Loading article…
鉄道の電化とは、電気エネルギーを用いて鉄道輸送を推進することです。電気鉄道では、電気機関車（旅客車両または貨物車両を別々に牽引）、電気複数ユニット（旅客車両または貨物車両にそれぞれモーターを搭載）、あるいはその両方が使用されます。電力は通常、大規模で比較的効率の良い発電所で発電され、鉄道網に送電されて列車に供給されます。一部の電気鉄道は専用の発電所と送電線を所有していますが、ほとんどの鉄道は電力会社から電力を購入しています。鉄道会社は通常、独自の配電線、分岐器、変圧器を所有しています。
走行中の列車への電力供給は、線路に沿ってほぼ連続した導体によって行われます。この導体は通常、2つの形態のいずれかをとります。1つは架線で、線路沿いの電柱や鉄塔、あるいは構造物やトンネルの天井から吊り下げられ、パンタグラフによって接触されます。もう1つは、線路面に設置され、スライド式の「集電シュー」によって接触される第三軌条です。架線方式と第三軌条方式の両方とも、通常は走行レールを帰還導体として使用しますが、一部のシステムではこの目的のために別の第四軌条を使用します。
主な代替手段であるディーゼル機関車と比較して、電気鉄道はエネルギー効率が大幅に向上し、排出量が少なく、運用コストも低くなっています。電気機関車は通常、ディーゼル機関車よりも静かで、より強力で、応答性が高く、信頼性も高くなっています。局所的な排出物がないため、トンネルや都市部では重要な利点となります。一部の電気牽引システムでは回生ブレーキが採用されており、列車の運動エネルギーを電気に変換して供給システムに戻して、他の列車や一般電力網で使用できるようにします。ディーゼル機関車は石油製品を燃焼しますが、電気は再生可能エネルギーを含むさまざまな供給源から生成できます。[ 1 ]歴史的に、資源の自立への懸念が鉄道の電化の決定に影響を与えてきました。石油や石炭の埋蔵量がほとんどないが水力発電が豊富な内陸のスイスは、両世界大戦中の供給問題への対応として、部分的に鉄道網を電化しました。 [ 2 ] [ 3 ]
電気牽引の欠点としては、交通量の少ない路線では非経済的となる可能性のある高額な初期投資費用、柔軟性の相対的な欠如（電気列車は第三軌条または架線を必要とするため）、および停電に対する脆弱性などが挙げられる。[ 1 ]電気ディーゼル機関車と電気ディーゼル多重ユニットは、停電時や非電化路線でディーゼル動力で走行できるため、これらの問題をある程度軽減する。
地域によって供給電圧や周波数が異なる場合があり、運行管理が複雑化し、機関車の動力システムの複雑さが増す。かつては、ダブルスタック鉄道輸送における架線とのクリアランスに関して懸念があったが[ 1 ] 、 2022年現在ではもはや普遍的な事実ではない。インド鉄道[ 4 ]と中国鉄道[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]は、架線の下で電気二段積み貨物列車を定期的に運行している。
鉄道の電化は過去数十年間着実に増加しており、2022年現在、電化された線路は世界の全線路のほぼ3分の1を占めている。[ 8 ] [ 9 ]
鉄道の電化とは、ディーゼルや蒸気機関の代わりに電気を使って列車や機関車を動かす技術の開発のことである。鉄道電化の歴史は19世紀後半に遡り、ベルリン、ロンドン、ニューヨークなどの都市で最初の路面電車が導入された。
1881年、世界で最初の恒久的な鉄道電化は、ドイツのベルリンにあるグロス・リヒターフェルデ路面電車でした。[ 10 ]架線電化は、1887年から1888年にかけてバージニア州リッチモンドでフランク・スプラーグによって初めて成功裏に適用され、1890年代初頭までに数百の路面電車システムの電化につながりました。[ 11 ] [ 12 ]幹線鉄道の最初の電化は、1895年から1896年にかけてアメリカ合衆国のボルチモア・アンド・オハイオ鉄道のボルチモア・ベルト線でした。
鉄道の初期の電化では直流（DC）電力システムが用いられていましたが、これは送電距離に限界がありました。しかし、20世紀初頭には交流（AC）電力システムが開発され、より長距離にわたって効率的な送電が可能になりました。
1920年代から1930年代にかけて、世界中の多くの国で鉄道の電化が始まった。ヨーロッパでは、スイス、スウェーデン、フランス、ドイツ、イタリアなどが鉄道電化をいち早く導入した国であった。アメリカ合衆国では、ニューヨーク・ニューヘイブン・アンド・ハートフォード鉄道が、電化された最初の主要鉄道の一つであった。
鉄道の電化は20世紀を通じて拡大を続け、技術革新と高速列車や通勤列車の開発が進んだ。今日では多くの国が広範囲にわたる電化鉄道網を有し、 中国、インド、日本、フランス、ドイツ、イギリスなど、世界には37万5000kmの標準路線が存在する。電化はディーゼルや蒸気機関に代わる、より持続可能で環境に優しい選択肢とみなされており、多くの国の交通インフラにおいて重要な役割を担っている。
電化システムは、主に3つのパラメータによって分類されます。
電化システムの選定は、貨物輸送および旅客輸送で得られる収益と、エネルギー供給、保守、設備投資コストの経済性を比較検討して行われます。都市部と都市間では異なるシステムが使用され、一部の電気機関車は運用上の柔軟性を確保するために、異なる電源電圧に切り替えることができます。
欧州および国際標準化のために、最も一般的に使用されている6つの電圧が選定されました。これらの電圧の中には、使用される接触方式に依存しないものもあり、例えば、750V DC は第三軌条方式と架空線方式のどちらでも使用できます。
世界中の鉄道電化システムには他にも多くの電圧システムが使用されており、鉄道電化システムの一覧には標準電圧システムと非標準電圧システムの両方が含まれる。
標準化された電圧に許容される電圧範囲は、BS EN 50163 [ 13 ]および IEC 60850 [ 14 ]の規格に記載されているとおりです。これらは、電流を消費する列車の数と変電所からの距離を考慮に入れています。
1,500 V DC は、日本、インドネシア、香港 (一部)、アイルランド、オーストラリア (一部)、フランス (も使用) で使用されています。25 kV 50 Hz AC )、オランダ、ニュージーランド (ウェリントン)、シンガポール (ノースイースト MRT 線)、アメリカ合衆国 (シカゴ地域のメトラ エレクトリック ディストリクト線とサウス ショア ライン都市間線、シアトルのリンク ライト レール)。スロバキアでは、ハイ タトラ山脈に 2 つの狭軌線 (1 つはラック式鉄道) があります。オランダでは、主要システムでHSL-ZuidとBetuwelijnで 25 kVマーストリヒトは 3,000Vカスカイス線S トレインシステム (1650で使用されています。
英国では、 1954年にウッドヘッド・トランス・ペナイン線（現在は廃止）で1,500 V DCが使用されました。このシステムは回生ブレーキを使用しており、トンネルへの急勾配のアプローチで上り列車と下り列車の間でエネルギーを伝達することができました。このシステムは、イーストロンドンとマンチェスターの郊外電化にも使用され、現在は25 kV ACに変換されています。現在はタイン・アンド・ウェア・メトロでのみ使用されています。インドでは、1,500 V DCが1925年にムンバイ地域で最初に開始された電化システムでした。2012年から2016年の間に、電化は25 kV 50 Hzに変換され、これが全国的なシステムとなっています。
3 kV DC は、ベルギー、イタリア、スペイン、ポーランド、スロバキア、スロベニア、南アフリカ、チリ、チェコ北部（段階的に廃止中）、旧ソビエト連邦の共和国、およびオランダのマーストリヒトとベルギー間の数キロメートルで使用されています。かつては、ミルウォーキー鉄道がモンタナ州ハーロートンからシアトルまで大陸分水嶺を越えて使用し、モンタナ州内の広範な支線やループ線も含まれていました。また、米国のデラウェア・ラッカワナ・アンド・ウェスタン鉄道（現在はニュージャージー・トランジット、25 kV AC に変換済み）や、インドのコルカタ郊外鉄道（バルダマン本線）でも使用されていましたが、25 kV 50 Hz に変換されました。
路面電車やトロリーバスのネットワーク、そして一部の地下鉄 システムでは、600Vから750Vの直流電圧 が使用されています。これは、牽引モーターが車載変圧器の重量を必要とせずにこの電圧を受け入れることができるためです。
高電圧半導体の入手性の向上により、これまで交流でしか実用的ではなかった、より高効率な直流電圧の使用が可能になるかもしれない。[ 15 ]
中電圧直流電化 (MVDC) を使用すると、標準周波数交流電化システムに関連するいくつかの問題、特に供給グリッドの負荷不均衡や、異なる位相から電力が供給される電化区間間の位相分離が解決され、高電圧により送電効率が向上します。[ 16 ] : 6-7 UIC は、現在 1.5 kV DCで電化されているボルドー-アンダイエ鉄道線(フランス)を 9 kV DC に変換するケース スタディを実施し、変換によりかさばる架線の使用を減らし (100ルート km あたり 2,000 万ユーロの節約)、損失を減らす ( 100 ルート km あたり年間 2 GWh の節約、約 15 万ユーロの節約) ことができることがわかりました。選択された路線は、更新が必要な 6,000 km の路線の 1 つです。[ 17 ]
1960年代、ソ連は架線電圧を3kVから6kVに昇圧する実験を行った 。直流鉄道車両には、供給電圧を3kVに下げるためにイグニトロン ベースのコンバータが搭載された。コンバータは信頼性に欠けることが判明し、実験は中止された。1970年、ウラル電気機械鉄道技術者研究所は12kV直流での鉄道電化の計算を行い、 25kV交流システムと同等の損失レベルは11～16kVの直流電圧で達成できることを示した 。1980年代と1990年代には、レニングラード（現在のサンクトペテルブルク）近郊の十月鉄道で12kV直流の試験が行われた。資金の枯渇により、実験は1995年に終了した。[ 18 ]
ほとんどの電化システムは架空線を使用していますが、1,500 V までは第三軌条も選択肢の一つです。 第三軌条システムはほぼ例外なく直流配電を使用しています。交流の使用は、第三軌条の寸法が鋼製レールに浸透する表皮深さ0.3 ミリメートルまたは 0.012 インチに比べて物理的に非常に大きいため、通常は実現不可能です。この影響により、直流を使用した場合と比較して単位長さあたりの抵抗が許容できないほど高くなります。[ 19 ]
4線式システムでは、追加のレールが電気的な帰還線を担いますが、3線式や架線式ネットワークでは、走行レールがこれを担います。ロンドン地下鉄では、上面接触式の3線式レールが線路の横にあり、+420 V DC、そして上部接点の第4レールは走行レールの中央に位置し、−210 V DCが組み合わさって、牽引電圧が630V DC。同じシステムがミラノで最も初期の地下鉄路線であるミラノ地下鉄1号線で使用されており、より新しい路線では架線または第三軌条方式が採用されている。
4線式システムの最大の利点は、走行レールに電流が流れないことです。この方式は、接地された走行レールで流れるはずの帰還電流が、代わりにトンネルの鉄製内張りを流れてしまうという問題に対処するために導入されました。トンネルセグメントが電気的に接続されていない場合、これは電解損傷やアーク放電を引き起こす可能性があります。帰還電流が近くの水道管やガス管にも流れる傾向があったため、問題はさらに深刻化しました。これらの水道管、特にロンドン地下鉄より古いビクトリア朝時代の水道管などは、電流を流すことを想定して作られておらず、パイプセグメント間の適切な電気的接続もありませんでした。4線式システムはこの問題を解決します。電源には人工的に作られた接地点がありますが、この接続は抵抗器を使用して実現されており、迷走アース電流を管理可能なレベルに抑えています。電力専用レールは、電流漏れを最小限に抑えるために強力な絶縁セラミック製の台座に取り付けることができますが、走行レールは列車の重量を支えるために、より頑丈な金属製の台座に取り付ける必要があるため、これは不可能です。しかし、レールと椅子の間に弾性ゴム製のパッドを配置することで、走行レールから電流が漏れた場合でも、走行レールを電流の戻りから絶縁し、問題の一部を解決できるようになった。
バンクーバー・スカイトレインのエキスポ線とミレニアム線は、側面接触式第四軌条方式を採用しています。650 V DC電源。走行レール間のスペースは、Innovia ARTシステムで使用されているリニア誘導推進システムのステータの一部であるアルミニウム板で占められているため、両方とも列車の側面に配置されています。スカイトレインネットワークの一部であるカナダラインは、このシステムを使用しておらず、代わりに車輪に取り付けられたより従来型のモーターと第三軌条方式の電化を使用しています。
フランスのパリ地下鉄の一部の路線は、4線式電力システムで運行されています。列車はゴムタイヤで走行し、鋼鉄製、場所によってはコンクリート製の狭いレール上を転がります。タイヤは帰還電流を伝導しないため、走行レールの外側に設けられた2本のガイドバーは、ある意味で第3レールと第4レールとなり、それぞれ750Vの直流電流を供給するため、少なくとも電気的には4線式システムです。動力台車の各車輪セットには、 1つの牽引モーターが搭載されています。横滑り式（横走行式）の接触シューが、各ガイドバーの垂直面から電流を受け取ります。各牽引モーターと各車両の帰還は、それぞれの走行レール上を滑る1つの接触シューによって行われます。レール間の軌間が1,435mm （4フィート8インチ＋1/2インチ）の標準軌であるこの地下鉄とその他のすべてのゴムタイヤ式地下鉄は、同じ方法で運行されます。[ 20 ] [ 21 ]
鉄道や電力会社が直流ではなく交流を使用する理由は同じです。[ 22 ]より高い電圧を生成するために交流を必要とする変圧器を使用するためです。 [ 23 ] 電圧が高いほど、同じ電力に対する電流は低くなります（電力は電流と電圧の積であるため）。また、電力損失は電流の二乗に比例します。電流が低いと送電損失が減り、より高い電力を供給できるようになります。[ 24 ]
交流電流は高電圧で使用されるため、機関車内部では変圧器によって電圧が降圧され、牽引モーターや補助負荷で使用できるようになっている。
AC の初期の利点は、DC 機関車で速度制御に使用されていた電力を浪費する抵抗器がAC 機関車では不要だったことです。変圧器の複数のタップでさまざまな電圧を供給できます。[ 25 ] 照明と補助機械を駆動するモーターには、別の低電圧変圧器巻線が供給されます。最近では、非常に高出力の半導体の開発により、従来の DC モーターは、周波数と電圧の両方を変化させてモーター速度を制御する特殊なインバーターである可変周波数ドライブによって駆動される三相誘導モーターにほぼ置き換えられました。これらのドライブは、任意の周波数の DC または AC で同様に動作し、多くの最新の電気機関車は、国境を越えた運用を簡素化するために、さまざまな供給電圧と周波数に対応するように設計されています。
ドイツ、オーストリア、スイス、ノルウェー、スウェーデンの5つのヨーロッパ諸国は、 15 kV 16 + 2 ⁄ 3 Hz (50 Hz の主電源周波数を 3 で割った値) の単相交流を標準化しました。1995 年 10 月 16 日、ドイツ、オーストリア、スイスは16 + 2 ⁄ 3 Hz から 16.7 Hz に変更しました。これはもはやグリッド周波数のちょうど 3 分の 1 ではありません。これにより、グリッド供給からこの電力の一部を生成するために使用される回転コンバータの過熱問題が解決されました。 [ 26 ]
米国では、ニューヨーク・ニューヘイブン・アンド・ハートフォード鉄道、ペンシルベニア鉄道、フィラデルフィア・アンド・リーディング鉄道 が11kV 25Hzの単相交流を採用した。当初の電化ネットワークの一部は現在も 25Hzで稼働しており、電圧は12kVに昇圧されているが 、その他は12.5kVまたは25kV 60Hzに変換された 。
英国では、ロンドン・ブライトン・アンド・サウスコースト鉄道がロンドン郊外路線の架線電化を先駆けて行い、ロンドン・ブリッジからヴィクトリアまでが1909年12月1日に開通した。ヴィクトリアからバルハムとウェスト・ノーウッドを経由してクリスタル・パレス までが1911年5月に開通した。ペッカム・ライからウェスト・ノーウッドまでが1912年6月に開通した。第一次世界大戦のため、それ以上の延伸は行われなかった。1925年には、サザン鉄道の下、クールズドン・ノースとサットン駅を結ぶ2つの路線が開通した。これらの路線は6.7kV 25Hzで電化されていた。1926年には、すべての路線が直流第三軌条方式に転換されることが発表され、架線による最後の電気列車運行は1929年9月に終了した。
交流電力は、 北米（前述の 25 Hz ネットワークを除く）、サウジアラビア、[ 27 ] [ 28 ]西日本、韓国、台湾 では 60 Hz で使用され、ヨーロッパの多くの国、インド、東日本、ロシア、東ヨーロッパ、西ヨーロッパと中央ヨーロッパの大部分の高速線（直流で従来型の鉄道を運行している国を含むが、16.7 Hz を使用している国は含まない、上記参照）では 50 Hz で使用されている。このようなシステムのほとんどは 25 kV で動作するが、米国には 12.5 kV 区間が存在し、日本では一部の路線で 20 kV が使用されている。「フランス式」高速線では、架線と「枕木」フィーダー線はそれぞれレールに対して 25 kV を送電するが、位相が逆なので互いに 50 kV の差がある。オートトランスフォーマーが一定間隔で電圧を均等化する。
19世紀後半から20世紀にかけての様々な鉄道電化システムでは、電源装置と機関車の設計が容易であることから、単相ではなく三相の電力供給方式が採用された。これらのシステムでは、標準的なネットワーク周波数と3本の電力ケーブルを使用する方式、あるいは周波数を低減し、帰線に架線ではなく第三軌条を用いる方式が採用された。
現代の電化システムの大部分は、電力網から交流エネルギーを受け取り、それを機関車に供給します。機関車内で、交流エネルギーはより低い直流電圧に変換・整流され、牽引モーターで使用されます。これらのモーターは、直流を直接使用する直流モーターの場合もあれば、直流を可変周波数三相交流にさらに変換する必要がある三相交流モーター（パワーエレクトロニクスを使用）の場合もあります。したがって、どちらのシステムも同じ課題に直面しています。それは、電力網からの高電圧交流を機関車内の低電圧直流に変換して送電することです。交流電化システムと直流電化システムの違いは、交流を直流に変換する場所、つまり変電所か列車内かという点にあります。エネルギー効率とインフラコストによって、ネットワーク上でどちらのシステムが使用されるかが決まりますが、既存の電化システムによって、多くの場合、これは固定されています。
電気エネルギーの伝送と変換の両方で損失が発生します。電線やパワーエレクトロニクスでのオーム損失、変圧器や平滑リアクトル（インダクタ）での磁場損失などです。[ 29 ] DCシステムの電力変換は主に鉄道変電所で行われ、ACシステムのようにスペースが限られていて損失が著しく大きい機関車上で変換が行われる場合と比べて、大型で重く、より効率的なハードウェアを使用できます。[ 30 ]ただし、多くのAC電化システムで使用される高電圧により、長距離での送電損失が低減され、変電所の数を減らしたり、より強力な機関車を使用したりすることが可能になります。また、変圧器、パワーエレクトロニクス（整流器を含む）、その他の変換ハードウェアを冷却するために空気を吹き込むのに使用されるエネルギーも考慮する必要があります。
標準的な交流電化システムは、標準的な直流システムよりもはるかに高い電圧を使用します。電圧を上げる利点の1つは、一定レベルの電力を送電するために必要な電流が少なくて済むことです（P = V × I）。電流を下げることでオーム損失が減り、架線設備を小型軽量化でき、牽引変電所間の間隔を広げながら、システムの電力容量を維持できます。一方、高電圧では絶縁ギャップを大きくする必要があり、インフラの一部の要素を大きくする必要があります。標準周波数の交流システムは、供給グリッドに不均衡をもたらす可能性があり、慎重な計画と設計が必要です（各変電所では3相のうち2相から電力が供給されるため）。低周波交流システムは、独立した発電・配電ネットワーク、またはコンバータ変電所のネットワークによって電力供給されますが、コストがかさみます。また、変電所と鉄道車両の両方で使用される低周波変圧器は、特に大型で重くなります。直流システムは、送電できる最大電力に制限があるだけでなく、迷走直流電流による電気化学的腐食の原因にもなります。[ 16 ]： 3
電気列車は、原動機、トランスミッション、燃料の重量を運ぶ必要がない。これは、電気機器の重量によって部分的に相殺される。 回生ブレーキは、電力を電化システムに戻して、同じシステムの他の列車で使用したり、一般の電力網に戻したりできるようにする。これは、重い荷物を積んだ列車が長い勾配を下らなければならない山岳地帯で特に役立つ。[ 31 ]
中央発電所の電力は、移動式エンジン/発電機よりも高い効率で発電できることが多い。発電所の発電効率とディーゼル機関車の発電効率は、定格運転ではほぼ同じであるが、[ 32 ]ディーゼルエンジンは非定格運転では低出力時に効率が低下する[ 33 ]。一方、発電所は発電量を減らす必要がある場合、最も効率の低い発電機を停止し、効率を高める。電気列車は、回生ブレーキと、ディーゼル機関車が停止時や惰性走行時にアイドリングしてエネルギーを消費する必要がないため、（ディーゼル機関車と比較して）エネルギーを節約できる。ただし、電気車両は停止時や惰性走行時に冷却ブロワーを稼働させる場合があり、その場合エネルギーを消費する。
大規模な化石燃料発電所は高効率で稼働し、地域暖房や地域冷房に利用でき、総合効率を高めることができる。[ 34 ] [ 35 ]電気鉄道システムの電力は、汚染物質や排出物を出さない再生可能エネルギー、原子力発電、その他の低炭素源からも供給できる。
電気機関車は、ほとんどのディーゼル機関車よりも容易に高出力で製造できます。旅客輸送においては、ディーゼル機関車でも十分な出力を得ることは可能ですが（例えば「ICE TD」を参照）、高速走行ではコストがかさみ、実用的ではありません。そのため、高速列車のほぼすべてが電気機関車です。電気機関車の高出力は、勾配のある区間でも貨物列車を高速で牽引できるという利点ももたらします。混合交通状況では、列車の運行間隔を短縮できるため、輸送能力が向上します。また、列車の重量が増加する場合、電気機関車の高出力化と電化は、勾配の緩やかな新線建設よりも安価な代替手段となる可能性があります。
一方、運行頻度の低い路線では、電化は必ずしも適しているとは言えない。列車の運行コスト削減効果は、電化インフラの高額な費用によって相殺されてしまう可能性があるからだ。そのため、発展途上国や人口密度の低い国では、列車の運行頻度が比較的低いため、長距離路線の大半は電化されていない。
電化においては、ネットワーク効果が大きな要因となります。路線を電化する際に、他の路線との接続を考慮する必要があります。電化後、非電化路線への通過輸送が原因で、電化が撤去された路線もあります。通過輸送に何らかのメリットを持たせるには、接続のために時間のかかるエンジンの切り替えを行うか、高価なデュアルモードエンジンを使用する必要があります。これは主に長距離輸送の問題ですが、多くの路線は長距離貨物列車（通常は石炭、鉱石、コンテナを港湾との間で輸送する列車）の通過輸送が中心となります。理論的には、これらの列車は電化によって大幅なコスト削減を実現できますが、電化を孤立した地域にまで拡大するには費用がかかりすぎる場合があり、ネットワーク全体が電化されない限り、一部区間が電化されていてもディーゼル列車の使用を継続する必要があると企業はしばしば判断します。コンテナ輸送の需要増加は、二段積み貨車を利用することで効率が向上する一方で、架線がこれらの列車に対して十分なクリアランスを確保できないため、既存の電化路線ではネットワーク効果の問題も生じている。しかし、追加費用を支払えば、十分なクリアランスを確保できるよう電化路線を建設または改修することは可能である。
電化路線に特有の問題として、電化のギャップが挙げられます。電気自動車、特に機関車は、架線システムの位相変化ギャップや第三軌条システムの分岐器上のギャップなど、電力供給のギャップを通過する際に電力を失います。機関車が集電装置をデッドギャップに置いたまま停止すると、再起動するための電力が供給されないため、これは厄介な問題となります。2 台以上の電車が連結された列車では、この問題はそれほど深刻ではありません。なぜなら、列車が集電装置をデッドギャップに置いたまま停止した場合、別の電車が切り離された車両を押したり引いたりして、再び電力を供給できるようになるからです。両端に機関車があるプッシュプル列車にも同じことが言えます。単一集電装置の列車では、車載バッテリーやモーター・フライホイール・発電機システムによって電力ギャップを克服できます。2014年、駅間で電気自動車に電力を供給するために大型コンデンサ を使用する技術が進歩しており、駅間の架線の必要性を回避しています。[ 36 ]
電化によって路線の維持費が増加する可能性があるが、多くのシステムでは、軽量化された車両による線路の摩耗が軽減されるため、コストが削減されると主張している。[ 37 ]変電所や架線自体など、線路周辺の電気設備に関連する追加の維持費が発生するが、十分な交通量があれば、線路の削減、特にエンジンの維持費と運行費の削減により、これらの維持費が大幅に上回る。
新たに電化された路線では、しばしば「火花効果」が見られます。これは、旅客鉄道システムの電化によって、乗客数や収益が大幅に増加する現象です。[ 38 ]その理由としては、電気列車がより近代的で魅力的に見られること[ 39 ] [ 40 ]、より速く、より静かで、よりスムーズなサービス[ 38 ]、そして電化は多くの場合、一般的なインフラや車両のオーバーホール/交換と同時に行われるため、サービス品質が向上すること（理論的には、電化なしで同様のアップグレードを行うことでも達成できる）などが挙げられます。火花効果の原因が何であれ、数十年にわたって電化された多くの路線で、この効果は十分に確立されています。[ 38 ] [ 39 ]これは、ディーゼルバスのバス路線がトロリーバスに置き換えられた場合にも当てはまります。架線によって、バスが運行していなくてもサービスが「見える」ようになり、インフラの存在によって、路線が長期的に運行されるという期待が生まれます。
架線の高さ制限のため、従来、電化路線では二段積みコンテナ列車の運行は困難で稀であった。しかし、インド、中国、アフリカ諸国の鉄道では、架線高を高くした新線を敷設することで、この制限を克服しつつある。
このような設備はインドの西部専用貨物回廊にあり、ワイヤーの高さは7.45メートル（24フィート5インチ）で、ウェルワゴンを必要とせずにダブルスタックコンテナ列車に対応できるようになっている。
電気列車には、乗客が機関車の排気ガスにさらされないことや、機関車や複数ユニットの製造、運行、保守のコストが低いことなど、多くの利点があります。電気列車は出力重量比が高く（車載燃料タンクがない）、その結果、機関車の数が少なくなり、加速が速くなり、実用的な出力限界が高くなり、速度限界が高くなり、騒音公害が少なくなります（静かな運行）。加速が速いため、線路をより早く空けることができ、都市鉄道ではより多くの列車を運行できます。[ 41 ]
2012年時点で、電化された線路は世界の全線路のほぼ3分の1を占めていた。[ 9 ] 2018年時点で、25kV、50Hzまたは60Hzで電化された鉄道は72,110km （44,810マイル） 、 3kV直流で電化された鉄道は68,890km （42,810マイル） 、 15kV、16.7Hzまたは16 + 2⁄3Hzで電化された鉄道は32,940km （20,470マイル）、1.5kV直流で電化された鉄道は20,440km （12,700マイル）あった。[ 16 ] : 2
2023年現在、スイスの鉄道網は世界最大の完全電化ネットワークであり、鉄道輸送ネットワーク規模別国一覧に記載されているように、これを達成したわずか11の国または地域の1つです。電化率はその後、ラオス、モンテネグロ、ベルギー、ジョージア、韓国、オランダ、日本の順に低下し、その他すべては75%未満となっています。[ 49 ] [ 50 ]
全体として、電化鉄道の総延長が約10万km（6万2000マイル）の中国が1位で、次いでインドが6万2253km （3万8682マイル）超、ロシアが5万4000km （3万4000マイル）超となっています。電化鉄道が全くない国もあり、代わりにディーゼル多目的車両、機関車牽引サービス、その他多くの代替輸送手段に頼っています。欧州連合は電化鉄道の総延長が最も長く、11万4000km （7万1000マイル）超ですが、鉄道総延長の約55%を占めるにすぎません。
インド鉄道やイスラエル鉄道など、いくつかの国が鉄道網の全部または大部分を電化する計画を発表している。[ 51 ]ロシアを中心とするシベリア鉄道は完全に電化されており、世界で最も長い電化鉄道区間の1つとなっている。[ 52 ]
{{cite news}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)ギアを一切使用せず、電機子を自動車の車軸に直接接続した、世界初のモーターを開発することになった。
ウィキメディア・コモンズにある、電気駆動鉄道輸送に関連するメディア