일본화물철도 M250계 전동차
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1. 개요
일본화물철도 M250계 전동차는 일본의 '모달 시프트' 정책에 따라 개발된 고속 화물 전동차이다. 1990년대 후반, 트럭 운송의 문제점을 해결하고 도쿄-오사카 간 소량 화물 수송을 위해 JR 화물에서 개발했다. M250계는 16량 편성으로, 동력차와 부수차로 구성되며, 최고 속도 110km/h 이상으로 운행 가능하다. 사가와 익스프레스의 전세 수송에 사용되며, 2004년 운행을 시작하여 2006년에는 도카이도 본선 재래선 최고 속도를 기록했다. 이 전동차는 2004년 에코 프로덕트상, 2005년 블루리본상을 수상했다.
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| 일본화물철도 M250계 전동차 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 서비스 시작 | 2004년~현재 |
| 제작 회사 | 가와사키 중공업 일본차량제조 도시바 |
| 소속 노선 | 도카이도 본선 |
| 수상 내역 | 제48회 블루리본상 (2005년) |
| 운영 회사 | JR 화물 |
| 소속 기지 | 오이 기지 |
| 차량 정보 | |
| 차량 종류 | M250 계열 |
| 다른 이름 | 슈퍼 레일 카고 |
| 제작 대수 | 42량 (2개 풀 세트 + 예비 차량) |
| 편성 | 16량 편성 (4M12T) |
| 차체 길이 | 20,300mm (Mc250형, M251형) |
| 차체 길이 추가 정보 | 20,500mm (T260형, T261형) |
| 차체 폭 | 2,800mm |
| 차체 폭 추가 정보 | 2,931 mm (Mc250형・M251형) |
| 차체 폭 추가 정보 | 2,660 mm (T260형・T261형) |
| 차체 높이 | 3,980 mm (Mc250형・M251형) |
| 차체 높이 추가 정보 | 2,017 mm (T260형) |
| 차체 높이 추가 정보 | 1,041 mm (T261형) |
| 전기 시스템 | 직류 1,500V 가공 전차선 |
| 집전 방식 | FPS130 싱글암 팬터그래프 |
| 최고 속도 | 130km/h |
| 설계 최고 속도 | 140km/h |
| 감속 | 5.2 km/h/s |
| 견인 장치 | 가변 주파수 (3레벨 IGBT) |
| 동력 출력 | 220kW x 16 = 3,520kW |
| 주전동기 | FMT130 × 4기/량 (농형 3상 유도전동기) |
| 주전동기 출력 | 220kW (1시간 정격) |
| 구동 방식 | WN 이음매식 중실축 평행 카르단 구동 방식 |
| 기어비 | 97:16 = 6.06 |
| 편성 출력 | 3,520kW, 1,100V (1시간 정격) |
| 정격 속도 | 75.0 km/h |
| 정격 인장력 | 168.0 kN (1시간 정격, 편성) |
| 제어 방식 | IGBT-3레벨 PWM 방식 VVVF 인버터 제어 |
| 제동 장치 | 전기 지령식 공기 브레이크 (응하중 장치 포함, 전력 발전 브레이크 병용) |
| 안전 장치 | ATS-SF ATS-PF 열차 방호 무선 장치 열차 무선 장치 TE 장치 EB 장치 |
| 대차 | FD130 (전동 대차) |
| 대차 | FT130 (부수 대차) |
| 무게 | |
| 편성 중량 | 406.0톤 |
2. 등장 배경
1990년대 후반, 일본에서는 트럭 운송 중심의 물류 시스템으로 인해 발생하는 환경 문제, 도로 혼잡, 운전자 부족 등의 문제를 해결하고자 철도 화물 운송 비중을 높이는 '모달 시프트' 정책을 추진했다. 특히 도쿄-오사카 간 도카이도 본선은 JR 화물 연간 총 수송량의 13%를 차지하는 핵심 노선이었다. 그러나 기존 기관차 견인 방식 화물열차는 속도가 느려 택배 등 빠른 운송이 필요한 소량 화물 수요를 충족시키기 어려웠다.
이에 JR 화물은 1999년부터 소량 화물 수송에 특화된 수송 방안을 검토하기 시작했으며, 여객 열차 수준의 고속 운행이 가능한 화물 전동차 개발을 추진하게 되었다.
2. 1. 개발 목표
M250계 전동차는 속도 향상을 위해 여객용 전동차와 같은 차량규정을 만족하도록 설계되었다. 축중 관련 규제를 충족하기 위해 기존의 동력 집중식 대신 동력 분산식 전동차 방식을 채택하여 동력차의 기기 질량을 분산시켰다. 또한, 적재화물 전용 31ft 경량 컨테이너 U54A형 30000번대로 한정하여 중량 증가를 억제했다.[1] 이 외에도 저중심 차체 구성, 고출력 주전동기, TD 카르단식 구동장치, 요댐퍼, 공기 용수철 적용 대차 및 안티 락 브레이크를 채택했다.최고속도 130km/h로 곡선반경 600m (600R) 이상의 구간에서 '제한속도+15km/h'의 통과성능을 확보하여, 서일본 여객철도(JR 서일본) 223계 등 여객용 전동차와 동등한 수준이다. 도쿄 화물 터미널 역에서 아지카와구치역까지 주행 시간은 6시간 11~12분으로, 2016년 현재 도카이도 본선을 주행한 모든 열차 중 역대 최고 수준인 표정속도 91km/h를 기록했다.
JR 화물은 1999년부터 소량 화물 수송에 특화된 수송을 검토하기 시작했다.[1] 이전에는 기관차 견인 화물 열차가 최속 6시간 40분으로 도쿄와 오사카를 연결했지만,[1] 택배 화물 운송 사업자의 요구를 충족시키지 못했다.[1] 따라서 도쿄와 오사카 간 소요 시간을 약 6시간으로 단축하는 것을 목표로 했다.[1]
이를 위해 전동차 형태의 화물 열차를 통한 고속 철도 수송 방침이 제시되었다. 동력 분산 방식을 통해 가감속 성능 향상과 축중 경감을 도모하고,[1] 하역 시간 단축을 위해 컨테이너를 이용한 화물 적재 방식을 채택했다.[1] 또한, 여객용 전동차에서 이미 검증된 기술을 적극 활용하여 안전성과 신뢰성을 확보하는 방침이 제시되었다.[1]
이러한 방침에 따라 M250계 전동차가 개발 및 설계되었다.
3. 차량 개요
M250계는 16량 편성으로, 크게 동력차인 Mc250형-M251형 2량 유닛과 부수차인 T261형-T260형 2량 유닛으로 구성된다. 통상 오사카 방면에서 (Mc250-M251)-(T261-T260)×6-(M251-Mc250)의 4M 12T 16량 편성으로 구성되어 있다.[2] Mc250-M251형이 6유닛 12량, T260-T261형이 16유닛 30량으로 총 3편성이 오오이 기관구에 소속되어 있다.
양단에 전동차를 배치하는 방식은 동일본 여객철도(JR 동일본) 215계 등과 유사하다. JR로서는 처음으로 형식에 '쿠모하', '모하' 등 일본국철 시대부터 사용된 명칭이 아닌, 영문자 약호 M(전동차), T(부수차)를 사용했다.
M250계는 16량 편성으로, 계열 내에 4가지 형식이 존재한다.[2] 형식명의 "M"은 동력분산 방식(Multiple unit train)의 머리글자, "2"는 유도 전동기 구동 방식으로 직류 구간용, "50"은 최고 속도 110 km/h 초과 차량임을 나타낸다.
3. 1. 형식 구성
M250계는 4가지 종류의 차량으로 구성된 16량 편성 열차이다.[2] 계열명 "M"은 동력 분산 방식(Multiple unit train)의 머리글자, "2"는 유도 전동기 구동 방식으로 직류 구간용, "50"은 최고 속도 110 km/h 초과 차량임을 나타낸다. 형식에 붙는 차종(전동차, 부수차 등)을 나타내는 약호는 국철 시대부터 현재까지의 전동차에서 사용되는 "모하", "사하" 등[4]이 아니라, 영문자 M·T를 사용한 것으로 되어 있다.| 형식 | 설명 | 탑재 컨테이너 | 중량 |
|---|---|---|---|
| Mc250형 | 양쪽 끝의 선두차가 되는 제어 전동 화차(Mc) | 31피트 컨테이너 1개 | 공차: 38.5ton, 적차: 50ton |
| M251형 | Mc250형과 전동차 유닛을 구성하는 중간 전동 화차(M) | 31피트 컨테이너 1개 | 공차: 38.5ton, 적차: 50ton |
| T260형 | 부수 화차(T), 모니터 단말 장치 탑재 | 31피트 컨테이너 2개 | 공차: 21ton, 적차: 40ton |
| T261형 | T260형과 유닛을 구성하는 부수 화차, 모니터 단말 장치 미탑재 | 31피트 컨테이너 2개 | 공차: 21ton, 적차: 40ton |
3. 2. 차체
택배 화물은 용적에 비해 질량이 작다는 특성이 있다.[1] 이러한 특성을 고려하여 컨테이너 적재 공간을 최대한 확보하기 위해, 전동차는 차체 중앙부를 낮게 설계하여 컨테이너 적재 부분 높이를 레일면에서 1000mm로 유지했다.[1] 부수차는 차체 전 길이에 걸쳐 바닥면 높이를 레일면에서 1000mm로 유지했다.[1]전동차는 양 끝에 승무원실과 기기실을 배치하고, 선두 형상은 운전대를 높게 설치한 구조로 설계했다.[1] 시야 확보를 위해 전면 창 개구부를 크게 했다.[2]
차체 도장은 파랑 2색 농담을 기본으로 하여 스피드감을 강조하고, "슈퍼 레일 카고" 애칭 로고를 배치했다.
3. 3. 주요 기기
운전대는 JR 화물 차량 최초로 브레이크 설정기를 일체화한 좌수 조작식 원핸들 주간 제어기를 채용했다. 이는 운전석 왼쪽에 설치되어 있으며, 브레이크와 동력 제어를 단일 레버로 조작할 수 있다.[2] 속도계 등 운전에 필요한 계기류는 전면 계기반에, 각종 스위치류는 운전석 오른쪽에 배치했다.차량 상황 및 기기 동작 상태 모니터링을 위한 모니터 장치가 탑재되어 있다. 이 시스템의 중앙 장치는 Mc250형 전동차에, M251형 전동차 및 T260형 부수차에는 슬레이브 유닛이 설치되어 있다.[1] T260형 부수차의 유닛은 인접한 T261형 부수차의 모니터링도 담당한다.[2] 이 시스템에 의해 수집된 정보는 운전대의 디스플레이에 표시되며,[2] 고장이 발생했을 경우에는 고장 내용과 응급 처치 지침이 표시되고, 차량 상태가 기록되어 나중에 분석할 수 있다.[1][2]
주전동기는 1시간 정격 출력 220kW의 FMT130형 농형 삼상 유도 전동기를 채용하여, 각 전동차의 각 축에 1기씩 장착했다. 제1편성에서는 자연 풍냉식도 병용하여 시험 운전에서 문제가 없음을 확인했다. 각 전동기는 도시바에서 제작한 1개의 VVVF 인버터에 의해 제어된다.[3] 기어비는 97:16, 즉 6.06이다.[2]
제어 장치는 IGBT 소자를 사용한 3레벨 PWM 방식 VVVF 인버터 제어이다. 인버터 장치와 주전동기의 조합을 1군으로 하여 4군으로 1조를 이루고, 주 변환 장치는 이것을 2조로 하여 장치 틀을 구성했다. 제어 방식은 벡터 제어를 도입하고, 공전에 의한 견인력 저하를 최대한 억제하도록 했다. 구동 장치는 WN 이음을 사용한 중실축 평행 카르단 방식이며 기어비는 97:16=6.06으로 설정했다.
제동 장치(브레이크)는 여객용 전동차에서 실적이 있는 전기 지령식 브레이크이며, 기초 제동 장치는 전동차가 유닛 브레이크를 사용한 싱글식(편압식)이며, 부수차는 디스크 브레이크와 유닛 브레이크를 병용하고 있다. 전 차축에 활주 방지 밸브 장치를 설치하여 활주 재점착 제어를 함으로써 타이어 플랫 발생을 방지하도록 했다.
대차는 축량식 축상 지지 방식 공기 용수철볼스터리스 대차를 채용했다. 전동 대차가 차륜 직경 860mm·축거 2,100mm의 FD130형, 부수 대차는 저상화에 대응시킨 차륜 직경 810mm·축거 2,100mm의 FT130형이다. 대차 틀은 공기 용수철 설치 위치를 낮추기 위해 활 모양 대차 틀이 되어 있으며, 고속 주행에 대응하기 위해 요 댐퍼와 앤티롤링 장치를 설치했다.
집전장치 (팬터그래프)는 싱글 암형 FPS130형을 채용, 각 전동차 지붕에 1대씩 탑재했다.。Mc250형에서는 전위측[7]에, M251형에서는 후위측[8]에 탑재하여 집전장치 간격을 확보했다.。보조 전원 장치는 출력 85 kVA의 정지형 인버터 (SIV)를 Mc250형에 2대 탑재했다.。전동 공기 압축기는 1,600 L/min 용량의 스크롤 방식을 채용, Mc250형에 1대 탑재했다.
연결기는, 선두차 전면부가 병결 자동 연결기, 유닛 내 차량 간은 반영구 연결기, 편성 내 다른 유닛끼리의 연결은 밀착 연결기이다.
4. 연혁
- 2002년 10월: 제1편성이 완성되어, 각종 성능 시험을 실시하였다.
- 2003년까지: Mc250형 + M251형 6유닛(12량), T260형 + T261형 15유닛(30량) 총 42량이 제조되었다[9]. 이 중 Mc250형 + M251형은 가와사키 중공업에서, T260형 + T261형은 일본 차량 제조에서 제조되었다[11].
- 2004년 3월 13일: 운전시각표 개정으로 도쿄 화물터미널 ~ 오사카·아지카와구치역 구간에서 SG 홀딩스 계열인 사가와 큐빙이 1편성을 대절 수송하는 형태로 임시 고속 화물열차로서의 영업 운전을 개시하였다. 소요 시간은 도쿄 화물 터미널 - 아지가와구치역 간 6시간 11-12분이다[12].
- 2006년 현재: 이 열차의 표정 속도는 약 91km/h로 도카이도 본선 재래선 중 도쿄도 - 오사카부를 주파한 모든 열차 중 역대 최고 속도를 기록했다[13][14].
- 2013년 3월: 시간표 개정까지 하행 51열차, 상행 50열차의 정기 열차(열차 종별은 '''특화전''')로 설정되어 있었다[15].
- 2013년 3월 이후: 열차 종별은 "'''고속 화'''"로 변경되었다.
5. 운용
도쿄 화물 터미널 ~ 아지가와구치 구간을 사가와 익스프레스 전세 수송 열차로 운행한다. 운행 초기에는 선두차인 Mc250형 차량에 헤드마크를 부착했으나,[16] 2010년 이후 검사를 받고 도색이 변경된 차량은 헤드마크와 부착 장치가 제거되고, 차체에 직접 사가와 마크 스티커를 부착하고 있다.
전용 U54A형 30000번대 31피트 경량 컨테이너는 사가와 익스프레스 소유로, '갤럭시 컬러' 도색으로 통일되어 운행되었다. 이후 U50A형 30000번대 31피트 경량 컨테이너로 교체되었다.
차량 고장이나 사고 등 운행 불능 상황에 대비하여, 사가와 익스프레스는 각 거점에서 대체 수송 트럭을 즉시 투입할 수 있는 체계를 갖추고 있다.
슈퍼 레일 카고는 평소 오다와라 이동 시 도카이도 본선 여객선이 아닌 도카이도 화물선을 주행하지만, 2024년 6월 간사이 지방 지연의 영향으로 크게 지연되어 영업 열차로는 처음으로 오다와라 이동 시 도카이도 본선 여객선을 주행했다. 2006년 시운전으로 도카이도 본선 여객선을 주행한 적이 있다.
6. 수상
2004년 국토교통성의 '에코 프로덕트 대상' 에코 서비스 부문을 수상하였고, 2005년 철도친우회 블루리본상을 수상했다.[1] 이는 1969년 EF66형 전기 기관차 이후 비여객용 차량으로는 최초 수상이었다.[1]
7. 편성표
편성은 양쪽 끝의 전동차 유닛 각각 1개와 이 사이에 연결되는 부수차 유닛으로 구성되며 (푸시풀 방식)[17], 통상 운행 시에는 부수차 유닛 6개가 연결되어 4M12T의 16량 편성이 된다.
| 오사카|오사카일본어 방면 ← → 도쿄|도쿄일본어 방면 | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Mc250 | M251 | T261 | T260 | T261 | T260 | T261 | T260 | T261 | T260 | T261 | T260 | M251 | Mc250 | ||
| 전동차 | 부수차 | 부수차 | 부수차 | 부수차 | 부수차 | 부수차 | 전동차 | ||||||||
| 6 유닛 | |||||||||||||||
참조
[1]
간행물
電気学会誌
[2]
간행물
鉄道ジャーナル
[3]
웹사이트
近代的な物流を支える機関車及び貨物電車システム
https://www.toshiba.[...]
2006
[4]
문서
国鉄新性能電車の車両形式
[5]
문서
東京側
[6]
문서
「JR貨物関東支社大井機関区」を示す
[7]
문서
運転台側屋根上
[8]
문서
付随車連結面側の屋根上
[9]
간행물
2010 JR貨物時刻表
社団法人鉄道貨物協会
[10]
문서
鉄道ファン（交友社）2004年7月号 p.97の記述では、全車が2003年1月から5月までに新製されていて、営業運転開始以降の増備は無い。ジェー・アール・アール『JR電車編成表2004夏号』p.377の記述も同様である。
[11]
서적
JR電車編成表2004夏号
ジェー・アール・アール
[12]
서적
JR電車編成表2004夏号
ジェー・アール・アール
[13]
문서
東海道新幹線開業以前に在来線東京駅 - 大阪駅間を結んだ特別急行列車|特急「こだま (列車)|こだま」の表定速度が約85 km/h程度。
[14]
문서
M250系が130 km/hで運転できるのは西日本旅客鉄道（JR西日本）の一部の区間内だけで、東海旅客鉄道（JR東海）管内では豊橋駅以西で、東日本旅客鉄道（JR東日本）管内では大船駅 - 小田原駅間で120 km/h運転が可能であるが、その他区間においては110 km/hに最高速度が制限されている。
[15]
간행물
2013 JR貨物時刻表
公益社団法人鉄道貨物協会
[16]
문서
ヘッドマークは佐川急便本社にもあり、社内報「飛脚」などに掲載する関係者集合写真の中央に写っている。
[17]
문서
両端の動力車|電動車間に付随車を組み込む方式はJR東日本215系電車などに見られる。
[18]
웨이백
1997년, 독일에서 환경 부하 저감·인터모덜 수송을 목적으로 컨테이너 화물 디젤 동차(690형："CargoSprinter")를 시험제작하여 운용하고 있었으며, 영국에서 브리티시 레일 MPV로 1999년부터 영업 운행을 하였다.
http://www.bahnbilde[...]
2007-09-27
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