에스컬레이터 역주행방지장치에 대한 고찰

 

에스컬레이터 역주행방지장치에 대한 고찰

 

 

기고 : 한국산업기술시험원 이주환 승강기인증팀장
 
  
Ⅰ. 서론
국내 기 설치된 에스컬레이터 대수는 현재 약 2만5,000대로 매년 1,600대씩 증가하는 추세다. 서울 메트로 등 다중이용시설에 설치된 에스컬레이터의 경우, 하루 이용시간은 20시간 이상으로 출퇴근 시 정격하중의 거의 100%로 운행된다. 사용 빈도가 매우 많기 때문에 사고발생시 심각도도 매우 크다. 무엇보다 역주행으로 인한 사고는 골절, 사망 등 인명피해로 이어짐에 따라, 역주행사고 예방을 위한 안전장치가 필요하며 이에 대한 성능 및 신뢰성 확보도 필요하다 하겠다.

국내에서는 에스컬레이터 역주행방지장치 인증을 2013년 7월 26일 이후 설치하는 에스컬레이터부터 시행토록 고시(기술표준원 고시 제2013-0163호, 2013.4.24)했으며, 에스컬레이터 제조사는 역주행방지장치에 대한 인증을 인증기관인 한국산업기술시험원(KTL)에 신청해 진행해야 한다.
본 고(考)에서는 에스컬레이터 역주행방지장치의 기본 구성과 성능기준 및 시험방법 등 안전장치로서 신뢰성 검증과 안전 확보를 위한 주요 개선점을 살펴보도록 한다.
 
Ⅱ. 본론
 
1. 에스컬레이터 역주행방지장치 개요
역주행방지장치는 에스컬레이터가 상승운전 중 방향을 바꾸어 갑자기 하강하는 경우 이를 감지해 에스컬레이터를 안전하게 세우는 안전장치이다. 역주행방지장치는 역주행 사고 뿐만 아니라 과속발생 시에도 이를 감지해 정지토록 구성돼 있다.

해외의 경우 에스컬레이터의 라이즈가 6m 이상의 경우 설치토록 하고 있으며, 공공용의 경우 6m 이하에도 설치를 의무화하고 있다. 반면 국내에서는 모든 에스컬레이터에 보조브레이크를 설치하는 등 종국엔 모든 에스컬레이터에 역주행방지장치 설치를 의무화하고 있다.
 
2. 역주행방지장치 종류
2.1 폴 래칫 휠 방식 (Pawl Ratched Wheel Method)
회전하는 스프로킷 축에 붙어있는 래칫을 에스컬레이터의 고정 구조체에 장착된 폴(Pawl)이 비상정지 발생 시 기계적으로 물려 에스컬레이터를 정지시키는 구조

2.2 디스크 웨지 방식(Disc Wedge Method)
회전하는 스프로킷 축에 붙어있는 디스크를 에스컬레이터의 고정 구조체에 장착된 쐐기가 비상정지 발생시 기계적으로 물려 에스컬레이터를 정지시키는 구조

2.3 디스크 브레이크 방식(Disc Brake Method)
비상정지 상황이 발생해 코일 전원이 차단되면 에스컬레이터의 고정 구조체에 장착된 브레이크 슈(brake shoe)가 압축된 스프링에 의해 회전하는 스프로킷 축에 붙어있는 디스크에 기계적으로 물려 에스컬레이터를 정지시키는 구조

2.4 기타 방식
유압식 등 외부 에너지를 이용하는 방식을 포함하는 역주행 방지장치
 
3. 역주행방지장치 구성
역주행방지장치는 크게 역주행 및 과속을 감지하는 감지부와 감지된 신호를 처리하는 제어부, 제어부에서 출력된 신호에 따라 작동하는 작동부, 마찰제동에 의해 에스컬레이터를 정지시키는 제동부 등 4가지로 구성된다. 감지부는 역주행을 감지하는 역주행 감지기와 과속을 감지하는 속도 감지기로 구분되며 이들은 독립적으로 설치돼야 한다. 감지부의 설치 위치는 에스컬레이터의 주 스프로킷 측에 설치하는 것을 원칙으로 한다. 전동기 측에 설치하는 경우 구동체인이 절단되면 주 스프로킷의 역주행이나 과속을 감지할 수 없기 때문이다.
 
3.1 감지부
감지부는 역주행을 감지하는 감지기와 과속을 감지하는 속도센서로 구성된다. 일반적으로 역주행 및 속도 감지는 주스프로킷 부분에서 하고 감지기는 근접센서를 사용한다. 정상운전일 때 2개의 센서에서 초기 설정된 운전방향의 신호를 내보낸다. 만일 체인이 절단되면 주 스프로킷은 통제할 수 없으며 회전방향이 달라지고 역주행 신호를 발생시켜 보조브레이크를 작동하게 된다. 마찬가지로 구동체인 파단돼 부하상태의 에스컬레이터가 과속(정격속도의 1.4배를 초과하기 전) 상태에서 이를 검출해 에스컬레이터의 보조브레이크를 작동시키는 신호를 발생한다.

3.2 제어부
감지부에서 발생한 신호는 안전회로기판을 통해 에스컬레이터의 주브레이크를 작동시킨다. 대부분 속도의 과속을 판단하기 위한 비교회로와 역주행을 감지해 출력신호를 발생하는 2 채널로 구성된다.

3.3 작동부(솔레노이드)
제어부에서 출력된 신호는 솔레노이드 전원을 차단하고 이에 따라 솔레노이드는 작동돼 주스프로킷의 라쳇(제동 블록)에 걸린다. 이때 폴(Pawl)과 래칫(Rachet)이 작동할 때 충분한 강도를 가지고 있어야 한다.

3.4 제동부
제동부는 주스프로킷 측면에 설치된 제동판과 마찰력으로 에스컬레이터를 멈춘다. 제동력은 에스컬레이터의 라이즈별로 다르게 설정된다. 제동력은 정지시 감속도와 제동거리가 기준에 적합하도록 설정하는 것이 필요하다. 제동토크는 설계시 설정된 값에 일치하도록 제조과정에서 확인하고 검사 결과를 기록해 보관해야 한다. 제동력 설정 후 봉인(Sealing)해 제동력이 변하지 않도록 조치해야 한다.
 
4. 역주행방지장치 인증기준
[표 1] 참조
 
5. 역주행사고 원인
대부분 중국에서 에스컬레이터를 들여오면서 이에 대한 안전 확보의 요청은 더욱 커지고 있다. 매년 승강기 사고의 50~60%가 에스컬레이터에서 발생하고 이로 인한 에스컬레이터 부품에 대한 인증요구는 매우 심각한 문제가 됐다. 에스컬레이터에서 발생하는 역주행사고는 동대문역사(1989년 3월), 영등포 역사(2008년 9월), 서울대역사(2012년 7월) 등 지속적이고 심각한 사상자를 발생키면서 끝없이 이어지고 있다. 역주행의 주요 사고 원인은 다음과 같다.
 
5.1 구동체인의 파단에 의한 역주행
구동체인은 전동기 동력을 에스컬레이터의 주스프로킷으로 전달하는데 사용된다. 다열체인 혹은 2개 이상의 단열 체인을 이용하며, 구동체인 강도는 에스컬레이터에 걸리는 하중의 5배 이상을 견딜 수 있도록 안전율 5 이상으로 설계돼야 한다.
구동체인 파단원인은 링크 플레이트 등의 기계요소에 기인하는 경우가 많다. 서울대역사에서 발생한 역주행 사고의 경우도 구동체인 파단으로 인해 발생했다. 일반적으로 구동체인의 구성부품에서 발생한 미세한 클랙(crack)에 지속적인 금속피로가 가해짐으로 체인파단이 일어난다. 구동체인의 경우도 내구성시험을 통해 품질의 신뢰성을 확보할 필요가 있다.

5.2 감속기 혹은 구동기 축의 파손으로 인한 역주행
에스컬레이터 구동부는 전동기와 감속기, 제동기로 구성된다. 출력축까지 동력전달요소가 마모, 파단이 발생하면 에스컬레이터는 구동체인 파단과 마찬가지로 역주행 사고를 일으킨다. 감속기 오일의 오염, 발열, 감속기 마찰에 의한 금속 부스러기 등은 웜과 기어의 마모원인이 될 수 있다. 사고가 난 야탑역의 경우도 감속기 마모로 인해 사고가 발생한 것으로 보고되고 있다. 사고를 방지하기 위해서는 주기적인 점검과 오일 교환(교환주기에 따른다)이 필요하다.

5.3 에스컬레이터의 권상기 베이스 프레임의 파손으로 인한 역주행
에스컬레이터 권상기를 고정하는 하부 베이스 프레임은 충분한 강도를 갖는 체대로 설계돼야 한다. 일부 역주행사고의 경우 하부 프레임이 취약해 고정볼트의 탈락 혹은 베이스 판넬의 찢어짐으로 인해 권상기가 전도되면서 역주행 사고를 발생하는 경우도 있다.

5.4 자동운전 Mode에서 저속 운전시 역주행
항공, 철도 등 대중교통시설에서 에스컬레이터의 자동운전 모드를 채택하게 된다. 자동운전 모드는 승객이 탑승하는 경우 정격속도로 움직이고 승객이 없는 경우 저속운전하는 운전방식이다. 대부분 이 운전방식을 채택해 불필요한 에너지 소비를 줄이고 있다. 에스컬레이터의 승강장 진입구에는 승객의 탑승을 감지하는 포스트 빔이 있으며 승객의 통행을 감지하는 감지기가 고장나면 저속운전 상태에서 탑승객이 계속 타게 돼 부하가 커지고 결국 저속상태에서 토크 부족으로 역주행사고가 발생한다.

5.5 기타
에스컬레이터 역주행 원인으로 제동기 불량, 순간정전, 써지(Surge) 발생으로 인한 제어 오동작 등 다양한 경우를 가정할 수 있다.
 
6. 역주행방지장치 시험
역주행 사고 발생을 감지해 안전하게 에스컬레이터를 세우는 역주행방지장치는 승객의 안전을 위해 매우 중요하다. 역주행방지장치 시험은 100 % 부하상태에서 역주행 및 과속시험을 하며 제동거리, 작동속도, 감속도를 3회에 걸쳐 측정하게 된다.
 
6.1 시험하중
역주행방지장치 시험을 위해 적재하중은 제동부하에 따라 적용된다. 고려되는 스텝의 수량은 스텝 라이저의 최대 외관 높이로 나눈 높이에 의해 결정된다. 시험의 목적을 위해 총 제동부하는 이렇게 얻어진 스텝 수량의 2/3 이상에 분포해 싣는다.
 
7. 측정 및 시험결과 분석
 
7.1 측정항목
7.1.1 역주행 시험
운전은 인버터의 U, V, W상중 2개 상을 바꾸면 운전방향이 반대로 움직인다. 즉 상승운전신호를 주면 하강운전을 하고 그때 역주행방지 장치가 감지해 에스컬레이터 정지시 감속도 및 제동거리를 3회 측정한다. EVA 625는 스텝 위에 올려놓고 탑승모드(RideQuality) 중 엘리베이터 모드(Tachometer(ETCH01)를 사용해 에스컬레이터의 바이브레이션 모드에서 측정할 수 있으나 움직이는 스텝 위에서 감속도를 측정하기엔 적합하지 않음)에서 측정함으로 속도, 감속도를 전체 구간에서 동시 측정 기록할 수 있다. 감속도 0.1 ~ 1.0 m/s2, 제동거리 1.25 m 이내가  평가기준이며, 제동거리는 정격속도에 따라 달라진다.

7.1.2 과속시험
100% 부하상태에서 하강방향으로 운전하면서 과속도(정격속도 1.2배 이내)에 체인파단 스위치를 작동시켜 역주행방지장치를 동작 시킨다. 이때 주브레이크는 개방상태를 유지한다. 역주행방지장치가 동작해 감속 제동하는 동안 감속도 및 제동거리를 3회 측정한다. EVA 625는 스텝 위에 올려놓고 모드 탑승모드 Ride Quality, 엘리베이터 모드에서 측정함으로 속도, 감속도를 전체 구간에서 동시 측정 기록할 수 있다.
감속도 0.1 ~ 1.0 m/s2, 제동거리 1.25 m 이내가 평가기준이며, 제동거리는 정격속도에 따라 달라진다.

7.2 측정기 설정
7.2.1 감속도 측정을 위해서는 Ride Quality -> Elevator mode로 측정한다.
7.2.2 이때 EVA 625는 에스컬레이터 경사구간 상부에 위치시켜야 한다. 수평구간에 측정기를 위치시키지 않도록 주의한다. 스텝 상 EVA6 25는 운전방향(하강방향 경사각 반영)이 X축이 되도록 위치시켜야 한다.
7.2.3 주브레이크는 해제하고 보조브레이크만 동작하는 상태에서 측정한다.

7.3 측정결과 분석
7.3.1 측정된 데이터 분석
EVA 625 작동매뉴얼에 따라 Unit setting에서 ① Vertical ->X축, ② Landing direction -> X축으로 설정, ③ Data type ->
RMS 설정, ④ Start filter -> LOW PASS Filter(4Hz) 설정. 여기서 Vertical이 Z축이지만 X축으로 등록하는 것은 X축 감속도를 평가하기 위함이다. 4Hz Filter를 적용하는 것은 스텝 상에 서 있는 인체가 느끼는 감응요소를 고려한 것이다.
7.3.2 측정결과 데이터 분석은 X축에 대해 실시한다. 이후 데이터 분석을 실시한다.
 
Ⅲ. 결론
역주행방지장치 인증평가를 진행하면서 몇 가지 개선사항을 제안한다.
1. 감지기 기능 및 설치 상태
감지기 설치 위치 에 따라 안전성에 영향을 미치므로 감지기 설치상태는 보증돼야 한다.
2. 안전회로기판
감지기 신호를 처리하는 기판은 안전회로기판으로 간주해 자율안전확인대상공산품 규정에 따라 안전회로기판에 대한 시험 및 신고확인증(인증)을 받아야 한다.
3. 역주행방지장치 측정방법
에스컬레이터 및 무빙워크 승차감 측정(KS B ISO 18738-2:2013)에서는 진동측정에 대한 진동기기 특성을 반영하고 있으나 가속도에 대한 기기 특성을 규정하지 않고 있으므로 EN115 5.4.2.1.3.2에서 규정한 4Hz 필터를 적용하는 것이 필요하다.
4. 제동거리 규정
역주행방지장치 단독으로 제동 시에도 최대제동거리에 대한 규정을 적용하며, 이에 대한 기구적 만족을 위한 효과적인 조치가 필요하다. 

 

 

자료 출처 : 기고 : 한국산업기술시험원 이주환 승강기인증팀장