今度のダイヤ改正（3月16日）で定期運用の全廃がアナウンスされているJR東海の117系。3月に入り、改正まであと2週間を切りましたが、まだまだ定期運用が続いています。一時は非公式ながら、改正を待たずに2月で置き換え完了との情報もあったのですが、運用がなくなったのは4連の1行路のみ。8連の2行路は3月5日の今日も117系で運用されています。

その一方で、S2・S3編成が3月4日に廃車回送されています。

3月に入っても残る定期運用

JR東海は来る3月16日のダイヤ改正で、117系の定期運用廃止を発表しています。すでに置き換えとなる313系の投入は完了しており、某労組のサイトによれば「改正を待たず、2月中に置き換え」との情報もありました。

ところが、置き換えにともなって駅に掲示されるはずの「ドア位置変更案内」が一向に現れません。一時は、大垣駅から土休日の2扉列車（つまり117系）の案内が消える、ということもあったのですが、運用そのものはいまだ継続しています。

では、現状の運用はどうなっているのかを見てみましょう。以下は昨年末12月時点の運用図です。

• JR東海117系運用ダイヤ・2012年12月変更 （PDF形式）

このうち3月に入って消滅したのは、平日・土休日とも昼間時の4連運用だけ。8連の運用は3月5日現在、まだ残っています。

正直なところ、ここまで運用が残るとは思っていませんでしたが、やはり運用のやりくりがうまくいかなかったのでしょうか。というのも、もともと編成数に無理があるのも否めないからです。

以下は、313系4次車の投入にともなって変化した117系の運用行路数の推移です。今年度初頭、117系は9行路の定期運用に就いていました。予備1編成を含めて40両が稼働していたわけですね。ところが、今年度置き換え用に投入された313系は全部で32両。単純計算で8両足りません。そこは共通予備を調整して運用する予定だったのでしょうが、故障や事故などがあるとすぐに運用が回らなくなってしまうんですね。

註 2012年12月は大垣～米原のみ。

S2・S3編成が廃車回送

そんなせっぱ詰まった状況のなか、3月4日にはさらに2編成（S2・S3編成）が西浜松へ廃車回送されました。運用行路は1本しか減っていないので、117系は現在予備のない状態です。

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運用情報掲示板からの情報です。本日、313系5000番台6両編成（Y117編成）と5300番台2両編成（Z5編成）が日本車輌を出場、公式試運転を経て大垣車両区に配置となりました。

これにより、今年度の313系増備（32両）、くわえて2010年から行われている313系4次車・計120両の投入が完了したことになります。313系4次車は、211系0番台を除く国鉄型車両（117系・119系）を置き換える目的で投入され、平成23年度には119系が全車引退。残る117系も2月の定期運用離脱が決まっている模様で、今回の投入でその準備が完了したことになります。

313系5000/5300番台 編成表

4次車が出揃った313系5000番台の編成表を示します。

まずは6両編成。3次車として12編成72両がすでに配置されていましたが、4次車として2010年に1編成と今年度4編成、計5編成30両が増備。全部で17編成・102両の陣容となりました。

続いて、通称5300番台（2両編成）。4次車として5編成10両が増備されました。5編成しかないので、他の2両編成（300番台）と共通運用が図られるのか、それとも独立した限定運用となるのか、ダイヤ改正後の運用が注目されます。

117系運用離脱のカウントダウン

さて、313系の増備が完了しましたので、いよいよ117系の定期運用離脱が秒読み体勢に入りました。通常、新車が入ると、1週間ほど試運転をしたのち営業運転に入ります。ただし、それより早く運用に就くこともありますので、早ければ今度の連休中にも117系運用が置き換えられる可能性もあります。

おそらく最後となる運用図と、編成表を示しておきます。

• JR東海117系運用ダイヤ・2012年12月変更 （PDF形式）

追記 - 3月になっても運用は残った

ダイヤ改正まで2週間を切りましたが、なんと117系の運用はまだ残っています。一方、さらに2編成が廃車回送されています。

• ダイヤ改正直前・2編成が廃車回送も、まだまだ走る117系 （2013/3/5）

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買えないはずが、買えちゃった。

今朝、JRの駅のホームにある自販機（TOICA対応）で、飲み物を買ったときの話です。商品を選び、TOICAを当てると、ピッと音がしてチャージが引かれ、缶コーヒーが取り出し口にゴロン。まあ、当たり前の状況ですが、ここで「あれっ？」と思いました。私が当てていたのは、TOICAではなくmanacaだったのです。

要はTOICAのつもりで間違えてmanacaを当てていたわけなんですが、あれ？と思ったのは、TOICAとmanacaの電子マネー相互利用はまだ始まっていないはずだからです。乗車カードとしての相互利用は平成24年に開始していますが、電子マネー相互利用はまだお預け。manacaが使えちゃった自販機にも、

まあ、暦の上ではもう春なんですが（笑）、公式リリースでは平成25年3月23日からとなっています。よもやフライングしてるところがあるとは、意外でした。

逆もできた

TOICA対応自販機でmanacaが使えるなら、逆はどうなんだろう？と思い、今度は地下鉄の駅にあるmanaca対応自販機でTOICAを使ってみたところ、こちらもすでに可能でした。おかげで朝から缶コーヒーを2本飲むハメに（違）。

電子マネー相互利用開始にあたっては、自販機などは一台ずつ機器の調整が必要なので、公式発表の3月23日までに順次すべてを終わらせる必要がある、そういうことなのかもしれません。つまり3月23日は、すべてが確実に相互利用できる日であって、実際はその前でも使える機器がある、ということなのでしょうか。

コンビニは無理

ちなみにコンビニはまだ無理のようです。サークルKで顔見知りの店員に頼んでTOICAを試してもらいましたが、やっぱりまだ無理でした。

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3月に迫ったJRのダイヤ改正。改正後は関連記事が集中することになりますので、いまのうちに鉄道設計技士試験のやり残しを書いておきます(笑)。

前回は、アノ車両の抑速ブレーキに関する問題と題して、213系5000番台に似た条件の車両が、下り勾配で抑速回生ブレーキを使うときの設問を解説しました。今回はその設問の続きです。

問40（続き）

電車が20‰の勾配を下りきり、平坦区間に入った直後に、抑速回生ブレーキ時の5倍の回生ブレーキ力で一定ブレーキ力のまま減速を続けた。

2. 電車が速度72 km/h から7.2 km/h まで減速するまでに( [2] )秒を要した。
3. 速度7.2 km/h に達した瞬間の架線電圧は1,500 V に低下しており、ここで空気ブレーキに切り替わった。この間、回生ブレーキ力は一定であったとすると、平坦区間における回生エネルギー量は( [3] ) MJである。
4. 速度7.2 km/hに達した時の架線への回生電流は( [4] ) Aである。
5. 平坦区間で回生ブレーキが動作した間の平均回生パワーは( [5] ) kW である。このことから、ブレーキ時のエネルギーを発電抵抗や制輪子摩擦で最終的に熱として処理する場合に比べると、回生ブレーキの有効性がよくわかる。

前回は下り勾配の抑速回生ブレーキの問題でしたが、今回は平坦区間における回生ブレーキの問題です。車両の質量や諸々の走行抵抗を無視することなど条件は前回と同じ。

例によって、図は私のオリジナルです。

前回の問題は、213系電車によく似ていると言いましたが、今回はちょっと条件が異なります。前回の抑速ブレーキは、M車（電動車）がT車（付随車）のブレーキ力も負担し、これは213系も同じです。しかし、通常ブレーキとなると、213系の回生ブレーキはM車分のみしか負担せず、T車は別途空気ブレーキを使います。

また、界磁添加励磁制御の213系は、速度が25km/h程度で回生ブレーキが失効します。したがって、問題にあるような7.2 km/h まで回生ブレーキのみで減速するケースは、我らが213系とはだいぶ条件が違います。

減速にかかる時間を求める

では、順に解いていきましょう。

設問の2番目は、前回の抑速回生ブレーキ時の5倍のブレーキ力（一定）を平坦区間でかけたとき、72km/hから7.2km/hまで減速するまでの時間を求める問題。ここで抑速回生ブレーキ時の回生ブレーキ力は、前回の解説で示した 13.2kN です。

まず、ブレーキ力F(kN)は13.2kNの5倍ですから、F = 13.2 × 5 = 66.0 kNです。このブレーキ力と車両の質量m（= 38t+28t = 66t）から、ブレーキの加速度（減速度）a (m/s²)を求めます。減速度ですから符号は負にしておきます。

• F = ma
• a = F/m
• a = -66.0 / 66
• = -1.0 m/s² = -3.6 km/h/s

運動方程式（力 = 質量×加速度）を変形して、加速度（減速度）を求めただけです。最後に単位をm/s²から3.6をかけてkm/h/sに直していますが、m/s²のままでもかまいません。その場合は、速度をm/sに直すことになります。

次に時間を求めましょう。一定加速度aで減速するとき、時間tと初速度v0が速度vの関係は以下の式になります。速度の差(v-v0)は、加速度aに時間tを掛けたものに等しい、これを式にしただけです。

• v - v0 = at
• t = (v - v0) / a
• t = (7.2km/h - 72km/h) / (-3.6km/h/s)
• t = 18 s

したがって、設問2の回答は 18秒となりました。

回生エネルギー量を求める

次に、この間に回生ブレーキで得られた全エネルギー量を求めます。いろんな出し方があるのですが、今回は走行抵抗を無視していますので、減速に使われたエネルギーは回生電力量に等しくなっています。ですから、減速前と減速後の運動エネルギーの差を求めるのが簡単でしょうね。

運動エネルギーK（kJ）は、質量m（t)に速度v（m/s）の2乗を掛け、さらに半分にしたものに等しくなります。

• K = 1/2・m・v²

では、初速度v0=72km/hのとき、速度v=7.2km/hのときの運動エネルギーの差ΔK(MJ)を求めてみましょう。J（ジュール）で求めるとき単位はメートルと秒を使いますので、速度はkm/hを3.6で割ってm/sに直します。

• ΔK = 1/2・m（v0² - v²）
• = 1/2×66×{(72/3.6)² - (7.2/3.6)²}
• = 1/2×66×(20² - 2.0²)
• = 13068 kJ
• = 13.068 MJ

質量がt（トン）の場合、出てくる値はkJ（キロジュール）ですので、MJ（メガジュール）に直すため、最後に1000で割っています。さらにこの問題は、小数点以下を四捨五入して求めることになっていますので、13 MJが正答となります。

7.2km/hに減速したときの回生電流

この設問は、前回の抑速回生ブレーキ時の回生電流を求めた方法が使えます。つまり、前回と同様にブレーキ出力を求め、それを架線電圧で割ってやれば求まるんですね。

前回解説したとおり、ブレーキ出力P(kW)は力と速度を掛けたものになります。これにブレーキ力F（=66.0kN）、速度v（=7.2km/h/3.6 = 2.0m/s）を代入してやりましょう。

• P = F・v
• = 66.0×2.0
• = 132 kW

求めたブレーキ出力Pを架線電圧E(=1500V=1.5kV)で割ってやると、回生電力I(A)が得られます。

• I = P / E
• = 132kW / 1.5kV
• = 88 A

設問4の解答は、88Aとなりました。

平均回生パワー

最後の設問は平均回生パワー。つまり、平均回生出力です。ブレーキ出力はブレーキ力に速度を掛けたものですから、ブレーキ力が一定でも速度によって変化します。速度が高ければ大きく、速度が低ければ小さくなるので、平均というわけですね。

出力は、単位時間あたりの仕事量（＝エネルギーの変化量）です。したがって、平均回生パワーPm(kW)を求めるには、設問3で求めた回生エネルギー量ΔK（＝13068kJ）を、設問2で求めた減速にかかる時間t（＝18秒）で割ってやれば良いんですね。

• Pm = ΔK / t
• = 13,068 / 18
• = 726 kW

ってことで、解答は726kWとなりました。余談になりますが、この出力をモーター1個あたりに換算すると181kW。さらに初速度72km/hで計算すると、モーター1個あたり330kWにも及びます。このように力行時に比べ、ブレーキ時のモーター出力はかなり大きくなるんですね。

関連リンク

• 鉄道設計技士試験 試験問題集 （鉄道総研）

関連記事

• アノ車両の抑速ブレーキに関する問題？ （2012/11/20）

運用情報掲示板にいただいた情報です。313系5000番台（Y116編成）・313系5300番台（Z4編成）計8両が、1月9日に日本車輌より出場し、大垣車両区に配置されました。

313系4次車の新製投入は、2010年度より3年間に渡って120両を投入し、旧型車両（117系・119系電車）の置き換えを目的とするものです。119系の置き換えは昨年度末にすでに完了。今年度は117系の置き換え車の投入が進められており、今回の投入分で残すところあと8両となりました。2月末で117系を置き換えるとの情報がありますので、今月ないし来月はじめには残りの新製が完了するものと思われます。

では、現在の313系5000番台（6両編成）の編成表を示します。現在までに16編成、最終的に17編成が揃うものと見られています。

続いて、5300番台（2両編成）。こちらは現在4編成、最終的に5編成となるものと思われます。

今回入ったY116・Z4編成ですが、これまでの傾向から、1週間ほど試運転を実施した後、営業運転に入るものと思います。一方、117系の運用はすでに5行路しかありませんので、いきなり運用を変更することはなく、残りの新車が入ってから一度に置き換えるものと考えられます。

• JR東海117系運用ダイヤ・2012年12月変更 （PDF形式）

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