신칸센 952형·953형 전동차

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1. 개요

신칸센 952형·953형 전동차는 일본의 고속철도인 신칸센의 차세대 차량 개발을 위해 제작된 시험 차량이다. 1992년 도호쿠 신칸센에서 시범 운행을 시작했으며, 조에쓰 신칸센에서 최고 속도 425.0 km/h를 기록했다. 9량 편성으로, 952형(4량)과 953형(5량)으로 구성되었으며, 다양한 차체 구조와 기술을 실험했다. 1998년에 퇴역했으며, 일부 차량은 보존되어 있다.

신칸센 952형·953형 전동차

개요

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952형

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953형

명칭	952/953형 "STAR21"
약칭	STAR21
영어 명칭	Superior Train for Advanced Railway toward the 21st century
일본어 명칭	新幹線952形・953形電車 (신칸센 952가타・953가타 덴샤)

차량 정보

유형	신칸센 시험 차량
소속	동일본여객철도 (JR 동일본)
제조사	히타치 제작소 가와사키 중공업 일본차량제조
제조년도	1992년
운행 구간	도호쿠 신칸센 조에쓰 신칸센
편성량수	9량 (1편성)
전기 방식	교류 25,000 V, 50 Hz 가공전차선 방식
최고 속도	350 km/h (공칭), 최고 425 km/h 기록
차체 재질	알루미늄 합금
견인 장치	가변 주파수 (GTO)
보존 현황	3량 보존
폐차 대수	6량 폐차

기술 사양

차량 길이	25,750 mm (1호차), 24,500 mm (2, 3, 4호차), 22,000 mm (5호차), 18,000 mm (6, 7, 8호차), 25,000 mm (9호차)
차체 높이	3,500 mm 이하
바닥 높이	1,300 mm 이하
자체 중량	227.5 t (낙성 시)
축거	2,250 mm (952형), 2,500 mm (953형)
대차 간 거리	17,500 mm (952형), 18,500 mm (953형)
차륜 직경	800 mm
주전동기	농형 유도 전동기
주전동기 출력	952형: 315 kW, 953형: 345 kW, 고속화 개조 추가 유닛: 330 kW
편성 출력	5,280 kW (낙성 시), 7,920 kW (고속화 개조 후)
기어비	952형: 3.13, 953형: 2.63 (낙성 시), 952형: 2.5, 953형: 2.06 (기존 유닛 고속화 개조 후), 고속화 개조 추가 유닛: 2.25
정격 속도	952형: 275 km/h, 953형: 286 km/h (낙성 시)
정격 견인력	952형: 3,260 kgf, 953형: 3,450 kgf (낙성 시)
제어 방식	PWM 컨버터 + VVVF 인버터 제어 (GTO 소자)
제동 장치	회생 제동 병용 전기 지령식 공기 브레이크 (상용, 비상), 긴급 브레이크, 보조 브레이크, 내설 브레이크
신호 장치	ATC-2형
가속도	낙성 시: 1.6 km/h/s, 고속화 개조 후: 1.8 km/h/s
감속도	상용: 2.7 km/h/s, 비상: 4.0 km/h/s
편성 정원	471명 (예상)

운행 기록

운행 시작	1992년 3월 27일
운행 종료	1998년 2월 17일

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1. 개요
2. 역사
3. 디자인 및 차량 구성
- 3.1. 차량 목록
4. 주요 기술
5. 보존

2. 역사

1992년 3월 27일 도호쿠 신칸센 센다이 ~ 기타카미 구간에서 시범 운행을 시작했다. 1992년 4월 2일에는 언론에 공개되었다.

1992년 10월 30일 우라사와 니가타 사이의 조에쓰 신칸센에서 353로 일본 전국 속도 기록을 세웠으며, 이는 같은 해 8월 JR 서일본의 실험 열차 "WIN350"이 세운 기록을 넘어선 것이었다. 1992년 11월 1일 쓰바메산조와 니가타 사이에서 358로 기록을 갱신했다.

1993년에는 모든 차축에 모터를 추가하여 개조되었고, 전체 출력이 4620kW으로 증가했다. 1993년 12월 13일에는 400km/h에 도달했으며, 12월 21일에는 쓰바메산조와 니가타 사이의 조에쓰 신칸센에서 425의 일본 전국 속도 기록을 세웠다. 이 기록은 1996년 7월 JR 도카이의 실험 열차 "300X"에 의해 깨질 때까지 유지되었다.

1993년 12월 21일 조에쓰 신칸센 에치고유자와 ~ 니가타 구간에서 시범 운행 중 쓰바메산조역 부근에서 최고 속도 425km/h를 달성했다. 시험 종료에 따라 1998년 2월 17일 폐차되었다.

km/h}}의 일본 철도 속도 기록 기념. (하단: 헤이세이 7년(1995년) IEEJ 전기 과학 진흥상(진보상) 수상)

당초 계획에서는 2년간의 주행 시험이 예정되었다.

1992년 (헤이세이 4년) 3월 27일부터 7월 중순까지, 도호쿠 신칸센 센다이 - 키타카미 구간(하행선)에서 심야 막차 후에 주행 시험을 시작하여, 315km/h대에서의 지상 설비의 성능 확인과 환경 관계 시험이 실시되었다. 10월 말부터 12월 상순에 걸쳐서는, 영업 시간대에 조에쓰 신칸센 다카사키 - 니가타 구간에서 315km/h대의 지상 설비 성능 확인과 환경 확인, 9월 말부터 12월 중순에 걸쳐서는 조에쓰 신칸센 우라사 - 니가타 구간(하행선)에서 350km/h의 내구 시험이 실시되었으며, 1992년 (헤이세이 4년) 11월 1일에는 358km/h를 기록했다.

1993년 (헤이세이 5년) 2월에는 대차 교환을 실시, 2월 중순부터 2월 말까지 도호쿠 신칸센 고리야마 - 센다이 구간, 3월 상순부터 중순에 걸쳐서는 조에쓰 신칸센 우라사 - 니가타 구간에서 351km/h까지의 주행 확인을 실시했다.

3. 디자인 및 차량 구성

STAR21은 9량 편성으로, 952형(4량)과 953형(5량)의 두 부분으로 구성되었다. 953형은 자콥 대차를 사용한 관절 차량이다.

차체 구조는 세 가지 방식을 사용했다. 952형 1호차부터 3호차까지는 용접된 속이 빈 알루미늄 압출재를 사용했고, 4호차와 5호차는 브레이징된 알루미늄 벌집 패널을 사용했으며, 953형 6호차부터 9호차까지는 항공기 스타일의 듀랄루민 동체 구조를 사용했다.

952-1호차와 953-5호차의 전면부 디자인은 약간 달랐지만, 두 차량 모두 쐐기 모양이었다.

차체 도색은 952형(953-1호차 절반 포함)은 연두색, 953-1호차부터 953-3호차까지는 "눈" 회색, 953-3호차부터 953-5호차까지는 베이지색을 기본으로 하고, 밝은 파란색 창 띠를 둘렀다.

객실 좌석은 일반실의 경우 2+2 배열, 그린샤(952-4)의 경우 2+1 배열이었다. 5가지 종류의 경량 좌석 디자인을 시험했다.

차량의 전체적인 컨셉은 "어드밴스 & 익사이팅"으로, 외관은 긴 겨울에서 깨어나, 도호쿠의 봄을 상쾌하게 주행하는 속도감 넘치는 "퓨처리 스틱 & 크리스피"로, 내장은 도호쿠의 풍요로운 가을을 이미지하여 샤프하고 투명감 넘치는 "쿨 & 소프트"로 하였다.

차체 측면은 창유리와 객실 출입문 모두 소음을 줄이기 위해 평평하게 처리되었다. 객실 출입문은 952-1호차부터 952-3호차까지 3량은 내 플러그 도어, 952-4호차부터 953-5호차까지 6량은 외 플러그 도어를 사용했으며, 953-5호차는 승무원실 측 개폐문도 외 플러그 도어로 했다. 객실 출입문 폭은 각 차체 구조에 따라 다르다.

952-4호차와 953-1호차의 측창은 폴리카보네이트로 했다.

952형은 차내를 중앙에서 구분하여 상부에 차내 안내기를 설치했다.

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952형·953형 편성표
형식	952형				953형
1	3	5	7	9
차량 번호	952-1	952-2	952-3	952-4	953-1	953-2	953-3	953-4	953-5
차종	제어차 (Tc)	전동차 (M)	전동차 (M')	부수차 (Ts)	부수차 (T)	전동차 (M)	전동차 (M')	전동차 (M)	제어전동차 (M'c)
동축	○○ ○○	●● ●●	●● ●●	○○ ○○	○○　　●	●　　●	●　　●	●　　●	●　　○○
대차	TR9003A	DT9035A	DT9035B	TR9003B	TR9004A	DT9036A （5 - 6호차 간）	DT9036A （6 - 7호차 간）	DT9036B （7 - 8호차 간）	DT9036B（8 - 9호차 간） TR9004B
탑재 기기	CP	CI	MTr,CI	APU	APU	CI	MTr	CI	CP
차체 구조 제조소	알루미늄 이중 외피 구조 일본 차량 제조			알루미늄 허니컴 패널 구조 히타치 제작소		세미 모노코크 구조 가와사키 중공업

3.1. 차량 목록

당시 9량 편성으로 운행했고 등록 차호는 S5호이다. 1~3호차는 닛폰차량제조, 4~5호차는 히타치 제작소, 6~8호차는 가와사키 중공업에서 제작했다. 3호차와 7호차에는 팬터그래프가 장착되었다.

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호차	1	2	3	4	5	6	7	8	9
명칭	Tc	M	M'	Ts	T	M	M'	M	M'c
번호	952-1	952-2	952-3	952-4	953-1	953-2	953-3	953-4	953-5
좌석	56	63	72	34	56	48	48	48	46
무게 (t)	30ton	29.9ton	33.2ton	25.5ton	19.4ton	20.7ton	21.4ton	20.4ton	27ton
차량 길이 (mm)	26250mm	25000mm	25000mm	25000mm	22250mm	18500mm	18500mm	18500mm	25500mm

4. 주요 기술

주 변환 장치는 JR 동일본 신칸센 전동차로서는 처음으로 VVVF 인버터 제어를 채택했으며, 장치에 사용되는 전력용 반도체 소자에는 게이트 턴오프 사이리스터(GTO)가 사용되었다. 제조 당시에는 4M4T 상당의 편성 형태였지만, 당초 제어차 952-1과 부수차 952-4는 전동차화를 고려하여 바닥에 주 변압기와 주 변환 장치를 탑재할 수 있도록 준비되었다.

953형의 공조 장치 및 열차 무선 설비에는 미쓰비시 전기의 기기가 채용되었다. 공조 장치는 무게 중심을 낮추는데 유리한 바닥 설치식으로, 952형은 집중형 1기로 냉방 시 39.53kW(34,000kcal/h)·난방 시 34kW, 953형은 미쓰비시 전기제 준 집중형 2기로 냉방 시 16.28kW(14,000kcal/h) × 2 · 난방 시 14.5kW × 2이다.

차량 정보 제어 장치로는 히타치 제작소의 ATI 시스템(JR 동일본에서의 명칭은 "MON6형 모니터 장치")을 채용했다. 전송 회로는 광섬유 케이블을 사용한 자율 분산 루프 전송 방식(ADL·Autonomous Decentralized Loop)으로 하며, 이중 계통으로 되어 있다. 신칸센 차량에서는 처음으로 가력·브레이크 등의 제어 명령을 모니터 장치에 의한 전송 기능을 탑재했다.

제작사별 주요 기기 구성은 다음과 같다.

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제작사	주 변압기	주 변환 장치	주 전동기	비고
히타치 제작소	TM928형 (2,918kVA)	CI900형	MT923형 (315kW)	952형에 납품, 주 변환 장치에 4,500V - 3,000A의 GTO 사이리스터 사용
도시바	TM929형 (3,200kVA)	CI901형	MT924형 (345kW)	953형에 납품, 주 변환 장치의 컨버터에는 4,500V - 4,000A의 GTO 사이리스터, VVVF 인버터는 개별 제어 방식으로 4,500V - 1,000A의 GTO 사이리스터 사용
미쓰비시 전기			330kW (1993년 납품 예정)	주 변환 장치에 4,500V - 4,000A의 GTO 사이리스터 사용

열차 무선에는 차량 간 전송 케이블에 전송 속도 1.5 메가비트 매초의 광섬유를 사용한 광 전송 통신 방식(미쓰비시 전기제)을 채용했다. 이는 차량의 경량화와 통화 시 잡음 감소에 유효한 방법이었다.

신제작 당시 대차는 다음과 같이 다양한 종류가 시험되었다.

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차량 형식	구분	대차 형식	특징
952형 (비연결)	동력 대차	DT9035A형	축량식, 축간 거리 2,250mm
	DT9035B형	지지판식, 축간 거리 2,250mm
	부수 대차	TR9003A형	축량식, 축간 거리 2,250mm
	TR9003B형	지지판식, 축간 거리 2,250mm
953형	동력 대차 (연결)	DT9036A형	윙 스프링식, 차체 지지 구조는 완충 고무형 심혈 방식, 축간 거리 2,500mm
	DT9036B형	지지판식, 차체 지지 구조는 매달린 링크식(링크·완충 장치 부착 연결 방식), 축간 거리 2,500mm
	부수 대차 (비연결)	TR9004A형	윙 스프링식, 축간 거리 2,500mm
	TR9004B형	지지판식, 축간 거리 2,500mm

953형의 DT9036A형과 DT9036B형에서는 공기 용수철 지지점의 높이를 바꿔 승차감에 어떤 영향이 있는지 시험을 실시했다.

STAR21에서는 하부 교차형 팬터그래프에 마찰판이 작게 분할된 다분할 마찰체를 장착한 PS9030, 주선에 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)을 사용한 PS9031을 1(고속화 개조 후)·3호차·7호차에 탑재했다.

팬터그래프 덮개에 관해서는 3호차·7호차·8호차에 전용 덮개를 탑재했으며, 1호차가 되는 952-1에는 완성 당시부터 집전 설비가 탑재 가능한 준비 공사가 이루어졌고, 1993년에 실시한 고속화 개조 시에 실제로 팬터그래프 설비를 3호차에서 이설하는 형태로 탑재되었다.

이 외에, 시험에서는 PS206의 기초가 된 시제품 싱글 암 팬터그래프나 해외 사제 싱글 암식 팬터그래프(TGV나 ICE에서 실적이 있는 Z자형 싱글 암식)의 시험을 실시했으며, 팬터그래프 덮개도 차음판과 비슷한 형상의 덮개나 후에 E2계 양산차에서 채용된 신형상의 덮개 등이 탑재되어 시험을 실시했다.

5. 보존

* 952-1호차: 시가현 마이바라시에 있는 철도 종합 기술 연구소에서 보존하고 있다. 1998년 10월 10일에 처음 일반에 공개되었다.
* 953-1호차, 953-5호차: 미야기현 센다이시에 있는 신칸센 종합 차량 센터에서 보존하고 있다.
* DT9035B 대차: 스미토모 중공업이 나라 국립 공업 고등 전문학교에 기증해 보존하고 있다.

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