国鉄781系特急電車の取説を読んでみると

　皆さんは北海道の特急電車として国鉄時代から活躍した781系特急電車をご存じでしょうか？

　
　私はこの電車に3回乗車しました。
　1回目はこの781系特急電車が登場した直後に旭川から札幌まで特急｢いしかり｣に乗車。2回目はＪＲになってからの1992年10月に、再び旭川から札幌まで特急｢ライラック｣に乗車。3回目は2002年の12月に札幌から新千歳空港まで快速エアポートに乗車しています。初乗車の時から感じたのはとにかく乗り心地が良いこと。抵抗制御の電車ではないので加速時のギクシャク感が無く、滑らかに加速していき不快な揺れや振動もありません。そのためこの781系電車には悪い印象を持っていませんが、実際どんな電車だったのか、全車廃車となった現在、もう一度乗りたいと思ってもそれは無理な話です。

　さて先日のことですがインターネットのオークションでこんな本を入手しました。

　これは国鉄の車両設計を行っていた車両設計事務所が作成したもので、個人貸与のものではありません。

　国鉄本社以外では関係する管理局や電車区などにあるものです。ページ数も600ページを超えるものですので、数日掛けて一通り読んでみましたが、鉄道趣味関係の月刊誌にも書いていないようなことがてんこ盛りで、驚きの連続でした。


【781系とは一言で言うとどんな電車なのか】

　これを知るにはこの本の最初の部分である概要を読めばハッキリします。

　781系特急形交流電車は、485系1500番台の置替用として計画され、昭和53年に量産先行試作車として6両1編成が製作され、昭和54年春以降営業運転に入り快調に走行している。今回新たに昭和54年度2次債務計画で特急｢いしかり｣の置替用と千歳線電化開業用として42両が発注された。
　この電車は、接客設備、車体構造は特急形であるが、基本のシステムは711系と同一にし、耐寒耐雪性能の向上と、取扱い、保守の共通化（711系との関連）をはかっている。しかし電気ブレーキが欲しいとの要望が強いので、711系には無い電気ブレーキを付けることとした。電気ブレーキの方式としては、省エネルギー、省力化、耐寒耐雪構造等いずれの面から考えても、電力回生ブレーキが望ましい形ではあるが、これを今すぐ行うには、まだ未解決の点もあり、今回は比較的問題のない発電ブレーキを採用することとした。発電ブレーキの最大の問題点である抵抗器の耐雪策については、屋上の雰囲気のきれいな場所に置き、自然冷却として対応することとした。
　このように、711系に比べ、機器、車体の設備の点で重量が増え、又、高性能列車としての速度段を得る必要があることなどから、711系の１Ｍ方式を採用し、重量の等分化により軸重を下げることとした。
　従って、編成は、Ｍｃ　Ｔａ　Ｍ　Ｔａ　Ｍ　Ｔａｃ　という形となった。
　機器がＭとＴに分散されたことにより、保守のための点検スペースが広くなるという付随的なメリットも生まれた。


　以上が概要ですが一言で言うと、781系は特急の車体に711系のシステムを採用した上に発電ブレーキを付けた電車であると言えます。
　101系以降の新性能国電は基本的にＭＭ’方式を採用しており、781系と同じ交流電車の範疇に入る0系新幹線もＭＭ’方式です。Ｍ車に制御器や主抵抗器などの主要機器をＭ’車には電動発電機やコンプレッサーなどの高圧補助機器類を搭載しています。
　さて在来線初の交流専用電車となった711系電車は、モハ７１１だけにほとんどの機器を搭載した１Ｍ方式であり、2両のクハを両端に連結し、１Ｍ２Ｔの編成でした。この711系が活躍した線区は北海道の中でも平坦な区間ばかりであり、この電車は非冷房で有ったために大容量ＭＧの搭載もなかったので１Ｍ２Ｔでも性能的に問題はありませんでした。この711系に乗られた方はご存じと思いますが、国電の中で最も低加速の電車でした。北海道初の電車であり、客車列車並みの加速度でも問題はありません。その代わり高速性能は都市部の近郊形電車よりも良かったのです。

　しかし、特急電車の781系は車体重量や機器の重量が増えるため、Ｍ車とＴ車でユニットを組むようにしたのです。
　それぞれの機器類は、
　Ｍ車系・・・主電動機、主制御器、電動発電機、電動空気圧縮機、主抵抗器、
　　　　　　　バッテリー、雪切室、補助制御箱

　Ｔ車系・・・主変圧器、主整流器、パンタグラフ、空気遮断器、避雷器、便所、
　　　　　　　洗面所、計器用変圧器、補助制御箱、
　　　　　　　（サハ７８０には車掌室、業務用控室付）
　
　Ｍ車には主要機器が集中していますが、Ｔ車には重量のある主変圧器を中心に交流2万ボルトの特高圧の電気に関わりのあるパンタグラフや空気遮断器、避雷器などが集中しています。そしてＭ車との重量バランスをとるためにトイレや車掌室などを設置しています。



【711系との違いは】

　711系はローカル用であり、最初から異なっていると思われるでしょう。しかし実際には711系の主要機器の多くは781系にも使用されているのです。
　ここで781系と711系、更には485系1500番台と比較し、相違部の特徴的な部分だけを書いてみますと、
（１）、歯車比は、781系・・・4,21 (80:19)
711系・・・4.82 (82:17)
　　　　　　　 485系・・・ 3.5 (77:22)

（２）、1ユニット当たり（モーター4個あたり）の性能
　　　　1時間定格出力・・・・781系、711系共に600kw
1時間定格引張力・・・781系は2570kg　711系は2830kg
1時間定格速度・・・・781系は85.7km/h　711系は73.5km/h
　　　　最高運転速度・・・・ 781系は120km/h　 711系は110km/h
　　　　（781系の許容130km/h）

（３）、冷房装置
　　　　電源・・・781系は単相50Hz400V 485系は三相60Hz440V
能力・・・781系は24000kcal/h　 485系は28000kcal/h

（４）、ブレーキ装置
　　　　781系・・・SELD発電ブレーキ併用電磁直通ブレーキ増圧付
　　　　　　　　　　直通予備ブレーキ
　　　　　　　　　　非常ブレーキ時の電気ブレーキ有
　　　　　　　　　　耐雪ブレーキ付
　　　　　　　　　　Tac , Mc　手ブレーキ

　　　　485系・・・SELD発電ブレーキ併用電磁直通ブレーキ増圧付
　　　　　　　　　　耐雪ブレーキ付
　　　　　　　　　　Tc　手ブレーキ

　　　　711系・・・SEL電磁直通ブレーキ（増圧なし）
　　　　　　　　　　Tc　手ブレーキ
　
　781系と485系と711系の比較ですが、まず（１）の歯車比は、781系は485系よりも高速性優先ではなく加速度優先の歯車比となっています。編成が短くＭ車とＴ車の比率が同じですので、485系のようにＭ車の比率を多くすることが出来ません。そのため高速性能よりも加速性能を優先したのでしょう。
　続いて（２）ですが、同じ出力のモーターですが引張力、定格速度が異なっているのは、ギヤ比が違うからです。781系は許容最高速度が130km/hですが、営業運転では120km/hを超えることはありませんでした。
（３）、は冷房装置についてですが、781系はこれまでの冷房装置とはかなり異なっています。これはこの当時の国鉄の考えが変わったからです。
　このクーラーの説明文を読んでみますと、

　従来、冷房装置は室内スペースを犠牲にしないために床下、あるいは屋根上に取り付けられてきた。その後、クーラーの体系について小型軽量、ぎ装、保守及び標準化等の面から今後の新形式車両は集中型を基本とすることとなり、本車両も屋根上に集中型を各車1台ずつ取り付けている。又今回の781系の基本システムは711系と同一ということから、冷暖房電源は主変圧器の三次巻線から直接給電している。
　即ち、従来の冷房装置はＭＧ電源のため三相440Ｖ、60Ｈｚ電力中断無しに対し、今回の冷房装置は単相400Ｖ、50Ｈｚ電力中断有り、かつ、電圧変動幅が大きい等、非常に使用条件の厳しいものとなっている。単相大型圧縮機としては今回が初めてのものである。

　そう言えばこの形式以降は全て集中式のクーラーになりました。

（４）、は781系の｢非常ブレーキ時の電気ブレーキ有｣ですが、国電で非常ブレーキ時に電気ブレーキも一緒に動作するのはこの電車だけだったと思います。ＪＲの今はこのようなシステムを採用した電車も存在しているはずです。
この781系がこのようなシステムを有するのは、発電ブレーキの抵抗器が直列接続だけなので単純化できたからではないかと考えられます。




　ところで、この781系の主電動機と主幹制御器は独特な構造をしています。次回はこの事について書いてみます。