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2021/6/7 11:22

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交流はなぜ直流より高電圧ですか?また直流や単線の新幹線がないのはなぜですか?

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今のインバータ制御でしたらそういう問題はないのですが、昔の抵抗制御で直流モータを回していた時代は、モータの耐電圧の問題で送電電圧をむやみに上げることはできませんでした。 交流の場合は変圧器で電圧変換は自在にできますので、高い電圧で送電ができます。 新幹線は使うパワーが違います。今のN700Sなどは合計1.7万kw以上です。 これを送電するためには25000Vで送電しても680Aと大電流となります。これを低圧の直流で送電するととんでもない大電流となり、架線もパンタグラフも持ちません。よって高電圧で送電できる交流電化としています。

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交流は電圧を用意に可変できるので、変電所から架線に送る電圧は高くして、車両側で電圧を下げてモーターを回して走行します。 全ての電化製品には、電力表示があり、電圧V×電流A=電力Wで表します。同じ電力であっても、架線にかかる電圧を高くすると、電流は小さくなります。このため、在来線の交流電化区間は直流電化区間よりも、細い架線で送電することができます。新幹線は高速運転で電力が大きいので、直流電化では電流が大きすぎて、電力損失が大きくて無駄です。 単線の場合、片方の列車が遅れた場合に、反対側の列車が、すれ違い箇所でストップしてしまうので、遅れの影響が大きくなります。全線複線であれば、すれ違い場所が移動するだけで、遅れの影響は小さいです。

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質問者2021/6/7 13:25

なぜ直流は20000V以上の高電圧にできないですか?

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どうしても、新幹線の建設費を低く抑えたいみたいですが 前の質問と併せわかりやすく回答しますね。 交流はなぜ直流より高電圧ですか?というご質問は正しくありません。 直流も交流と同じ高電圧を流すことは可能です。ただし、同じ高電圧・大容量の電気を流す場合、交流の方が直流よりコストが安く、安全に流せるということです。 つまり新幹線の架線を直流にすることは可能ですが、そのための設備や安全対策にかかるコストは建設コストより高いものになります。 つまり、新幹線を直流で走らせるとトンネルの建設コストは安くなっても、新幹線全体の建設費・運行のためのコストは高いものになってしまいます。 ここまで良いですか? ところで、直流でも交流でも架線方式ではトンネルの断面積は変わらないので、トンネルの建設費に変わりはありません。 トンネルの断面積を小さくできる、レールからの給電やが不可能なのは以前の質問でご理解いただけたと思いますが、実際にはレールや第三軌条(地下鉄等)からの給電で高速・超大編成の新幹線を走らせることは技術的には可能です。 但し、これも、そのための設備や絶縁対策等安全対策の費用は、交流架線方式よりも高いものになり、トンネル建設費や架線用の電柱建設費用を削減できても、新幹線全体の・・・(以下同文) もう一つのご質問ですが、新幹線と名の付く電車は交流方式のみで、狭い意味での新幹線(フル規格新幹線:東海道・山陽・九州・東北・北海道・上越・北陸)には単線区間がありません。 正式には新幹線ではない在来線に新幹線車両が低速走る路線(山形・秋田新幹線)には単線区間も踏切もあります。 これは、前述の交流・架線方式を採用したことも含め、新幹線を運行するJR各社は高速で超大編成の運行をするため、50年以上前の東海道新幹線開業以前の国鉄時代から、専門家・技術者によって様々な視点からより経済的に運行する方法、その一部として建設費や電気供給設備も含めた全体のコストダウンを図っている一方、世界最高レベルの安全のための投資もされています。

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>建設コストは単線の方が安く済みます。 果たして、そう言い切れるのでしょうか? 複線で建設したほうが、行き違い設備を何か所も造るより安価になる事もある。 新幹線は高速運行をしているから、例え上下線の列車が30分に一回程度の運行形態でも、駅間の途中に行き違い設備を造らなければならなくなる。 そうなると、複線で建造したほうが保安度も上がるし、安く建造できるのです。

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交流と直流については、テスラとエジソンの対立が有名だけど、交流の方が電圧を変えることで、発電から送電する効率が高いのと極性が無い(交流は一定時間で+と-が入れ替わる)ので、比較的安全に取り扱えるから。 あと、新幹線車両が通る路線なら単線区間は存在(在来線区間と併用している山形・秋田新幹線)してます。 ちなみに、交流電化を最初に行ったのが仙台と山形を結ぶ仙山線で国鉄の記念碑もあります。

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