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鉄道車両に関する記事・鉄活動記録の他、模型の紹介なども掲載していきます。

【鉄道車両基礎講座】 その4 鉄道の電化と電気の流れ

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 ↑ 郡山駅構内の様子。電化区間では電車に電気を供給するための架線が設置されています。

鉄道の電化

鉄道の電化とは、「鉄道の動力源を電気にすること」です。

電車は車両の外から電気を取り込むことが一般的ですが、電車や電気機関車を走らせる為には、その路線には電気を供給する為の設備を備えることが必要です。

電気を供給する為の設備を備えた路線や区間を、それぞれ「電化路線」「電化区間と呼び、それ以外の(電車などが走る為の設備を備えていない)路線や区間を「非電化路線」「非電化区間と呼んでいます。

 車両が、外部から電気を取り込むことを「集電」と呼びます。

電車の集電方式は「架空電車線方式」と「第三軌条方式」の二つに大別されますが、ここでは、一般的な「架空電車線方式」を基本に説明を続けます。

「架線電車線方式」とは、車両が通過する空間の上でに架線を張り、ここからパンタグラフなども集電装置を経由して集電する方式のことで、「架線集電方式」とも呼ばれます。

「架線」とは、簡単にいうと電車に供給する為の電気を流している電線のことです。

「集電装置」は、「集電器」とも呼ばれ、架空電車線方式においては屋根の上に設置され、常に架線と接触しながら走行することで、列車は安定的に電気を車内に取り込んでいます。

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↑ 架線と接触する、189系のパンタグラフです。 

 

 電流と回路について

電車は、架線からパンタグラフを経由して、車内に電気を取り込んでいます。

この電気の流れる量のことを「電流」といいます。

ここで、小学校の理科の授業で、豆電球と乾電池を使った実験を思い出しましょう。

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 乾電池にはプラス極とマイナス極があり、豆電球には2本の線(導線)がついていました。

豆電球の導線のうち1本を乾電池のブラス極に付けて、もう1本を乾電池のマイナス極に付けると、電気がブラス極からマイナス極に向かって流れて、豆電球に明かりがつきました。

このとき、乾電池のプラス極から豆電球を経由して、マイナス極に戻る電気の流れる道が出来ていますが、このような導線による「電気が流れる道」のことを「回路」呼びます。

回路は、ループした形(環状線)になっています。

実験の例では、乾電池を出た電気は、豆電球を経由して乾電池に戻ります。

このとき、豆電球の導線の1本が乾電池のマイナス極から離すと、回路が構築されず、電気は流れません。

電気を流れる為には、乾電池のマイナス極に戻る「帰り道」が必要になるのです。

それでは、電車を動かす場合の電気の簡単な流れを見てみます。

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変電所は、電力会社などから供給された電気を電車を動かす為に必要な状態に変換しているのですが、ここでは大きな乾電池と考えて下さい。

電気は変電所から架線に流され、電車は架線から集電装置を経由して電気を取り込み、電動機を回して動きます。

その後、電流はレールに流され変電所に戻りますが、この戻る電流のことを「帰線電流」といいます。

このように、電化区間においても回路が構成され、電気が流れるようになっています。