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直流型電車とは



直流とは電圧を変えずに電流を流すことを指します。電車には、「直流型電車」と「交流型電車」、そして「交直流電車」というように、構造による違いがあります。ここでは直流型電車について説明します。

直流型電車の歴史

歴史的にみると、交流型電車や交直流型電車よりも先に登場したのが直流型電車と言われており、最も歴史が古いです。1879年にドイツのベルリン工業博覧会で、世界初となる電車の走行が実現したと言われていますが、この当時の電車の電力は直流を使用していました。その後は第二次世界大戦後に交流電化が普及するまで、鉄道などの電化方式は直流が主流となっていました。

直流型電車の構造

直流型電車の構造として、高圧で受電した電気を変圧器で必要な電圧に変換してから架線に電気を供給します。このとき、電圧を降圧することで電車にとって使いやすい形にしています。降圧したのちに整流器で交流から直流に変換され、短絡故障などで電流が大きくなってしまったときに感知し、自己的に遮断する装置である高速度遮断機を経て饋電(きでん)線に流し、電車線へと給電します。架線の電圧は、500~3,000Vが選択され、これは製造できる絶縁耐力モーターの電圧の上限です。現在、多く使われているものとしては、600V、750V、1,500V、3,000Vがあり、その中で現在日本では主に1,500Vが用いられています。

直流型電車の特徴

直流型電車の構造上、整備など地上でのコストは高くなりますが、電車の車体そのものへの設備がモーターだけなど簡易的になるため、低コストでの製造が可能となります。それゆえに、本数が多く運転の頻度が高い、密集しているような大都市や都市部近郊の路線には、コスト面でも直流型電車が適していると言われています。

直流の場合は電圧が低く、交流と同程度のエネルギーを得ようとすると、交流よりもより高い電流を流す必要があります。そうなると集電器などの離線(集電器が架線から離れること)も電線の断線を招いてしまうことになります。架線はゆるい円弧形のためどうしてもつなぎ目で離線が発生し、そのとき電気がスパークして火花が発生して架線が切れる原因になります。その点からも、現在日本で主に用いられている1,500Vを基準にすると、直流型電車の時速の限界は160kmとされています。また、交流電化と比較すると、直流電化は絶縁距離が小さくなります。したがって、トンネルや、制約の多い地下鉄内などでは主に直流電化が大多数を占めています。