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電車でんしゃの電化でんか方式ほうしきって何なに！？その２

３、直流ちょくりゅうき電でん方式ほうしき（直流ちょくりゅう電化でんか方式ほうしき）

日本にっぽんの電鉄でんてつ線せんの大だい部分ぶぶんはこの方式ほうしきです。
電圧でんあつは１５００ボルトが多おおいのですが、
モノレール、新しん交通こうつう、第だい三さん軌条きじょう式しき地下鉄ちかてつ、路面ろめん電車でんしゃ、地方ちほう私鉄してつ路線ろせんの一部いちぶは、
半分はんぶんの７５０ボルトだったり、６００ボルトだったりします。


直流ちょくりゅうき電でん方式ほうしきは電気でんきの流ながれが一方いっぽう通行つうこうなので、分わかりやすいです。
電鉄でんてつ変電へんでん所しょから出でたき電でん電流でんりゅうはき電でん線せんを流ながれます。
直流ちょくりゅうき電でん方式ほうしきは、
電車でんしゃの集しゅう電でん装置そうちに接触せっしょくするトロリー線せんだけでは
すべての電気でんきを流ながしきれないので、
き電でん線せんを別べつに設もうける必要ひつようがあります。
（全すべてトロリー線せんで流ながすには、トロリー線せんを極太ごくぶとにしなければならない。
しかし、トロリー線せんを太ふとくするとバウンドが大おおきくなり、
集しゅう電でん装置そうちと離はなれ線せんが起おこってしまう。）
直流ちょくりゅう電化でんか線せんの架線かせんを見みてひときわぶっとい電線でんせんがき電でん線せんです。
電線でんせんが太ふといのは先さきに述のべたとおり、
多おおくの電気でんきを流ながす（電流でんりゅうを上あげる）ためです。
き電でん線せんは基本きほん的てきには独立どくりつして存在そんざいしているのですが、
最近さいきん流行りゅうこう（？）のインテグレート架線かせんで使つかわれる、
フィーダメッセンジャーカテナリー（架線かせん方式ほうしきの項こうで後述こうじゅつ）は、
トロリー線せんを吊つり下さげる吊つるし架線かせんと兼用けんようになっています。
適度てきどな間隔かんかくでき電でん線せんはき電でん分岐ぶんき線せんを分岐ぶんきさせていて、
その線せんはトロリー線せんに接続せつぞくされています。
ここで、き電でん線せんの電気でんきはトロリー線せんに流ながれます。
トロリー線せんに電車でんしゃの集しゅう電でん装置そうちが接触せっしょくしてモーター等とうで電力でんりょくを消費しょうひした後のち、
車輪しゃりんを通とおし、レールに帰き線せん電流でんりゅうを流ながします。
帰き線せん電流でんりゅうはレールを伝つたって電鉄でんてつ変電へんでん所しょに戻もどります。
なお、直流ちょくりゅうき電でん方式ほうしきで電力でんりょく回生かいせいブレーキを使つかうと、
逆ぎゃくにレールから帰き線せん電流でんりゅうを吸すい上あげ、
集しゅう電でん装置そうちからトロリー線せん、き電でん線せんに電気でんきを放出ほうしゅつする流ながれになります。
～～～～～
トロリー線せんには適度てきどにセクション（電線でんせんの継目つぎめ）を設もうけているのですが、
直流ちょくりゅうき電でん方式ほうしきの場合ばあいはき電でん区分くぶんによるセクションよりも、
トロリー線せんを磨耗まもう等とうで交換こうかんしたりする場合ばあい、
必要ひつよう以上いじょうに長ながい区間くかん交換こうかんしなくても良よいようにしたりする
工事こうじ的てきな目的もくてきのセクションが多おおいです。


地下鉄ちかてつでよく使つかわれる剛体ごうたい架線かせんも考かんがえは全まったく同おなじです。
剛体ごうたい架線かせんはき電でん線せんとトロリー線せんが一体化いったいかされています。
剛体ごうたい架線かせんの導体どうたい成型せいけい部分ぶぶんがき電でん線せんになり、
トロリー線せん部分ぶぶんはその導体どうたい成型せいけい部分ぶぶんの下したに取とり付つけられています。
第だい三さん軌条きじょう（サードレール）式しきはき電でん電流でんりゅうを流ながすレールを、
地面じめんに碍子がいしを通とおして据すえ付つけたものです。
第だい三さん軌条きじょう式しきは電圧でんあつを低ひくくしている場合ばあいが殆ほとんどで、
導体どうたいになる第だい三さん軌条きじょうはそのまま「レール」で「太ふとい」ので、
多おおくの電流でんりゅうを流ながす事ことが出来できます。
そのため、き電でん線せんとトロリー線せんの区分くぶんはありません。
集しゅう電でん装置そうちの項こうで述のべた通とおり、第だい三さん軌条きじょうと帰き線せんのレールは至近しきん距離きょりにあり、
双方そうほうに触ふれて感電かんでんする危険きけん性せいがあるので、
電圧でんあつは７５０ボルトか６００ボルトが主体しゅたいになっています。

４、交流こうりゅうき電でん方式ほうしき（交流こうりゅう電化でんか方式ほうしき）

交流こうりゅうき電でん方式ほうしきは大おおきく分わけてＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきとＡＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきがあります。
何いずれも単たん相しょう交流こうりゅうで電圧でんあつは在来ざいらい線せんで２万まんボルト、新幹線しんかんせんで２万まん５千せんボルトになっています。
周波数しゅうはすうは先さきに述のべたとおり、５０ヘルツと６０ヘルツの二ふたつがあります。


交流こうりゅうき電でん方式ほうしきの場合ばあい、電圧でんあつが高たかいため、
き電でん線せんを別べつに設もうける必要ひつようが無なく、
トロリー線せんと帰き線せんだけで構造こうぞうが簡単かんたんになる・・・というわけにはいかなく、
交流こうりゅう電線でんせんには周期しゅうき的てきに向むきが変かわる磁力じりょくやコロナ放電ほうでんが発生はっせいします。
それらが通信つうしん誘導ゆうどう障害しょうがいを起おこし、
無線むせん有線ゆうせん通信つうしんにノイズ（雑音ざつおん）を発生はっせいさせてしまいます。
これは鉄道てつどう通信つうしんだけでなく、
線路せんろ周辺しゅうへんの住宅じゅうたくの電話でんわ（携帯けいたい含ふくむ）、テレビ、アマチュア無線むせん等とうにも
影響えいきょうを与あたえてしまいます。
これを無なくすには、トロリー線せんと帰き線せん、ＡＴき電でん線せんとトロリー線せんと言いったように、
電流でんりゅうの向むき、磁力じりょくの方向ほうこうが対向たいこうしている線せんを近付ちかづけて、
お互たがいの磁力じりょくを相殺そうさいさせる必要ひつようがあります。
又または、遮蔽しゃへい率りつの高たかいケーブルを使つかう方法ほうほうもあります。
交流こうりゅうき電でん方式ほうしきの場合ばあいで電力でんりょく回生かいせいブレーキを使つかうと、
架線かせんに流ながれる電気でんきは増ふえるのですが、
電気でんきの流ながれは行おこなったり来きたりの繰くり返かえしなので、
流ながれの変化へんかはありません。
また、直流ちょくりゅうき電でん方式ほうしきのように一方いっぽう通行つうこうの電気でんきの流ながれではないので、
他たに加速かそく中ちゅうの電車でんしゃが無ないと回生かいせい失効しっこうしてしまうと言いう事ことはありません。

４－１、吸すい上あげ変圧へんあつ器き交流こうりゅうき電でん方式ほうしき

吸すい上あげ変圧へんあつ器きは英語えいごでブースタートランスと言いうので、
略りゃくしてＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきと言いっている方式ほうしきです。
「ブースター」と言いうと、増幅ぞうふくとか昇圧しょうあつとかの意味合いみあいで使つかわれることが多おおいのですが、
ここで言いうブースターはそういった意味合いみあいではなく、
押おし上あげとか吸すい上あげと言いう意味いみで使つかっています。
ＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきは変圧へんあつ器きの１次じ側がわに電気でんきを流ながすと、
２次じ側がわにも電気でんきが流ながれようとする性質せいしつを利用りようした方式ほうしきです。
比較的ひかくてき電化でんかの古ふるい交流こうりゅう電化でんか線せんで採用さいようされている方式ほうしきで、
大体だいたい昭和しょうわ４５年ねん位いがＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきとＡＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきの境目さかいめになっているのですが、
既設きせつ交流こうりゅう電化でんか区間くかんの車両しゃりょうの関係かんけいで、
それ以降いこうもＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきを採用さいようした路線ろせんがあります。
昔むかしは東海道新幹線とうかいどうしんかんせんもこの方式ほうしきだったのですが、
大だい工事こうじの上うえ、今いまはＡＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきに変更へんこうしています。


交流こうりゅうき電でん方式ほうしきは電圧でんあつが高たかいため、
ＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきにはき電でん線せんは無なく、
トロリー線せんのみにき電でん電流でんりゅうを流ながしています。
ＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきの架線かせんを見みると、細ほそいき電でん線せんっぽいのがあるのですが、
これは負ふき電でん線せんと言いうもので、帰き線せん電流でんりゅうを流ながす線せんです。
負ふき電でん線せんは懸垂けんすい碍子がいしや可動かどうブラケットの碍子がいしにも接続せつぞくされていて、
地ち絡からま（大地だいち上じょうに電気でんきが漏もれてしまうこと）事故じこを起おこさないようにする働はたらきもあります。
負ふき電でん線せんに流ながれる電気でんきは電位でんいが低ひくいため、
その支持しじ碍子がいしは懸垂けんすい碍子がいし１個こだけのところが殆ほとんどで、
あまり仰々ぎょうぎょうしい絶縁ぜつえんは行おこなっていません。
ＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきは大体だいたい５キロ以内いないの間隔かんかくで吸すい上あげ変圧へんあつ器きが設置せっちされています。
吸すい上あげ変圧へんあつ器きの１次じ側がわにトロリー線せんを接続せつぞくし、
２次じ側がわに負ふき電でん線せんを接続せつぞくします。
１次じ側がわに電気でんきが流ながれると２次じ側がわにも流ながれようとするので、
レールを流ながれている帰かえり線せん電流でんりゅうは負ふき電でん線せんと接続せつぞくされた吸すい上あげ線せんに吸すい上あげられ、
負ふき電でん線せんを流ながれるようになります。
負ふき電でん線せんはトロリー線せんの近ちかくに張はってあるため、
通信つうしん誘導ゆうどう障害しょうがいが起おこりにくくなります。
なお、吸すい上あげ変圧へんあつ器きのあるところのトロリー線せんは
吸すい上あげ変圧へんあつ器きに接続せつぞくされているため、
そこの区間くかんはごく短みじかいデッドセクション
（ＢＴセクション/電気でんきが流ながれていない電気でんきの継目つぎめ）になります。
このデッドセクションとその前後ぜんご区間くかんに色々いろいろ問題もんだいがあります。
先まず、デッドセクションは車両しゃりょうに全まったく電気でんきが流ながれないので、
加速かそくは全まったく出来できませんし、電力でんりょく回生かいせいブレーキもかけられません。
この区間くかんは惰性だせいで走行そうこうすることになるのですが、
吸すい上あげ変圧へんあつ器きの設置せっち間隔かんかくは結構けっこう短みじかいため、
頻繁ひんぱんに惰性だせい走行そうこうすることになり、
特急とっきゅう電車でんしゃなどの優等ゆうとう列車れっしゃはこの惰性だせい走行そうこうで時間じかんのロスになってしまいます。
それと、集あつまり電でん装置そうち同士どうしを高こう圧あつ母線ぼせんで引ひき通とおしてしまうと、
デッドセクション前後ぜんこうのトロリー線せんの電気でんきが吸すい上あげ変圧へんあつ器きを通とおらず、
車両しゃりょうの高こう圧あつ母線ぼせんに流ながれてしまい、短絡たんらく（ショート）してしまいます。
そうすると各かく電気でんき回路かいろに高こう圧あつの電気でんきが流ながれ込こみ、回路かいろが切きれ、
電気でんき機器ききが故障こしょうしてしまいます。
そのため、高こう圧あつ母線ぼせんを引ひき通とおすことは出来できません。
・・・と、言いうことは１ひとつの集しゅう電でん装置そうちが故障こしょうした場合ばあいのバックアップのために、
多おおく集しゅう電でん装置そうちを搭載とうさいする必要ひつようがあります。
そのため、車両しゃりょう製造せいぞうコストがかかるだけでなく、
架線かせんの磨耗まもうも早はやくなってしまいます。
また、デッドセクション通過つうか時じは急激きゅうげきに負ふき電でん線せんに流ながれる電気でんきの電圧でんあつが低下ていかするため、
（電車でんしゃがき電でん電流でんりゅうを集しゅう電でんしなければ、帰き線せん電流でんりゅうも流ながれなくなる。）
デッドセクションのところでせん絡からま（アーク）放電ほうでんが起おこってしまいます。
せん絡からま放電ほうでんとは、「パンタグラフから火花ひばなが～。」と言いうアレです。
急激きゅうげきに負ふき電でん線せんの電圧でんあつが低下ていかしないよう、
ある程度ていどその時ときのために電気でんきを溜ためておける
コンデンサが別途べっと必要ひつようになります。
それ以外いがいの欠点けってんに冒頭ぼうとうの方ほうで述のべた、交流こうりゅう電気でんきの電力でんりょく損失そんしつです。
ＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきは直流ちょくりゅうき電でん方式ほうしきに比くらべれば、
変電へんでん所しょの間隔かんかくを長ながく出来できるのですが、
き電でん線せんを別個べっこに設もうけていないので、
電圧でんあつを倍ばいにして送電そうでんロスを軽減けいげんさせることは出来できません。
そのため、そこそこ変電へんでん所しょを設もうけなければならなくなります。
また、吸すい上あげ変圧へんあつ器きは帰き線せん電流でんりゅうを完全かんぜんに吸すい上あげられるわけではなく、
１次じ側がわに限界げんかい以上いじょうの電気でんきが流ながれてしまうと、
吸すい上あげ効力こうりょくがなくなってしまう欠点けってんもあります。

４－２、単たん巻まき変圧へんあつ器き交流こうりゅうき電でん方式ほうしき

単たん巻まき変圧へんあつ器きは英語えいごでオートトランスと言いうので、
ＡＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきとも言いいます。
単たん巻まき変圧へんあつ器きは１次じ側がわと２次じ側がわの巻まき線せんが合あわさった変圧へんあつ器きです。
変圧へんあつ器きで変圧へんあつ出来できる電圧でんあつは巻まき線せんの比率ひりつで決きまる事ことを応用おうようして、
２倍ばいの電圧でんあつの送電そうでんを行おこない、電力でんりょくロスを少すくなくした方式ほうしきです。


ＡＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきは、
ＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきのようにトロリー線せんだけにき電でん電流でんりゅうを流ながすのではなく、
直流ちょくりゅうき電でん方式ほうしきのように別個べっこにき電でん線せんを設もうけます。
このき電でん線せんをＡＴき電でん線せんと言いいます。
ＡＴき電でん線せんはトロリー線せんの２倍ばいの電圧でんあつの電気でんきが流ながれています。
（２万まんボルトだったら４万まんボルト）
そのため、ＡＴき電でん線せんの電位でんいは非常ひじょうに高たかく、
大地だいち等とうと比くらべると電位差でんいさが大おおきいため、
支持しじする懸垂けんすい碍子がいしは何なん個こも繋つなげて（４～６個こ）絶縁ぜつえんしています。
また、ＡＴき電でん線せんはトロリー線せんとは逆ぎゃく向むきの電気でんきが流ながれています。
ＡＴき電でん線せんはトロリー線せんの近ちかくに張はられるため、
双方そうほうの磁力じりょくが打うち消けしあい、通信つうしん誘導ゆうどう障害しょうがいが起おこりにくくなります。
単たん巻まき変圧へんあつ器きの両りょう端はしは、ＡＴき電でん線せんとトロリー線せんにそれぞれ接続せつぞくされていて、
その中点ちゅうてんにはレールからの吸すい上あげ線せんが接続せつぞくされています。
そのようにすると、帰き線せん電流でんりゅうが吸すい上あげ線せんを通とおり、単たん巻まき変圧へんあつ器きに吸すい上あげられます。
単たん巻まき変圧へんあつ器きにおいて、
トロリー線せんからＡＴき電でん線せんが接続せつぞくされている部分ぶぶんまでの巻まき線せんより、
トロリー線せんから吸すい上あげ線せんの接続せつぞくされている中点ちゅうてんの巻まき線せんの方ほうが
1/２で短みじかくなっています。
変圧へんあつ器きの巻まき線せんに応おうじて電圧でんあつが変かわるので、
トロリー線せんの電圧でんあつはＡＴき電でん線せんの１/２倍ばいになります。
（逆ぎゃくに言いうと、ＡＴき電でん線せんはトロリー線せんの電圧でんあつの２倍ばい。）
ＡＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきは、ＡＴき電でん線せんに２倍ばいの電圧でんあつが流ながれているので、
電力でんりょくロスが削減さくげんされ、変電へんでん所しょの間隔かんかくを長ながくする事ことが出来できます。
また、単たん巻まき変圧へんあつ器きの間隔かんかくも１０キロメートル程度ていどになり、
ＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきの吸すい上あげ変圧へんあつ器きより設置せっち台数だいすうが少すくなくて済すみます。
トロリー線せんは単たん巻まき変圧へんあつ器きの片側かたがわだけに接続せつぞくされているので、
単たん巻まき変圧へんあつ器きの所ところでのデッドセクションは要いりません。
そのため、ＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきより惰性だせい走行そうこうの回数かいすうが削減さくげんされ、
せん絡からま放電ほうでんも少すくなくなります。
また、集あつまり電でん装置そうち同士どうしを高こう圧あつ母線ぼせんで引ひき通とおすことも可能かのうなので、
集しゅう電でん装置そうちを削減さくげんすることが出来できます。
ただ、全まったくデッドセクションが無なくなる訳わけではなく、
電鉄でんてつ変電へんでん所しょのき電でん区分くぶんが分わかれるところ（各かく電鉄でんてつ変電へんでん所しょの管轄かんかつが分わかれるところ）では、
双方そうほうの電鉄でんてつ変電へんでん所しょから送おくられる、
交流こうりゅう電気でんきの０～＋～０～－～０の変化へんかのタイミングが
ずれているため（これを位相いそう差さと言いいます）、
双方そうほうの回路かいろが繋つながって短絡たんらくしないように、
この部分ぶぶんではデッドセクションになっています。
新幹線しんかんせんはき電でん区分くぶんが分わかれるところでも持続じぞくして加速かそく出来できるよう、
セクション自動じどう切換きりかえ器きを設もうけ、
その中立ちゅうりつ区間くかんは瞬時しゅんじに前まえの電鉄でんてつ変電へんでん所しょのき電でん電流でんりゅうから、
次つぎの電鉄でんてつ変電へんでん所しょのき電でん電流でんりゅうに切きり替かわるようになっています。
しかし、実際じっさいの運転うんてんでは、
せん絡からまを避さけるため、セクション自動じどう切せつ換かわ器うつわがあっても極力きょくりょく惰性だせい走行そうこうしているようです。
ＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきの負ふき電でん線せんは懸垂けんすい碍子がいしや可動かどうブラケットの碍子がいしなどにも接続せつぞくし、
それらからの地ち絡からま事故じこを防止ぼうしする目的もくてきもあるのですが、
ＡＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきでは負ふき電でん線せんがないため、
そのかわりとなる地ち絡からま防止ぼうし地ち線せんを設もうけて、地ち絡からま事故じこを防止ぼうししています。
地ち絡からま防止ぼうし地ち線せんは負ふき電でん線せんと同様どうように懸垂けんすい碍子がいし等とうに接続せつぞくされています。

４－３、同軸どうじくケーブル交流こうりゅうき電でん方式ほうしき

交流こうりゅう電化でんかは高こう電圧でんあつなため、
電線でんせんから建物たてものや道路どうろなどの構造こうぞう物ぶつを決きめられた距離きょり以上いじょうに離はなす必要ひつようがあります。
しかし、建物たてものが密集みっしゅうしていて、それが困難こんなんな場合ばあい、
同軸どうじくケーブルと言いう、内部ないぶ導体どうたい、外部がいぶ導体どうたいの二に重じゅう構造こうぞうになったケーブルを使つかい、
合理ごうり的てきに架線かせん関係かんけいをまとめる方法ほうほうを採用さいようする事ことがあります。


同軸どうじくケーブルの内部ないぶ導体どうたいにき電でん電流でんりゅうを流ながし、
外部がいぶ導体どうたいにレールから吸すい上あげた帰き線せん電流でんりゅうを流ながします。
同軸どうじくケーブル交流こうりゅうき電でん方式ほうしきは負ふき電でん線せんもあるので、
帰き線せん電流でんりゅうは双方そうほうに分わけて流ながれる事ことになります。
負ふき電でん線せんはＢＴ交流こうりゅうき電でん方式ほうしきと同様どうよう、地ち絡からま対策たいさくのため、
懸垂けんすい碍子がいしなどにも接続せつぞくされています。
同軸どうじくケーブルの内部ないぶ導体どうたいと外部がいぶ導体どうたいの電気でんきの流ながれは逆ぎゃくで
磁力じりょく線せんの向むきも反対はんたいになるため、
通信つうしん誘導ゆうどう障害しょうがいは起おこりません。
また、負ふき電でん線せんはトロリー線せんの近ちかくに張はられるため、
こちらでも通信つうしん誘導ゆうどう障害しょうがいは起おこりません。
同軸どうじくケーブルは電気でんきを流ながしやすい特性とくせいがある一方いっぽう、
電気でんきが溜たまりやすいと言いう相反あいはんする欠点けってんがあり、
電気でんきが溜たまっていくと、０～＋～０～－～０の波なみが異常いじょうに大おおきくなってしまったり、
サイクルが歪いがんでしまったりするので、
余計よけいな波なみを除去じょきょする装置そうちが必要ひつようになります。
また、同軸どうじくケーブル自体じたい高価こうかで保守ほしゅも面倒めんどうと言いう欠点けってんもあります。

もうちっと続つづきます。長々ながながと申もうし訳わけございません。
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