鉄道工学

鉄道工学 (てつどうこうがく)とは土木工学の一部門で鉄道の下部構造を研究する学問である。

概要[編集]

19世紀初頭に鉄道が発明されて世界各地に路線を広めたが、施設や整備に関する技術を研究する必要があった。当初は土木工学の一つとして、企業や技術者が創意工夫し、仲間内のギルドとして発展したが、やがて専門学校で研究を行うようになったが、工学という部門が確立され大学でも研究するようになった。道路工学との親和性があるが、曲線や勾配に鉄道独特の基準がある。

日本の大学では「鉄道工学科」のような学科は無く、電気工学、機械工学、建設工学、土木工学の各学科に鉄道関連の研究者が在籍し、｢鉄道工学｣を開講している。^[1]また、日本国有鉄道には鉄道省の鉄道教習所の系譜を引く中央鉄道学園が存在したが、分割民営化においては一般的な教育機関として独立せずに終わった。

地盤[編集]

頑丈な岩盤があれば良いが、沖積平野のように柔らかい土があったり、湿地帯のように水が含まれる場合、基礎工事を行って締め固めて水を出して地盤をしっかりと固める必要がある。それでも施設が難しい場合は他の地点へ迂回することもある。

軌道[編集]

軌間[編集]

イギリスの馬車鉄道で始まったといわれる1435mmが標準軌といわれるが、他に様々な軌間がある。ロシア、イベリア半島ではナポレオン戦争の影響で他のヨーロッパ諸国から直通できる標準軌は採用せず^[2]、広軌とした。インドも広軌を採用しているが、イギリス支配下のインド帝国からイギリス軍が来られないよう、各地のマハラジャが故意に異なる軌間を採用した可能性がある。日本では官営鉄道が1067mm狭軌を採用したが、私鉄では762mm特殊狭軌、1372mm馬車軌、1435mm標準軌を採用した企業もある。

規格[編集]

日本国有鉄道では甲線、乙線、丙線、簡易線と分けられた。使用される地盤、枕木、レールに差があり、進入できる車両や最高速度も異なった。このほかに線路等級がある。

レール[編集]

軌条ともいう。鋼製で車輪を支える役割を持つ。かつては上下同じ断面を持つ双頭レールもあったが、特殊な締結装置が必要なため、簡単な締結装置ですむ平底レールに取って代わった。レールは1m当たりの重さによって区分けされ、30N、37N、40N、50N、60Nがある。このうち30Nはほとんど姿を消し、37Nは側線や専用線、一部の地方民鉄のみで使われている。

枕木[編集]

締結装置によってレールを固定し、線路を安定させるものである。イギリスでは当初、鉄製の枕木を使用したが、アメリカ合衆国では材料費の安い木製に移行した。日本ではやはり当初は鉄製、後に文字通りの国産のクリやヒノキといった木材に移行したが、腐朽しやすいことから最近は鉄筋コンクリート製のものが多くなった。ただし、分岐器には木製の枕木があてがわれることが多い。

分岐器[編集]

車両の行き先を変換させる装置である。トングレール、クロッシング、ガードレールで構成される。分岐器は番数で表され、｢cot｣で計算される。

詳細は「分岐器」を参照

曲線[編集]

軌道の曲線では曲線の内側が低く、外側が高くなっている。これをカントという。JRではこの値を105mm、(新幹線では180mm）としている。これは列車にはたらく重力mg [N]と軌道から列車にはたらく抗力N [N]との合力F [N]を列車が曲線を曲がるときの向心力とするためである。軌道に傾斜がないと曲線の外側に過大な力がかかり、列車は脱線してしまう。また、列車が急曲線を曲がるとき、列車は曲線の外側に強い力を受ける。これは列車に速度の方向を変えるための向心力が働き、列車に生じた向心加速度と反対向きに慣性力を受けるからである。物体が円運動をするときに現れる慣性力を遠心力といい次の式で表される。

$mr{\omega }^{2}=m{\frac {v^{2}}{r}}$

m:物体の重さ (kg)
r:半径 (m)
ω:角速度 (rad/s)
v:物体の速度 (m/s)

以上より、物体の速度が速く、なおかつ曲線半径rが小さければ、物体にかかる遠心力は大きくなる。

勾配[編集]

鋼のレールと車輪との摩擦は小さいので力を加え続けなくとも慣性によって車両を動かすことができるが、車両を停止させることと勾配に弱く、勾配の大きさは千分の一である「‰」で表される。日本国内では大井川鐵道と箱根登山鉄道の80‰が最高であり、次いで京阪電気鉄道の66.7‰もあるが、これは特殊な例である。他に長野電鉄の40‰があるが、一般的なものとしては33.3‰以下である。

停車場[編集]

鉄道駅

形態について
- 地上駅
  - もっとも一般的な形態で、地上に駅舎とホームがある。ホームが複数ある場合、構内踏切、跨線橋、地下道で連絡する。駅周辺に踏切ができて渋滞が発生する。　
- 高架駅
  - 地上に駅舎があり、線路とホームが高架橋上にある駅である。駅舎とホームとは階段、エスカレーター、エレベーターで結ばれる。広大なスペースを必要とする貨物設備や滞泊設備などや留置線を置くことが不可能で、建設にも莫大な費用がかかるが、周辺の踏切は一掃され、道路交通が円滑になり、駅で周辺を分断することがなくなる。近年、地上駅や、さらに橋上駅からの転換も増えている。
- 橋上駅
  - 線路直上に駅舎があり、地上に線路とホームがある駅の形態である。駅舎とホームとは階段、エスカレーター、エレベーターで結ばれる。建設の費用はかからず、線路を挟んだ徒歩での連絡は容易だが、車両を含めた道路交通の渋滞が発生する。地上駅からの橋上化工事は増えているが、連続立体化工事によってさらに高架化されたところも多い。
- 地下駅
  - 線路とホームが地下にある駅である。駅舎は地下にあることも多いが、地上にあることも多い。高架駅以上に建設費に莫大な費用がかかるが、高架駅と同様、周辺の踏切が一掃され、道路交通が円滑になり、駅で周辺を分断することがなくなる。
- その他
使用目的について
- 一般駅
  - 旅客、貨物のいずれも取り扱う駅である。かつてはもっとも多い形態であったが、1984年 2月1日の日本国有鉄道ダイヤ改正の貨物合理化でヤード輸送が中止され、多くの駅が貨物取り扱いを廃止して旅客駅となった。
- 旅客駅
  - 旅客のみ取り扱う駅である。ただし、荷物輸送は旅客の一環として扱うので、旅客輸送と荷物輸送のみを取り扱っても旅客駅とする。
- 貨物駅
  - 貨物のみを取り扱う駅である。前述のように荷物輸送は旅客輸送として扱うので、貨物輸送のほかに荷物輸送を取り扱う場合は一般駅となる。汐留駅、隅田川駅が該当する。

操車場
- 列車を組成させる停車場で、客車操車場と貨車操車場があるが、ほとんどが貨車操車場である。各駅停車の貨物列車に連結された貨車を操車場に集めて急行貨物列車として目的地へ向かうのが目的であり、逆の場合もある。貨車の突放と連結は人出がかかり、危険な作業であるが、これをコンピュータで管理し、入替用機関車も無人運転とした武蔵野操車場があったが、ヤード系輸送の廃止によって姿を消した。

橋梁[編集]

詳細は「橋梁」を参照

隧道[編集]

詳細は「隧道」を参照

輸送力[編集]

鉄道の大きな特徴として大きな輸送量を高速で移動できることである。旅客定員840人の急行列車を平均速度60km/時で運転できたり、物資の重量250トンの貨物列車を平均速度60km/時で運転できる。

高速鉄道[編集]

昭和39年10月1日日本国有鉄道ダイヤ改正に開業した東海道新幹線によって、斜陽化するものと思われた鉄道が近代化によって息を吹き返し、世界各国の鉄道技術者から注目を集めた。

発電・送電・変電[編集]

電気を輸送するときは高電圧にすると低電圧のときに比べて送電線で熱となって失われる電力が少ない。そのため、発電所では交流発電機で交流を作り、変圧器で高電圧にして消費地に送り、消費地では再び低電圧に変えて消費者に配電する。直流では変圧器が使えず、また、直流発電機はその構造上、高電圧の発電が出来ないので送電が経済的に不利となる。

直流電化[編集]

電気鉄道のうち、架線に流れる電流を直流にすることである。

概要[編集]

電気機関車や電車に使用される電動機は直流電動機が適していたため、鉄道の電化は当初、直流電化を行った。しかし、直流での高電圧送電は直流発電機の構造上不可能だった。大電力を輸送するために電流を大きくすると架線を太くする必要があり^[3]、これは経済的ではない。また、電圧を高くして送電すると電圧降下が少ないので変電所を短区間に設けてそこまでは三相交流での送電を行い、電圧降下を防止した。

沿革[編集]

日本国有鉄道は当初は600V電圧を、後に1500Vとしていた。信越本線横川駅-軽井沢駅は粘着運転切替まで600Vだった。国鉄を引き継いだ新会社も同様にした。大手私鉄も同様であるが600Vを採用して近年まで昇圧しなかった事業者もある。地方民鉄や路面電車では600Vもある。かつては1200Vも存在した。近年は地下鉄などで750Vが増えている。外国では3000Vを採用した例もあり、戦前の日本の鉄道省も弾丸列車で採用を計画していた。

現状[編集]

1950年代から交流電化が有利とされたが、直流電化も進められた。これは、従来の直流電化区間と直流電車で直通運転できるようにするためである。機関車牽引列車ならば機関車を取り替えれば良いが、電車だと直流、交流いずれも対応できる電車が必要になり高価になるので、既に直流電化された首都圏と京阪神地区周辺、および甲信越は直流電化が進められた。また、首都圏と京阪神に挟まれた東海地方、京阪神と関門トンネルに挟まれた中国四国地方も直流電化が採用された。電車の運転に最適な直流電動機が使え、電車の制御装置も構造が簡単にできる。

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工夫がなされる。これは、エネルギーの浪費を抑えるほか、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]

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。

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不可能^[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。

電食[編集]

直流電化では、レールからの漏れ電流による電食障害が発生する。帰線を通じて電源に戻るべき電流が電気抵抗の差によって地中に漏洩し、近くの金属管(ケーブル、水道管、ガス管)に穴を開ける結果となる。この防止のためには、帰線からの漏れ電流をなくすこと、帰線のレール近接部分と金属製地中菅とを離すこと、帰線の電気抵抗を小さくすることが考えられる。また、軌道1km当たりの漏れ電流を規制している。

地磁気への影響[編集]

き電線、電車線及び直流帰線からの漏れ電流や磁力線のために地球の磁気や電気の観測所の測定に障害を与え

交流発電機[編集]

静止した界磁部分の中でコイルを含む電機子を回転させ(回転電機子形)、あるいはコイルを含む電機子を静止させてその中で界磁部分を回転させることによって(回転界磁形)、コイルの導線が磁束線を切るときの誘導起電力を利用して(フレミングの右手の法則)、力学的エネルギーを電気的エネルギーに変える装置である。いずれの場合でも回転部分を回転子、固定部分を固定子という。

①.起電力を発生する導体(コイル)は円筒形の鉄心に収められ、これを電機子という。
②.回転電機子形の発電機について、コイルが二個一組ならば単相交流、六個三組ならば三相交流が発生する。
③.回転界磁形の発電機について、二個一組の磁極が一回転するとコイルには1サイクルの交流電圧が発生する。もし磁極を6個、つまり3対設けて円周上にＮ-Ｓ-Ｎ-Ｓ-Ｎ-Ｓとなるようにすれば、磁極の1回転に対して3サイクルの交流電圧が発生する。
④.電流を取り出す部分の円い輪をすべり環といい、これと接触する金属片をブラシという。2個のすべり環は、回転コイルの半回転ごとに電流の流れ出す部分と流入する部分との役割を交替し、交流を送り出す。

磁極数をＰ、回転子の回転数をｎ_sとすると

$f={\frac {Pn_{s}}{2}}$

で示される周波数の交流を発生させる。周波数をｆにするためには磁極数Ｐの発電機の回転数は上式を変形して、

$n_{s}={\frac {2f}{p}}$ [rps](毎秒の速度)

に保つ必要がある。この回転速度n_sを同期速度という。なお、同期速度は毎分の速度rpmで表すことが多く、この場合、上式の値を60倍にする。同期速度で回転する交流発電機を同期発電機という。

小型の同期機の界磁に永久磁石を使ったものがあるが、通常は直流で励磁しており、そのために直流発電機を備えている。この直流発電機を励磁機という。

2つの周波数[編集]

日本国内では電力会社から供給される交流電圧は100Vであるが、商用電源周波数は、フォッサマグナを境に東日本が50Hz、西日本が60Hzである。^[6]。両方の周波数の電流が流れている電線を直接接続することは出来ず、互いに電力を融通するときは一端周波数変換所で、直流に変換する^[7]。

また、北陸新幹線では両方の周波数に対応できる車両を使用し、架線を接続するときはデッドセクションを設けている。東海道新幹線と日本海ひすいライン交流区間は東日本側も含めて全線60Hzで、他のフォッサマグナを越える区間は全て直流電化または非電化なので、日本国内で50Hzと60Hzが直接架線で繋がれているのは北陸新幹線だけである。

変圧器(トランス)[編集]

電磁誘導を利用して交流の電圧を変える静止機械である。これは共通の鉄心、または絶縁体の筒のまわりに2つ以上のコイルを巻いたものである。電源に接続するコイルを一次コイル、他を二次コイルという。これらの電圧と巻き数は次の関係がある。一次コイルの巻き数をn₁、電圧をV_１、電流をI₁、二次コイルの巻き数をn₂、電圧をV₂、電流をI₂とすると、

V₁/V₂=n₁/n₂=ａ

となる。ここにａは巻数比である。種々の電力損失のない理想的な変圧器の場合には一次コイルに供給される電流と電圧の積は、二次コイルに誘起される電流と電圧の積に等しい。このとき力率をcosφで表すと、次の式が成立する。

I₁V₁cosφ=I₂V₂cosφ[W]

出力が力率によって変化する交流機器の能力を示すには次の皮相電力を使う。

I₁V₁=I₂V₂[VA]

送電線[編集]

電力Ｐ=ＩVを輸送する場合に電圧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。

交流電動機[編集]

交流発電機とほぼ同じ構造だが、交流電流を運動エネルギーに変換する機械が交流電動機である。

①.誘導電動機
- 三相交流で使われる。安価、軽量で構造の簡単なのが特徴である。コイルに流された三相交流で作られた回転磁界の磁場の中で導体が引っぱられて回転する。コイルは一つよりも複数あった方がより多くの磁場を発生させるので糸車のような形になる。これをかご形回転子という。
②.単相誘導電動機
- 家庭内で使われる電化製品に使われる単相交流で回転する誘導電動機である。
③.同期電動機
- 誘導電動機と同じ回転子を持ち、三相巻線を施して回転磁界が作られる。回転子は直流励磁で電磁石となっており、磁界の回転に伴って回転する。回転する速度が常に一定である。
④.交流整流子電動機
- 直流直巻電動機と同じ構造である。直流、交流いずれにも使用できる電動機である。

三相交流が電力系統に用いられる理由[編集]

同じ量の電力を送電するのに三相を使うのが単相よりも送電線の電気抵抗による電力損失がはるかに少ない。
三相交流を使うと回転磁界ができて動力源として堅牢で安価な誘導電動機が簡単に使える。

今日の日本では、家庭や事業所に送電される電気は単相交流100Vないし200Vである。しかし、電力会社は、最寄りの変電所まで高電圧の三相交流で送電し、電気エネルギーの損失を抑えている。また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。

三相交流回路[編集]

三相交流では三つの電源(発電機のコイルと考えても、変圧器のコイルと考えてもよい)から3本の導線を使って負荷に電力を供給するものである。三相の接続は二つの方式がある。Ｙの形に接続したものをＹ接続または星形接続といい、Ｙの中心部である点Ｎを中性点という。この場合、それぞれ一つの電源が一つの負荷に電力を供給し、電流I₁、I₂、I₃は3つの電源を出ていずれも中性点Ｎ同士を結ぶ導線を通って帰ると考える。

これに対して正三角形に接続したものをΔ接続または環状接続という。電力関係では、両方の接続方式ともよく用いられるが、、Ｙ接続は主に送電線で用いられ、Δ接続は主に配電線で用いられる。

対称3相交流電圧のY-Δ変換[編集]

Ｙ接続の中性点からa相、b相、c相へ向かう電圧V_a、V_b、V_cを相電圧または星形電圧という。
Δ接続の正三角形の頂点a、b、cとの間の各相間(例えばa-b相間など)の電圧を線間電圧という。またＹ接続の各相間の電圧も線間電圧という。これをV_ab、V_bc、V_caとする。
相電圧と線間電圧の関係は

$V_{a}=V_{b}=V_{c}=V_{Y}$

$V_{ab}=V_{bc}=V_{ca}=V_{\Delta }$

とすると、三平方の定理より、

${\sqrt {3}}V_{Y}=V_{\Delta }$

となる。つまり、相電圧√3V_Y=線間電圧V_Δとなる。

また、対称3相交流電圧のフェーザ図からは、

${\dot {V_{ab}}}={\dot {V_{a}}}-{\dot {V_{b}}}=V-(-{\frac {1}{2}}-j{\frac {\sqrt {3}}{2}})V=({\frac {3}{2}}+j{\frac {\sqrt {3}}{2}})V={\sqrt {3}}V({\frac {\sqrt {3}}{2}}+j{\frac {1}{2}})$

=√3V∠30°=V₁∠30°

${\dot {V_{bc}}}={\dot {V_{b}}}-{\dot {V_{c}}}=(-{\frac {1}{2}}-j{\frac {\sqrt {3}}{2}})V-({\frac {1}{2}}+j{\frac {\sqrt {3}}{2}})V=-j{\sqrt {3}}V={\sqrt {3}}V(-j{\sqrt {3}})$

=√3V∠-90°=V₁∠-90°

${\dot {V_{ca}}}={\dot {V_{c}}}-{\dot {V_{a}}}=(-{\frac {1}{2}}+j{\frac {\sqrt {3}}{2}})V-V=(-{\frac {3}{2}}+j{\frac {\sqrt {3}}{2}})V={\sqrt {3}}V(-{\frac {\sqrt {3}}{2}}+j{\frac {1}{2}})$

=√3V∠150°=V₁∠150°

となる。

対称3相交流電流のY-Δ変換[編集]

Δ接続の正三角形の頂点a、b、cから外部へ向かう電流

${\dot {I_{a}}}$ , ${\dot {I_{b}}}$ , ${\dot {I_{c}}}$

を線電流もしくは相電流という。また、Δ上を流れる電流

 ${\dot {I_{ab}}}$

 ${\dot {I_{bc}}}$

 ${\dot {I_{ca}}}$

を環状電流という。

今、I_abを基準としてI_ab =I_r∠0°とすると両者間の関係を示すフェーザ図を作成する。

中点Ｎから0°、-120°、120°からのベクトルを

${\dot {I_{ab}}}={\dot {I_{r}}}$

${\dot {I_{bc}}}=(-{\frac {1}{2}}-j{\frac {\sqrt {3}}{2}}){\dot {I_{r}}}$

${\dot {I_{ca}}}=(-{\frac {1}{2}}+j{\frac {\sqrt {3}}{2}}){\dot {I_{r}}}$

とすると、キルヒホッフの第1則から、

 ${\dot {I_{a}}}={\dot {I_{ab}}}-{\dot {I_{ca}}}$

 ${\dot {I_{b}}}={\dot {I_{bc}}}-{\dot {I_{ab}}}$

 ${\dot {I_{c}}}={\dot {I_{ca}}}-{\dot {I_{bc}}}$

となるので、次の式が得られる。

 ${\dot {I_{a}}}={\dot {I_{ab}}}-{\dot {I_{ca}}}={\dot {I_{r}}}-(-{\frac {1}{2}}+j{\frac {\sqrt {3}}{2}}){\dot {I_{r}}}=({\frac {3}{2}}-j{\frac {\sqrt {3}}{2}}){\dot {I_{r}}}$

 ${\dot {I_{b}}}={\dot {I_{bc}}}-{\dot {I_{ab}}}=(-{\frac {1}{2}}-j{\frac {\sqrt {3}}{2}}){\dot {I_{r}}}-{\dot {I_{r}}}=(-{\frac {3}{2}}-j{\frac {\sqrt {3}}{2}}){\dot {I_{r}}}$

 ${\dot {I_{c}}}={\dot {I_{ca}}}-{\dot {I_{bc}}}=(-{\frac {1}{2}}+j{\frac {\sqrt {3}}{2}}){\dot {I_{r}}}-(-{\frac {1}{2}}-j{\frac {\sqrt {3}}{2}}){\dot {I_{r}}}=j{\sqrt {3}}{\dot {I_{r}}}$

以上より次の関係が得られる。

線電流(相電流)Ｉ=環状電流Ｉ_r×√3

交流電化[編集]

電気鉄道のうち、架線に流れる電流を交流にすることである。日本国有鉄道は在来線の鉄道を電圧20000V、新幹線は25000Vとし、周波数はその地域に普及している値(50Hzもしくは60Hz)としていた。国鉄を引き継いだ新会社も同様にした。ただし、外国では、早い時期に交流電化して当時有利であった低い周波数を採用した区間を中心に、別の値になっていることもある。

誕生の背景[編集]

電気機関車や電車に使用される電動機は直流電動機が適していたため、鉄道の電化は当初、直流電化を行った。しかし、直流での高電圧送電は直流発電機の構造上不可能だった。大電力を輸送するために電流を大きくすると架線を太くする必要があり^[8]、これは経済的ではない。また、電圧を高くして送電すると電圧降下が少ないので変電所を短区間に設けてそこまでは三相交流での送電を行い、電圧降下を防止した。(送電を参照)

長所[編集]

変電所の数の抑制

①.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不可能^[9]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。

②.地磁気への影響を抑制

短所[編集]

①.電気機関車、電車の構造が複雑になる。
②.架線の電圧が高くなるため、跨線橋や隧道の高さを大きく取らないといけない。

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
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
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2001年 3月25日発行。
椹木亨、柴田徹、中川博次『土木へのアプローチ』技報堂出版1999年 1月25日3版1刷発行。

脚注[編集]

↑ 交通機械工学科を持つ大学はある。
↑ 第一次世界大戦、第二次世界大戦ではドイツ軍の貨物列車が直通できず、輸送が滞った。
↑ 北陸本線、湖西線の直流電化の際、交流20000Vから直流1500Vにする際、架線を太くする必要があった。
↑ 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、 $R=\rho {\frac {l}{S}}$ 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1500V、外国の例では3000V。
↑ これは電気事業開始の頃、東日本がドイツから、西日本がアメリカから輸入し、統一しないまま現在に至ったためである太平洋戦争直前と戦後間もなく、周波数の統一が計画されたが、莫大な資金が必要とされたので中止された。
↑ 現在、新信濃周波数変換所と佐久間周波数変換所(いずれも30万kVA)が稼動中。
↑ 北陸本線、湖西線の直流電化の際、交流20000Vから直流1500Vにすると、電流は約13.3倍となる架線を際限なく太くするわけにはいかず、き電線を設けた結果、架線柱を新しく建て直すことになった。
↑ 日本では直流1500V、外国の例では3000V。

[1] 交通機械工学科を持つ大学はある。

[2] 第一次世界大戦、第二次世界大戦ではドイツ軍の貨物列車が直通できず、輸送が滞った。

[3] 北陸本線、湖西線の直流電化の際、交流20000Vから直流1500Vにする際、架線を太くする必要があった。

[4] 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、 $R=\rho {\frac {l}{S}}$ 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。

[5] 日本では直流1500V、外国の例では3000V。

[6] これは電気事業開始の頃、東日本がドイツから、西日本がアメリカから輸入し、統一しないまま現在に至ったためである太平洋戦争直前と戦後間もなく、周波数の統一が計画されたが、莫大な資金が必要とされたので中止された。

[7] 現在、新信濃周波数変換所と佐久間周波数変換所(いずれも30万kVA)が稼動中。

[8] 北陸本線、湖西線の直流電化の際、交流20000Vから直流1500Vにすると、電流は約13.3倍となる架線を際限なく太くするわけにはいかず、き電線を設けた結果、架線柱を新しく建て直すことになった。

[9] 日本では直流1500V、外国の例では3000V。

[1]

[2]

[3]

[4]

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[6]

[7]

[8]

[9]

鉄道工学

概要[編集]

地盤[編集]

軌道[編集]

軌間[編集]

規格[編集]

レール[編集]

枕木[編集]

分岐器[編集]

曲線[編集]

勾配[編集]

停車場[編集]

橋梁[編集]

隧道[編集]

輸送力[編集]

高速鉄道[編集]

発電・送電・変電[編集]

直流電化[編集]

概要[編集]

沿革[編集]

現状[編集]

電力の損失の抑制[編集]

ジュール熱の抑制[編集]

変電所の増設[編集]

電食[編集]

地磁気への影響[編集]

交流発電機[編集]

2つの周波数[編集]

変圧器(トランス)[編集]

送電線[編集]

交流電動機[編集]

三相交流が電力系統に用いられる理由[編集]

三相交流回路[編集]

対称3相交流電圧のY-Δ変換[編集]

対称3相交流電流のY-Δ変換[編集]

交流電化[編集]

誕生の背景[編集]

長所[編集]

短所[編集]

関連項目[編集]

参考文献[編集]

脚注[編集]

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