2013年3月17日 (日)

1974,1975 北海道へ 4 我が国初の交流電車711系 その1

今回は北海道シリーズでこれまでにも何回か登場してきている711系について触れます。

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1974/7 深川駅で乗り換えの際に初めて遭遇した711系

国鉄が1967年に設計・開発した、日本初の量産交流近郊形電車で、函館本線の電化事業と並行して、徹底した耐寒耐雪機能を考慮して開発された北海道内初の国鉄電車です。本系列は在来線営業車初の交流専用で設計され、かつ1M方式を採用した量産車となりました。

1967年に試作車2編成4両が完成し、各種試験が行われました。量産車は1968年から製作され、同年8月28日の小樽 - 滝川電化開業時に営業運転を開始しました。1969年の旭川電化、1980年の千歳線 - 室蘭本線室蘭 - 沼ノ端電化と道内の電化区間が延長される度に増備されました。

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711系試作S-902 編成 まだ2連で活躍していた頃 1975/8/9 岩見沢
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同じくS-902編成が貨車に挟まれ回送されるシーン 1975/10/5 札幌

汎用的に使用できる車内設備を有し、普通列車のみならず「かむい」「さちかぜ」の急行列車にも使用されました。

1987年の国鉄分割民営化では全車が北海道旅客鉄道(JR北海道)に承継されましたが、後継の721系 - 731系の製作により、1990年代後半からは淘汰が進んでいまする。なお、2014年度末をもって営業運転を終了させる方針であることが2012年11月に報道されました。

<車体>

構体は普通鋼製で、1,000mm幅の片開き引戸を車体両端の片面2か所に配しました。客室と出入口を扉で仕切ったデッキを備え、455系などの急行形電車に類似する構造です。客室窓は1,080mm × 680mmの1段上昇式で、内外2組の窓枠をもつ二重窓とし、内側の窓枠をFRP製とするなど、冬季の車内保温を重視した構造をもっています。

電動車のモハ711形には、大容量の「雪切り室」が客室内2位、3位側の2か所に設置されており、吸気口も車体側面の高い位置にあります。これは主電動機冷却のための外気を一度室内に導いたうえで雪を分離し、機器類への雪の侵入を防ぐためのものです。雪切り室と主電動機の間は床下の風洞と蛇腹でつながれています。

特急用として北海道に導入された485系1500番台が北海道の雪による故障続発で撤退したのに対し、北海道用に設計された711系などは冷却空気系に負圧を生じない設計を貫き、北海道特有の細かい粉雪の進入を防いだことで安定運用となりました。

電動機冷却用の風洞は床下の空間に設けられ、断熱材を収容する必要もあるため、床面は暖地向け車両に対して50mm(レール面基準)高い位置にあります。床面高は電動機を持たない制御車クハ711形も同一寸法とされ、このため前面の運転台窓・貫通扉・種別表示器は本州向け電車より高い位置となっており、屋根から前頭部へかけての傾斜もありません。

前照灯はシールドビームを正面中位の左右に各1灯、標識灯・タイフォンは正面下位に設ける。灯火類は国鉄電車の規定位置にあるため、相対的な取付位置は低く見え、標準的な「東海形」の前面とは印象が異なります。前部の排障器(スカート)はエゾシカやヒグマなどの大型動物や、氷塊との衝突を考慮し、耐衝撃性を向上した大型のもので、板厚も厚くなっています。

車両間の貫通幌は車体側と幌枠側の両方に固定用クランプを持つ独特の仕様で、国鉄新性能電車では唯一のものです。

外部塗色は車体全体を赤2号(えんじ色)、先頭車の前面下部をクリーム4号とした配色でしたが、1985年から塗色変更が実施され、明るめの赤1号の地色に、前面と側面窓下にクリーム1号の帯を配したものに変更されました。室内の化粧板も暖地向け近郊形のような淡緑ではなく、新幹線0系や特急・急行用車両などと同じ薄茶色4号です。

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1975/8の札幌駅でのS54編成 電車もですが、駅の構造も大きくかわっていることが分かります。

<制御系>

日本の電車では初めてサイリスタ位相制御を採用しました。着雪による故障の起こりやすい接点(スイッチ)類を極力排除し、冬季のトラブル回避とシステムの小型化を図りました。主電動機は永久並列の構成で、電圧制御のみを行い弱界磁制御は用いていません。

勾配区間での走行がなく、また力行時に起動抵抗器を使用しないため、さらに多くの抵抗器を必要とする発電ブレーキは装備しません。常用ブレーキは電磁直通空気ブレーキのみを装備しました。

機器構成の簡略化で軽量化が図られ、電動車は1両で主回路を構成する1M方式が採用されました。

量産車ではモハ711形1両の両端に制御車であるクハ711形を組成し、1M2Tの3両編成を基本構成としました。これはサイリスタ位相制御の採用で高い粘着性能が得られたことと、主電動機MT54の端子印加電圧を高くしたことにより、定格出力が標準の120kW → 150kWで弱界磁制御を排して単純化し、定格速度が同一歯車比の抵抗制御車の52.5km/h → 73.0km/hへとそれぞれ向上したことで可能となったもので、コストを抑えつつ、輸送力を確保することに貢献しています。反面、3両編成中に電動車が1両のみでMT比が低く、公称の起動加速度値1.1km/h/sは一般の特急形電車をも下回りました。

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まだ塗装は登場時の塗装ですが、前照灯は4灯になった1983年夏の姿 1983/8/23 札幌

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札幌駅で781系特急「ライラック」と並ぶ 

<台車>

台車は本系列専用のDT38形・TR208形で、それぞれDT32形・TR69形をベースとし、インダイレクトマウント式空気バネの枕バネと円筒案内式の軸箱支持装置、密閉形円錐コロ軸受をもつ。軸バネはゴムで被覆され、凍結による減衰機能喪失を防止します。基礎ブレーキ装置はDT38形が両抱き式踏面ブレーキ、TR208形がベンチレーテッドディスクブレーキです。軸受け、軸箱支持共に、国鉄量産形電車では初採用の方式です。

主電動機は直流直巻電動機のMT54A形(第2次量産車まで)・MT54E形(第3次量産車)を用いています。これは国鉄新性能電車が広汎に使用する電動機MT54形(120kW、印加電圧375V)を基に、印加電圧を500Vに上げ、電圧比例的に出力150kWの交流電車用定格としたものです。冷却は独立した送風機を使用する他力通風方式で、車体の「雪切り室」と床下風道の循環気流を併用する方式として、氷雪の進入を防いでいます。この副次作用で、他形式に比べ、同じ主電動機を装備しながら、冷却ファンの音がしないことも特徴となっています。

動力伝達は中空軸平行カルダン駆動方式で、歯車比は近郊形標準の4.82に設定されました。

次回は試作、量産車、そして改造について触れます。

以上、Wikipediaの記事を参考にしました。

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2013年3月13日 (水)

1974,1975 北海道へ 3 電車特急 781系

今回は781系電車とそれを使用した特急「ライラック」「ホワイトアロー」「すずらん」について触れようと思います。

まずは781系の車輌に関してですが、国鉄が北海道用として1978年に設計・製造、2007年まで運用された交流専用特急形電車です。

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1991/8/20 苗穂にて

交直流・交流車両の主変圧器の絶縁油として一般的に用いられていたポリ塩化ビフェニル (PCB) は1972年、公害防止のための製造が禁止となり、代替品の確保が課題となりました。北海道最初の交流式電車であった711系の主変圧器も例外ではなく、新形式車両の計画は頓挫しました。暫定策として、当時PCB対策が完了していた485系の各部を酷寒地向けに仕様変更した485系1500番台1974年に製作し、昨日の記事で記述したように1975年7月に特急「いしかり」として運用を開始しました。

485系1500番台は冬場において北海道特有の零下10度を下回る低温や、乾燥した細かい雪質に起因する故障が電気、機械関係ともに頻発し、L特急の運行そのものが危機的状況に追い込まれるに至り、恒久的な耐寒対策を備えた特急形車両の開発は喫緊の課題となりました。その後、PCB不使用に関する技術的問題も解決され、北海道総局の要望をできる限り盛り込んだ、気候に適応した車両として製作されたのが781系です。

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1991/8/20 苗穂にて

<車体>

耐寒対策として車内保温のため窓を小型化し、断熱材と主電動機冷却風洞の空間を確保するため、711系の仕様に準拠する設計をとりました。客用扉は他の特急形電車と同様、幅 700mm の片開き扉を片側1箇所に設け、ステップやドアレールのヒーターは強化されています。

先頭車両の前面運転席窓下部分は走行中の着雪を防ぐため、485系より丸みを帯びています。灯火類は正面下部左右に前照灯・標識灯を各1灯設けるほか、運転台上部中央に2灯の前照灯を設けました。灯火類は着雪による「隠ぺい」を防ぐため、露出形で、電球交換も外ハメ式とされました。

電動車のクモハ781形・モハ781形では、車体側面向かって左側(1・4位側)側面上部に「雪切室」(ゆききりしつ)を設けました。主電動機冷却風取入時に雪を分離するためのもので、車体床面下部の風道を経由して主電動機を冷却する構造は711系と同一のものです。

空調故障など非常時の換気のため、客室窓の一部は開閉可能とされました。各車両の両側車端から2番目の窓上部 1/3 が内側に開く内傾式の機構であったが、アルミサッシによる冬季の結露が避けられないことと、保守や見栄えの観点から、量産車では採用されず、試作車も後に一般的な固定窓に改造されています。

室内換気は屋根上に2基搭載した、雪切機能を備えた「新鮮外気導入装置」を用いる強制換気方式で、各車の車体側面幕板部に設けられた外気取入口(片側2箇所)から吸気し、天井長手方向に設けられた吹出口から空気を室内に供給します。車内の気圧を高め、雪の吸い込みを防止するための仕様で、従来車両にあった自然通風式の通風器は装備しません。冷房装置は集中式ユニットクーラーのAU78形を屋根上に1基搭載し、電源は主変圧器の3次巻線から直接供給されます。

外部塗装は他の国鉄特急形車両と同様、クリーム4号地に窓回りなどを赤2号としているが、前照灯・標識灯部横の赤帯は高い位置に配し、正面愛称表示器まで回して雪中での被視認性を向上させました。

<電装機器・制御系>

国鉄新性能電車の標準構成である電動車のMM'ユニット方式を採らず、「電動車・付随車ユニット」(MTユニット)を組みました。パンタグラフ・主変圧器・主整流器など電源供給に関する機器を付随車側に搭載し、電動車側には制御装置などを設けています。これは特急列車用として車体設備や機器設計を再検討した結果、711系に比して重量増となったこと、および 床下に機器を極力配置しないとする耐雪設計のためで、「Alternating Current」(交流)の頭文字である「A」を含んだ「TAc'」と「TA」の記号(「'」は偶数形式を表す)が、国鉄で初めて用いられています。このことから、新造特急形車両としては初めての制御電動車である、クモハ781形が設定されています。

主変圧器(TM13D形)主整流器(RS39B形)は非PCB仕様として新たに設計され、主電動機は711系と同様の他力通風方式で、417系電車で採用された絶縁強化仕様の直流直巻電動機MT54E形を用いました。

制御方式は711系を基本とするサイリスタ位相制御です。同制御方式では力行制御用の抵抗器は不要で、711系では発電ブレーキを省略していた。本系列では屋根上にブレーキ専用の抵抗器を搭載して高速域から強力に作用する発電ブレーキを装備し、711系で問題のあった制輪子・車輪の摩耗低減を図りました。

なお、北海道の深刻な雪害の対策は、冷却気循環系に負圧部を作らないことで実現しています。485系1500番台ではそれが不徹底で、北海道の乾燥した粉雪に対応しきれず、隙間から舞い込んだ雪が機器の熱や装備されたヒーターで解ける浸水絶縁不良で運行できなくなったが、本州転属後は問題は発生しませんでした。

<台車>

台車は711系のものに小改良を施した DT38A形・TR208A形で、インダイレクトマウント式空気バネの枕バネと円筒案内式の軸箱支持装置、密閉形円錐コロ軸受けは共通の仕様です。

<量産車での変更点>

試作車で結露の原因となった開閉窓を廃止したほか、正面の愛称表示器・側面の行先表示器・客用扉のガラス支持方法をHゴムから押え金に変更した。クモハ781形・クハ780形では運転台直後の屋根上排気口を廃止しています。台車は形式の変更はないが、ボルスタアンカーの高さを変更して振動特性を改善しました。

続いて、781系の運用の歴史です。

1978年11月3日試作車(900番台)6両編成1本が完成し札幌運転区に配置され、翌1979年3月19日から「いしかり」として運用を開始する。

1980年6月に量産車6両編成3本(18両)が製作され、同月中に485系を完全に置き換えました。

同年10月1日に室蘭本線・千歳線(室蘭 - 白石間)の電化が完成し、本系列は6両編成4本(24両)が追加製作されました。同日のダイヤ改正で「いしかり」に代わり「ライラック」が室蘭 - 札幌 - 旭川間を直通運転する列車として設定されました。

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国鉄特急塗装でデビューした頃の781系 特急「ライラック」 1983/8/23 札幌

1984年2月1日:急行「かむい」「なよろ」を「ライラック」に格上げし3往復増発。「ライラック」は札幌駅 - 旭川駅間で10往復運転。

1985年3月14日:「ライラック」の東室蘭駅 - 室蘭駅間が各駅停車に変更。

1986年3月3日:千歳空港駅 - 札幌駅 - 旭川駅間で「ホワイトアロー」が運転開始。 特急「ホワイトアロー」設定当時は781系電車で運行。
781系は中間車2両の先頭車化改造を実施し、6両編成5本+4両編成3本の体制で列車本数の増加に対応した。 

11月1日:今回のダイヤ改正までに6両の先頭車化改造を追加実施し、6両編成はすべて4両編成化(12本)されました。これにより座席指定席は半室のみとなった。「ライラック」は札幌 - 旭川間を1時間等間隔(14往復)とする運行体制が採られました。ただし、多客時には2編成連結の8両編成が充当されることもありました。「ホワイトアロー」は大半の列車を苫小牧駅発着とする。停車駅は千歳空港駅と札幌駅のみとした。「ホワイトアロー」がエル特急に指定される。

1987年4月のJR発足では、試作車6両・量産車42両の総数48両がJR北海道に承継された。

1988年3月13日:「ライラック」に千歳空港駅(現在の南千歳駅)発着系統の設定がなされる。

1990年9月1日:新型車両785系電車運用開始に伴い「ホワイトアロー」を新型車両を投入して「スーパーホワイトアロー」に名称を変更。 これにより、781系による「ホワイトアロー」の運転は終了しました。

1992年の新千歳空港駅開業にともなうダイヤ改正で「ライラック」は新千歳空港 - 札幌 - 旭川間の「ライラック」と札幌 - 室蘭間の「すずらん」に系統分割された。「ライラック」の札幌 - 新千歳空港間では、一部の列車を快速「エアポート」として運行しました。

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781系 特急「すずらん」 2002/8/25 札幌

1998年4月11日:785系の「ライラック」が定期運用を終了。これに伴い、「ライラック」は12往復、「スーパーホワイトアロー」は15往復となり「スーパーホワイトアロー」が運転本数の上で逆転しました。

2001年7月1日:「ライラック」の指定席としてuシートを全列車に導入。

2002年3月16日:新千歳空港駅へ乗り入れる列車を、それまで札幌駅 - 旭川駅間の運行であった「スーパーホワイトアロー」と入れ替え。「ライラック」は札幌駅 - 旭川駅間のみの列車となりました。 「スーパーホワイトアロー」の編成を自由席車4両とuシート車1両の5両編成へ統一されました。 781系での「エアポート」運用は終了しました。

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ボディの赤い線はuシート装備の車輌
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札幌駅に進入、出発する781系 JR北海道塗装の特急「ライラック」 2002/8/25

2003年には「ドラえもん海底列車」に使用するため、6両が札幌運転所から函館運輸所に転属しました。

2005年8月2日 - 7日、2006年8月2日 - 6日には、青森ねぶた祭に合わせて臨時特急「ねぶたエクスプレス」を函館 - 青森間で運転しました。函館運輸所の6両編成を充当し、東日本旅客鉄道(JR東日本)エリアに乗入れました。本州での781系による営業運転の唯一の事例となりました。

2006年3月18日
:夜行特急「利尻」「オホーツク」9・10号の季節列車への変更に伴う代替置として「スーパーホワイトアロー」・「ライラック」を増発。

本系列の老朽化による取替用として789系電車(1000番台)2007年に製作され、同年10月のダイヤ改正から使用を開始しました。これに伴う785系電車などの転配により、本系列は「ライラック」「すずらん」などの定期運用をすべて終了しました。同年10月28日のイベント列車運用を以って営業運転での使用を終了し、函館運輸所の「ドラえもん」編成を含め11月27日までに全車が廃車されています

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