鉄道の電化の種類について。直流と交流の違い。600 Vと 1500 Vの違いなど

Q1.直流と交流の違い
・直流と交流があるのはなぜ？
・それぞれのメリットデメリットは？

Q2.直流電化の種類は？
・600V、750V、1500Vの 3 種類？
・他にも種類はありますか？

Q3.600V、1500Vの違いは？
・1500Vの方が建設費用がかかるけれども、パワーが出る？
・600Vではなく、1500Vが採用されることがある理由は？

Q4.「直流」「交流」あるいは「600V」「1500V」の境目は？
・電化の種類は、どの範囲で決まっているのですか？
・駅ごと？
・路線ごと？
・例えば、同じ路線でも、ある駅を越えると、電化の種類が変わって「600V」が「1500V」になったりすることはありますか？

Q5.同じ電化の対象は？
・電化は何に影響を及ぼすのですか？
・例えば、「直流」でなければ、あるいは「交流」でなければ、あるいは「600V」でなければ、あるいは「1500V」でなければ走行できない電車はありますか？
・「直流」でなければ、あるいは「交流」でなければ、あるいは「600V」でなければ、あるいは「1500V」でなければ使用できない駅はありますか？
・「直流」でなければ、あるいは「交流」でなければ、あるいは「600V」でなければ、あるいは「1500V」でなければ使用できない線路はありますか？

Q6.電車の電化(路線ごとの電化の種類など)に関する情報はどこかに掲載されていますか？

No.2 ベストアンサー 回答者： w124-youngclassic 回答日時： 2024/04/21 08:50

おはようございます。

電気を送るにあたって、電圧は高いほうが良いので、発電所からの電気は50万ボルトとか、27万5,000ボルトといった超高電圧で変電所に送電しています。
電圧（ボルト）✕電流（アンペア）＝電力（ワット）

電車に限らずですが、
電気で動かす＝電力の消費です。
ボルトが低いとアンペアを増やさなければなりません。
逆に言うと、ボルトを高くするとアンペアは下げられる。
こういうモノです。

発電所からの電気はこういう背景で超高電圧で送電し、途中途中の変電所で使いやすい電圧に下げて供給しています。

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【Q1の回答】
直流電化と交流電化の違いですが、

▪直流電化だと、発電所からの電気（交流）を直流に変えなければなりません。
変電所など地上施設に費用がかかります。
また、高電圧にしにくいのでエネルギーの供給に限界があります。
ただ、鉄道車両は直流電動機を使っていましたので、直流電化の方が車両構造はシンプルで低廉に出来ます。車両を多く必要な都市圏の鉄道だと、直流電化のほうが理にかなっています。

▪交流電化だと、発電所からの電気を変圧器で変圧するだけで済みます。地上施設の費用が抑えられます。
高電圧で送電すればアンペアは抑えられますし、遠くまで送電できます。地上施設の費用が抑えられます。
しかしながら、車両の方で交流の電気を直流の電気に変換しなければなりませんから、車両の構造は複雑で高価になります。
ローカル線など車両数が少ない路線とか、機関車で牽引する列車でしたら良いのですが、都市圏の長編成の列車だと高価になってしまいます。

【Q2の回答】
日本においては、現在は書かれている3つですね。

【Q3の回答】
冒頭の“電力（ワット）”の所の話をお読み頂くと分かりやすいと思います。
高速度であったり長編成だと多く消費電力ですから、DC1,500Vである必要があります。
速度が低いとか、編成が短い場合は、DC600Vでも差し支えありません。
電圧が低いと絶縁距離が短くて済むので、設備費用も抑えやすい。
こういう違いです。

【Q4の回答】
路線ごととも、場所ごととも、駅で変わる所もあるので、設問のフリでは分かりやすく説明するのは難しいですね。

電化方式（直流か交流か）が異なったり、電圧が異なると、基本的には直通して走らせられません。
どちらかだけです。

直流電化⇔交流電化両方を走れる「交直流形」の車両を必要としたり、
電圧の違いでも、高い電圧のところに行ってしまうと耐圧電圧を超えて故障してしまったり、低い電圧のところに行ってしまうと電圧が低すぎて機能低下してしまうので、双方の電圧に対応できるような「複電圧車両」を用意しなければならないです。

種類は電化工事の進捗と、路線事情（例えば、常磐線だと石岡の地磁気観測に差し支えるので、取手駅より水戸方は交流電化）、歴史によりますね。
書き出したら長文すぎてしまい読みきれないと思うので、ざっくりではありますがこんな回答にさせていただきます。

【Q5の回答】
何に影響を及ぼしますか？
壮大お話しすぎてとっかかり難いのですが、全てですね。
Q4で回答した通りで、「交直流形車両」以外は直流電化か交流電化かのどちらかしか走らせられません。
「複電圧車両」以外は、電圧が異なると故障したり電気火災に繋がったり（設計の電圧より高い電圧の区間に入ってしまった場合）、性能低下したり機能低下（設計の電圧より低い電圧の区間に入ってしまった場合）するので、各々の電化方式でしか走行できません。
例外として、路面電車との平面交差はある関係で伊予鉄でDC750V車両がDC600Vの区間を走行したりしていますが、規定の性能より下がった状態での走行です。
https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E4%BC%8A%E4%BA% …

【Q6の回答】
ウィキペディアでも、Googleでも、各鉄道会社の概要でも分かりますよ。

この回答へのお礼

回答有り難うございました。

＞電気を送るにあたって、電圧は高いほうが良いので、発電所からの電気は50万ボルトとか、27万5,000ボルトといった超高電圧で変電所に送電しています。
＞発電所からの電気はこういう背景で超高電圧で送電し、途中途中の変電所で使いやすい電圧に下げて供給しています。
・初めて知りました。
・参考になりました

＞直流電化だと、発電所からの電気（交流）を直流に変えなければなりません
＞車両の方で交流の電気を直流の電気に変換しなければなりません
・基本的な考え方として、発電所から交流の電気が流れてきて、それをどこかで直流に変換して、電車は直流で走るのですね。
・交流電車は交流の電気で走行する、と勘違いしていました

＞直流電化だと
＞変電所など地上施設に費用がかかります。
＞また、高電圧にしにくいのでエネルギーの供給に限界があります。
＞直流電化の方が車両構造はシンプルで低廉に出来ます。車両を多く必要な都市圏の鉄道だと、直流電化のほうが理にかなっています。
＞交流電化だと、
＞遠くまで送電できます。地上施設の費用が抑えられます。
＞しかし、車両の方で交流の電気を直流の電気に変換しなければなりませんから、車両の構造は複雑で高価になります。
＞ローカル線など車両数が少ない路線とか、機関車で牽引する列車でしたら良いのですが、都市圏の長編成の列車だと高価になってしまいます
・説明わかりやすかったです。
・大変参考になりました

＞電化方式（直流か交流か）が異なったり、電圧が異なると、基本的には直通して走らせられません。
＞どちらかだけ
・参考になりました

お礼日時：2024/04/21 11:12

No.4 回答者： ムカリン 回答日時： 2024/04/23 13:26

電気に関して適当いい加減な回答があるので

発電所から高圧で送電するその理由
抵抗によって電気エネルギーが熱エネルギーに変換されそれによって電気エネルギーが失われることで電圧低下が生じそれによって遠距離地域に送電出来なくなることから電圧低下が起きても遠距離地域に送電できるようにするためです
問題は抵抗による熱エネルギーへね変換です。

適当いい加減に回答している輩へ
知らないなら回答しないほうがいいよ。

電気で動かす＝電力の消費？なんて適当いい加減な回答がありますが
正解は電気エネルギーを運動エネルギーに変換する事でその分電気エネルギーが失われるのです
つまり正解は電力の消費ではなくて電気エネルギーの消費です

直流電化と交流電化の違いについても適当に回答してあるので

発電所からの電気（交流）を直流に変えなければならないについて

水力や火力・原子力等タービンを回す事で発電する場合それによって生じた電気は交流電気ですが、太陽光発電のようにタービンを回すのではなくて化学的に発電する場合それによって生じた電気は直流電気となります。ですからそのような断りなし発電所からの電気を交流電気とするは適当いい加減な回答となります

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

＞太陽光発電のようにタービンを回すのではなくて化学的に発電する場合それによって生じた電気は直流電気となります
・発電所からの電気＝交流とは限らないわけですね。
・参考になりました

お礼日時：2024/04/25 20:51

No.3 回答者： ultraCS 回答日時： 2024/04/22 20:29

三相交流電化が抜けていますね。

架空線電化では現在はスイスなどの登山鉄道の例しかありませんが、新交通では国内の多くで使われています。これらは、架空線ではなく壁面からコレクターシューで集電しています。サードレールが三本あるようなものですね。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E7%9B%B8 …

上記のウィキペディアによると以下がそのようです
埼玉新都市交通伊奈線
東京都交通局日暮里・舎人ライナー
ゆりかもめ東京臨海新交通臨海線
Osaka Metro南港ポートタウン線
神戸新交通ポートアイランド線
神戸新交通六甲アイランド線

この回答へのお礼

回答＆リンク提示ありがとうございました。

＞三相交流電化が抜けています
・初めて知りました。
・大変参考になりました

お礼日時：2024/04/25 20:46

No.1 回答者： mgmg-kii 回答日時： 2024/04/21 08:41

>Q6.電車の電化(路線ごとの電化の種類など)に関する情報はどこかに掲載されていますか？

Wiki「鉄道の電化」
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%89%84%E9%81%93 …

この回答へのお礼

回答有り難うございました。

お礼日時：2024/04/21 10:59