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電車の事故
先日、宇都宮線で発生した事故は架線が切断されたとのことでした。新聞か何かの記事で原因を読んだのですが、以下で正しいでしょうか。 電車の架線はどこまでも１本でつながってるのではなくて、どこかで区切られてる。架線Ａの区間と、架線Ｂの区間が入れ替わる部分では、２つの架線が平行してかかっている場所がある。架線Ａと架線Ｂに流れる電流？電圧？（よく分からないのですがなにか）が異なっているとき、ここで電車が止まってしまい、パンタグラフによって架線Ａと架線Ｂがつながってしまうと、ショートして架線を切断してしまった。 こんな感じで正しいでしょうか？ きっと、鉄道に詳しい方なら基礎中の基礎みたいなことだと思うのですが・・・。よろしくお願いいたします。
- macmac_2004
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>走行していれば、架線の位置が常に変化する為、温度が焼ききれるほど上昇しない。異なる変電所から電流を供給されている架線同士が、パンタグラフで繋がっても大丈夫。 電流が流れるためには電圧差が必要です。今回の事故の場合、直流1500Vという交流2万Vと比べると低い電圧で電車を動かす関係上、１編成15両の電車で3000Aもの大電流が変電所→架線→電車→線路→変電所と流れていて、朝の通勤時間帯で多数の電車が動いていると変電所間のわずかな電圧差であっても長時間の短絡により架線の溶断を招いてしまいますが、短時間の短絡であれば溶断するほどの架線の温度上昇を招きません。 >架線Aの電流は電車を通じて線路に流れる以外に、条件によっては、架線Bにも流れてしまうということでしょうか。 その通りです。今回の事故のように異なる変電所間で短絡が起きると、よりたくさんの電車がいて電圧降下がより大きい変電所の区間の方へ短絡したパンタグラフを介して電気が流れます。それが多数の電車が運行されている朝の通勤時間帯に起こったものですから、抵抗値が高く発熱しやすいパンタグラフと架線の接点部分で架線が溶断したのだと思われます。
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- ms_yuki
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この問題についてはウキペディアの下記ページのエアセクションに的確な回答が載っています。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A8%E3%82%A2%E3%82%BB%E3%82%AF%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%B3
- ms_yuki
- ベストアンサー率63% (28/44)
>二つの架線同士が、「～」と短い線で繋がっている場合 その区間は同じ変電所から給電されています。 >異なる変電所の架線Aと架線Bをパンタグラフがつなぐとき、電車が走行しているのと、停止しているのでは、何が異なるのでしょうか。 交流区間の変電所と変電所の境目を走行する際にその区間をモーターのスイッチを入れて走行するなどして境目で短絡が起きた場合、それぞれの変電所からの電流の向きがちょうど逆方向で接続されると電圧の差が2万ボルトの倍の4万ボルトの電圧がかかり、瞬時に架線は焼き切れてしまいます。 今回の事故現場は直流区間ですから、変電所同士の電圧の差はたいしたことはないので、架線が重なる数十メーターの区間を短絡しても走行しながらのわずかな時間であれば、過電流による架線の温度上昇はたいしたことはなく焼け切れることはありませんが、念のためその区間を走行する時はモーターを切って惰性で走行します。 それに対して変電所間の継ぎ目の架線が重なる数十メーターの区間で長時間停車してしまうと変電所間の短絡のための過電流により架線の温度上昇が起こり架線が焼け切れてしまうのです。 ですから変電所間の継ぎ目の区間では停車禁止の標識が表示されています。
補足
ms_yukiさん ありがとうございます つまり、電車が止まってしまうと、過電流（電流がいっぱいながれる？？？）によって、同じ場所で温度が上昇してしまい架線が切れてしまう。しかし、走行していれば、架線の位置が常に変化する為、温度が焼ききれるほど上昇しない。だから変電所が変わる区間で、異なる変電所から電流を供給されている架線同士が、パンタグラフで繋がっても大丈夫。というこでしょうか。 ところで、通常電流は、架線 → パンタグラフ → 線路 と流れると思うのですが、架線が平行している部分で、パンタグラフが架線を繋いだ場合、架線Aの電流は電車を通じて線路に流れる以外に、条件によっては、架線Bにも流れてしまうということでしょうか。
- ms_yuki
- ベストアンサー率63% (28/44)
電車や電気機関車は架線と線路を介して変電所と電気的につながっています。 架線には電気抵抗があるので余り遠くまで電気を送れませんから、同じ線路の上にいくつかの変電所があります。 今回の事故は変電所と変電所の境目の架線の区切りにたまたま電車のパンタグラフ（集電器）がかかってしまい、電車のパンタグラフを介して２つの変電所をショートさせてしまった結果、大量の電流が流れて架線が焼き切れてしまったものです。 今回の事故現場は直流電化区間で電気の流れが架線から線路への一方方向なので、変電所同士がショートしたとしても直流ですからそれほどの電圧差があったとは思えないのですが、通勤時間帯で多数の電車が止まったりノロノロ運転で動いていて大量の電流が流れていた状態で大きな電流の差を生じていたところをたまたまパンタグラフでショートさせて架線を焼ききったものと思われます。 常磐線は藤代駅以北は電気の流れが周期的に変わる交流で電化されていますから、変電所が変わる区間では架線が電気的に絶縁されて変電所同士でショートしないように作られています。 交流区間を走行可能な電車や電気機関車は上野駅～取手駅間は直流用の電源装置で走行し、取手駅と藤代駅の直流と交流の切り替え区間には電気的に絶縁された架線の区間があり、その区間に入る前に十分スピードをつけてモーターのスイッチを切り惰性で走行しながら交流用の電源装置に切り替え交流区間に進入します。 変電所の異なる交流区間を走行する際も変電所同士をパンタグラフでショートさせないようにモーターのスイッチを切り惰性で走行します。
補足
「ms_yuki」さん ありがとうございます。 「ms_yuki」さんの話を自分の言葉で書き直してみると、単に架線Aと架線Bの切れ目というだけでなく、変電所の違う架線同士がパンタグラフを介して繋がってしまった。架線と架線の切れ目でも、同じ変電所から供給されている架線同士なら問題ない。ということで大丈夫でしょうか。 この変電所とう考えを加えると、架線が複雑に切り替わるターミナル駅手前で電車が止まることも納得です。また、新聞の記事では、今回のような停止禁止区域が首都圏（たぶん）に数百とでていたのですが、首都圏では複々線の区間がたくさんあることを考えると、単に架線の切り替わる場所が停止禁止区域だとすると、数百というのは少ないように感じていました。しかし、架線の切り替え＋変電所が異なる とうい条件を加えれば、こんな数字なのかもしれません。 （私の見間違えでなければ）たまに、架線が切り替わる区間で、二つの架線同士が、「～」と短い線で繋がっている場合があるのですが、あれは同じ変電所同士の架線ということなのでしょう。 では、異なる変電所の架線Aと架線Bをパンタグラフがつなぐとき、電車が走行しているのと、停止しているのでは、何が異なるのでしょうか。つまり、同じ区間を「走行なら良い」「停止はだめ」となるのは、何が原因なのでしょうか。
- nrb
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交流直流の切り替え地点のように平行部分０メートルでは駄目でしょうか。これならパンタグラフが丁度ここに止まるという確率は小さくなりますね。 もしパンタグラフが１個しか短い連結の電車時、架線が無い所に止まると・・・・ 動かなくなります 救援に行くデーゼル車両が出動することになります 一番架線がきれる可能性があるのが、パンタグラフが架線に接触した瞬間なんです また、切れないようにしようとすると電車の構造の複雑になります 電気を貯めておく設備がいりますので高価になるです 直流ー交流 区間を走れる電車は異常に高価なんです 架線が切れないように特殊な設備が車内あります ようするに、構造上電気が０の区間を作ることできないのです 架線Ａと架線Ｂの電圧が異なるのは分かります。しかし、低い方でも電車が動くに必要な電圧はあるのです。想像で言えば、１５００Ｖが１４００Ｖでは落ちていないでしょう。電位差が１００Ｖなら家庭内で起こる電気器具の短絡のような物です。架線が焼き切れるでしょうか。 焼き切れるのでありません 架線は横方向に引っ張られているのです この力があるから（架線）銅は温度が上昇すれは強度が落ちます（やらかくなります）その結果横方向の力に耐えれなくなり切れるのです 通常の架線では、確実に送電するために架線に沿って「き電（饋電）線」が張られており、一定の間隔で架線に接続されている。また、集電装置の摺板の磨耗が偏らないよう、架線は接触する摺板に対して横方向にジグザグに張られているんです 架線は上から見ると 直線区間でも右にいったり左にいったり 真直ぐでは無いのです 何故へ平行部分が９４メートルとこんなに長いのでしょう。 パンタグラフと次のパンタグラフの間隔の関係です 架線は入る地点は 上から下へ斜めに張りまる 無くなる方は上に上がって行きます ９４メートルは架線が重複している長さですが、斜めに降りてくる区間などがあるので実際に両方の架線に接触する区間が９４ｍでは無いのです
補足
nrbさん だんだんと理解が深まってきました。本当にありがとうございます。もう少しお願いします。 ここまでの話から、架線に流れる電圧は変動していること。架線が平行な部分では電圧には差ができることが分かりました。今回の事故はパンタグラフを通じて架線Ａから架線Ｂに電流が流れたことが原因の一つになっています。新聞の記事によると、本来停止してはいけない場所に、運転士の方が赤信号に気をとられて停止してしまったミスによるものであると記載されていました。 電車に乗って架線を眺めると、架線はかなりの頻度で架線Ａから架線Ｂに切り替わります。また、ホーム近くのポイント付近でも架線は複雑に切り替わっています。 架線と架線をパンタグラフが繋ぎ、そこに電流が流れたことが原因の一つであるとすると、電車が停止していはいけない場所はたくさん生じてしまう気がします。朝の通勤時間帯など、電車がホーム直前などで停止していることもあります。 今回は、停止禁止区域に止まってしまったということですが、 (1)架線が平行に張られている ＝ (2)停止禁止区間 それとも、(1)以外に、なにか別の条件が加わると(2)になるのでしょうか。
- BASKETMM
- ベストアンサー率29% (240/806)
一緒に勉強させて下さい。 多くの方の回答を拝見いたしました。今回の場合、架線Ａも架線Ｂも直流１５００Ｖですから、平行部分がありますね。 何故へ平行部分が９４メートルとこんなに長いのでしょう。 交流直流の切り替え地点のように平行部分０メートルでは駄目でしょうか。これならパンタグラフが丁度ここに止まるという確率は小さくなりますね。 架線Ａと架線Ｂの電圧が異なるのは分かります。しかし、低い方でも電車が動くに必要な電圧はあるのです。想像で言えば、１５００Ｖが１４００Ｖでは落ちていないでしょう。電位差が１００Ｖなら家庭内で起こる電気器具の短絡のような物です。架線が焼き切れるでしょうか。
- nrb
- ベストアンサー率31% (2227/7020)
１．たとえば、架線の電圧というのは、架線Ａ＞架線Ｂ＞架線Ｃ という感じになっているものなのでしょうか。 供給される電圧はほぼ同じです 直流１５００Ｖを架線から取り入れます 供給点（変電設備 ↓ ーーーーーーーーーーーーーーー －－－－－－－－－－－－－－－－－ ↑ 供給点（変電設備 供給点も周囲が沢山電気を使用すれば若干下がります 夜は多少上がります 供給する電圧は差が無いようにしてますが、実際は電車の走行状態により電圧はかなり変動しています 供給場所から離れると電圧は下がります 電車が走ると（電車が電気を食います）と電圧降下がおきます 電車の走行状態により電圧はかなり変動しています ２．それとも、架線Ａの中で電圧が高い部分と、低い部分があるものなのでしょうか。 その通りです 電車が走ると電圧は落ちますので差ができます ましてブレーキをかけると、今度はモータが発電して架線に電気を送ったりしますので上がったり下がったりします 電圧が一番高い部分はどこで、低い部分はどこなのでしょう。 回答不能です だって電車が発電する時もありますから・・・・ 供給点又は電車が架線に接触している地点が一番高い 低いのは これも電車が発電すると・・・ころこと変わります どちらかの端ですね
補足
ありがとうございます。 私は、架線Ａの中では電圧は一定か、または一定に下がっているものと考え、だから架線Ａ＞架線Ｂ＞架線Ｃと電圧がさがり、架線Ａと架線Ｂに電圧の差ができると考えていたのですが、そうではなくて、架線Ａ自体にも、架線Ｂ自体にも、電圧が常に変動していて（変電設備の有無や、電車が通る通らないで）、その結果、二つの架線が平行になる部分では、電圧に差が生じるのは当然。ということでしょうか！
- nrb
- ベストアンサー率31% (2227/7020)
架線Ａの区間と、架線Ｂの区間が入れ替わる部分では、２つの架線が平行してかかっている場所がある。 ではなく 架線Ａの区間と、架線Ｂの区間が入れ替わる部分では、２つの架線が平行してかかっている場所と全く架線が無い場所が存在する（交流と直流とを切り替えるために重複はできません、東北本線で暫く車内の電気が切れる区間がある 水戸へ向かう途中で） ↓ 今回は特に架線が無い場所について書くと判りにくくなるのであえて書いて無いです 架線Ａと架線Ｂに流れる電流？電圧？（よく分からないのですがなにか）が異なっているとき、ここで電車が止まってしまい、パンタグラフによって架線Ａと架線Ｂがつながってしまうと、ショートして架線を切断してしまった。 ↓ 架線Ａと架線Ｂとに電位差ができると（構造上同じには出来ない）電圧の高い方架線から低い架線へパンタグラフを伝わって電気が流れる その時に、パンタグラフと架線との間に隙間（ほんの僅かな）ができるとそこに火花がちります、それにより架線の温度が上昇して架線の温度が推定５００度も高温に達して張力により切れた物です 必ずしも止まったから切れる訳では無いのです 架線の温度があがる条件が整わないと切れないのです
補足
「nrbさん」ありがとうございます。架線Ａと架線Ｂには電位差ができて、同じにはできないということですが、 １．たとえば、架線の電圧というのは、架線Ａ＞架線Ｂ＞架線Ｃ という感じになっているものなのでしょうか。 ２．それとも、架線Ａの中で電圧が高い部分と、低い部分があるものなのでしょうか。 また、１．２．いずれにしても、電圧が一番高い部分はどこで、低い部分はどこなのでしょう。山手線だったら？
お礼
ms_yuki さん nrb さん もしこの文書を読んでくださっていたらうれしいです。 本当に、ありがとうございました。十分理解し、納得することができました。やり取りをする過程で、少しづつ核心に近づいていくのが楽しかったです。最後に、ありがとうございました。