교류전동차 [근교형] BEC819/EV-E801계(DENCHA/ACCUM) - JR큐슈, JR동일본

[787-ARIAKE]

BEC819계 Z편성(2량편성 총 12량, 노오가타차량센터 소속) 편성도감 보러가기

EV-E801계 G편성(2량편성 총 2량, 아키타차량센터 소속) 편성도감 보러가기

1. 이번엔 교류구간용 축전지 전동차에 도전한다.

 2007년부터 연구가 시작된 축전지 충전식 전동차는 먼저 직류구간에 대응하는 축전지 충전식 전동차인 EV-301계가 2014년부터 선행양산편성이 제작되어 JR동일본의 카라스마선에서 영업운행을 시작했다. 그리고 2012년 3월부터는 교류구간에 대응할 수 있는 축전지 충전식 전동차도 연구에 돌입 2013년 9월부터 817계 1000번대 전동차 한편성(V114편성)을 축전지 충전식 전동차 "DENCHA"로 개조하여 히다코산선에서 시운전을 다니며 기술개발을 이어갔다. 그리고 여기서 얻어진 기술을 토대로 양산차량의 제작, 투입을 결정하여 2016년 4월 BEC819계라는 새로운 형식으로 선행양산편성이 도입, 10월부터 치쿠호본선의 북쪽 비전철 지선인 와카마츠선에서 영업운행을 시작했다. BEC819계의 BEC는 "Battery Electric Car"의 약자이며 애칭인 "DENCHA"는 "Dual ENergy CHArge train"의 약자이다.

- 819계 "DENCHA"의 로고마크. 본래 시험차였던 817계 V114편성에도 똑같은 로고가 그려져 있었다. 

2. 교류구간용 축전지 전동차는 어떤 차이가 있을까.

 기존 직류구간을 운행하는 EV-301계의 경우 전차선에서 받는 전기도 직류, 배터리의 전원도 직류였다. 따라서 구조는 같은 직류의 전압을 바꿔주는 DC-DC 컨버터가 주 역할을 하였다. 하지만 교류구간일 경우 직류전원이 나오는 배터리와 상이하기 때문에 이에 맞는 주회로 시스템을 갖춰야 했다. 따라서 주회로의 구성은 직교류전동차와 거의 비슷하다고 볼 수 있다. 

 먼저 전차선에서 내려온 교류 20000V의 전기는 주변압기-컨버터-인버터를 거쳐 견인전동기로 이어진다. 하지만 배터리 주행을 할 때에는 배터리에서 필터리액터를 거친 다음 인버터를 거쳐 견인전동기로 가게 된다. 기존 직교류전동차와의 차이가 있다면 직류일때엔 배터리에서 전원을 받는다는것이 차이가 있을 것이다. 배터리를 충전할 때엔 전차선-주변압기-컨버터를 거쳐 배터리로 전원이 공급되게 된다. 제동을 사용하면 회생제동 전력이 배터리를 충전하는데 사용되며 0km/h 근접까지 회생제동이 유효하게 동작하는 완전전기제동 능력은 기본적으로 갖췄다. 

 기존 EV-301계가 각 차량에 배터리와 2개의 견인전동기를 구동하는 동력차 2량으로 구성했다면 819계는 똑같은 2량이되 한량에는 배터리만 탑재된 부수차, 다른 한량은  주변압기, 주변환장치, 보조전원장치, 공기압축기, 팬터그래프 등 모든 전원장치를 탑재한 동력차로 구성했다. 구동용 축전지는 리튬-망간 산화 전지를 사용했으며 72직렬로 구성해 시험차보다 출력전압을 높힌 1598V의 출력이 나온다. 이 축전지 셋트 3개가 부수차인 쿠하BEC818형에 탑재되어 있으며 총 383.6kWh의 용량을 갖추고 있다. 견인전동기는 EV-301계와 동일한 95kW급 유도전동기 4개를 사용하여 높은 정격 출력을 바탕으로 120km/h까지 낼 수 있으며 10분정도 충전으로 90km를 운행 가능하며 동력비용은 기존 디젤동차의 절반정도의 절감효과를 가져온다고 한다. 

- 쿠하 818형의 하부에는 이렇게 파란색으로 축전지함을 달아놓았다. 

- 쿠모하 819형에는 주행에 필요한 제어기기가 모두 모아져 있다. 소형화를 잘 해놓았기 때문에 교류기기임에도 한곳에 잘 모아놓았다. 

- 팬터그래프를 올린 상태. 오리오역에서 회차하는 짧은 시간동안 충전만 해도 와카마츠까지 소모한 배터리를 단번에 만충시킬 수 있다. 

- 이렇게 에너지 흐름도를 승객안내용 모니터에 잘 설명하고 있다. 

- 운전실 모니터. 히타치 ATI를 기반으로 하고 있으며 축전지 용량을 간단하게 표시했다. 필자가 지켜본 결과 10km 남짓 구간인 와카마츠 - 오리오 구간을 왕복하는데 약 10% 정도만이 사용되었다.

- 충전이 대충 끝나면 바로 팬터그래프를 내려 비전철 구간 운행 준비를 한다. 충전기능 조작은 수동으로 해야하며(간단하게 팬터그래프만 올리고 VCB 투입만 시켜주면 된다) 운행중에는 팬터그래프를 올리거나 내릴 수 없으니 정차한 다음 조작해야 한다. 

- 쿠모하 819형의 경우 기계실이 이렇게 크게 설치되어 있고 상부 팬터그래프의 공간도 고려해 조금 좁게 통로가 설치되어 있다. 

3. "디자인의 큐슈" 다운 아기자기한 디자인이 빠질 수 없지.

 819계의 기술적인 포인트인 축전지 주행 능력을 제외하면 차체 등 외장 부문은 전체적으로 기존 817계 2000번대를 그대로 따르고 있으며 내외장 디자인은 미토오카 에이지씨의 돈디자인 연구소에서 담당했다. 히타치제작소에서 제작했기 때문에 A-Train 기술이 적용된 알루미늄 더블스킨 차체를 비롯, 원목 소재의 롱시트, 305계에서 보여준 QR코드 무늬 바닥장식과 MSV(Multi Support Vision)를 사용한 차내 LCD 안내장치 등이 그대로 적용되어 있다. 운용되는 와카마츠선이 복선에 역무원이 배치된 도시형 1인승무를 채택하고 있기때문에 원맨운용 대응은 제어대의 출입문 스위치만 설치되어 있으며 출입문 반자동 스위치 "스마트 도어"도 설치되어 있다.

- 817계 1100번대와의 비교. 크게 다르지 않다. 

- 제어대 또한 크게 다르지 않다. 운전실 구조는 부스식으로 되어있으나 운전실 파티션 벽이 제대로 설치되어 있다. 

- 실내 또한 신형 817계 3000번대에 준하고 있다. 바닥은 305계 처럼 QR코드 무늬. 

- 통로측에 설치된 MSV모니터에는 에너지 흐름도를 상세하게 설명하고 있다. 

- 출입문 상부의 MSV는 기존과 동일하다. 

4. 와카마츠선의 운행을 하카타까지 연장하는 효과!

 2007년 하이브리드 디젤동차 키하 E200계의 도입, 2014년 직류용 축전지 전동차 EV-E301계에 이어 교류용 축전지 전동차 BEC819계의 도입으로 중단거리 지선 로컬열차에 탁월한 성능을 가지며 기존 디젤동차등을 대체할 수 있는 친환경 철도차량의 라인업이 사실상 완성되었다. 하이브리드 디젤동차의 경우 이미 기술적 안정화가 완료된 상태이고 축전지 구동 전동차들도 배터리 수명관리 등 기술적 안정화가 진행되면 차후 다른 디젤동차의 대체나 다른 노선(특히 3섹터 지방철도)의 도입도 충분히 고려될 수 있다. 특히 교류 전철노선의 경우 큐슈, 홋카이도, 도호쿠, 호쿠리쿠 등 지방 노선에 골고루 퍼져있기 때문에 다른 운영회사에서도 매력적이라 할 수 있다. BEC819계는 현재 선행양산편성 1개편성이 노오가타차량센터에 배치되어 노오가타-오리오까지 전차선 주행으로 회송한 다음 오리오-와카마츠 구간을 축전지로 영업운행 하는 방식으로 운용되었으며 이어서 6개편성 12량을 제작해 와카마츠선 운행영역을 노오가타까지 연장하고 일부 열차는 817계와 병결해 하카타까지 운행되고 있다. 

5. 도호쿠지역에 등장한 큐슈출신 이방인? EV-E801계 

 큐슈의 BEC819계의 매력적인 기술은 바로 다른 회사들도 관심을 갖기 시작해 제일먼저 JR동일본이 아키타 부근의 로컬선인 오가선(오가나마하게라인)에 BEC819계 전동차를 베이스로 하는 신형 전동차를 투입하기로 결정하고 2016년 10월 EV-E801계를 도입, 2017년 3월에 정식 투입했다. 차체, 대차, 축전지를 포함한 추진제어시스템, 제동장치등 대부분의 장치는 기존 BEC819계를 그대로 들여왔으며 차량제어시스템은 ATI를 기반으로 하는 MON-25를 사용하고 내한내설능력을 대폭 강화하는 한편 지방형 1인승무에 대응하도록 했다. 디자인은 이 노선의 애칭인 "나마하게"의 빨간 영감도깨비와 파란 할매도깨비를 상징해 2량편성의 도색을 각각 빨강색과 파랑색의 원색 도색으로 입혔다. EV-E801계의 운용을 위해 오가선의 종착역인 오가역 구내에 강체가선을 사용하는 급속충전설비도 설치했다. 현재는 1개 편성만이 도입되어 운용되고 있다. 

- EV-E801계의 선두부. 큐슈 특유의 관통형 선두부를 그대로 가져왔다. 심지어는 LED행선표시기까지... 

- 링크암식 대차를 고집하던 JR동일본이 왠일로 원추고무스프링식 대차를. 

- 배터리함은 겨울에도 동작이 잘 되도록 방한처리가 되어있다. 

- 마치 자석도색과 같은 EV-E801계의 측면. 그래도 ACCUM이라는 자체 브랜드는 그대로 가져왔다. 

- 부스방식의 운전실 설비도 그대로! 대신 1인승무용 요금함이 갖춰져있다. 

- 제어대는 JR동일본 스타일로 되어있다. ATS-Ps는 기본. 

- 유리벽으로 된 좌석 파티션이 돋보이는 차내.  

- 글 : 송승학(부운영자, 787-ARIAKE)

- 사진 : 송승학, HikariRailstar님, earendil님