http://dx.doi.org/10.15250/joie.2015.14.1.7 ISSN 2288-923X (Online)
일부 수도권 지하철 내 극저주파 자기장(ELF-MF) 노출 특성 현황
정대관·정준식·이규목·박형규·이재원·서충열·이우석·권오상·구진회*
국립환경과학원 환경기반연구부 생활환경연구과
The characteristics and present state for Extremely Low Frequency-Magnetic Fields of metropolitan subway
Dae-kwan Jung·Joon-sig Jung·Kyu-mok Lee·Hyung-kyu Park·Jae-won Lee Chung-youl Seo·Woo-seok Lee·Oh-Sang Kwon·Jin-hoi Gu*
Indoor Air and Noise Research Division, National Institute of Environmental Research (Received 16 January, 2015; Revised 26 February, 2015; Accepted 4 March, 2015)
Abstract
In this study, ELF-MF levels of subway trains were measured to understand the status of the intensity of ELF- MF. The measurement points for the train are selected in the center of each train compartment(pantagraph compartment, motor-driven compartment and the compartment that is not connected to any other electric equipment) using EMDEX II. ELF-MF levels of trains were measured from the starting to the terminal station in each lines(Seoul line 1-9, Incheon line 1, Incheon international airport line, Gyungui line, Bundang line, Gyeongchun line, Joongang line, Suin line). We found that the mean and range of ELF-MF levels in the DC power subway train are 2.4 and 0.1~125.9 mG, respectively, while the mean and range of ELF-MF levels in the AC power subway train are 10.4and 0.0~156.3 mG, respectively. Furthermore, the maximum ELF-MF level(156.3 mG) was lower than the reference level(ICNIRP 833 mG, 60Hz). The findings of this study in relation to the characteristics of ELF-MF for subway will be useful to derive the ELF-MF exposure coefficient from our living environment in a subsequent study.
Keywords : ELF-MF, Subway, Seoul metropolitan, Exposure level
1. 서 론
21 세기에 접어들면서 전기는 전 세계 인류에게 있어 매우 유용한 수단으로 편리하고 빠른 생활을 영위할 수 있도록 현대 사회에 많은 혜택을 주고 있는 것이 사실 이다. 그러나 각종 전기 및 가전제품 사용의 급증과 동 시에 유발되고 있는 극저주파 자기장에 대해 관련 직업 종사자 뿐만 아니라 일반인에게로의 노출기회 증대로 인한 인체영향(adverse health effect)이 우리 사회가 관 심을 가지고 있는 환경문제의 한 부분으로 인식되게 되 면서 사회적 관심이 증대되고 있다(Kim et al., 1997).
일반적으로 전자파로 알려져 있는 전자기장(EMF:
Electromagnetic Fields) 의 물리적 성질은 전기를 사 용하는 모든 제품에서 발생되는 전기장(EF: Electric Fields) 과 자기장(MF: Magnetic Fields)의 합성을 의 미하며, 우리가 일상생활 중 가장 빈번히 접하는 상용 주파수(50~60 Hz)를 포함하는 극저주파 대역에서는 주로 자기장에 의한 영향이 주요 관심사가 되어 오고 있다.
미국에서 1994년부터 1998년까지 국가적 차원의 EMP RAPID(Electric and Magnetic Field Research and Public Information Dissemination) 프로그램을 수 행하여 전자장의 생체 영향 규명과 대중에게 전자기장 에 대한 정보를 전달하고자 하였으며, 세계보건기구 (WHO: World Health Organization) 산하 국제암연구소
*Corresponding author
Tel : +82-32-560-8323 E-mail : [email protected]
(IARC: International Agency for Research on Cancer) 에서 극주저파(ELF: Extremely Low Frequency) 자기 장이 건강에 위험을 준다는 과학적 증거는 미약하지만 인체 발암 가능 2B(possibly carcinogenic to human) 물질로 결론을 내렸으며, 건강 위해성의 잠재적 가능성 에 무게를 두었다(Wertheimer, 1979; Olsen, 1993;
Levallois et al., 2002; Schooneveld and Kuiper, 2007;
Draft, 2007; Ionen et al., 2008). 1998년 NIEHS(National Institutes of Environmental Health Science)는 기존의 모든 연구결과를 고찰한 결과, 전자장과 인체영향간의 상관성은 미약하지만 여전히 염려되는 수준이라고 결 론지으면서, 자기장 노출에 따른 어린이 백혈병 증가의 증거는 없으나 다양한 극저주파 자기장 발생원에 많이 노출될수록 어린이 백혈병의 위해도가 증가하는 점에 대해 약한 상관성의 결과를 도출하였다(NIEHS, 1998).
그러나 극저주파 자기장과 이에 노출되는 사람들의 암 발생 유무에 대한 다양한 연구에서 역학자와 공학자들 간의 상반된 견해가 엇갈리고 있다(Robinette et al., 1980; Milham, 1988; Hocking et al., 1996; McKenzie et al., 1998; Forssen et al., 2000).
극저주파 자기장 발생원으로는 가전제품 및 대중교 통 등 다양한 원인이 있으며, 이에 대한 저감방안 마련 에 대한 연구가 필요하다. 최근에 환경부에서는 극저주 파 자기장 노출인구에 대한 실태 및 건강영향 평가 연 구를 실시하여 노출인구 감소를 위한 전략을 수립하였 으며, 주요 가전제품에서 발생하는 극저주파 자기장 수 준에 대해서 조사하였다(NIER, 2011; NIER, 2012). 이 와는 달리 지하철·버스 등과 같은 대중교통에서 발생 되는 극저주파 자기장은 타 발생원에 비해 능동적으로 노출 회피가 어렵고 비교적 장시간(출퇴근 시 매일 1 시간 이상) 노출되는 특성이 있으며, 가전제품에 비해 상대적으로 극저주파 자기장 관련된 연구가 부족하여 이에 대한 실태조사의 필요성이 제기된다. 국내 대중교 통 일일 이용률 조사 결과 지하철 및 철도(35.2%), 버 스(27.8%), 승용차(25.9%). 택시(6.2%), 기타(선박, 항 공 등, 4.9%)로 조사되었다(Statistics Korea, 2008). 현 실적으로 가장 많이 이용하고 있으며 전기를 동력으로 사용하고 있는 대중교통 수단은 지하철의 극저주파 자 기장 노출량 규명은 매우 중요하다.
따라서 본 연구에서는 국내에서 전기를 동력으로 사 용하는 대중교통 수단인 지하철을 주요 연구대상으로 선정하였으며, 각 노선 특성별 운행 특성에 맞는 측정 조건을 도출하여 극저주파 자기장 발생 특성을 측정 및 분석 비교하였다.
2. 연구방법
2.1 연구대상 및 측정기기
지하철에서 노출되는 극저주파 자기장 특성 파악을 위하여 수도권 지하철 전 구간을 조사대상으로 하였으 며, 서울 및 경기도의 경우는 1호선~9호선, 분당, 중앙 선, 경의선, 경춘선, 공항철도, 수인선, 그리고 인천지 하철을 포함한 총 16개 노선에 대한 극저주파 자기장 현황을 조사하였다.
본 연구에서는 미세환경 측정에 용이한 EMDEX II (ENERTECH Inc, USA) 를 사용하였다. EMDEX II는 미국 EPRI(Electric Power Research Institute)에서 개발 한 세 축 방향의 Electric and Manetic Field Digital Ex- posure System 으로서, 이 기기는 최대의 분석 감도에 서 각각 자기장의 경우 0.1 mG이고, 전기장의 경우 0.0003 µA의 분석 감도를 갖고 있다. 최대 분석 가능치 는 자기장의 경우 3,000 mG, 전기장은 19.66 µA이다.
측정 가능 대역은 40~800 Hz를 Broadband(bb), 100~
800 Hz 를 Harmonic(bh)라 칭했으며 극저주파 영역에 서 전자장 방출의 대부분을 차지하며 국내에서 사용하 고 있는 고정주파수인 60 Hz를 Fundamental(bf)이라 하였다. 측정치의 정확도는 각각 자기장 ± 3%, 전기장
± 5% 이다. 측정조건 등의 결정은 Event marker button 과 Toggle buttons을 이용하고 측정되는 상황은 LCD 표기창을 통해 볼 수 있다. 측정이 끝나면 주컴퓨터에 전송하고 측정치는 전용 프로그램인 EMCALC 2000(ENERTECH Inc, USA) 에 의해 분석하였다.
2.2 조사방법
본 연구에서는 각 지하철 노선별로 사용전력 종류별 ( 직류 및 교류), 철도차량 종류별(팬터그래프차량, 구동 차량, 일반차량), 속도제어장치 종류별(VVVF-GTO 및 VVVF-IGBT 방식)로 자기장 발생 특성을 조사하였다.
본 연구에서 사용한 EMDEX II는 직류 1 Hz 이하에서 측정에 제한점이 있으므로 일부 직류 전력을 사용한 수도권 지하철 노선에서는 지하철 내 전력구동에서 발 생하는 수준(noise level)과 전차선을 제외한 주변 송배 전의 영향에 따른 극저주파 자기장을 측정하였다.
각 교통수단의 자기장 발생 특성은 발생 평균값
(mean value) 으로 평가 하였으며, 인체에 미치는 영향
은 자기장 인체보호기준(833 mG, ICNIRP 기준 적용)
초과 여부로 평가하였다(ICNIRP, 1998). 지하철은 각
노선별로 차종이 다르고, 각 차량마다 구동장치, 팬터
그래프 등이 위치한 차량이 모두 달라 종점에서 지하
철 승차시 미리 조사된 전동차의 구조에 따라 측정자
3 명을 각각 일반차량, 구동장치가 있는 구동차량, 팬터 그래프 차량에 배치하여 출발 시 동시에 측정하도록 하였다. 이때 차량 내 자기장 측정은 각 노선 전구간에 대해 연속 측정하였으며, 측정주기는 10초 간격으로 하였다. 지하철 내 측정위치는 주로 내부 좌석으로 앉 아있는 사람의 가슴 높이(0.8~1.0 m)에서 극저주파 자 기장을 측정하였다. 세부 측정 조건은 IEEE Std 644- 1994 규격을 준용하였다.
2.3 노선별 특징 및 측정위치
수도권 지하철은 교류(AC : Alternating Current) 지 하철과 직류(DC : Direct Current) 지하철로 구분되는데, 교류 철도차량은 AC→컨버터→DC→인버터→동력(전 동기)으로 변환되며, 직류 철도차량은 DC→인버터→
동력(전동기)으로 전환된다. 전기를 동력으로 사용하는
철도차량에서 전력 부하량의 85% 정도를 인버터와 전 동기가 차지한다. 이 중 인버터는 반도체를 사용하여 유도전동기의 회전속도를 제어하는 장치로 VVVF- GTO 및 VVVF-IGBT 인버터가 사용되고 있다.
Table 1 과 2는 지하철 노선별 노선, 객차 편성, 운행 거리(km), 제작연도, 인버터 및 본 연구에서 극저주파 자기장 측정을 위해 측정된 위치로써 일반차량, 구동차 량, 팬터그래프 차량을 표시하였다. 측정위치 3곳 중 M'( 팬터그래프차량), M(구동차량), T(일반차량)에서 측 정한 노선은 1호선, 2호선, 7호선, 8호선, 공항철도, 경 의선, 경춘선이다. M', M, Tc(제어실 탑재)에서 측정한 노선은 3호선, 4호선, 5호선, 6호선, 분당선, 중앙선, 수 인선이다. 9호선, 인천지하철의 경우 M 차량이 없는 관계로 팬터그래프 차량 M', M', T
C차량에서 측정하 였다.
Table 1. The measurement position of the each subway train(Line 1~9)
Line Section Formation Distance (km) Production year Type of Inverter
1
Incheon~Soyosan
Guro~Sinchang 10(5M5T) 200.6 2005~2013 VVVF-GTO
Number of rail 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Organization of rail Tc M M' T M' T T M M' Tc
2
Sindorim~Sindorim 10(5M5T) 48.8 2005~2008 VVVF-GTO
Number of rail 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Organization of rail Tc M M' T M' T T M M' Tc
3
Daehwa~Ogeum 10(5M5T) 57.4 2009~2010 VVVF-IGBT
Number of rail 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Organization of rail Tc M M' T M' T T M M' Tc
4
Danggogae~Oido 10(5M5T) 71.5 1993~2003 VVVF-GTO
Number of rail 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Organization of rail Tc M M' T M' T T M M' Tc
5
Banghwa~Macheon 8(4M4T) 45.2 1995 VVVF-GTO
Number of rail 1 2 3 4 5 6 7 8
Organization of rail Tc M M' T T M M' Tc
6
Bonghwasan~Eungam 8(4M4T) 35.1 1999 VVVF-IGBT
Number of rail 1 2 3 4 5 6 7 8
Organization of rail Tc M M' T T M M' Tc
7
Bupyeong-gu
office~Jangam 8(4M4T) 57.1 1999 VVVF-IGBT
Number of rail 1 2 3 4 5 6 7 8
Organization of rail Tc M M' T T M M' Tc
8
Amsa~Moran 6(3M3T) 17.7 1996 VVVF-GTO
Number of rail 1 2 3 4 5 6
Organization of rail Tc M' T M M' Tc
9
Gaehwa~Sinnonhyeon 4(2M2T) 17.7 2008~2011 VVVF-IGBT
Number of rail 1 2 3 4
Organization of rail Tc M' M' Tc
3. 연구결과 및 고찰
3.1 전력방식에 따른 극저주파 자기장 발생 특성 우리나라는 지하철을 운용하는 전력 방식은 크게 두 가지 방식인 DC와 AC방식을 사용한다. Table 3과 같 이 수도권 지하철 전력 방식에 따른 종류와 자기장 방 출현황을 조사한 결과, DC 전원을 사용하는 구간은 10 개 구간이었으며 AC 전원을 사용하는 구간은 8개로 나타났다. 수도권지하철 1호선 및 4호선은 서울지하철 과 철도청이 공동으로 운행하는 구간에서는 DC와 AC 전력방식 모두 사용하고 있다(Fig. 1).
Table 4는 수도권 지하철 중, DC 전력을 이용하여 운행하는 노선별 극저주파 자기장 현황을 나타내었다.
서울 1호선(서울역에서 청량리역까지 해당)부터 9호선
까지 DC 전력을 사용하고 있으며, 자기장 방출량 범위 (Range) 는 0.1~125.9 mG(Mean: 2.4 mG)로 조사되었으 며, 4호선(5.4 mG), 8호선(3.3 mG), 5호선(3.2 mG) 등 의 순으로 발생하였다. DC 전력을 사용하는 지하철 노 선의 최소 자기장 방출 수준(0.1 mG)은 대부분 6호선 이 역사에 정차 중일 때 나타났다. DC 전력을 사용하 Table 2. The measurement position of the each subway train(For other lines)
Line Section Formation Distance
(km)
Production
year Type of inverter
Incheon
Gyeyang~Int’l Business District 8(4M4T) 29.4 1998 VVVF-IGBT
Number of rail 1 2 3 4 5 6 7 8
Organization of rail Tc M' M' T T M' M' Tc Airport
Railroad
Seoul~Incheon International Airport 6(3M3T) 61 2005~2012 VVVF-IGBT
Number of rail 1 2 3 4 5 6
Organization of rail Tc M M' T M' Tc
Gyungui
Seoul~Musan 8(4M4T) 46.3 2009~2012 VVVF-IGBT
Number of rail 1 2 3 4 5 6 7 8
Organization of rail Tc M M' T T M M' Tc
Bundang
Mangpo~Wangsimni 6(3M3T) 46.8 1993~1999 VVVF-GTO
Number of rail 1 2 3 4 5 6
Organization of rail Tc M M' T M' Tc
Gyeongchun
Sangbong~Chuncheon 8(4M4T) 80.7 2010 VVVF-IGBT
Number of rail 1 2 3 4 5 6 7 8
Organization of rail Tc M M' T T M M' Tc
Joongang
Yongsan~Yongmusan 8(4M4T) 71.2 2006~2009 VVVF-IGBT
Number of rail 1 2 3 4 5 6 7 8
Organization of rail Tc M M' T T M M' Tc
Su-in
Oido~Songdo 6(3M3T) 13.1 2009~2012 VVVF-IGBT
Number of rail 1 2 3 4 5 6
Organization of rail Tc M M' T M' Tc
Table 3. The electric transportation system of the metropolitan subway Electric power Line of metropolitan subway
DC
(Direct current)
Incheon, Seoul 1~9 line
(1 line : Seoul~Cheongnyangni, 4 line : Namtaeryeong~Danggogae) AC
(Alternating current)
Seoul 1 line(Incheon~Namyeong, Hoegi~Soyosan, Guro~Sinchang), 4 line(Oido~Seonbawi), Airport railroad, Gyungui line, Bundang line, Gyeongchun, Joongang line, Su-in line
Fig. 1. The DC and AC conversion section at line 1 and
4 of the metropolitan subway.
는 지하철 노선의 최대 극저주파 자기장은 8호선 가락 시장역문정역 가속구간에서 125.9 mG 수준으로 나타 났다. 그러나, 이러한 결과는 전력이 통과하는 전차선 의 영향보다는 지하철 내/외부에서 발생하는 장치 및 기기의 1차적으로 기인하는 것으로 사료된다. 측정범 위 내의 극저주파 자기장을 발생할 수 있는 내부장치 로 인한 경우와 지하철이 지나가는 구간에서 확인되지 않은 송배전선의 영향, 또한 가속구간에서 전동기 출력 증가 등에서 순간적인 peak 값이 측정된 것으로 판단 된다. 차후 이러한 환경적 변수 요인을 추가적으로 조 사하여 극저주파 자기장 발생요인을 규명하는 것이 필 요할 것으로 사료된다.
Table 5 는 AC 전력을 이용하여 운행하는 수도권 지 하철 노선별 자기장 방출 현황을 나타낸 것이다. 서울 1 호선(DC 구간인 서울~청량리 역 제외), 4호선, 공항
철도, 경의선, 분당선, 경춘선, 중앙선, 수인선의 자기 장 방출량은 평균 10.4 mG(0.0~156.3 mG)로 나타났으 며, 4호선(21.7 mG), 1호선(17.6 mG), 분당선(12.6 mG) 으로 나타났다. AC전력을 사용하는 지하철 노선의 최 대 자기장 노출량은 1호선 구일역~구로역 구간 가속 시 발생했으며, 156.3 mG 수준으로 극저주파 자기장 인체보호기준(833 mG, ICNIRP)을 만족하는 것으로 나 타났다. AC 전력을 사용하는 노선 철도차량 내 극저주 파 자기장(평균 10.4 mG)는 DC 전력 사용 노선(평균 2.4 mG) 보다 높게 나타났는데, 이러한 사유는 AC 전 력 구간 운행 철도차량의 경우 전력변환장치(컨버터, 교류→직류) 등 부속장치가 추가적으로 사용되어 이들 부속장치에서 발생되는 것에 기인한 것으로 판단된다.
일부 AC 전력 사용 노선에서는 DC 전원 사용 노선보 다 낮은 자기장 방출량을 보였는데, 이는 인버터 영향 Table 4. The magnetic flux density of the subway lines using DC power
Line of subway Mean ± SD (mG) Range(Min-Max) (mG)
1 line (Seoul~Cheongnyangni) 2.2 ± 0.3 (N
a=408) 0.5~5.8 2 line (Sindorim~Sindorim) 1.3 ± 1.0 (N=158) 0.2~11.1 3 line (Daehwa~Ogeum) 1.5 ± 2.1 (N=1777) 0.1~33.3 4 line (Namtaeryeong~Danggogae) 5.4 ± 6.8 (N=1002) 0.4~55.5 5 line (Banghwa~Macheon) 3.1 ± 3.6 (N=1510) 0.2~52.7 6 line (Bonghwasan~Eungam) 1.0 ± 0.7 (N=1234) 0.1~4.9 7 line (Bupyeong-gu office~Jangam) 2.3 ± 5.8 (N=1927) 0.1~31.9 8 line (Amsa~Moran) 3.3 ± 8.9 (N=570) 0.1~125.9 9 line (Gaehwa~Sinnonhyeon) 1.7 ± 1.5 (N=976) 0.1~11.8 Incheon (Gyeyang~Int’l Business District) 2.6 ± 3.1 (N=972) 0.1~11.8
Total 2.4 0.1~125.9
a
N: the number of the measured data by subway line
Table 5. The magnetic flux density of the subway lines using AC power
Line of subway Mean ± SD (mG) Range(Min-Max) (mG)
1 line (Incheon~Namyeong) 17.6 ± 22.1 (N=1,113) 0.4~156.3 1 line (Hoegi~Soyosan) 18.8 ± 17.1 (N=1,098) 0.4~121.7 1 line (Guro~Sinchang) 16.4 ± 17.4 (N=2,312) 0.1~112.1 4 line (Seonbawi~Oido) 21.7 ± 18.4 (N=833) 1.9~110.1 Airport railroad
(Seoul~Incheon International Airport) 1.2 ± 1.1 (N=978) 0.1~10.3 Gyungui line (Seoul~Musan) 0.5 ± 0.5 (N=1,073) 0.0~5.2 Bundang line (Mangpo~Wangsimni) 11.3 ± 8.9 (N=1,365) 0.1~73.9 Gyeongchun (Sangbong~Chuncheon) 0.9 ± 1.1 (N=1,473) 0.0~10.3 Joongang line (Yongsan~Yongmusan) 8.8 ± 9.3 (N=1,686) 0.3~56.1 Su-in line (Oido~Songdo) 6.6 ± 8.4 (N=361) 0.3~45.1
Total 10.4 0.0~156.3
a
N: the number of the measured data by subway line
으로 조사되었다. 공항철도·경의선·경춘선은 철도차 량의 전동기 속도 제어 시 효율(전력변환)이 VVVF- GTO 인버터보다 개선된 VVVF-IGBT 인버터를 사용 하기 때문이다.
3.2 측정 위치별 극저주파 자기장 발생특성
Table 6 은 극저주파 자기장 측정지점을 나타낸 것으 로서 일반차량(무동력객차)은 보조전원장치, 공기압축 기, 축전지, SIV(운전실)가 탑재된 Tc객차와 아무것도 탑재하지 않은 T객차로 구분되며, 구동차량은 전동기와 제어기를 탑재된 M객차와 팬터그래프(집전장치), 주변 압기, 전동기, 제어기를 탑재한 M'객차로 구분된다.
Table 7 은 팬터그래프차량, 구동차량, 일반차량에 따 른 자기장 방출량에 대한 결과를 나타낸 것이다. 팬터 그래프차량(Mean: 7.7 mG) > 구동차량(Mean: 6.9 mG) >
일반차량(Mean: 5.1 mG) 순으로 나타났다. 일부 노선 을 제외하고 전체적으로 아무런 부속장치도 탑재되어 있지 않은 일반차량이 집전장치(전력을 받는 장치), 주 변압기, 전동기, 제어기 등의 부속장치를 탑재하고 있 는 팬터그래프차량과 전동기, 제어기 등의 부속장치가 탑재되어 있어 구동차량보다 자기장 방출량이 낮은 경 향을 보였다. 그러나 3호선 및 4호선(남태령~당고개 구간)에서 일반차량 내 극저주파 자기장이 팬터그래프 차량 또는 구동차량 보다 큰 것으로 나타났는데, 이는
일반 차량에서 측정차량 내에 제어실이 포함(Tc 차량 에서 측정)되어 있어서 제어실의 부속 전기설비에 의 한 영향으로 사료된다.
3.3 인버터 종류에 따른 극저주파 자기장 발생 특성 Fig. 2 는 인버터 종류에 따른 자기장 발생을 나타낸 것으로서, VVVF-GTO 방식의 경우 평균 9.9 mG(0.6~
23.5 mG), VVVF-IGBT 방식의 경우 평균 2.7 mG(0.2~
10.0 mG) 수준으로 나타났다. 전체적으로 VVVF-IGBT 방식이 약 3.7배 가량 낮은 것으로 조사되었다.
특히 AC 전력을 사용하는 철도차량에서는 인버터 종류에 따라 자기장 발생량에 큰 차이를 보였다.
VVVF-GTO 인버터 탑재 차량은 평균 14.7 mG(10.3~
23.5 mG), VVVF-IGBT 인버터 탑재 차량은 평균 3.6 mG(0.2~10.0 mG) 수준으로 VVVF-GTO 방식의 인버 터 사용 차량이 IGBT 방식에 비해 약 4배 높은 것으 로 조사되었다. 이는 IGBT 방식의 인버터 기술이 GTO 방식의 기술보다 에너지 절약 및 속도제어 효율 이 높기 때문인 것으로 분석된다. 현재까지 우리나라에 서 일부 노선에서 GTO 방식을 이용한 지하철이 운행 되고 있지만, 차츰 IGBT 방식으로 변화하고 있으므로 자기장 방출량의 저감 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다(Chung et al., 1997; Park et al., 2000; Hwang et al., 2011).
Table 6. The three kinds of car in the metropolitan subway
Measurement point Characteristic of measurement point Composition
T, Tc
operating room, auxiliary power, air compressor,
storage battery
M electric motor,
control unit
M' pantograph, main transformer, electric motor,
control unit
DC 전력 노선은 GTO 인터버 탑재 차량은 평균 3.1 mG(1.3~5.4 mG), IGBT 인버터 탑재 차량은 평균 1.8 mG(1.0~2.6 mG) 수준으로 조사되었으며, GTO 방식이 IGBT 방식에 비해 약 1.7배 높은 수준으로 나타났다.
그러나 본 연구에서 사용된 측정기기(EMDEX II)는 AC의 극저주파 자기장 방출 수준을 파악하는 것으로 써, DC에서 주로 발생하는 자기장 발생량이 아닌 전철 내/외부의 자기장 배경값을 측정하였다. AC와 달리 Table 7. The comparison of magnetic flux density among the pantograph train, the rolling stock train, the train with no electric motor
Subway line Section
Pantograph rail (mG)
Driving rail (mG)
General rail
(mG) AC/DC (Mean±S.D)
a1 line Incheon~Namyeung 18.3 ± 21.3 21.4 ± 25.5 13.2± 18.0 AC Seoul~Cheongnyangni 2.2 ± 1.4 2.3 ± 0.6 2.2 ± 0.6 DC Hoegi~Soyosan 19.0 ± 15.4 21.4 ± 18.0 16.1 ± 17.3 AC Guro~Sinchang 19.1 ± 19.9 16.0 ± 17.1 14.2 ± 14.6 AC 2 line Sindorim~Sindorim 1.5 ± 1.3 1.5 ± 0.9 0.9 ± 0.2 DC
3 line Daehwa~Ogeum 2.4 ± 3.4 0.9 ± 0.5 1.2 ± 0.2 DC
4 line Namtaeryeong~Danggogae 8.3 ± 10.7 2.3 ± 1.9 5.5 ± 1.2 DC Seonbawi~Oido 22.9 ± 18.9 23.5 ± 20.6 18.8 ± 15.1 AC 5 line Banghwa~Macheon 6.1 ± 4.7 1.8 ± 1.3 1.5 ± 0.9 DC 6 line Bonghwasan~Eungam 1.3 ± 0.8 1.1 ± 0.6 0.7 ± 0.4 DC 7 line Bupyeong-gu office~Jangam 5.4 ± 9.2 0.8 ± 0.4 0.7 ± 0.4 DC
8 line Amsa~Moran 8.1 ± 14.3 1.1 ± 0.6 0.6 ± 0.4 DC
9 line Gaehwa~Sinnonhyeon 1.9 ± 2.4 -
b1.4 ± 0.2 DC
Airport ailroad Seoul~Incheon International Airport 1.6 ± 0.9 1.8 ± 1.3 0.4 ± 0.3 AC
Gyungui Seoul~Musan 0.6 ± 0.6 0.5 ± 0.5 0.2 ± 0.3 AC
Bundang Mangpo~Wangsimni 11.8 ± 8.7 11.7 ± 9.8 10.3± 8.1 AC Gyeongchun Sangbong~Chuncheon 1.2 ± 1.4 0.8 ± 0.9 0.7 ± 0.9 AC Joongang Yongsan~Yongmusan 10.0 ± 10.2 9.0 ± 10.0 7.4 ± 7.3 AC
Su-in Oido~Songdo 9.4 ± 11.0 6.3 ± 7.7 4.2 ± 4.2 AC
Incheon Gyeyang~Int’l Business District 3.4 ± 4.7 −
b1.7 ± 1.3 DC
Total mean 7.7 6.9 5.1 −
a
Mean ± S.D: Arithmetic ± Arithmetic standard deviation,
bNot driving rail.
Fig. 2. The comparison of magnetic flux density according to the electrical network control system(GTO and IGBT).
DC 에서 인버터 차이에 따른 자기장 발생 특성을 파악 할 수 없는 것이 본 연구의 제한점으로 사료된다.
3.4 국내 교통수단 별 극저주파 자기장 발생량 비교 Table 8 은 서울 1~4호선 지하철에 대한 본 연구에서 의 결과와 기존에 조사된 연구결과를 나타낸 것이다 (Kim, 1998; NIER, 2004). 1 호선에서 결과값이 선행 연구 결과와 다소 차이가 있으나, 이는 지하철 자기장 에 대한 측정방법이 확립되어 있지 않아서 각각의 연 구에서 사용된 방식이 다르며 측정 당시 노선이 불일 치하며 열차 종류에 따른 오차가 발생할 수 있다. 특히 수도권 지하철 1호선(남영~인천, 회기~의정부, 청량리
~용산역)의 노선은 AC 전원으로 DC 전원에 비해 자 기장 방출수준이 높은 수준으로 나타났으며, 수만 Volt 의 교류를 사용하기 때문에 전동차 내부 및 승강대에 높은 자계 및 전계가 형성되기 때문인 것으로 조사되 었다(Jang et al., 2005).
국제적으로 인체에 장기간 노출 시 전기·자기장 허 용 기준을 살펴보면, 스웨덴 및 국립방사선방호위원회 권고치는 2 mG, 네덜란드 4 mG, 스위스와 이스라엘 기 준은 10 mG 이다. 하지만, 이와 같은 가이드라인은 고 압송전선 및 변전소에 해당되는 역학적 연구의 일부 결과를 적용한 것으로서 지하철 자기장 발생량과의 직 접적인 비교는 타당하지 않은 것으로 사료된다.
4. 결 론
본 연구에서는 국내에서 전기를 동력으로 사용하는 대중교통 수단 중 주요 수단인 지하철을 대상으로 극 저주파 자기장 현황 조사를 실시하였다.
2013 년 1월부터 2013년 12월까지 수도권 지하철 16
개 노선을 대상으로 조사한 결과, 지하철 차량 내부의 극저주파 자기장은 평균 5 mG(0~156 mG)로 미래창조 과학부에서 제시한 인체보호기준 833 mG 대비 최소 0~18.7% 범위 수준인 것으로 나타났다.
수도권 지하철 측정 위치에 따른 극저주파 자기장 발생 특성 결과, 일반차량 내부 극저주파 자기장은 평 균 5.1 mG, 구동차량은 평균 6.9 mG, 팬터그래프차량 은 평균 7.7 mG 으로 조사되었으며, 일반차량 내부 극 저주파 자기장이 구동차량 및 팬터그래프차량 내부보 다 작은 것으로 나타났다.
직류 전력을 사용하는 철도차량의 자기장(평균 2 mG) 은 교류전력을 사용하는 철도차량(평균 10 mG) 과 비교했을 때 평균 약 1/5배 수준으로 조사됐다. 본 연구에서 최대 자기장 수치인 156 mG가 발생한 구간 은 1호선 구일역에서 구로역 방향 가속 구간으로, 교류 전력 구간으로 가속 중 철도차량 전동기의 출력증가로 전류 사용량이 많아지기 때문인 것으로 판단된다. 또한, 신형 철도차량(IGBT 유형 변속장치 사용)에서 발생하 는 전자파는 평균 3 mG로 구형 철도차량 대비 평균 1/
3 배 수준으로 나타났다.
감사의 글
이 연구는 국립환경과학원의 전자파 특성 연구사업 의 지원에 의해 수행하는 연구결과의 일부입니다.
References
Chung, E. S., Park, Y. H., Jang, K. H., Lee, S. J., Bae, B.
H., Kim, J. S., Kim, S. H., 1997. IGBT VVVF inverter as a propulsion system for electric car. Proceeding of the 1997 Table 8. The compared existing study to this one for magnetic flux density of the subway train in Korea
1 line 2 line 3 line 4 line
Section Average
(mG) Section Average
(mG) Section Average
(mG) Section Average (mG) Incheon~Soyosan
Guro~Sinchagn
a9.8 Sindorim~Sindorim 1.3 Daehwa~Ogeum 1.5 Danggogae~Oido 13.6 Seoul~Cheongnyangni
Namyeong~Incheon Hoegi~Uijeongbu Guro~Suwon Cheongnyangni
~Yongsan
b16.0 Sindorim~Sindorim 1.4 Daehwa~Suseo 4.7 Danggogae~Oido 13.1
Suwon~Sinseoldong
c5.3 Sindorim~Sindorim 4.8 Suseo~Jichuk 2.3 Ansan~Danggogae 10.4
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