交流電化

交流電化（こうりゅうでんか）

概要

交流電化は鉄道における電化方式の一つで、交流電源を活用した供給方法です。この方式には単相交流と三相交流の二つがあり、商用周波数（一般的に50 Hzまたは60 Hz）を利用します。現在では、主に25 kVの商用周波数単相交流が広く採用されています。

特徴

1. 送電ロスの低減と設備コストの削減

直流電化と比較して、交流電化は送電ロスが少なく、地上設備のコストも抑えることが可能です。高電圧での送電が行われるため、同じ電力を効率的に送ることができます。このため、交流電化では変電所の間隔を長く保つことができ、直流電化に必要な追加設備を省略できるのです。

2. 大容量の送電が可能

交流を用いることで高電圧送電が実現し、電流も直流方式と比較して少なくて済むため、電車線も軽量化される利点があります。これは、高速で走行する新幹線のような電気車両に大量の電力供給が必要な場面で特に有利です。

3. 電動機起動制御の効率化

交流方式では、無駄なく電力を使用でき、効率的な速度制御ができるため、電動機の起動ロスも軽減されます。一方で、技術の進展により直流車両でも同様の制御技術が普及し、これにより交流車両の特有の利点は相対的に薄れつつあります。

4. 粘着係数の向上

交流電動機は高い粘着係数を持つため、低速域でもトルクを適切に維持できます。この点も、交流電化の大きな利点です。

5. コストとメンテナンス

交流電化は装備が高価になる傾向がありますが、その利点として長期的なコスト削減を見込むことができます。日本では20000 Vと25000 Vの二つの電圧が採用されていますが、特に新幹線は省エネルギーと効率性を重視して、交流電化が推進されました。

交流電化の歴史

初期の発展

交流電化は19世紀末から進められ、スイスやドイツで試験が行われました。しかし、大規模な普及には至らず、低電圧の直流方式が主流として残りました。約20世紀の初頭に商用周波数での運用が試みられ、1930年代にハンガリーでの15000 V, 50 Hzが実用化されるまで進展しました。

日本における導入

日本での交流電化は、1950年代初頭から始まりました。当初はフランスの技術視察を基に商用周波数電化が進められ、1955年には仙山線で初めての試験電化が行われました。この結果を受けて、直流と交流の両方が混在する国鉄・JRの電化方式が確立し、交流電化は効率的な鉄道運行に寄与しました。

交流電化の構造

交流電化の供給網は、変電所から特別高圧系統で受電され、三相二相変換変圧器を通して電車線に給電されます。この構造は、複数の変圧器や遮断器を介し、電車に安定した電源供給を保証します。この過程で、運用上のトラブルを最小限に抑えるための装置や仕組みが取り入れられています。

結論

交流電化は効率的かつ持続可能な電力供給を可能にし、今後の鉄道展開の鍵となる方式です。日本を含む世界中の鉄道ネットワークでその重要性がますます高まっていくことでしょう。

もう一度検索