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。