서울교통공사 4000호대 VVVF 전동차

서울교통공사 4000호대 VVVF 전동차는 1993년부터 1994년까지 서울 지하철 4호선에 도입된 서울교통공사의 통근형 전동차이다. 현재 직류 전용 26개 편성, 직교류 겸용 26개 편성 등 52개 편성(520량)이 재적되어 있고 실제로는 45개 편성(450량)이 운행하고 있다.
개요.
본래 이 차량은 1994년 4월 1일 과천선, 안산선과의 직결 운행과 함께 도입되었다. 이와 함께 기존에 운행한 초퍼 제어 전동차는 서울 지하철 2호선, 수도권 전철 3호선으로 이적되었다.
기술적 사양.
차체.
서울 지하철 4호선, 과천선, 안산선 차량 한계에 맞추어 재설계된 디자인을 사용하고 있다. 서울교통공사 최초의 경량 스테인리스 전동차로써, 차체는 STS301L 경량 고장력 스테인레스를 사용하여 경량화를 유도하였다. 객실 천장부에는 승객 안내용 LED 전광판을 설치하였다. 출입문의 구동부에 경량 리니어식 구동법을 채택하여 저소음과 소형화를 달성하였다.
제어 장치.
현대정공 제작 차량인 401~409, 452~460, 462편성은 미쓰비시의 VVVF-GTO(MAP-204-A25V41, MAP-204-D15V41), 대우중공업 제작 차량인 410~415, 417~424, 426, 464, 468편성은 GEC/알스톰의 VVVF-GTO(32RA025B2) 제어 장치를 채용하였다. 반면, 현대정공 제작 차량인 451편성은 다원시스의 VVVF-IGBT, 대우중공업 제작 차량인 466, 470~471편성은 도시바 기반 우진산전의 VVVF-IGBT의 제어 장치를 채용하고 있다. 
1개의 제어 장치로 4개의 주전동기를 제어(1C4M)한다. 현대정공 차량의 제어 장치는 열차 측면에 방열구가 직사각형 형태로 배치되어 있으며, 대우중공업 차량의 제어 장치는 측면에 방열구가 원형으로 2개 배치되어 있다. 전동차는 인접한 T칸과 하나의 유닛을 구성하고 있어 팬터그래프는 모든 전동차(M칸)에 설치되어 있으며, 이는 팬터그래프와 전차선 간 이선 현상을 줄일 수 있고 연장 급전 시 유리한 이점이 있다.
볼스터리스 대차를 최초로 채용하였는데 1차 지지부에 원추고무스프링, 2차 지지부에 에어스프링을 사용한 전형적인 볼스터리스 대차를 사용하고 있다. 제동장치에는 회생제동을 병용하는 KNORR 전기지령식 제동을 채용하고 있으며 주차제동장치가 기존 수용식에서 자동스프링식으로 변경되었다.
승무원 안내 시스템.
TGIS는 Train General Information System의 약자로서 열차의 기본적 정보를 승무원에게 전달하는 시스템이다. 기본적으로 제어차에 장비된 중앙 장치와 각 차량에 장비된 단말 장치로 구성되어 있으며 각 단말기를 루프식으로 구성하고 있다. 각 단말기 간의 통신은 RS-485 방식을 사용하고 있다. 각 단말 장치는 각 차량의 전기 기기, 서비스 기기의 상태를 실시간으로 전달하여 중앙 장치에서 통합한 뒤, 모니터를 통하여 승무원에게 전달된다.
TGIS의 주요 기능은 다음과 같다.
객실 안내 시스템.
1기 지하철 중에서 가장 최초로 LED 전광판의 형식으로 차내 행선안내 게시기를 설비하여 음성 안내방송 이외에도 시각적인 표현 방법을 통하여 역 안내 및 공지사항 등을 표시하는 형식으로 안내하도록 하였다. 이 장치는 운전 제어차량의 설정기를 통하여 열차운행 정보(열차번호, 운행시간과 요일 등의 데이터)를 입력하면 자동으로 통신을 통하여 목적지 표현을 수행하게 된다.
전원 공급 계통.
401~426편성은 직류 전용(DC 1,500V)으로 별도의 전원 공급방식 변경 기능이 없어 진접~남태령 구간만 운행하고, 451~471, 481~485편성은 한국철도공사 341000호대 전동차와 동일한 직교류 겸용으로 서울 지하철 4호선, 과천선, 안산선의 전원 방식이 각기 다르므로 전원 공급방식 변경 기능을 설비하였다. 우선 서울교통공사 구간과 코레일 구간의 경계점에 절연 구간을 두고, 이 시점에서 제어 장치를 작용시켜 팬터그래프 부근에 설치되어 있는 교-직 절환 고압 스위치가 전환 작동됨으로써, 급전 방식이 변경되도록 구성되어 있다. 고압의 AC 25,000V의 전원을 취급하는 라인은 고 절연 애자로 상당한 길이로 이격시켜 설계하였다. 진접~오이도 전 구간으로 직결 운행한다.
편성.
401~426, 451~471편성은 PAN와 C/I가 탑재된 M'차, 그리고 SIV, CM, BAT, 등을 갖춘 Tc차와 T1, 그리고 아무런 전장이 설치되지 않는 T차로 구성되었다.
481~485편성은 팬터그래프와 주변압기, 제어기기, 전동기가 탑재된 M'차, 제어기기와 전동기만이 탑재된 M차, 그리고 보조전원장치와 공기압축기, 축전지, 제어실 등을 갖춘 Tc차와 제어실이 없는 T1, 그리고 아무런 기기도 탑재되지 않는 T차로 구성되었다.
배속.
창동차량사업소 소속으로, 중정비는 수도권 전철 3호선의 지축차량사업소에서 실시하고 있다.
도입 역사.
1차 도입분 (1993년~1994년).
1993년 서울 지하철 3호선 양재 ~ 수서 구간 개통 및 과천선, 안산선과의 직결 운행과 함께 도입되었다. 도입 당시 직교류 겸용 10량 5개 편성, 6량 8개 편성 및 직류 전용 10량 9개 편성이 현대정공 창원공장에서 제작되어 도입되었다.
직교류 겸용 10량 1개 편성(451편성)과 6량 8개 편성(456~463편성)은 서울 지하철 3호선, 나머지 직교류 겸용 10량 4개 편성(452~455편성)과 6량 5개 편성(464~468편성) 및 직류 전용 10량 9개 편성(401~409편성)은 서울 지하철 4호선으로 투입되었다. 이후 1994년 4월 1일 과천선, 안산선과의 직결 운행과 함께 서울 지하철 3호선에 투입된 직교겸용 10량 1개 편성(451편성)과 6량 8개 편성(456~463편성)도 수도권 전철 4호선으로 이적되어 운행하고 있다.
2차 도입분 (1994년~1995년).
1994년 과천선, 안산선과의 직결 운행 실시와 함께 초퍼제어 전동차가 서울 지하철 3호선으로 이적되면서 빈자리에 도입되었다. 도입 당시 직류 전용 10량 17개 편성 및 직교류 겸용 10량 3개 편성과 456~463편성 10량화에 따른 부수차 증결분 52량이 대우중공업 의왕공장에서 제작되어 도입되었다.
직류 전용 10량 17개 편성(410~426편성)과 직교류 겸용 10량 3개 편성(469~471편성)은 1994년 제작되었고 부수차 52량은 1994년부터 1995년까지 도입되었다. 부수차 52량은 456~463편성 10량화의 일환으로 12량이 456~463편성으로, 40량은 464~468편성으로 편입되었다.
3차 도입분 (2020년).
진접선 개통과 함께 도입된 전동차로, 직교류 겸용 10량 5개 편성이 현대로템에서 제작되어 도입되었다. 사양은 서울교통공사 2000호대 VVVF 전동차 4차 도입분과 흡사하다. 하지만 전장품은 2호선 4차분과 다르며, 추진제어장치는 한국철도공사 311000호대 전동차 중 31204~31215편성, 한국철도공사 319000호대 전동차 중 31908~31910편성, 한국철도공사 341000호대 전동차 중 34131~34155편성, 한국철도공사 351000호대 전동차 35144~35160, 35179편성 등과 동일한 구동음이다. 또한 2020년식임에도 불구하고 서울교통공사 2000호대 VVVF 전동차 2차분, 서울교통공사 3000호대 VVVF 전동차 1차분과 마찬가지로 모든 통로칸에 자동문이 설치되어 있다.
현황.
현재 운행 중인 차량은 굵은 글씨로 표시하였다.&lt;br&gt;현재 운행 중인 차량은 행선안내기가 롤지에서 LED로 교체되었다.&lt;br&gt;401~415, 417~424, 426편성은 진접 ~ 사당 구간만 운행하는 직류 전용 차량이고, 451~460, 462, 464, 466, 468, 470~471, 481~485편성은 과천선 ~ 안산선 구간을 직결 운행하는 직교류 겸용 차량이다.
개조.
10량 편성화.
1995년 5월 과천선, 안산선 10량화와 함께 1993년 9월부터 기존 6량으로 운행한 456~468편성의 재편성이 필요해 10량으로 조합하는 과정에서 추가 제작되어 반입된 차량들이 혼합으로 섞였다. 이 과정에서 456~463편성은 464~468편성 부수차 20량과 1994년 대우중공업 제작 동력차(M) 1량, 무동력차(T) 11량을 조합해 10량으로 증결하였다. 반면, 464~468편성은 1994년 대우중공업 제작 부수차 40량을 조합해 10량으로 증결하였다.
일부 객차의 대차 교체.
대우중공업에서 제작된 일부 동력 객차의 대차에서 구조적인 결함이 발견되어, 2001년 한국철도차량(현 현대로템)에서 같은 모델의 대차로 교체되어 운행을 하고 있다.
내장 불연재화.
2003년 2월, 대구 지하철 화재 참사를 계기로 강화된 철도 차량의 내연 기준에 맞추어 흥일기업과 로윈에서 2004년과 2005년에 전 차량의 내장재 리뉴얼가 완료되었다. 바닥재의 색상을 노선색에 맞추었고, 내장재의 색상은 흰색 계열을 사용한 것이 특징이며, 시트는 무광택 스테인리스 시트를 채용하였다. 불연화 이외에도 화재 사고에 대비, 화재 경보기와 객실 비상용 연락 장치 등이 보강되었다.
음성 방송장치 개량 사업.
서울교통공사에서는 음질 개선 차원에서, 2007년 8월부터 방송장치 개량 사업을 추진하여 2008년 2월 2~3일간 양일에 걸쳐 4호선 전동차의 음성 방송장치를 개량하였다. 기존 방송장치는 ROM 방식으로서 방송 음원을 IC 메모리 칩에 저장하는 이른바 아날로그 방식이므로, 장기 사용에 따른 노후화와 더불어 음질이 현저히 떨어지는 문제가 있었지만, 디지털 MP3 저장 방식의 신형 방송장치로 교체되면서 고음질의 음성 안내방송을 제공하게 되었다.
객실 내 전광판 교체 및 개량.
현대정공 제작 차량(401~409, 451~463편성)은 도입 당시 세전시스텍에서 제작된 행선 안내 전광판이 설치되어 있었으나 보수 업체의 부도 등으로 부품 수급이 잘 안 되는 등 고장 및 오류 빈도가 잦았던 관계로, 2008년 7월까지 모두 지축차량사업소에서 교체 완료하여 운행 중이다. 또한 일부 차량은 폰트나 표출 방식이 한국철도공사 3000호대 전동차 기반의 표출 방식이었으나, 2016년까지 대부분의 차량들의 전광판 폰트를 변경하였으며 2018년 4분기 401편성을 마지막으로 현대산 차량의 전광판 표출 방식이 완전히 통일되었다. 이와는 별도로 우진산전에서 제작하여 대우중공업 전동차 (410~426, 464~471편성)에 장착, 운행하는 객실 내 행선안내 게시기 역시 표출 방식, 글 색깔 등 부분적인 표현 소프트웨어 수정 등 약간의 변화를 주었다. 현재 대우중공업 제작분도 폐차된 편성을 제외한 모든 편성 LED 표출 방식이 개정되었으며 현대정공 제작 차량도 대우중공업 차량과 똑같은 LED 표출 방식으로 개정되었다. 현재 전차량 LED 표출 방식이 개정되었다.
전원 공급방식 변경의 자동화.
기존에는 기관사의 수동 조작에 의하여 과천선 남태령~선바위 구간 사이의 절연 구간에서 급전 방식을 변경하였으나, 2008년 급전 방식의 변경을 자동 제어 장치에 의해 이루어지도록 하는 개조 작업을 시행하였으며, 이에 따라 운전실에서의 절연 구간 안내 음성이 제거되었다.
객실 내 스피커 교체.
2010년, 407~409편성을 시작으로 모든 차량의 스피커가 교체되어 신형 전동차와 동일한 수준의 음질을 제공하게 되었다.
행선지, 열번 표시기 LED 개조.
현재 401~415, 417~426, 451~460, 462~464, 466~468, 470~471편성의 행선지(DI)가 롤지에서 LED 행선기로 교체되었다. 또한 열번표시기도 LED 형태의 열차번호 표시기로 교체되었다.&lt;br&gt;451~452, 454, 456~457, 461, 464편성은 LED 행선기 개조가 시행되었으나, 잔고장 및 탈거된 롤지의 도난 문제 등으로 인하여 롤지로 잠시 환원되기도 했다. 2021년 이후 전 차량에 LED 행선기 교체 작업이 완료되면서 가장 먼저 교체된 직류전용 전동차들과 464편성과 466편성의 초기 LED 행선기 역시 2020년 후반과 2021년에 걸쳐 교체작업이 진행된 전동차와 동일한 것으로 교체되었다.&lt;br&gt;2016년 9월에 410편성이 4000호대 전 차량 최초로 행선지/열차번호 표시기가 LED로 교체되었으며, 2017년에는 411~416편성의 행선지/열차번호 표시기가 LED로 교체되었다.이후 2018년 10월, 현대산 직류전용 차량 중 402~406, 408~409편성과 대우산 직류전용 차량 중 418~419, 422편성, 직교류겸용 차량 중 456~457편성의 전두부 행선지/열차번호 표시기가 LED로 개조되었으며, 2019년 11월에는 현대산 나머지 직류전용 차량(401, 407편성)과 대우산 직류전용 차량 중 417, 420, 423편성 그리고 직교류겸용 차량 중 451~452, 454, 461, 464, 466편성의 전두부 행선지/열차번호 표시기가 LED로 개조되었으며, 2020년 6월에는 426편성, 2020년 9월에는 421, 424~425편성의 전두부 행선지 표시기와 열차번호 표시기가 LED로 교체되었다. 이로써 직류전용 차량들은 모두 전두부 행선지 표시기 교체를 완료했으며, 2021년 5월 기준 휴/폐차 차량을 제외하고 전차량 모두 LED로 교체되었다.
행선지, 열번 표시기 롤지 개조.
461편성의 행선지(DI)가 LED에서 롤지 행선기로 교체되었다. 또한 비발광 세그먼트 형태의 열차번호 표시기로 교체되었다.
슈트락 커버 교체.
455편성의 슈트락이 기존 동그란 커버에서 각진 커버로 교체되었다.
중간 부수차 조성 변경.
정밀안전진단 실시와 함께 중간 부수차 조성이 일부 변경되었다.
특이 사항.
수도권 전철 3호선으로 차출.
직교겸용 451, 456~463편성은 1993년 10월 30일 서울 지하철 3호선 양재~수서 구간 개통 당시 증차분으로 투입되었다. 이후 이듬해인 1994년 4월 1일 과천선 개통과 함께 현재 수도권 전철 4호선으로 이동되었다.
자전거 전용칸 개조.
2009년부터 자출족들의 이동 편의를 위하여 451~455편성은 전동차 Tc(운전실이 있는 칸) 맨 앞에 자전거 전용칸 개조가 이루어졌다.
측면 행선 롤지 작동 중단.
수도권 전철 4호선 전 역의 승강장 스크린도어 설치와 함께 전 편성이 에너지 절약 차원에서 측면 롤지가 철거되고 그 자리에 흰색 바탕의 서울교통공사 로고가 부착되었다.