電気の基礎【電車はなぜ走る？】

質問

電車はパンタグラフのプラス極から線路のマイナス極(アース）に電気が流れると思います。(1)通常電気回路は１つのループにならないと電気が流れないと思いますがこの場合はループになっているのでしょうか？(2)ループでないとするとなぜ電気が流れるのか？(3)ループだとすると電線の距離が長いので抵抗もかなり大きいと思うので損失が大きすぎるのでは？

ちなみに稲妻はループでなくても電気が流れる事は解ります。
わかる方教えて下さい。

回答No.7

tance

tanceです。
発電と消費を同じ電車が行うということはあり得ません。他の回答者の
かたがすでに回答されていますが、発電はブレーキ時におこなわれ、
その電気を使うのは加速時の電車です。だから、本数の多い路線でないと
うまくいきません。どこかの電車がブレーキをかけて発電し、架線に
戻したとして、ちょうどそのときに加速中の電車がないと、誰も使って
くれないことになり、ループが閉じなくなってしまいます。当然、発電
もできなくてブレーキも効かなくなります。山手線のように多数の電車
が走っていても終電に近い時間帯などはこの「回生ブレーキ」を使わずに
発電した電気を熱にして捨ててしまう回路に切り替えて走ります。
熱にする抵抗でループを閉じるわけです。

回答No.6

shintaro-2

>回答ありがとうございます。１台で発電とモータ駆動両方すればよいような気もしますが。。

回生（発電）しているのは減速中の電車なので、1台の電車で発電と駆動とを同時にはできませんよ。

ちなみに、レールに電気を通していますが、信号線としても利用しているため、特定の距離でレールを絶縁して電流は電線を使って流します。

お礼

絶縁して特定の距離でループしているということですね。

回答No.5

Tacosan

レールと変電所ももちろんつながっています. というより, つながないと (特に直流では) 大変なことになります.
なお, #2 のところの
「１台で発電とモータ駆動両方すればよいような気もしますが。。」
の「1台」というのは「何が」 1台, なのでしょうか?

お礼

どんな大変な事が起こるのでしょうか？

回答No.4

v6arxzmd

(1)(2)ループになっています。
発電所→架線や変電所などいろいろ→電車→レール→地球
このようなループと思ってください。
ループがつながっていないように見えますが、地球と発電所はどちらも0Vですので、ループが成立します。
実際はこのような単純なものではありませんが、イメージはこのようなものです。

(3)確かに電線でのロスはありますが、現在の技術ですとある程度の規模以上になると、一か所で発電を行ってそれを送電する方が効率がいいのです。
また損失が大きくなりすぎないように、発電所から変電所までは高電圧で送り、変電所で低電圧、高電流に変換しています。
http://www.fepc.or.jp/learn/souden/keiro/index.html
ここが参考になると思われます。

お礼

レール（アース）と変電所のアースはつながっているのですか？
０Vだからつながってなくても大丈夫なのでしょうか？

回答No.3

Tacosan

確かに, 言われるように抵抗はかなり大きくなります. そのため, (特に饋電電圧の低い直流区間では) 変電所をたくさん作って対処しています. 抵抗は結局変電所までの距離に依存しますからね.
調べてみたものの明確な数値はちょっとわかりませんが, 1500V の直流区間では数～10km ごとに, 新幹線の 25000V 交流区間では 40～50km ごとくらいに変電所があるみたい.
ということで, 「直流は車上設備 (パンタグラフ～モーター) が簡単だけど地上設備 (変電所など) に費用がかかるので利用者の多いところむき」「交流はその逆に利用者があまり多くないところむき」と言われてたわけです. 新幹線が交流なのは大電力が必要という理由だったはず.

回答No.2

tance

発電所～変電所～架線～パンタグラフ～電車内部の回路～モータ～
車輪～レール～変電所～発電所

というループができて電流が流れるのです。（整流の部分は省略）
電車以外でも、一般家庭の電気でも遠く発電所からのループで電流は
流れています。

途中の線の抵抗でのロスは相当あるはずですが、それをちょっとでも
減らそうとして高い電圧で送電しています。電圧が高いと少ない電流で
同じパワーを得ることができるため、線の抵抗が同じなら電流の
少ない方が損失が少ないからです。（電流が半分になると損失は1/4
になる）

多くの私鉄は1,500V、新幹線は2,500V（交流）で送電しています。

都市部などでは発電所だけが電気の元ではないケースがあります。
同一線路に多数の電車が走っている場合は、

電車のモータ～電車内の回路～パンタグラフ～架線～他の電車のパンタ
グラフ～その電車内の回路～その電車のモータ～その電車の車輪～
レール～最初の電車の車輪～最初の電車のモータ

というループです。つまり、他の電車がモータを発電機代わりにして
発電することで架線に電気を戻しているわけです。これでループは
短くなり、発電所の負担も減ります。これはもともとエコを目的に
考えられたシステムです。

いわゆる鉄塔線は長いのでもっと高い電圧 500,000Vなんていう高圧で
送電しているところもあります。

お礼

回答ありがとうございます。１台で発電とモータ駆動両方すればよいような気もしますが。。

回答No.1

nature345

パンタグラフから車輪で一つのループになります。