JR西日本521系電車
概要
当系列は2006年10月21日に開始された北陸本線の長浜駅 - 敦賀駅間と湖西線の永原駅 - 近江塩津駅間の直流化および老朽化した車両の更新を目的に投入された。
車体は乗り入れ先となるアーバンネットワークで使用されている223系2000番台と同一のサービスを提供できることを前提として設計された。1編成2両の製造費用は約5億円。
2009年度以降は、金沢地区の体質改善用（老朽化の激しい419系・475系・457系の更新用）として導入が進められ運用を拡大。これは2015年3月14日の北陸新幹線の長野駅 - 金沢駅間延伸開業に伴い並行在来線として経営分離された北陸本線を転換した第三セクター鉄道への経営支援策も兼ねており、あいの風とやま鉄道に16編成、IRいしかわ鉄道に5編成が譲渡されている（北陸新幹線開業に伴う譲渡の節を参照）。
JR西日本が新製投入した交直流近郊形電車は本系列が初めてであり、営業用の交直流電車としては初の2両編成を組成している。
主要機器
223系に代表されるJR西日本の直流電車の電装品などを極力共用しつつ、交流区間でも使用できるよう、制御電動車は直流電車相当の機器のみを搭載し、制御付随車に集電装置・変圧器・整流器といった交直流対応装備が搭載されるというM-Tp（pはパンタグラフのp）ユニット構成となっている。これにより、電動車は直流電車と機器の共通化が容易となり、保守上も特高圧機器と高低圧機器の混在によるトラブル防止のメリットがある。
このため、電動車だけでなく、制御付随車にも変圧器をはじめ床下に多数の機器が配置され、高圧碍子で厳重に絶縁されたパンタグラフも同車に搭載されている。このシステムは1958年（昭和33年）、交直流電車の試作車両として在来車を改造して、仙山線にてテストされた、国鉄クモヤ（クモハ）491形・クヤ（クハ）490形 (ただし50Hz専用)で試作後、システムを交流専用として1978年（昭和53年）、日本国有鉄道（国鉄）時代の781系にも採用された方式であり、JR西日本においては特急形の681系・683系で確立されたが、JR西日本の近郊形電車としては本系列で初めて採用された。また、耐寒耐雪装備として各車の床下機器・台車には防雪カバーが取り付けられている。
電源・制御機器
Mc車には車両制御装置と空気圧縮機を、Tpc'車には主変圧器、主整流器、集電装置を搭載する。
主変圧器 (WTM27) は走行風利用自冷式を採用し、1,200 kVA の容量を備える。
主整流器は、IGBT素子を使用した自冷式PWMコンバータ WPC12-G2 である。冗長性の観点からコンバータは2台並列接続とされ、故障発生時には片群を解放することで出力制限により運転を続行できる。
車両制御装置は東芝と三菱電機が製造する、IGBT素子を使用した3レベル電圧形PWMインバータ WPC11-G2 である。1基の装置中にインバータを5基（主回路部4基+補助電源部1基）搭載し、インバータ1基で1台の主電動機（かご形三相誘導電動機）を制御する1C1M制御方式を採用している。補助電源部が故障した際には主回路用インバータをCVCF制御することで補助電源のバックアップとしている。
空気圧縮機は、除湿装置と一体化した低騒音型スクリュー式 WMH3098-WRC1600 を搭載する。スクリュー式空気圧縮機は223系2000番台以降などでの採用実績がある。
集電装置は、着雪防止を考慮しシングルアーム式パンタグラフ WPS28D を採用する。機器配置は683系に極力合わせているが、パンタグラフ上下用空気碍管をパンタグラフ支持碍管と一体化することで部品点数削減と省スペース化を図っている。
主電動機は、WMT102C （1時間定格出力230kW）を電動車両1両あたり4基搭載する。長寿命化の観点から絶縁種別をH種からClass200に向上させ、従来の WMT102B に比べて出力は向上しているが、構造的互換性は有している。
空調機器は、集約分散式の WAU708-G2 を1両あたり2基搭載する。1基当たりの冷凍能力は 20,000 kcal/h である。WAU708（321系）をベースに、トンネルでの車内圧力変動防止の観点から外気取り入れ口にダンパーが追加されている。
警笛は、207系以降の新製電車と同様にミュージックホーンが採用された。それに加え、空気式のタイフォン・ホイッスルの合計3種類の笛を装備している。タイフォンは排障器（スカート）内に、ホイッスルは屋根にカバーを取り付けて設置された。
台車
台車は223系で実績のある軸梁式ボルスタレス台車であるが、床面高さ低減のために空気ばね高さを925mm（223系比 15 mm 減）としたWDT59B（電動台車）・WTR243C（付随台車）を採用する。基礎ブレーキ装置は、WDT59Bがユニット式踏面ブレーキ、WTR243Cが1軸2枚のディスクブレーキ+ユニット式踏面ブレーキであるが、WTR243Cには駐車ブレーキ準備工事が施されている。また将来の高速化に備え、軸ばねダンパーとアンチローリング装置の準備工事も施されている。
耐寒耐雪対応として軸ばね、空気ばね、ブレーキダイヤフラムなどに防雪カバーを取り付け、雪かきを強化型にしている。また、速度発電機は非接触タイプに変更された。
保安装置
保安装置はATS-SWを搭載しており、運転台寄り台車床下付近に車上子を搭載する。ATS-Pについては車上子搭載スペース（連結面寄り台車付近）および制御装置搭載スペース（乗務員室内）の準備工事がなされている。その後、1次車については2008年2月から6月にかけてATS-Pが本設置された。
性能
主電動機と歯車比は223系と同じであることから加速性能は223系と同等であるが、最高速度は120km/hとされており、通常最高速度120 km/h の485系などの旧型車両が特例で130 km/h 運転が認められている北陸トンネルや湖西線内でも、本系列の最高速度は120 km/h である。なお、223系との併結営業運転は不可能である。
車内
寒冷地域を走行するため、車内の乗降扉横には半自動ドア操作スイッチが設けられている。2011年4月1日以降より、冬季以外も正式に年間を通じて客用扉の開閉は押しボタンによる半自動ドア扱いとなった。デザインは321系と同様の、操作可能時にボタン周囲が発光するタイプが採用された。また、ワンマン運転時に「入口」・「出口」を表示（ワンマン運転時、乗客は先頭車両の最後部の扉から乗車し、最前部の扉から降車）するLED式表示器も設置され、妻面（連結面）部は車内視認性向上のため、窓（トイレ設置の関係で片側のみ）が設けられ、貫通扉部分の窓も223系より拡大されている。このあたりはJR西日本管内の播但線・加古川線用103系ワンマン対応車の妻面設計と共通性が見られる。
座席は基本的に223系5000番台を踏襲した横2列+2列の4アブレスト、扉間5列の転換クロスシートが配置されているが、妻面窓からの車内確認をしやすくする目的で、クモハ521形の車端部には321系に類似した構造のロングシートが設置された。223系にはドアに隣接する固定座席には背面に補助席を装備する構造となっているが、本系列では整理券発行機設置の関係で、その部分には補助席が装備されていない。一方、クハ520形については223系と同じく、車端部が車椅子対応の洋式トイレ（処理方式は網干総合車両所配置の223系で採用されたカセット式に対し臭気対策に優れる真空式を採用）と車椅子スペースに充てられているため、同車にロングシート部分はない。
運転台の直後に運賃箱と運賃表示器が、各車両最後部の客用ドア横には整理券発行機が設置されている。運賃箱は乗務員室内に収納可能な構造になっており、車掌乗務時は運転台後部が邪魔にならないよう配慮されている。また、複数の編成を連結した場合は223系5000番台のように乗務員室を通路として開放することになり、いたずら防止のため車掌スイッチ類にカバーが設けられている。また、運賃箱は運転台と通路との仕切りとなるような配置になっている。
車内の客用扉上部には、223系などと同様の号車番号表示器とLED式のスクロール案内表示器が、片側の客用扉に1つおきの千鳥配置で1両あたり計3か所設置されている。表示内容も変化はないが、号車表示は223系の7セグメントディスプレイに代わりLED式となったため、数字表記の視認性向上が図られた。
製造時別区分
JR西日本が製造した521系は54編成がすべて連番となっており、本項では製造時期ごとの仕様の差異を示す上で、便宜上「1次車」「2次車」「3次車」と称することとする。カッコ内は各車両の車番（すべて同番のクモハ521とクハ520で2両編成を組んでいる）を示す。なお、あいの風とやま鉄道が製造した521系は1000番台に区分される（後述）。
1次車
北陸本線敦賀駅以南の直流化にともなって滋賀県と福井県が製造費用を負担して投入されたグループで、2006年9月から10月にかけて4編成8両(1-4) が川崎重工業・1編成2両(5) が近畿車輛で製造された。E編成と称し、全車両が福井地域鉄道部敦賀運転派出に配置され、組織変更により敦賀地域鉄道部敦賀運転センター車両管理室の所属となった後、2017年3月4日に全車が金沢総合車両所へ転属となった。
2002年から製造されている125系と同様に費用を負担した両県内で優先的に運用されているが、2009年3月14日のダイヤ改正で小浜線にも運用範囲を拡大したため、京都府内にも入線するようになった（現在は小浜線の定期運用はない）。
3次車
2次車同様、金沢地区の体質改善用に投入されたグループで、2013年11月から近畿車輛・川崎重工業で製造された。21編成42両(36-56) がJ編成として敦賀地域鉄道部敦賀運転センター車両管理室に配置されたが、北陸新幹線開業直前に製造された55・56は直後にIRいしかわ鉄道に譲渡された。2017年3月4日に全車が金沢総合車両所へ転属となった。
安全性能の向上を主眼に仕様が大きく変更されているが、車両システムや性能に1・2次車と違いがないことから車両番号は2次車の続番とされている。最大の変化は前頭部のデザインで、225系と同様の衝撃吸収構造（クラッシャブルゾーン）を採用した運転台形状に、前照灯・フォグランプも225系同様のHID式に変更された。ただし前照灯・フォグランプがほぼ水平に並び、その上に尾灯を配置した225系0番台・5000番台等と異なり、前照灯・フォグランプを内側（貫通路側）に寄せて斜めに配置し、その外側に尾灯を配置したデザインが採用されている。このデザインは以後登場した227系や225系100番台・5100番台、323系にも採用されている。また、2010年12月にJR神戸線（山陽本線）舞子駅で乗客が先頭車同士の連結面から転落・死亡した事故を受け、先頭車間転落防止幌が設置されている。当初近畿車輛出場時は台座のみが装備されていた状態だったが、着脱の手間を省くことと、運転席からの視野確保や車体洗浄機への対応、騒音や着氷雪などの課題がクリアできたことから、常時設置された状態で運行されている。その他の安全機構としては異常事態を加速度と共に検知し緊急停止や周囲の列車に緊急停止を伝えるTE装置を自動的に作動させる機能である「列車異常挙動検知システム」、そしてキハ120系で使用しているドア誤扱い防止システムを搭載し、ホームがない箇所でのドア開扱いを防止する。
また、この3次車より幌枠のパッキン損傷を防ぐためピン・ピン受けを改良し、幌受けを追加する処置がなされた。先頭車間転落防止幌、ドア誤扱い防止システム、改良幌受けについては、1次車や2次車にも順次取り付け工事が行われている。
客室設備に大きな変化はないが、座席モケットは225系0番台に合わせた暖色系に、照明はLED式に変更されている。
北陸新幹線開業後の動向
2015年3月14日の北陸新幹線開業によって北陸本線金沢駅 - 直江津駅間が経営分離されたのに伴い、本系列の一部の編成においてあいの風とやま鉄道とIRいしかわ鉄道への譲渡が行われている。両社とも形式名称などはJR時代と同様で、譲渡日（JR西日本としての廃車日）はすべて開業日と同日付。譲渡先の自社区間は全て交流電化で直流区間は存在しないが、直通運転などに備えて直流関連機器の撤去などの改造は行われていない。
あいの風とやま鉄道への譲渡
富山県内区間を転換したあいの風とやま鉄道には、6 - 9・11 - 13・15 - 18・21・23・24・31・32の16本32両が譲渡された。風をモチーフとした2色のラインが施され、山側が富山湾の神秘さを表現した水色、海側が富山県の豊かな自然を表現した緑色のものとなっている。
あいの風とやま鉄道521系1000番台
あいの風とやま鉄道では、開業時に譲渡された413系5編成の置き換え用として、自社製造の521系を2017年12月に川崎重工業で1編成製造した。この車両はJR西日本の3次車をベースに設計され、新たに1000番台の区分がなされている。車体デザインは既存の編成と同様であるが、行先表示はLEDになっている。1000番台は2022年度までに5編成が導入される計画となっている。
IRいしかわ鉄道への譲渡
石川県内区間を転換したIRいしかわ鉄道には、10（草／緑色）・14（古代紫／紫）・30（藍／青）・55（黄土／金）・56（臙脂／赤）の5本10両が譲渡された。車体前面部と側面に空色と青のカラーリングが施され、側面と転落防止幌には石川の伝統工芸を彩る5つの色（加賀五彩）が各編成1色ずつアクセントカラーとして配されている。
このうち事実上の新造車として導入された55・56は開業1ヶ月前にあたる2月6日の落成で、一旦はJR西日本の車両（J20・J21）としてJRの塗色で製造された。
なお、JRの車籍を有していたのはわずか35日だった上に譲渡前の営業運転実績はない。
運用の開始まで
2006年9月27日、JR西日本への納入を前にして川崎重工業兵庫工場にて第1編成が報道用に公開され、翌9月28日から鷹取駅→芦原温泉駅→京都総合運転所間で試運転を開始した。また、10月21日には敦賀駅にて川崎重工製の第4編成が一般公開された。同年11月30日から、第3編成が営業運転に入り、12月5日からは第4編成が追加投入された。11月下旬以降に残る第1・第2編成と近畿車輛製の第5編成が営業運転を開始し、投入初年度は合計2両編成5本の計10両の陣容となった。これらの全車両が金沢支社敦賀地域鉄道部敦賀運転センター車両管理室に在籍している。
2009年度は第6編成から第15編成までの10本20両を増備し、2010年3月13日ダイヤ改正より北陸本線福井駅 - 金沢駅間でも営業運転が開始されている。これに先立ち、2009年10月27日に近畿車輛から第6・第7編成が、同年12月22日に第8編成から第10編成が出場したが、当該編成は金沢総合車両所を意味する「金サワ」の所属表記となっている。
2011年3月12日ダイヤ改正に合わせてさらに40両を追加投入することが金沢支社から公式発表された。2010年12月17日には第16編成から第18編成が、2011年1月11日には第19編成から第21編成が、1月25日には第22編成から第24編成、2月3日には第25編成から第27編成が川崎重工業で落成し、試運転が行われた。
2013年度は、11月6日に第36編成から第38編成が近畿車輛から出場した。
その後2014年に入り、J4編成からJ19編成までが近畿車輛・川崎重工で順次落成し出場している。2015年2月にはIRいしかわ鉄道譲渡分となるJ20・J21編成が新造された。2017年にはあいの風とやま鉄道の413系置き換え用車両が製造されている。
今後の予定
JR西日本は2019年9月10日、七尾線に2020年秋ごろから2両編成15本（30両）を投入する計画が発表された。七尾線で運用されている413系と415系（800番台）の置き換え用で、車載型ICOCA改札機を設置し、2021年春を目処に七尾線でICOCAサービスを開始する予定。