2020年6月12日（金） 鉄道コムスタッフモーターを持つ「電車」が走るためには、電気の供給が必要です。そしてこの電気の流れ方には、「直流」と「交流」の2つがあります。鉄道用の電源としては、現在では直流と交流が共に使われていますが、それぞれで車両や機器類の仕組みも異なります。これを統一してしまえばいいのに……と思われる方もいらっしゃるかもしれません。なぜ、この2つの方式が併用されているのでしょうか？直流とは、プラスからマイナスへ、1方向に電気が流れるものです。身近なものでは、乾電池が直流電源となっています。1800年代末期に世界で初めての電車が生まれてからしばらくの間、鉄道の電化方式は直流が一般的でした。構造が単純な直流モーターを使用できるなど、交流に比べて鉄道車両側の機器設計を簡単にできたためです。日本においても、1895年に京都電気鉄道が開業して以来、戦前の営業路線ではもっぱら直流電化が採用されてきました。現在、首都圏、中京圏、関西圏の3大都市圏では、JR・私鉄とも直流電化が主流となっており、本州の都市部やほとんどの私鉄路線においては一般的な方式となっています。電化路線では、直流・交流とも、電力会社などから給電される変電所より、架線や第三軌条などを介して電車へ電力を供給しています。この供給電圧は、日本国内においては直流が1500ボルト、750ボルト、600ボルトの3種、交流は単相20000ボルト、単相25000ボルト、三相600ボルトの3種が、それぞれ主に用いられています。直流電化では、架線や第三軌条などがプラス側となります。この架線からパンタグラフなどの集電装置を経由して、電車へ供給されます。マイナスは、というと、電車が走るレールがこれに相当します。車輪からレールを伝って、変電所へと電気が帰るのです。この際、レールは地面と完全に絶縁されてはいないため、一部の電流は地中へと漏れています。この漏れ電流は、変電所付近で吸い上げられ、レールを経由した電流と同様に、変電所へと帰っていきます。交流とは、一定時間ごとにプラスとマイナスが入れ替わる電流です。身近なものでは、家庭用コンセントが交流を採用しています。コンセントにプラグを差す際、どちらの向きでも機器が問題なく使用できるのも、電流のプラスとマイナスが入れ替わる特性のためです。また、プラスとマイナスが1秒間に入れ替わる回数の単位を「ヘルツ」（Hz）と言います。日本国内の商用電源では、糸魚川静岡構造線を境に、東日本が50ヘルツ、西日本が60ヘルツを採用しています。これは、当時の東京側の電力会社がドイツ製の50ヘルツ発電機を、同じく大阪側の電力会社がアメリカ製の60ヘルツ発電機を、それぞれ採用したことが原因。この東西の周波数の違いが、現在も尾を引いているのです。鉄道業界においては、交流電化は第二次世界大戦後まで主流となりませんでした。第二次世界大戦前のドイツ周辺や北欧では、単相15000ボルト・16と3分の2ヘルツによる交流電化が進められましたが、それ以外の国々へ広まることはありませんでした。現在の商用電源周波数による交流電化は、同じくドイツのヘーレンタール線（Hollentalbahn）が始まりです。当時のドイツ帝国鉄道は、この路線を20000ボルト・50ヘルツで1936年に電化しました。第二次世界大戦終結後、この路線が走る地域を占領下に置いたフランスは、この交流電化の技術を吸収。フランス国内で同一電圧による試験を実施した後、電圧を25000ボルトに昇圧した形で、パリ近郊を除く国内電化路線の主流方式としたのでした。日本でも、このフランスの成功に影響され、1950年代より交流電化の試験を開始しました。試験路線として仙台と山形を結ぶ仙山線が選ばれ、1955年に一部区間が交流で電化されました。1957年には営業運転も開始。日本で初めて交流電化が実用化された路線となりました。現在では、全ての新幹線路線と、北海道、東北、北陸、九州のJR線のほとんど、JRの交流路線と直通運転している阿武隈急行線、仙台空港鉄道仙台空港線、新幹線開業によってJRから経営分離された7社線、そして後述の「特別な理由」によるつくばエクスプレスが、単相交流を採用しています。電圧は、山形・秋田を除く各新幹線が25000ボルト、山形・秋田新幹線とその他の各在来線・私鉄路線が20000ボルトとなっています。なお、ゆりかもめやポートライナーなどの一部新交通システムでも、交流電化を採用しています。こちらは通常の鉄道とは異なり、三相交流（プラスとマイナスが入れ替わる「波」を1/3ずつずらしたもの。3本の電線で供給する）600ボルトという低圧での供給です。1900年代前半、欧州でいくつかの鉄道事業者が三相交流による電化を試みていましたが、地上設備が複雑になる、などの理由により、幅広く普及することはありませんでした。一方、現代の新交通システムでは、直流や単相交流よりも設備を簡素化できること、一般の電車のような架線を使用しないために地上設備がそれほど複雑にならないこと、などの理由から、一部路線では三相交流を採用しています。このリポート記事について、よろしければ、あなたの評価を5段階でお聞かせください。 電車線(架線)には「直流電化」区間と「交流電化」区間があることはこちらの記事しかし、電力会社から鉄道会社まで送られてくる電流は基本的に交流で、それらの電流をどのように電車内に取り入れ、使用するかによって電車の速度制御をしやすい電流は「直流」であるため、直流電化区間であっても交流電化区間であっても、まずは電車内に「直流」の電気を取り入れる、若しくは作り出す必要があります。これは直流モーター車であっても、交流モーター車であっても同じです。直流電車は直流電化区間を走行し、変電所からの交流を変電所にて直流に変換し、それを架線を通して電車内に取り入れる方式です。変電所を建設する費用がかかることなどのデメリットがありますが、車両側の構造が簡単で車両製造コストは安く済みます。車両数の多い都市部の列車はほぼ全て直流電車になります。交流電車は交流電化区間を走行し、変電所からの交流をそのまま電車内に取り入れ、電車内で電力変換装置(コンバーター)によって直流に変換する方式です。架線や変電所などの地上の設備を簡素化することができるため、建設時のコストが安く済むメリットがあります、しかし走行する各電車に電力変換装置や変圧器などの装置が必要で、車両側の構造が複雑になり車両製造コストは高くなります。主に新幹線(AC25000v)や、北海道の鉄道が交流電車になります。交直流電車は両方の区間を走行することができ、直流電車と交流電車両方も装置を備えています。車両の構造は交流電車よりも複雑になるため、車両製造コストは一番高くなります。JR東日本の常磐線など一部の電車で採用されています。 これは一見効率が悪いように感じますが、電力会社から鉄道会社へ送電する際、交流のほうが電圧を変えることが容易で、高圧で送電することで電流損失(電線を通る際に熱として失われる電流)が少なく済むので、交流で送電する方式となっています。もともと鉄道車両整備の仕事をしていました。現在は全く別の仕事をしていますが、やはり電車が好きですのでこういったサイトを立ち上げてみました。もともと鉄道車両整備の仕事をしていました。現在は全く別の仕事をしていますが、やはり電車が好きですのでこういったサイトを立ち上げてみました。 日本には、直流電車と交流電車の2種類の電車が走っています。ここで気になるのが、直流電車と交流電車の違いと、なぜ2種類あるのかというところです。このページでは、この気になるポイントについてお話しています。 電気方式は、すべて25kV・60Hzである。 在来線の交流区間でも、直流区間と直通運転する電車や機関車は、モーターはじめ制御回路も直流方式ですので、直流専用車と違いはありません。 交流専用区間、たとえば北海道の 711系の mt54a、c型モーターは 500v定格だったと思います。
新幹線を除き、JR東日本管轄地域では以下のエリアが交流電化を採用している。
使用する電力と初期の交流電化で試みられた方式。 しかし、2020年現在は、安定した出力を保持する特徴（一定速）を生かして、このように交流電力そのままで電動機を動かす方式を、直接式という。
電気方式は、すべて25kV・50Hzである。 新幹線を除き、JR北海道管轄地域では以下のエリアが交流2万ボルト・50ヘルツによる電化を採用している。 初期の交流電化で試みられた方式。 しかし、架線と集電装置を3組みずつ設置しなければならないことや、速度制御が難しいことから、一部を除き普及することはなかった。 電車線(架線)には「直流電化」区間と「交流電化」区間があることはこちらの記事(電車と電気のきほん。「直流と交流」)で説明しました。しかし、電力会社から鉄道会社まで送られてくる電流は基本的に交流で、それらの電流をどのように電車内に取り入れ、使 ※新在直通の 新幹線を除き、JR西日本管轄地域では以下のエリアが交流電化を採用している。 モーターを持つ「電車」が走るためには、電気の供給が必要です。そしてこの電気の流れ方には、「直流」と「交流」の2つがあります。鉄道用の電源としては、現在では直流と交流が共に使われていますが、それぞれで車両や機器類の仕組みも異なります。 新幹線を除き、JR北海道管轄地域では以下のエリアが交流2万5千ボルト・50ヘルツによる電化を採用している。 大手私鉄・準大手私鉄では基本的に直流1500ボルトで電化されている。但し以下の路線及び鋼索線（中小私鉄ではJRや大手私鉄との直通運転を考慮することやJRや大手私鉄から譲渡された車両を用いることで直流1500ボルトで電化された路線もあるが、経費削減のため直流600ボルトや直流750ボルトなどの低圧を用いる路線も多い。路面電車は基本的に直流600ボルトである。ただし地下鉄では地上を走る郊外電車と直通運転を行う路線は基本的に直流1500ボルトで電化され、第三軌条方式を使用する路線は直流600ボルトまたは直流750ボルトの低圧を使用する。
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