鉄道好きです…それだけに今さらこんなこと、人には聞けません…

タイトルでも歌いましたように鉄道好きです。
実は、私の家からそう遠くないところを走っている路線で、近日、住民念願だったという「直流化」が行われ、このあたりでは一番の大都市から直通普通電車が走ることになりました（わかる人にはすぐにわかるだろうな…-_-;）
そこでお尋ねしたいのですが、そもそも直流と交流によって、何がどう違ってくるのでしょうか？
主な疑問は以下に挙げるようなところです。
・交流は変圧することにより長距離の送電が可能なため、変電設備が少なくてすむということですが、それなら土地が少ない大都市圏こそ交流を使うべきではと思ってしまうのですが、一般的に地方路線ほど交流の率が高いのはなぜでしょうか？
・ちょっと前になりますが放送されたタモリ倶楽部で、電気機関車1両につき交流路線はパンタグラフひとつ、直流路線ではふたつ、と言っていました。パンタグラフひとつで電気を取り込める仕組みがわからないのですが、どうなっているのでしょうか？
・直流・交流の問題からはちょっと外れるかもしれませんが、VVVFというのはどういうもののことを言うのでしょうか？

できましたら、直流・交流の違いとそれぞれの長所・短所をまとめたようなサイトがありましたら教えていただきたいのですが。
よろしくお願いします。

No.1 ベストアンサー 回答者： tnt 回答日時： 2006/09/22 22:34

サイトはわかりませんが、わかる範囲で書くと

まず、前提にされているお話は、すべてその通りです。
１）電車が集中して変電所がいくつもある都市部では
　　交流のメリット（遠距離送電が可能）が
　　活かせません。
　　10km毎ぐらいに変電所があるのが普通ですから。
　　交流だと、車両の製作費が高いので、
　　都市部は直流にします
２）同じ電力を消費するなら、電圧が高い方が
　　電流は少なくて済みます。
　　パンタグラフの容量を決めるのは電流なので、
　　交流区間（２万５千ボルト）の方が、
　　直流区間（千５百ボルト）よりも少ない電流で
　　電車が走れます。よってパンタグラフは
　　減らせます。
３）電流の帰りはレールです。
　　ですから、原理的にはパンタグラフは１つで
　　済みます

さて、（４）ですが、

本来、電車のモーターとしては交流モーターの方が
適しています。
これは粘着力（ここでは鉄のタイヤと鉄のレールの摩擦）
の問題で、
直流モーターはトルク（廻す力）の変動が大きく、
空回りしやすいからです。
電気機関車は、直流用はＥＦ（６軸駆動）が主力ですが、
交流用はＥＤ（４軸駆動）がたくさんあります。

そこで、直流をもう一度交流に戻して
十分な粘着力を得ると共に、
省エネをすることにしたのがＶＶＶＦです。

交流モーターは周波数で出力が変わります。
また、電圧でも出力が変わります。
で、これらを組み合わせて、
バリアブルボルテージ、バリアブルフリケンシとしたのが
ＶＶＶＦです。

これによって満員の１０両編成を４両の電動車で
駆動することが可能になりました。
京浜東北・総武線のE209/E231がその代表です。

ただし、ブレーキ時（もちろん回生ブレーキ）は
ＶＶＶＦの粘着力が生かし切れません。
なので、これらの電車は、雨の日など、
タイヤが滑ったとき、他の車両のブレーキを
きつくするように設計されています。

この回答へのお礼

大変よくわかりました。
でもすごい技術ですよね。満員の10両編成を4両で…。
日本の鉄道技術は日本の偉大な財産ですね。
ありがとうございました。

お礼日時：2006/09/27 23:33

No.8 回答者： tnt 回答日時： 2006/09/29 22:13

NO.1です。

NO.5さんから思わぬ反論を頂いてしまったので、
誤解を防ぐために再度。

参考ＵＲＬを御覧下さい。直流のＥ（動輪６）は
交流のＤ（動輪４）と同等に近いと書かれています。
これは、交流機関車は整流はするけれど
平滑をしないためです。
弱いトルクと強いトルクが交互に来るので
車輪が空回りをするのを防げます。

ついでに補足

客車を利用した長距離列車ですが、
一番の理由は、寝台車が静かにできるという
事らしいです。
動力の問題なら交直両用で済みますから。
（北斗星等は途中に非電化区間がありますけど）

参考URL：http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%BD%E9%89%84E …

この回答へのお礼

遅くなりましてすみません。
う～ん、鉄道好きな方って本当に知識豊富ですよね。
そろそろわからなくなってきました。

客車列車の寝台車は数回しか乗ったことがありませんが
確かに静かですよね。
ありがとうございました。

お礼日時：2006/10/21 14:53

No.7 回答者： ymmasayan 回答日時： 2006/09/28 00:38

No.4です。

補足します。

誤解を与えてしまったようです。

>　姫路側でも同様のことがおこなわれていることは…実は知りませんでした。
実は直流電化されたの敦賀側だけです。
これによって姫路・敦賀の直通運転電車が出来て便利になったということです。

最初の交流電化よりも交流電化から直流電化に切り替える方が圧倒的に大変で
相当な時間を要したようです。

家に例えると住みながら家を建て替えるようなものですから。

この回答へのお礼

遅くなってすみません。
やはり、滋賀県側だけですよね。
「北琵琶湖地方が京阪神に近づいた」って言ってましたもんね。

＞家に例えると住みながら家を建て替えるようなものですから。
う～んわかりやすい例え。
ありがとうございました。

お礼日時：2006/10/21 14:51

No.6 回答者： yakyutuku 回答日時： 2006/09/23 08:14

鉄道会社の変電所設備についてはしりませんが、電力会社の場合喧伝所設備は都市部ではほとんど地下にあります。

公園の地下、寺社の地下などです。利用価値の低い地下を使うので、変電設備の土地問題はあまり関係ないのではないでしょうか？

この回答へのお礼

そうなんですか。公園の地下はまあいいとして、寺社の地下ってなんか罰当たりな気もしてしまいますけどね。
でも新しい情報でした。ありがとうございました。

お礼日時：2006/09/27 23:51

No.5 回答者： B-rapid 回答日時： 2006/09/23 01:03

ある程度答えは出ていますけど、元々鉄道の電化は直流でスタートしたという歴史があります。

変電所間隔が短くなるなどの地上設備の問題はありますが、電動車の駆動用モーターは長らく回転数を制御しやすい直流モーター方式で発展してきたため、直流方式で電化が進んでいったのです。　交流電化が実用化されたのはここ50年ほどの話です。

なお、＃1さんは交流機関車のことを書かれていますが、国鉄時代の交流機関車は初期の試作機関車は別にして全て直流モーターを使用していました。

また、かつては交流電化は変電所の数が少なくて済むというメリットがいわれてきましたが、超高圧電化のため、架線の絶縁を強化する必要があり、意外にコストがかかるということもわかってきています。

交流電化区間と直流電化区間を直通する両用車両はもちろん存在しますが、単純に言えば直流車両に交流用機器を搭載するというシステムのため、製作コストが極めて高くつきます。そのため、国鉄時代の交流電化区間では、機関車・特急・急行は電化したものの、普通は車両を投入できずに客車列車やディーゼルカーのままというのもごく当たり前の光景でした。

1970年代以降の電化に関しては、周辺線区に合わて電化方式を決めるという形になっています。

この回答へのお礼

＞交流電化区間と直流電化区間を直通する両用車両
京都からですと、思い出すのが「サンダーバード」なんですが、あれなんかそうなんでしょうか？あれは金沢まで行きますもんね。
（あ、いつの間にやら自分の住んでるのが京都ってばらしてる…まあいいけど）
客車列車を利用した寝台特急が多いのも、最悪でも機関車だけ変えれば交流区間と直流区間を直行できるからなんでしょうか？
ありがとうございました。

お礼日時：2006/09/27 23:49

No.4 回答者： ymmasayan 回答日時： 2006/09/22 22:57

既に回答は出ていますが。

最近の直流電化と直通運転と言えば敦賀－姫路間が記憶に新しいですね。
交流・・車両が高いが変電所が安い・・郊外向き
直流・・変電所が高いが車両が安い・・都市近郊向き

直流と交流は直通運転は不可能ではありませんがコストや色んな制約で殆どむりです。

従って都市部との直通運転の為に直流にしたわけです。

ＶＶＶＦは可変電圧可変周波数と言うことで今はやりのインバータエアコンと似た方式です。
エアコン・・・交流→直流→交流→交流モーター
ＶＶＶＦ・・・（交流→）直流→交流→交流モーター
要は安価で丈夫な交流モーターを直流モーター並みに自由自在に制御できるようにしたものです。

この回答へのお礼

＞最近の直流電化と直通運転と言えば敦賀－姫路間が記憶に新しいですね。
あたりです。
と言っても、うちは京都と滋賀を営業エリアにする某地方新聞しかとっていないので、新聞は滋賀県側のことばかり報じており、姫路側でも同様のことがおこなわれていることは…実は知りませんでした。
それにしても鉄道ファンの皆さんの知識は無尽蔵ですねえ。
私なんか鉄道ファンの端くれにもならないんだなあ。
ありがとうございました。

お礼日時：2006/09/27 23:45

No.3 回答者： ymda 回答日時： 2006/09/22 22:49

直流、交流だけでは、実質何もかわらないのですが

交流の場合、実際の送電は20000V (新幹線は25000V)で
直流は一般的なJRでは1500Vです。

少し古い列車で仮定しますと・・

交流20000V・・トランスで変圧して、整流してから使用する。(機関車は交流をそのまま使用）
直流1500V・・・抵抗等で（その他もろもろ）適正な電圧にしてから使用する。

ということで、どちらかといえば抵抗だけで変圧したほうが、列車製造コストは安上がりになるわけです。

＞それなら土地が少ない大都市圏こそ交流を使うべきではと思ってしまうのですが

列車の製造コストが高くなるだけではなく、トンネル内の絶縁が確保できないのがあり、特に都市部ではトンネル製作費用が膨大にかかるというのもあります。

最後に、交流区間と直流区間のき電線を比較してみてください。

交流は細い線しかありませんが、直流はかなり太い線が走っています。

＃該当する区間では、き電線として設置されるわけではなく、

参考URLはデッドセクション関係ですが、該当区間の工事状況等ものっています。

参考URL：http://deadsection.image.coocan.jp/

この回答へのお礼

実は、「き電」というのが何かも知りませんでした。
「電車でGO！2」にはまりまくっていたときに、き電区間はマスコンを離すと特別ポイントが入ってきましたが、そこから考え、電気系統の切り替え区間かな、と思っていましたが、大体あたっていると思っていいんですよね…？
ありがとうございました。

お礼日時：2006/09/27 23:41

No.2 回答者： hiroko771 回答日時： 2006/09/22 22:35

http://www.ntv.co.jp/megaten/library/date/02/02/ …
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1338017
http://question.excite.co.jp/kotaeru.php3?q=2408 …
http://www1.odn.ne.jp/~aaa81350/kaisetu/kairo/ka …

http://ja.wikipedia.org/wiki/直流電化
http://ja.wikipedia.org/wiki/交流電化

>VVVF

http://ja.wikipedia.org/wiki/VVVF

この回答へのお礼

まさしく「直流と交流の違い」から始まる一連のサイトのご紹介、ありがとうございました。
（一応念のために言わせていただきますが、直流と交流とは何か、はさすがに知っていました。電車における直流と交流の違い、のつもりだったのですが）
でも、大変役に立ちました。
ありがとうございました。

お礼日時：2006/09/27 23:37