2019年6月20日 (木)

日立製作所水戸事業所 さつきまつりに初参加 その3 ED78

年に1度開催される日立製作所水戸事業所「さつきまつり」で公開される同所で製造された電気機関車達、今回はED78 1号機です。

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2019/6/1 日立製作所水戸事業所

言わずと知れた奥羽本線板谷峠33‰通過用に開発された交流電機です。福島~米沢間は1949年に他線先駆け直流電化され、EF15、EF16が投入されていましたが、1968年10月1日のダイヤ改正で米沢~山形間が交流電化される際に、福島~米沢間も交流電化に切り替えられ、さらに仙山線仙台~山形間の交流電化切替も行われ、両区間で使用する機関車として開発されました。

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交流機関車は主回路に抵抗器を持たないため、抑速は交流回生ブレーキ方式とし、軸重可変の中間台車を持つED94を製造し、各種試験の後、量産化されることになり、6軸方式のEF71、4軸方式のED78が製造されました。

主要諸元

軸配置 Bo-2-Bo
軌間 1,067 mm
電気方式 単相交流20,000V (50Hz) (架空電車線方式)
全長 17,900 mm (17,300 mm ※901)
全幅 2,800 mm
全高 4,220 mm
運転整備重量 81.5 t (80.0 t ※901)
台車 DT129I形<1エンド側>・DT129J形<2エンド側>・TR103B形<中間>(901)
DT129M形<1エンド側>・DT129N形<2エンド側>・TR103B形<中間>>(1 - 13)
動力伝達方式 一段歯車減速吊り掛け駆動方式
主電動機 直流直巻電動機
MT52形×4基(901)
MT52A形×4基(1 - 11)
MT52B形×4基(12・13)
歯車比 16:71=1:4.44
制御方式 サイリスタ連続位相制御
制動装置 EL14AS形自動空気ブレーキ(増圧・電磁)
応速度・応荷重対応サイリスタインバータ電圧制御抑速回生ブレーキ
電機子短絡ブレーキ
保安装置 ATS-S
最高速度 100 km/h
定格速度 46.1 km/h
定格出力 1,900 kW
定格引張力 14,100 kg

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台車と車体を結び牽引力を伝達する引っ張り棒はレール面のすぐそば

制御方式はサイリスタ位相制御で制御回路は全サイリスタブリッジ方式となっており、主変圧器の3次巻線から客車用電気暖房電源を確保する方式となっています。主電動機はMT52形で動力台車はDT129、牽引力は台車下部と車体を連結する引っ張り棒によるジャックマン式で伝達されます。中間台車はTR103形で空気ばねの圧力を調節することで軸重を14.0, 14.8, 16.0, 16.8tの4段階に変化させることが可能です。停電や故障で電力回生ブレーキが作動しない場合、自動的に非常ブレーキが作動するようになっており、下り勾配での暴走防止のため過速度検知装置、勾配上での長時間停車を想定した転動防止装置、主電動機の開路を短絡させる非常ブレーキ装置が装備されました。

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EF71と機器の共通化が図られ、KE71ジャンパ連結器を介して両形式の相互重連総括制御が可能でした。

ED94→ED78901号機、ED781~13号機、全機が日立製作所の製造で
ED94 1967年製造 各種試験実施後、郡山工場で量産化改造 ED78901号機に
ED78 1~9 1968年製造 誘導障害からサイリスタブリッジ回路の機器を非対称化、車体長を延長、主電動機絶縁強化MT52A、空転検出装置追加
ED78 10・11 1970年製造 TE,EB,ATS未投入防止装置の追加、凍結対策強化
ED78 12・13 1980年製造 重連総括時の電流アンバランス対策、主電動機電機子軸の強化MT52B、標識灯の小型化など

全機、福島機関区に配置され、奥羽本線福島~山形間、仙山線で寝台特急「あけぼの」急行「津軽」などの優等列車から貨物列車まで牽引

1986年に901号機が廃車、1号機が1987年2月に廃車、2~13号機がJR東日本に継承されました。山形新幹線の改軌工事、開業で運用はもっぱら仙山線の貨物列車牽引となり、1998年に貨物列車運用終了で2~11が廃車となり、2000年に落ち葉清掃列車の役割を担っていた12・13が廃車となり、形式消滅しました。

1号機は廃車後、新幹線総合車両センターに保管・展示されていましたが、2015年に水戸事業所に移設されました。

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2013年2月26日 (火)

1976/1 福島へ 3 赤い交流電気機関車たち 5 ED78

ED78形電気機関車は1968年の奥羽本線米沢 - 山形間交流電化ならびに既存の直流電化区間であった福島 - 米沢間の交流電化切替に伴い、急勾配を有する板谷峠の通過対策を主として開発された交流電気機関車です。

板谷峠は約33‰の平均勾配を有し、碓氷峠・瀬野八と並ぶ急勾配区間であり、1949年より直流電化され当初はEF15形1951年からはEF15形に回生ブレーキを追設改造したEF16形1964年からは抑速発電ブレーキを装備したEF64形が運用されてきました。しかし、1968年10月1日のダイヤ改正で奥羽本線の米沢 - 山形間が交流電化されるのにあわせ、同区間の交流電化への切替が決定しました。また交流電化試験線区で一部に直流電化区間を有した仙山線も全区間の交流電化切替が決定し、両区間で使用する機関車の開発要件として、次の条件が求められました。

特別な運転技量を要する連続した勾配区間で使用可能なこと
脆弱軌道で軸重制限のある仙山線への入線も可能であること

このため主回路に抵抗器をもたない交流電気機関車は発電ブレーキによる抑速運転ができないことから、抑速機構として交流回生ブレーキ方式の採用が検討されました。

交流回生ブレーキを搭載し、軸重可変機能付の中間台車をもつ試作機関車ED94形を製造し、各種試験の後に量産仕様としてEF71形電気機関車とともに設計されたのがED78形です。

前面形状は国鉄交流電気機関車の標準的な形態で、恒常的な重連運用に備え正面には貫通路を設けました。正面窓上部にはツララ切りを装備し、冬期の窓ガラス破損防止のためプロテクターが装備可能です。

回生ブレーキ用機器の搭載や中間台車をもつため車体長は、動軸4軸の「D形」ながら動軸6軸の「F形」と同等の17,900mmに拡大されました。また積雪対策として、屋根上の特別高圧機器の大半を車内収納に変更してあります。

制御方式はサイリスタ位相制御。制御回路は全サイリスタブリッジ方式を採用しており、主変圧器には旅客列車での運用に備え3次巻線から供給される電気暖房用電源を装備しました。

主電動機は国鉄新性能電気機関車の標準形式である直流直巻電動機MT52形を4基搭載し、動力台車はED75形電気機関車と同一の仮想心皿方式台車DT129形で、牽引力の伝達は台車下部と車体を連結する引張棒による「ジャックマン式」です。TR103形中間台車は空気バネによる軸重可変装置が装着されており、軸重を14.0t・14.8t・16.0t・16.8tの4段階に変化させることができます。これにより脆弱軌道区間の仙山線・磐越西線への入線が可能となりました。

板谷峠の厳しい線路・気象条件に対応する保安装置としては、停電や故障によって電力回生ブレーキが使用不能になった場合自動的に非常ブレーキを作動させる機能を持たせたほか、EF63形と同じく下り勾配での暴走を防ぐ過速度検知装置や勾配上での長時間停車を想定し、空気ブレーキをかけた状態でロックする転動防止装置と主電動機回路の短絡による非常ブレーキ装置を備えました。また、冬期の架線凍結に備え前位側のパンタグラフを必要に応じ上昇させられる構造としました。

EF71形とは機器の共通化がなされ、KE77形ジャンパ連結器2基を通し両形式相互の重連総括制御が可能です。

本形式は、試作車のED94 1を含め全機が日立製作所で製造され、新製配置は福島機関区(現・福島総合運輸区)とされました。

<製造・形態区分>

試作機
ED94 1→ED78 901
1967年にED94 1として製造されました。各種試験を実施後1968年に郡山工場(現・郡山総合車両センター)にて量産化改造が施工され、ED78 901として編入改番されました。
量産化改造の内容は機器類の配置を含む一部変更で、総括制御用ジャンパ連結器の交換が主でした。

量産機
1 - 9
ED94形の試験結果を基に1968年に昭和42年度第2次債務で製造されたグループです。製造名目は奥羽本線米沢 - 山形間交流電化・福島 - 米沢間ならびに仙山線交流切替・磐越西線貨物列車増発である。試作車からの変更点は以下の通りです。
ED94形での誘導障害が問題になりサイリスタブリッジ回路の非対称化などの機器構成を変更
上記の結果として車体長を600mm延長し17,900mmとなり運転整備重量も1.5t増加
主電動機を電機子絶縁の強化を図ったMT52A形に変更
急勾配保安対策として回生制動時の過速度検知空気ブレーキ・基礎ブレーキの施錠機構・主電動機短絡ブレーキを装備(試作車にも量産化改造時に追設)
Ed78_6_2
1976/1/2の福島機関区訪問で撮影した6号機
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ED78 6 データ
ED786      日立製作所水戸工場=194251-1        1968-06-25 E81.50tB2B(1067)
車歴;1968-06-25 製造→ 納入;国鉄;ED786→ 配属;東北支社→ 配置;福島→
      1987-04-01JR 東日本;ED786→ 配置;福島運転所→1993-09-07 仙台電車区→
      1999-04-20 廃車;仙台電車区
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10・11
1970年に仙山線用試作交流機関車の取替名目で製造されたグループです。1968年製造車からの変更点を以下に示す。
TE・EB・ATS未投入防止の各装置を新設
補機類の若干変更
運転室前面窓ガラスに熱線入り窓ガラスを採用しデフロスターを廃止
Ed78_10
同じく福島機関区で撮影した10号機
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ED78 10 データ
ED7810     日立製作所水戸工場=194441-1        1970-03-14 E81.50tB2B(1067)
車歴;1970-03-14 製造→ 納入;国鉄;ED7810→ 配属;東北支社→ 配置;福島→
      1987-04-01JR 東日本;ED7810→ 配置;福島運転所→1993-09-07 仙台電車区→
      1999-05-11 廃車;仙台電車区
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12・13
1980年に寝台特急「あけぼの」の24系客車化による編成増強に伴い製造されたグループ。この2両は国鉄で最後に製造された交流電気機関車でもあります。1968年製造車からの変更点は以下の通りです。
主電動機を電機子軸の強化が施工されたMT52B形に変更
標識灯、電気暖房表示灯を小型化
1人乗務に対応した運転機器配置に変更し扇風機を設置
運転室側窓のアルミサッシ化と前面窓の導電膜板ガラス採用
前面通風口の廃止
20系客車牽引用電磁ブレーキ指令用KE72H形ジャンパ連結器を新製時から装備
ブロック式ナンバープレートの採用、前面飾り帯の塗装化

<運用>

新製後は、奥羽本線福島 - 山形間・仙山線で寝台特急「あけぼの」・急行「津軽」などの優等列車から貨物列車まで運用範囲は広汎にわたりました。その運用は単機でのほか仙山線を中心に本形式同士での重連、奥羽本線内ではEF71形との重連運転も行われました。

奥羽本線での運用は当初EF71形を板谷峠区間の補機として用い、本形式は前後区間を含め列車の牽引にあたる本務機とする方針でありましたが、1970年以降は運用の関係からEF71形が福島 - 山形間直通で列車を牽引することも増え、重連運用を必要とする列車を除き運用上の区分は明確なものではなくなりました。

1986年に試作車の901廃車。さらに分割民営化直前の1987年2月1廃車となり、2 - 13が東日本旅客鉄道(JR東日本)に継承されました。

1990年からは福島 - 山形間を標準軌に改軌する工事が始まり、1992年に山形新幹線が開業しました。EF71形は適当な転用先がなくそのまま運用を終えて廃車されましたが、本形式は引き続き仙山線で貨物列車・臨時旅客列車などに使用されました。

1993年に福島運転所が閉鎖となったため、本形式は仙台電車区(旧・仙台運転所 現仙台車両センター)に転属し、引き続き仙山線で運用された。同線は1990年に軌道強化されED75形の入線が可能となっていたが、勾配区間であることから貨物列車を牽引するため回生ブレーキをもつ本形式が継続使用されていました。同線の貨物列車が1998年までに運転終了した後は2 - 11が廃車。残存した12・13が「落ち葉清掃」運用に投入されていたが、2000年に除籍・廃車され形式消滅しました

ED78に関してはこうして経緯を調べて見ると2000年近くまで現役でいた機もあったわけですが、1980年代以降奥羽本線(南線)や仙山線に出かけることがなかったため、逢うことがなく廃車になってしまった感があります。今となっては出かけておくべきであったと後悔しております。

今回、本稿を纏めるにあたり、Wikipediaの記事を参考に致しました。またいつものように機関車の個別データはいつものように沖田祐作著 国鉄機関車表を利用しました。

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