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신칸센 961형 전동차

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1. 개요

신칸센 961형 전동차는 1970년대에 개발된 신칸센의 고속 성능 향상을 위한 시험 차량이다. 1973년 공개되어 산요 신칸센과 도카이도 신칸센에서 시범 운행을 거쳤으며, 1979년에는 도호쿠 신칸센 오야마 시험선에서 319km/h의 최고 속도를 기록했다. 6량 편성으로 제작되었으며, 다양한 실내 설비와 ATOMIC이라는 자동 열차 운전 시스템을 시험했다. 961형은 1990년에 폐차되었으며, 현재 1호차와 6호차가 센다이 신칸센 종합 차량 센터에 보존되어 있다.

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신칸센 961형 전동차
기본 정보
1987년 센다이 신칸센 차량기지에서 촬영된 961형
1987년 센다이 신칸센 차량기지에서 촬영
서비스 시작1973년
서비스 종료1981년
제조업체히타치 제작소
가와사키 중공업
닛폰차량
제작 연도1973년
제작 대수6량
보존 대수2량
폐차 대수4량
편성6량
차량 번호S3
운영 기관일본국유철도
차체 재질알루미늄 합금
차량 길이25,000 mm
차량 폭3,380 mm
차량 높이4,490 mm
양쪽 측면에 슬라이딩 도어 2개
최고 속도260 km/h (공칭)
견인MT920
출력6.6 MW (모터당 275 kW)
전기 시스템교류 25 kV, 50/60 Hz 가공 전차선
집전 방식PS9013 팬터그래프
대차DT9013
안전 장치ATC/ATO
성능
최고 운전 속도319 km/h (기록)
설계 최고 속도260 km/h 이상
기동 가속도1.1 km/h/s
상용 감속도0 - 80 km/h: 2.35 km/h/s
260 km/h: 1.17 km/h/s
비상 감속도0 - 80 km/h: 3.53 km/h/s
260 km/h: 1.76 km/h/s
정격 속도205 km/h (연속 정격)
편성 출력6,600 kW
사양
주전동기직류 직권 전동기 MT920형
주전동기 출력275kW (연속 정격)
구동 방식WN 구동 방식
기어비25:60 ≒ 2.40
제어 방식사이리스터 바니어 연속 위상 제어
제동 장치발전 제동 병용 전기 지령식 공기 브레이크 (초퍼 연속 제어)
보안 장치ATC-1형 → ATC-2형
차체알루미늄 합금 바디 마운트 구조
대차IS식 축상 지지 방식 공기 용수철 대차 DT9013・DT9013A(5호차 뒷부분에 한함)
차륜 지름980 mm
고정 축거2,500 mm
대차 간 거리17,500 mm
차량 중량약 58 t

2. 역사

1973년 7월 9일에 최초로 일반인에게 공개되었다.[2] 같은 해 7월 17일산요 신칸센 신오사카 ~ 히메지 구간을 4량 편성으로 시범 운행을 시작했다.[37] 히타치 제작소제 2량은 가사토 사업소에서 해상 수송으로 오사카항까지 수송, 거기서 육로로 오사카 운전소 (당시)에 반입되었다(6월 28일).[14] 가와사키 중공업 효고 공장(당시) 제 2량은 육로로 오사카 운전소에 반입되었다(6월 30일).[14] 이 4량이 갖춰지면서 4량 편성으로 7월 10일 심야에 신오사카 - 히메지 간에서 공식 시운전을 실시했다[14] (자료에 따라 7월 17일에 공식 시운전[33]).

같은 해 8월 1일도카이도 신칸센 하마마쓰 ~ 나고야 구간 6량 편성으로 시범 운행했다.[37] 일본 차량 제조 도요카와 와라비 제작소(당시)제 중간차 2량은 7월 18일에 완성, 먼저 완성된 4량 편성을 하마마츠 공장으로 회송, 중간차를 조립한 6량 편성으로 7월 19일 심야에 하마마츠 - 나고야 간에서 공식 시운전을 실시했다[14] (자료에 따라 8월 1일에 공식 시운전[33]). 이후 1973년 오일 쇼크의 영향으로 시험 운행이 중단되었다.[5]

1974년 9월 16일산요 신칸센 미개통 구간인 오카야마 ~ 후쿠야마 구간을 시범 운행을 시작했으나 소음으로 인한 주민들의 반발로 최고 영업 속도 210km로 제한되었다. 완성 후 오사카 운전소에 배치되어 산요 신칸센 오카야마 - 하카타 간에서의 시험 주행이 이루어졌다. 다만 공사의 지연과 노사 문제로, 당초 예정했던 내용의 시험을 충분히 실시하는 데 이르지 못했다. 본격적인 주행 시험은 1974년 9월 16일 - 10월 15일에 걸쳐 오카야마 - 후쿠야마 간에서 실시되었다.[9] 1975년 산요 신칸센이 개통되면서 시범 운행이 종료되었다.

1979년 6월 5일도호쿠 신칸센 구간 시범 운행을 시작했다. 같은 해 12월 7일에 최고 영업 속도 286km에서 오야마 시험 선로에서 최고 영업 속도 319km를 달성했다. 이는 신칸센 951형 전동차의 시범 운행 기록에서 최고 속도를 경신한 것이다.[38] 1979년 5월 11일, 961계는 도치기현 오야마시에 있는 오야마 신칸센 차량기지로 도쿄의 오이 차량기지(현재 JR Central의 도쿄 제2 신칸센 차량기지)에서 도로로 이송되어, 건설 중이던 도호쿠 신칸센의 "오야마 시험선" 구간에서 사용되었다. 1979년 6월 5일에 시험 운행이 시작되었고, 6월 9일부터는 열차의 전두부에 "高速試験車"(고속 시험차)라는 문자가 추가되었다.[2]

1979년 (쇼와 54년)에 오야마 시험선(현재: 도호쿠 신칸센 오야마 부근)에서의 시험 주행을 하기 위해 하마마츠 공장에서 필요한 기기나 스노우 플라우(1호차만)를 설치한 후, 도쿄도 시나가와구 오이의 차량 기지 (현재: 도쿄 제2 차량소)에서 도치기현 오야마시의 시험선 관리소(현재: 오야마 신칸센 차량 센터)로 육송되었다. 또한 도장은 폐차까지 0계에 준한 흰색 바탕에 파란색 라인 그대로였다. 국철 시대 말기에는 파란색 띠 아래에 빨간색 라인을 추가했지만 JR화 후에 철거되었다.

오야마 시험선에서의 시험 주행 중인 1979년 12월 7일, 당시의 전동차의 세계 최고 속도 기록인 319km를 기록했다[34] (시험 당시 앞쪽의 선두 차량이 도쿄 방면 961-1로 고속 시험을 했다). 시험 종료 후에는 시험선 관리소에 유치되어 있었지만, 도호쿠 신칸센의 개통에 앞서 1982년 (쇼와 57년) 5월, 마찬가지로 오야마 시험선에서 시험 주행을 하던 962형 4량 (이때, 센다이·니가타 방면 2량은 조에츠 신칸센에서의 시험을 위해 니가타 운전소로 보내졌다)과 함께 센다이 종합 차량소(현재: 신칸센 종합 차량 센터)로 이동, 검사 기한의 관계상 양 차량 모두 자력 주행이 불가능하다는 점으로부터 925형의 견인에 의했다. 962형은 전기 궤도 종합 시험차의 925형 10번대 (S2 편성)로 개조되었지만, 961형은 1호차·4호차·5호차·6호차의 4량 편성으로 단축되어, 5호차의 한쪽 4곳의 측면 개구부에는 양쪽에 셔터가 부착되어 센다이 종합 차량소에 유치되어 있었다.

1982년 도호쿠 신칸센의 개통이 되면서 센다이 차량센터에 보존되었다가 1990년 8월 10일에 폐차되었다. 그 후 이루어진 속도 향상 시험에는 925형 10번대가 사용되었고 (다만 3대차 구조의 921형 궤도 시험차를 편성에서 제외했다), 961형은 그 출번이 없는 채 1990년 (헤이세이 2년) 8월 10일자로 폐차되었다.

도카이도·산요와 도호쿠 양 계통의 신칸센을 주행한 차량으로는, 그 외에 궤도 시험차 921-1이 있을 뿐이며, 드문 경력을 가진 차량이다. 하지만 센다이 종합 차량소 (현재: 신칸센 종합 차량 센터)로 전용된 후, 출번이 없었기 때문에 조에츠 신칸센에서의 주행 경력을 가지고 있지 않다.

3. 설계 특징

961계 전동차는 도호쿠 신칸센조에쓰 신칸센 노선에 투입될 고속열차에 적용할 새로운 기술과 디자인을 시험하기 위해 개발되었다. 6량 모두에 전동기를 탑재했으며, 일본 북동부 지역의 춥고 눈이 많이 오는 환경에서의 운행에 대응하도록 설계되었다.[10]

히타치 제작소에서 제작되었으며, 시험 장비용으로 사용되었다. 측면 창문이 없었고, 대신 장비를 설치하고 제거하기 위해 각 측면에 4개의 큰 출입구가 있었다.

편성은 전원 주파수 50/60Hz에 대응하는 6M (전 차량 전동차)으로 구성되었고, 차체는 알루미늄 합금제로 차체 마운트 구조를 채택했으며, 신칸센에서 처음으로 객실 창문이 모두 소형 구조가 되었다. 주 전동기의 정격 출력은 951형을 넘는 275kW로 증강되었으며, 도호쿠 신칸센 등에서의 한랭지 주행을 상정한 내한 내설 사양으로 되어 있어, 차단부에 제설실이 설치되었다.[10]

다방면에 걸친 분할・병합을 전제로 선두 차량의 스커트(배장기) 상부에 연결기를 상시 구비하는 설계가 되었다. 선단부 커버 내부는 연결기를 격납하지 않아 공동이 되었고, 형광등이 내장되어 1000형 시제차 이래의 "내부에서 발광하는 광전두"가 되었다.

1편성 6량의 제조 비용은 9억이었다.[14] 대차는 DT9013형을 채용하고 있다.[15]

6량 편성으로 전 차량이 전동차이다. 가력 제어는 불균등 5분할 사이리스터 버니어 연속 위상 제어 방식이며, 275kW의 직권 정류자 전동기 MT920형을 구동한다. 전기품은 미쓰비시 전기[18], 히타치 제작소[19], 도쿄 시바우라 전기(당시)[20], 후지 전기 제조(당시)[21] 4개사가 제작했다.

3. 1. 보조 전원 장치

보조 전원 장치는 차량의 전기 기기를 50/60Hz 양쪽에 대응시키는 것이 어려워, 차량의 전기 기기를 60Hz로 통일하고, 주 변압기 3차 권선 방식 대신 삼상 교류 440V, 60Hz를 출력하는 전동 발전기(MG) 방식으로[20] 편성당 3대를 탑재하고 있다.

도쿄 시바우라 전기(東京芝浦電気) MH920-DM920형 (정격 용량 200kVA)[20], 후지 전기 제조(富士電機製造) MH920-DM920형 (정격 용량은 하계 200kVA, 동계 250kVA)[21]가 직류식 전동 발전기이다. 한편, 도요 전기 제조(東洋電機製造) DM921형은 삼상 동기 전동기를 사용한 브러시리스 MG (정격 용량 250kVA)[22]가 사용되고 있다.

보조 회로에는 삼상 교류 440V, 60Hz에서 변압기 및 정지형 인버터에 의한 단상 교류 100V, 60Hz (2 종류)와 직류 100V, 직류 24V 출력이 있다.[20]

3. 2. 운전대

운전대에는 왼손으로 조작하는 브레이크 설정기, 오른손으로 조작하는 마스콘 핸들(ATO 회복, ATO 운전, 절, 기동 1노치 - 8노치), 주 속도계와 보조 속도계가 갖춰져 있다.[26]

3. 3. ATOMIC

1971년에 완성된 951형에는 철도기술연구소와 공동으로 '''ATOMIC''' (Automatic Train Operation by Mini Computer)이라고 불리는 미니 컴퓨터 시스템을 탑재했다[23][24][25]。이는 미래의 자동 운전을 대비한 것으로, 신칸센의 정시 운전 제어, 정속 운전 제어, 정위치 정지 제어를 하나의 컴퓨터 시스템으로 처리하는 것이다[23][24]。당시 지하철에서는 자동 열차 운전 장치 (ATO)를 사용한 자동 운전 연구 개발이 이루어지고 있었지만, 역 사이 거리가 긴 신칸센에서는 높은 수준의 정시 운전 제어가 필요했기 때문에 미니 컴퓨터 방식을 채택했다[23]

이후, ATOMIC을 사용하여 기기 동작 감시 기능(모니터링 기능), 고장 발생 시 원격 처치 기능 도입을 추진하기로 하였지만, 951형 제작 당시에는 이러한 기능 탑재를 고려하지 못하여 실시가 불가능했다[26] (일부만 실시 가능[27])。이 때문에 새롭게 제조하는 961형에서는 제작 초기부터 이러한 기능을 갖춘 새로운 ATOMIC을 채용했다[26][28]。ATOMIC의 제어 CPU (ATO3형 또는 ATOMIC3호)는 도쿄 방향 선두차에 탑재되었으며, 히타치 제작소제의 HODIC350L[29]이 사용되고 있다[28]。한편, 오사카 방향 선두차에는 ATO4형(ATOMIC4형)이 탑재되어 있으며, 도쿄 시바우라 전기(현재: 도시바)제 CPU가 탑재되어 있다[30]。ATO4형은 운전 제어 자동 기능 외에 운행 기록 표시와 자기 고장 진단 기능을 갖추고 있다[30]

운전대에는 CRT 디스플레이에 의한 ATOMIC 표시기가 설치되어 있다[31]。ATOMIC 표시기는 7가지 색상의 컬러 표시로, 1행 40문자로 16행까지 정보를 표시할 수 있다[26]。표시 가능한 문자는 영숫자만 가능하며, 가타카나나 한자 등은 표시할 수 없다[27]。일반적인 운전 시에는 열차 다이어그램 표시(승무 행로표와 같음) 또는 운전 정보 화면이 사용된다[27]

  • 열차 다이어그램 표시는 다음 역 이후의 도착 시각, 다음 역 이후의 출발 시각, 서행에 의한 증가 시분을 표시한다[32]
  • 운전 정보 표시는 열차 번호, 킬로미터와 남은 거리, 현재 시각과 남은 시분, ATC 신호, 목표 속도, 현재 속도와 다음 역까지의 평균 속도, 역행·브레이크 노치 표시 등을 표시한다.


운전대에는 ATC 전환 스위치가 있으며, 입환의 경우에는 차량 기지 내 수동 운전(30km/h 제한), ATC의 경우에는 본선 수동 운전, ATO의 경우에는 다음 조작이 된다[31]。ATO 운전 시 출발은 마스콘 핸들을 앞으로 당기면 각도에 따라 수동 운전(0 - 260km/h 사이에서 정속 운전), 핸들을 뒤로 1단으로 젖히면 ATO 자동 운전(일반적인 자동 운전), 2단으로 젖히면 ATO 회복 운전 모드(제한 속도에 가까운 속도로 운전)가 된다[31]

; 운전 제어 자동화

  • 정시 운전 제어는 컴퓨터가 운전 구간 속도 제한이나 열차 지연 등에서 판단하여, 최적의 운전 시각이 되도록 속도를 제어하는 것이다[26]。정속 운전 제어는 ATC 지시 속도에 열차 속도를 추종할 수 있도록 컴퓨터가 최적의 마스콘 노치를 선택하는 것이다[26]。정위치 정지 제어는 정위치 정지 장치 (TASC)에 의해 컴퓨터가 열차를 자동으로 정위치에 정지시키는 것이다[26]

; 차량 고장 시 응급 처치 간소화

; 검사 업무 합리화 모니터링

  • 과거 0계 운전실에는 운전사가 2명 승무하고 있었으며, 차량 고장이 발생한 경우, 유닛 표시등으로 고장 차량이 2량으로 좁혀지고, 운전하지 않는 운전사가 해당 차량으로 가서 실내 배전반을 확인하고 개방 처치 등을 실시했다[31]。그러나, 16량 편성으로 400m나 되는 신칸센에서는 승무원에게 큰 부담이 되므로, 차량 고장 발생 시에는 ATOMIC 표시기(CRT 디스플레이)로 고장 내용 확인을 하고, 해당 차량 기기를 운전대에서 원격 조작으로 개방 처치를 하는 방식으로 했다[31]。또한, ATOMIC에는 각 차량마다 데이터를 기록하는 기능을 갖추고 있어, 차량 기지 입고 후 데이터를 확인함으로써 고장을 판별하거나, 데이터를 축적함으로써 고장 전조를 예측하는 것도 가능하게 된다[31]


ATOMIC의 자동 열차 운전 기구는 실현되지 못했지만, 기기 동작 감시 기능, 고장 발생 시 원격 처치 기능은 개발이 계속되어, 200계에서 정식으로 모니터링 장치로 실용화되었다.

4. 객차 구성

S3일본어호로 지정된 6량 편성으로 운행되었으며, 각 차량의 구성은 다음과 같다.[3]

호차123456
차량 번호961-1961-2961-3961-4961-5961-6
차량 형식McM'MM'MM'c
제조사가와사키 중공업일본차량제조히타치 제작소
용도좌석차좌석차식당차침대차기자재 적재차좌석차


  • 1, 2, 6호차: 0계를 기반으로 제작된 일반 좌석 객차이다. 2호차는 좌석이 설치되어 있다. 1호차와 2호차는 미쓰비시 중공업에서, 6호차는 히타치 제작소에서 제작되었다.
  • 3호차: 0계 36형을 기반으로 한 식당차로, 측면 복도와 창가 2인석, 통로 쪽 4인석 테이블, 소파 코너를 갖추고 있다. 1973년 12월 일본차량제조 하마마츠 공장에서 식당차 내부가 추가되었다.[33]
  • 4호차: 장거리 운행 및 소규모 그룹 여행을 위한 침대차로, 4인용 세미 오픈 쿠셋 객실과 일반 침대를 갖추고 있다. 특히, 2개의 특별 개실은 "회의실풍"과 "응접실풍"으로 꾸며졌으며, 가동식 칸막이를 통해 통합 사용이 가능하다. 1973년 12월 일본차량제조 하마마츠 공장에서 침대 설비가 추가되었다.[33]
  • 5호차: 내장 없이 다양한 보강재를 넣어 내구 시험을 위한 기자재 적재차로 사용되었다. 히타치 제작소에서 제작했다.

5. 보존 및 전시



2009년 7월 센다이 신칸센 차량기지에 있는 961-1호 차량


961-1호와 961-6호 전동차는 센다이 신칸센 차량기지 야외에 보존되어 있다. 이 차량들은 "도호쿠 신칸센" 아이보리색과 녹색으로 재도색되었다. 961형이 1979년에 세운 319km/h의 세계 속도 기록을 기념하는 동판은 도쿄도 고쿠분지시의 '히카리 플라자'[35] 내에 있는 951형을 이용한 신칸센 자료관 안에 보존되어 있다.

2017년 7월 현재, 1호차와 6호차의 양쪽 선두차가 신칸센 종합 차량 센터에 보존되어 있다. 색상은 200계에 준하는 흰색 바탕에 녹색 라인이지만, 이는 현역 시절을 반영한 것은 아니다.

참조

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[31] 문서 鉄道サイバネ・シンポジウム論文集 日本鉄道サイバネティクス協議会
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