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国鉄781系電車(こくてつ781けいでんしゃ)は、日本国有鉄道(国鉄)が北海道用として1978年に設計・製造した交流専用特急形電車である。

◆ 開発の背景

函館本線の小樽 - 札幌 - 旭川間は都市間輸送の盛んな区間の一つであり、1968年の小樽 - 滝川間電化開業時から711系電車で運転を開始した「かむい」や、1971年から札幌 - 旭川間をノンストップで連絡した「さちかぜ」などの電車急行が好評であった。

国鉄ではこれら電車急行の特急列車化を考慮した車両を模索する動きがあった。計画は程なく具体化し、台車・電気機器などはすでに実績のある711系の仕様を基に、内装・外観は当時の標準特急形電車であった485系と同等の仕様として、北海道向け特急形電車の計画・設計が開始された。

1972年、公害防止のためポリ塩化ビフェニル (PCB) の製造が禁止となる。当時の交直流・交流車両の主変圧器の絶縁油としてPCBは一般的に用いられており、代替品の確保が課題となった。711系の主変圧器も例外ではなく、新形式車両の計画は頓挫する。暫定策として、当時PCB対策が完了していた485系改良された増備車から、粘度が高く、発泡による体積変化も大きいシリコン油に対応するTM20形主変圧器を搭載していたの各部を酷寒地向けに仕様変更した485系1500番台を1974年に製作し、1975年7月に特急「いしかり」として運用を開始した。

485系1500番台は冬場において北海道特有の零下10度を下回る低温や、乾燥した細かい雪質に起因する故障が電気、機械関係ともに頻発し、L特急の運行そのものが危機的状況に追い込まれるに至り、恒久的な耐寒対策を備えた特急形車両の開発は喫緊の課題となった。その後、PCB不使用に関する技術的問題も解決され、北海道総局の要望をできる限り盛り込んだ、気候に適応した車両として製作されたのが本系列である。

◆ 構造

※ここでは製作当初の構造について述べる。

; 車体

形態は当時製作されていた485系1000番台に準ずるが、側窓の天地寸法は485系に比べ低く、床面高さは65mm(レール面基準)高い。耐寒対策として車内保温のため窓を小型化し、断熱材と主電動機冷却風洞の空間を確保するための構造で、711系の仕様に準拠する設計である。客用扉は他の特急形電車と同様、幅 700mm の片開き扉を片側1箇所に設けるが、ステップやドアレールのヒーターは強化されている485系1500番台は、走行風で車内の気圧が下がった際、扉や連結幌の隙間から多くの粉雪が侵入した。乗降扉まわりに付着した雪は一旦ヒーターで解かされるものの、次駅までの2〜30分の間に走行中の冷却効果で氷となり、扉が固着する。そのための「対策」として、「いしかり」停車駅では大型のやかんをいくつも用意して待ち構えていた。。

先頭車両の前面運転席窓下部分は走行中の着雪を防ぐため、485系より丸みを帯びている設計時期をほぼ同じくする183系気動車では、前頭形状は一転して平面構成となっているが、これも「着雪防止のため」と発表されている。。灯火類は正面下部左右に前照灯・標識灯を各1灯設けるほか、運転台上部中央に2灯の前照灯を設ける。灯火類は着雪による「隠ぺい」を防ぐため、露出形で、電球交換も外ハメ式とされた485系1500番台は、当初標準車と同様のカバー付きの内装式であったが、最初の冬を越した時点で外ハメ式に改造されている。これは本州に転出した後もそのままとされ、屋根上の2灯式前照灯とともに外観上の識別点となっている。。

電動車のクモハ781形・モハ781形では、車体側面向かって左側(1・4位側)側面上部に「雪切室」(ゆききりしつ)を設ける。主電動機冷却風取入時に雪を分離するためのもので、車体床面下部の風道を経由して主電動機を冷却する構造は711系と同一のものである。凖密閉で他力通風方式の主電動機(冷却扇を持たない)と二重構造の床で、同形式電動機を装備する一般的な国鉄形特急車両に比べ、電動車内はもとより車外騒音も低い近郊形電車の711系では、一般的な外扇式の主電動機を装備し、デッキが無く、窓や扉の面積が大きい内地向け車両に比べ、さらに顕著である。また、MT比が低いことから(電動車 = モーターの数が少ない)、車外騒音もきわめて低い。。

空調故障など非常時の換気のため、客室窓の一部は開閉可能とされた。各車両の両側車端から2番目の窓上部 1/3 が内側に開く内傾式の機構であったが、アルミサッシによる冬季の結露が避けられないことと、保守や見栄えの観点から同様の事例はキハ183系試作車でも見られ、その後国鉄では、内折式非常窓の採用はサロ110形特急形改造車のみにとどまっている。、量産車では採用されず、試作車も後に一般的な固定窓に改造されている。

室内換気は屋根上に2基搭載した、雪切機能を備えた「新鮮外気導入装置」を用いる強制換気方式で、各車の車体側面幕板部に設けられた外気取入口(片側2箇所)から吸気し、天井長手方向に設けられた吹出口から空気を室内に供給する。車内の気圧を高め、雪の吸い込みを防止するための仕様で、従来車両にあった自然通風式の通風器は装備しない。冷房装置は集中式ユニットクーラーのAU78形を屋根上に1基搭載し、電源は主変圧器の3次巻線から直接供給される。

外部塗装は他の国鉄特急形車両と同様、クリーム4号地に窓回りなどを赤2号としているが、前照灯・標識灯部横の赤帯は高い位置に配し、正面愛称表示器まで回して同様の塗り分け方は157系電車・183系気動車にもみられた。雪中での視認性を向上させている。

; 電装機器・制御系

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