도카이도 신칸센에서는 전 노선에 걸쳐 주파수 60Hz(헤르츠)의 전기에 의해 열차를 주행시키고 있기 때문에 주파수가 50Hz인 후지카와 이동 지역에서는 전력회사로부터 수전한 전기를 회전형 및 정지형의 2종류의 주파수 변환 장치(이하, 「FC」라 한다)에서 60Hz로 변환하고 있습니다.

이번에, 도카이도 신칸센의 모든 FC를, 기술 개발의 성과에 의해서, 에너지 절약성이나 유지 보수성이 뛰어난 정지형 주파수 변환장치로 변경하기로 했으므로 알려드립니다.

1. 개요

1.1. 회전형 주파수 변환장치와 정지형 주파수 변환장치의 특징과 기술적 과제 (링크의 PDF 파일 별지 1 내용 별도 참고)

 - 회전형 주파수 변환장치는 도카이도 신칸센 개업 이후 설치 된 방식으로서, 대형의 전동기와 발전기를 조합하여 주파수를 변환하는 장치이며, 정지형 주파수 변환 장치는 전력 반도체를 이용하여 주파수를 변환하는 장치 입니다.

 ※ 전력반도체 : 큰 전력을 다룰 수 있으며, 주로 전력의 제어나 변환에 사용되는 반도체를 말합니다.(예를 들어 GTO사이리스터와 IGBT가 존재함.)

 - 회전형 주파수 변환장치는 가선의 지락 등에 의한 순간적인 대전류나 다이아 혼란 등에 의한 과부하가 발생해도 전력 공급을 계속할 수 있는 한편 가동시의 에너지 손실이 커집니다.

 ※ 지락 : 가선에 새나 뱀 등의 개재물이 접촉한 경우에 전류가 지면으로 흐르는 것입니다.

 - 정지형 FC는 에너지 절약성이나 유지보수성이 우수하지만 순간적인 대전류나 과부하가 발생하면 기기의 보호를 위해 자동적으로 전력 공급을 정지합니다.

 - 당사(JR도카이)에서는 지금까지, 회전형 FC로부터, 메리트가 큰 정지형 FC로의 치환을 차례차례 진행해 왔습니다만, 순간적인 대전류나 과부하의 발생에 대비해, 회전형 FC를 일부 남길 필요가 있었습니다.

△ 좌 : 회전형, 우 : 정지형

1.2. 기술개발 및 시공 내용 (링크의 PDF 파일 별지2 내용 별도 참조)

 - 이번에 두 개의 기술을 새롭게 개발 하였습니다.

 ① 가선의 지락 등이 발생했을 때에도 전력 공급을 계속할 수 있도록 정지형 FC를 제어해 해당 회선의 전압을 급격히 낮춰 전류를 억제하는 기술을 개발(세계 최초 기술(특허 취득 완료))

 ② 열차 운행이 원활하지 않아 열차가 집중될 경우 과부하 발생을 사전에 예측하고 회피하기 위해 필요한 가속 제한을 자동으로 산출하는 기술(세계 최초 기술(특허 출원 완료))

 - 이것에 의해, 츠나시마 주파수 변환 변전소의 2대의 회전형 FC를 정지형 FC로 교체해, 지금까지 기술적으로 실현 곤란했던, 동해도 신칸센의 FC를 모두 정지형 FC로 하는 것이 가능해졌습니다.

2. 효과

 - 에너지 절약화 : 연간 약 4천만 kWh의 전기 사용량, 연간 약 2만 톤의 CO2 배출량을 삭감할 수 있을 전망으로, 카본 뉴트럴을 향한 효과를 기대할 수 있습니다.

 - 유지보수의 절감화 : 회전형 FC와 비교해 정지형 FC는 가동 부분이 적고 구성 부품도 적기 때문에, 유지보수의 인력 절감화가 전망됩니다. 이를 통해 미래에 노동력 인구가 감소하는 가운데서도 유지보수 체제를 유지하기 쉬워집니다.

 ⇒ 에너지 절약화, 유지보수 절감화로 연간 약 9.8억엔의 비용 절감을 전망합니다.

3. 일정

2032년도 말 신3호 정지형 FC(츠나시마) 운용 개시 예정
2037년도 말 신2호 정지형 FC(츠나시마) 운용 개시 예정
 ⇒ 2037년도 말에 모든 FC의 정지형화 완료

4. 공사비 : 약 268억 엔

참고자료

https://jr-central.co.jp/news/release/_pdf/000042735.pdf