架線
架線 (かせん[1]) は架空電車線 (かくうでんしゃせん) の略で、鉄道やトロリーバスで、走行および車内電源用の電力を車両に供給する、接触電線のことである、電車線の一種。電線路には含まれない。
概要[編集]
発電所から高圧線によって送電され、変電所で降圧されたあとに架線に送電される。なお、発変電所からほかの発変電所を経ないで直接電車線に至る電線をき電線という。鉄輪車両を採用する架線集電方式の電車は、架線からパンタグラフを介して床下の回路に電流が取りこまれ、VVVF制御車ではさらに電力変換装置に送られる。電車内の電気回路は架線から鉄軌道へ流れる回路であり、軌道側が低電位のことが多い。
昨今では、多くの車両でブレーキ制動時に電動機を発電機として運用させて少し高い電圧の電力を発生させ、その電力を架線に還す「回生制動」が行われている。
第三軌条方式[2]で利用される第三軌条やモノレール電車線を含めて電車線という。また、非電化区間には設置されていない[3]。
架線は緊張状態を保つため、常に張力が調整されている。主な方式は、おもりと滑車で緊張させる重鎮式と、ばねの力で緊張させるばね式がある。
ゴムタイヤ車輪の車両では、案内軌条式の札幌市の地下鉄では、車体に負集電器を備えて鉄軌条に電流を還している。トロリーバスでは、集電装置はトロリーポールなど小面積のものが用いられ、高電位の架線からモーターを通って低電位の架線に電流を流す必要があるため、必ず架線が2本張られる。新交通システムでは、案内軌条の上部に複線式のトロリー線が設けられている。
読み方に関して、鉄道の現場でよく用いる用語に仮線・下線・活線・河川など読み方が似たものや同じものが多く、混同を防ぐために｢がせん｣と読むことがある。
形態[編集]
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- 剛体架線
- 直接吊架式架線
- カテナリ架線
- シンプルカテナリ式
- ツインシンプルカテナリ式
- ダブルメッセンジャーシンプルカテナリ式
- コンパウンドカテナリ式
- 饋電吊架式架線
- 第三軌条(サードレール)
送電[編集]
電力の損失の抑制[編集]
電力Ｐ=ＩVを輸送する場合。同じ電力を送るとして、電圧Vを高くすると、電流Ｉは小さくなり、送電線で熱(ジュール熱)となって失われる電力Ｐ=Ｉ2Ｒ(Rは送電線の抵抗)を小さくすることが出来る。また、使用する電線も細くできる。電圧をｎ倍に高くすると、同じ電力を送電するときの電流は1/ｎ倍になり、送電線における電力の損失は1/ｎ2倍に減少する。高電圧の交流は、消費地の変電所で変圧器を用い、適当に電圧を下げて使用者に供給している。
ジュール熱の抑制[編集]
送電ではジュール熱を削減し、電気エネルギーの消費を抑える必要がある。これは、エネルギーの浪費を抑えるためだけでなく、ジュール熱に起因する火災を防止するためにも重要である。
広く用いられている方法のひとつに、十分な太さの電線を用意することが挙げられる。導体の電気抵抗は、その太さに反比例するため(抵抗率)、 想定される電流量に対して十分な太さが確保できれば、ジュール熱が削減できるという算段である。[4]
いっぽう、非常に大きな電気エネルギーを扱う送電線の幹線などでは、際限なく太い電線を用意することは現実的に難しい。そのため、電流量を減らす取り組みがなされる。電圧を上げれば、少ない電流であっても十分な電気エネルギーを送れるので、これを利用するのが、高圧送電線である。発電所から伸びる幹線では更に高電圧で送電しているものもあり、高い送電効率を達成している。
変電所の増設[編集]
交流は高電圧での送電が可能なので変電所の数を少なくできる。これに対し、直流は高電圧での送電は困難[5]なので電圧降下の防止のため変電所の数を増やす必要がある。
地磁気への影響[編集]
その他[編集]
電車や電気機関車は、架線から常時、走行電力および車内電源を得るが、固定編成客車でカニ22やオハネフ25のように直流区間のみ車内電源を得るために架線を利用する客車があったり、蓄電池動車は非電化区間で自力走行するために、走行電力および車内電源を電化区間の架線から賄っている。
関連項目[編集]
参考文献[編集]
- 堀孝正『パワーエレクトロニクス』オーム社出版局2002年2月25日第1版第7刷発行
- 酒井善雄『電気電子工学概論』丸善株式会社
- 力武常次、都築嘉弘『チャート式シリーズ新物理ⅠB・Ⅱ』数研出版株式会社新制第11刷1998年4月1日発行
- 矢野隆、大石隼人『発変電工学入門』森北出版株式会社2000年9月13日第1版第4刷発行
- 西巻正郎・森武昭・荒井俊彦『電気回路の基礎』森北出版株式会社1998年3月18日第1版第12刷発行
- 電気学会｢電気学会大学講座電気機器工学Ⅰ｣社団法人電気学会2002年1月31日14刷発行
- 天野光三・前田泰敬・三輪利英『第2版図説鉄道工学』丸善株式会社
- 電気学会『電気施設管理と電気法規解説9版改訂』電気学会2001年1月25日9版改訂1刷発行。
脚注[編集]
- ↑ 現場では、最初の「か」を濁らせてがせんと言うことが多い。
- ↑ 走行用とは別の電気が流れてるレールから電気を取る方法で、主に地下鉄で採用。
- ↑ 但し、蓄電池動車の電力を得るために烏山線烏山駅や男鹿線男鹿駅などの駅構内に架線が張られている。
- ↑ オームの法則、 E=IR (Eは電圧V、Iは電流A、Rは電気抵抗Ω)で表される。 抵抗は、導線の長さｌに比例し、断面積Sに反比例する。すなわちR(Ω)、ρ(m･Ω)、l(m)、S(m2)とすると、 が成り立つ。 比例定数ρをその導線の材質の抵抗率という。ρは導線の長さが1m、その断面積が1m2あたりの電気抵抗となる。
- ↑ 日本では直流600,750,1500V、外国の例では3000V。電圧をさらに高くするためには、モーターやインバーターを高圧対応にするか、降圧器を車両に積むことになるが、そうすると交流車以上に高コストになり、車両コストが安い直流電化のメリットが無くなるので無意味。
