E231계 통근형 편성도감 보러가기
1. 통근형+근교형=일반형이라는 새로운 장르 개척
민영화 이후 1995년 209계를 도입하면서 표준적인 통근형 전동차의 설계안을 구축한 JR동일본이지만 2000년대 들어 교체해야 할 차량의 소요가 너무나도 많았다. 103계부터 201계까지의 이전 강철차체 차량, 그리고 113계, 115계 등의 구형 근교형 차량 등 수천량의 차량을 점진적으로 신형차량으로 교체하기 위해 JR동일본에서는 기존 통근형과 근교형을 통합한 "일반형"의 새로운 차량 타입을 개발하기로 하고 209계에 새로운 기술들을 가미한 E231계 차량을 개발하기에 이르렀다.
2. 통근형과 근교형 성능에 모두 부합하는 차량 시스템의 개발
E231계의 개발 모토는 통근형과 근교형 성능에 모두 부합하는 차량이었다. 이미 이전의 통근형전동차 209계와 E217계가 서로 호환되는 부분이 많은 차량이었지만 차량의 성능과 그에 따른 설계는 다소 차이가 있었다. 따라서 이 기본 설계까지 통합한 한 형식의 차량으로 도입하게 되었다.
기본적으로 4도어의 광폭형 스테인리스 차체, 대차, 견인전동기, 기어비와 TIMS를 사용하는 제어시스템 등을 공통화 하되 필요한 노선의 사양에 맞도록 통근형과 근교형을 구분하여 내장, 설비등을 모듈처럼 끼워맞추도록 설계하였다. 따라서 통근형과 근교형은 동일한 형식명을 가지고도 서로 다른부분이 꽤 많은것이 특징이다.
3. 209계 950번대에서 시작된 E231계 통근형
E231계는 통근형 타입이 먼저 개발되고 이후 근교형이 추가되었는데 이는 이전 형식인 209계에서 파생된 시험차 209계 950번대를 기초로 하고있다. 1998년 209계 500번대의 차체나 내장, 대차등을 그대로 활용하되 전장품, 제어계통을 일신했다. 특히 여기서 TIMS제어시스템과 IGBT소자를 사용하는 3레벨 VVVF인버터 외에도 몇가지 신기술이 채용되어 츄오-소부 완행선의 209계 500번대와 함께 시험운행이 이뤄졌으며 2000년부터 본격적으로 양산되면서 209계 950번대는 그대로 E231계 900번대로 변경되었다. 양산차가 투입되자 마자 2000년에 바로 로렐상을 수상할 정도로 높은 기술적 평가를 받았다.
- E231계 500번대의 주행음. 3레벨 특유의 바람소리가 특징이다. IGBT인버터 초기에는 내전압성이 좋지 않았기 때문에 소용랑의 IGBT소자를 3레벨로 구성하는 경우가 많았다(당연히 회로도 복잡하고 비쌌다)
- E231계의 시제차 E231계 900번대 B901편성. 차체나 내장 부분이 거의 동일하기 때문에 209계 950번대로 제작되었는데 미츠비시, 히타치제의 추진제어장치가 각 유니트별로 설치되었으며 미츠비시제는 통근형에, 히타치제는 근교형에 각각 채용되었다.
- E231계의 도어엔진 모형. 왼쪽 위의 컨트롤유닛(DCU)가 전체적인 제어를 담당하고 오른쪽 끝의 모터가 승강문의 봉을 돌려 출입문을 움직이는 구조로 되어있는 스쿠류구동 방식을 택했다. 이 도어방식은 우리나라에서도 대부분의 전기식 도어에 채용되고 있다.
4. E231계를 이해하기 위해 먼저 "TIMS"를 이해하자
철도차량, 특히 전동차와 같은 동력분산식 차량은 차량의 기동부터 가속/감속, 각종 기기의 상태감시, 제어와 같은 모든 작업들이 한 곳(운전실)에서 모든 차량에 대해 이루어져야 한다는 점 때문에 굉장히 복잡한 제어체계를 가지고 있다. 이를 위해 전동차에는 수많은 전선과 전동차의 배터리에서 나오는 직류100V의 전류, 그리고 계전기를 통해 각종 제어가 이루어졌는데, 80년대~90년대 부터는 각 차량에 컴퓨터를 설치해 차내 기기의 제어와 감시를 컴퓨터간의 통신으로 통합하려는 노력이 시작되었다. 200계 신간선 차량을 시작으로 205계나 211계와 같은 초창기엔 단순하게 장치들의 상태를 모니터링하고 고장 발생시 그 내용을 기록하는 정도의 간단한 기능에 그쳤으나 점차 발전을 거듭해 651계 쯤엔 MON-3시스템이 채용되어 당시 CRT모니터에 기기들의 상태를 표시해 승무원에게 알려주는 기능이 추가되는등의 발전을 거듭해 209계에 이르러서는 컴퓨터간의 통신으로 서비스기기 대부분의 제어를 할 수 있게 되었다. 따라서 기존 전동차에서 150개정도 되던 제어점퍼선은 약 80여개로 줄일 수 있게 되어 차량 설계/제작비용을 크게 절감시키는데 기여하였다.
E231계에 탑재되는 TIMS시스템은 기존 209계에서 사용되던 MON-8이라는 시스템을 개량한 것으로서 각 차량간의 통신속도를 크게 향상시키고 여러가지 기능을 추가시켰다. TIMS는 마스콘의 전/후진 역행/제동 지령 전송 뿐만 아니라 주요기기의 제어 및 능동적인 고장차단 및 백업조치, 안내방송 및 승객안내장치와 같은 승객안내 기능 제공, 각종 서비스기기의 제어 및 고장정보 확인과 같은 세세한 기능을 갖추고 있으며 소프트웨어의 간단한 수정에 의한 기능추가로 지속적인 진화가 가능하기 때문에 E231계의 근교형 쯤에 와서는 계기판을 디지털화 시킨 "글래스 콕핏"의 실현, 무선통신을 연결하여 각종 주변선구의 운행정보 확인(운행지령, 지연정보, 주변 열차위치), CCTV의 제어와 녹화저장, Suica 그린샤 시스템의 관리와 같은 자잘한 서비스기기의 제어기능도 간단하게 추가가 가능했다. 따라서 여러가지 제어기기를 운전실이나 차량 이곳저곳에 설치하고 이를 승무원이나 검수원이 일일히 관리하는 번거로움 또한 크게 줄어들게 되었다.
- TIMS열차제어시스템의 모니터(DU) 기본적으로 열차상태의 모니터링 뿐만 아니라 운행정보 검색과 같은 수많은 기능을 이 모니터 하나로 볼 수 있는것이 장점이다.
By 投稿者っ製作 - 自ら撮影, CC 表示-継承 3.0, Link
- TIMS제어함은 각 차량 하부에 위치해있었다.
- E231계 500번대 TIMS의 운행정보 현시모습. 가운데에 운행시각표가 표시되고 왼쪽에는 디지털ATC의 잔여거리(Distance to GO)를 보여준다. 거기에 서행구간이 설정되어 있으면 이것도 안내해 주고 있다.
- TIMS의 운행정보 현시모습 두번째. 환승역의 연계열차 운행정보(실시간)이 표시되고 사고 등으로 인한 지연이나 운행중단이 발생하였을 경우 실시간으로 이를 알려주고 있다(케이요선 출입문 장애로 인한 열차지연 발생정보가 올라와 있다) 이미 이 시점에서 승객안내장치에는 자막 등으로 안내가 되고 있을것이다.
5. 209계에 준하는 실내구성과 VIS의 신설
E231계의 실내 설계사상 자체는 "유니버셜 디자인"이라 할 수 있는 209계를 그대로 따 왔기 때문에 209계에서 큰 변화는 없었다. 209계 500번대와 동일한 광폭차체를 채용했으며 객실 유리창을 선팅처리 하거나 배리어프리를 위한 휠체어 스페이스가 추가되는등의 개량이 가해졌다. 하지만 객실안내시스템은 차원이 틀렸다. 먼저 TIMS를 통한 자동안내방송이 적극적으로 시행되었고, VIS(Visual Information System)의 채용으로 실시간-다각도의 안내체계를 구축한 것이다. VIS는 운용선구 내에 깔린 무선 네트워크망을 통해 주변선구의 운행장애나 지연과 같은 운행정보를 수신받아 이를 객실 내 모니터(E231계 500번대 등)나 LED전광판(0번대, 근교형)에 표시해 승객에게 즉각적인 안내가 가능하도록 되어있는것이 특징이다. 특히 야마노테선에 운용되는 E231계 500번대는 출입문 위에 두개씩 15인치 LCD모니터를 설치하고 한쪽면에는 VIS를 통한 각종 승객안내, 다른 한쪽면에는 뉴스, 날씨정보, 각종 생활광고등을 송출하는 디지털사이너지 서비스 "트레인 채널"로 운영해 짭짤한 광고수익을 올렸으며 다른 사철에서도 이 시스템을 적극적으로 채용하게 하는 촉발제 역할을 하였다.
By The RW Place - 投稿者sが撮影, CC 表示-継承 3.0, Link
- E231계 0번대의 객실. 큰 차이는 없고 객실창문의 일부를 내릴 수 있도록 구조를 개선한 것 정도가 차이점이다.
- 처음 도입되었을 때만 해도 굉장한 반응을 불러일으킨 LCD모니터식 승객안내장치(VIS) 오른쪽의 모니터에는 청각장애인의 대응을 위한 정차역의 단순한 안내뿐만이 아니라 소요시간, 정차역의 주요시설물, 운행정보 안내가 시행되었으며 왼쪽에 표시된 광고는 매일 백만 가까운 승객이 이용하는 야마노테선에선 엄청난 광고수익을 가져다 주었다.
- VIS의 최고 강점이라 할 수 있는 실시간 운행정보 제공 기능. LED전광판으로 되어있는 차량도 자막으로 안내가 되며 타 회사의 운행정보도 제공된다. 운행장애는 예방과 발생시의 복구도 중요하지만 이렇게 승객에게 사전에 안내함으로서 혼란을 방지할 수 있는 역할을 할 수 있다. 옆의 어느나라가 가장 안되고 있는 부분중의 하나.
6. 츄오-소부완행선, 죠반쾌속선-나리타선에서 운용중인 0번대
2000년 E231계가 최초로 도입된 곳은 츄오-소부완행선이었다. 본래 209계 500번대를 개조하여 E231계의 시제차를 운용했고 이를 포함 470량이 츄오-소부완행선에서 활약하고 있으며 이 곳에서 운용되던 201계를 케이요선으로, 205계는 야마노테선이나 요코하마선 등으로 보내버렸다. 츄오-소부선용 차량에는 6비차가 채용되어 있다.
한편 2001년 11월 부터 죠반선 쾌속열차에도 녹색의 E231계가 투입되었다. 본래 죠반선은 지하철 치요다선과 직통운행하는 완행선, 그리고 직교류양용차를 사용하여 이와키나 츠지우라까지 운용되는 죠반본선 외에 죠반본선과 같은선로를 이용하면서 직류구간 끝인 토리데까지만 운행되는 죠반쾌속선 운용이 따로 있다. 이 운용에는 청록색의 103계가 15량 편성으로 운용되어오다가 드디어 E231계로 세대교체를 이룩한 것이다. 역시 10량 본편성과 5량 부속편성으로 구성되어 총 285량이 제작되어 죠반쾌속선 및 우에노도쿄라인 구간에서는 15량 편성으로 운행하며 도중 아비코에서 가지치기되는 나리타선에서도 5량짜리 부속편성이 운용되고 있다.
- 죠반 쾌속선의 E231계. 우에노에서 죠반선 직류구간의 끝인 토리데까지 직교류차와 같은 선로로 다니는 죠반쾌속선은 이 E231계가 다니기 이전엔 103계가 운행되었다. 이제는 우에노도쿄라인을 따라 시나가와까지 운행되고 있다.
- 죠반쾌속선용의 경우 이렇게 따로 5량편성만 나리타선 아비코지역 구간 열차로도 운용된다.
7. 도쿄권을 대표하는 야마노테선의 500번대
2000년대 초반부터 야마노테선의 ATC신호설비를 신형 디지털식 ATC로 교체하는 과정에서 차량도 기존의 205계에서 신형 차량을 도입하기로 결정해 2002년부터 E231계 500번대가 새롭게 제작되었다. 야마노테선의 상징색인 연두색의 줄무늬를 한 E231계 500번대는 선두부가 0번대와 다른 날카로운 디자인으로 바꾸는 등의 차이를 두었으며 특히 15인치 모니터를 사용한 VIS안내장치를 일본 최초로 도입하였다. 11량 편성이므로 6M5T로 조성되어 기동가속도도 3.0km/h/s로 높아졌으며 추진제어장치 소프트웨어를 개선해 완전전기제동도 가능하다. 도입 당시부터 한편성에 2량씩 6비차가 조성되어 있었으나 2010년부터 야마노테선 전 역사에 홈도어(스크린도어의 반밀폐형)를 설치하고 정지위치를 자동으로 맞춰 정차하는 TASC(Train Auto Stopping Control)를 설치하는 사업이 개시되면서 6비차(사하 E230)를 모두 기존 4비차인 사하 E231 4600번대로 교체하였다. 이 차량은 옆의 케이힌도호쿠선 E233계 1000번대와 홈도어의 위치를 맞추기 위해 출입문 위치를 다소 변형해 두었다. 2017년 부터는 후속차량인 E235계에게 야마노테선 주력열차의 위치를 내주고 순차적으로 츄오소부완행선으로 이적했으며 기존에 교체한 사하 E231-4600번대 차량은 E235계로 개조되어 편입되었다.
- 야마노테선을 운행중인 E231계 500번대. 선두부 모양이 조금 다르게 되어 2000년대의 야마노테선, 아니 JR동일본 전체를 대표하는 차량 역할을 담당하였다.
By Tennen-Gas - 投稿者自身による作品, CC 表示-継承 3.0, Link
- E231계 500번대의 객실. 좌석 색깔이 조금 틀리며 객실안내장치 모니터가 있는것이 차이점.
- 지금은 모두 없어졌지만 500번대에도 6비차가 운용되었다.
8. 자매품 지하철 도자이선 직통용 800번대.
한편 도쿄지하철 도자이선과 츄오-소부 완행선간을 직통운행하는 JR측의 차량에도 E231계가 투입되면서 그 곳에서 운용중이던 301계나 103계 1000번대 등을 모두 퇴역시키게 되었는데 2003년부터 E231계 800번대가 투입되기 시작하였다. 지하구간에 투입되는 관계로 광폭차체가 아닌 기존 직각차체로 되어있으며 209계 1000번대처럼 6M4T로 조성하여 다른 E231계에 비해 가속력이 뛰어나며 운전실 부분에 비상용 관통문 등이 갖춰져 있다. E231계 800번대는 7개편성 총 70량이 도입되었으며 같이 직통운행을 시행하는 도요고속철도 구간에서는 운용되지 않고 있다.
- E231계 800번대. 전체적인 모양은 이전의 209계 1000번대와 같다.
9. 점점 국철 시대의 차량을 밀어내다.
이렇게 도입된 E231계는 E231계의 후속 차량들이 등장하면서 주력 노선을 떠나 변두리 노선으로 밀려나면서 그곳에 있던 205계나 209계 등을 다시 밀어내면서 세대교체와 더불어 수도권에서 국철시대 차량의 완전 퇴출을 이룩했다. 먼저 2017년부터 야마노테선의 500번대가 신예 E235계에 교체되며 10량으로 재조성해 츄오소부완행선으로 이적, 그 곳에 있던 209계 500번대를 먼저 퇴출시켰다(남는 한량씩은 E235계에 편입). 209계 500번대는 그대로 퇴역하거나 4량으로 줄여 3500번대로 개조, 카와고에-하치코선으로 이적시켰다. 야마노테선에서 넘어오는 차량이 워낙 많기 때문에 츄오소부완행선의 E231계 0번대도 3개편성이 8량으로 재조성되어 무사시노선으로 넘어가거나 4량편성짜리 3000번대로 개조되어 3개편성이 카와고에-하치코선으로 이적하였으며 남는 편성은 6M4T로 재조성되어 운용되고 있다. 이렇게 발생된 운용노선 조정으로 인해 도쿄 변두리권에 남아있던 205계가 추가로 퇴역해 얼마 남지 않은 국철시대 차량의 퇴역이 가속화 되고 있다.
- 카나리아 도색을 한 E231계 500번대. VIS모니터 등 접객설비가 충실한 500번대를 이쪽으로 이적시켜 밀어내는 식으로 도쿄 노선의 전체적인 서비스수준을 향상시킬 수 있게 되었다.
- 카와고에-하치코선의 3000번대. 출입문 반자동 스위치가 추가된것이 특징. 역시 209계 500번대와 혼성으로 이적했기 때문에 선두부 색깔로 구별해야 한다.
- 무사시노선의 E231계 0번대. 역시 4M4T로 운용이 가능하다.
10. JR동일본의 본격적인 차량제작 세일즈의 시초.
94년 니이가타 지역에서 운용되는 차량의 중검수 등을 담당하던 니이츠차량소를 니이츠차량제작소로 전환해 직접적인 차량제작에 뛰어든 이래 209계나 E217계 같은 스테인레스 차체의 근교/통근형 전동차를 직접 생산하게 된 JR동일본은 이후 E231계 차량 또한 니이츠차량제작소를 통해 직접 생산되었다. 본래 도큐차량제조와 공동개발하고 초기형의 생산은 도큐차량 외에도 카와사키중공업 등의 회사가 담당했으나 이후 대부분의 물량을 니이츠차량제작소에서 해결할 수 있었다. 거의 한달에 두세번씩은 니이츠->도쿄지역까지 아예 자력회송을 통해 이동할 정도로 엄청난 량을 거의 찍어내다 시피 했던 JR동일본은 이후 E231계 차량을 베이스로 하여 타 사철에까지 세일즈를 펼치고 있다. 가장먼저 사가미철도(소테츠)에서 10000계를 E231계와 거의 동일한 설계로 도입하였으며 이후 도쿄도교통국(도영지하철) 신주쿠선에 투입되는 10-300계 또한 E231계와 동일한 설계로 니이츠 차량제작소에서 직접 제작하였다. 이외에도 도큐 5000계, 난카이 8000계 등의 차량도 도큐차량제조가 E231계의 설계안을 토대로 제작하기도 했다.
- 사가미철도(소테츠) 10000계 전동차. 이때부터 JR과의 직통운행을 염두해둔 듯 ATS-P와같은 신호개량 공사도 병행했다. 덕분에 소테츠만의 특징은 많이 줄긴 했지만...
- 지하 이설전의 케이오전철 쵸후역에 진입하는 도영지하철 10-300계. 이와 더불어 10-300R계와 같은 구형 차량에 붙일 임시 선두차도 함께 도입되어 운용된 적이 있다.
- 글 : 송승학(부운영자,787-ARIAKE)
- 사진 : 일본철도연구회 사진DB, Wikipedia, Onpuch
