다.

도플러계수는 파동전파속도가 설계속도보다 충분히 커서 공진 위험이 낮을수록 1에 가까워지는 여유율의 성격을 가지므로, 정의상 "0.17 초과"와 같은 하한 기준은 파동전파속도가 설계속도를 일정 배수 이상 상회해야 함을 의미하며 상한 개념이 아니다. 아울러 반사계수 r과 증폭계수 $\chi$는 각각 식 (3) 및 식 (4)와 같이 정의되며, 두 지표 모두 값이 작을수록 유리한 것으로 규정된다.