国鉄があった時代、日本国有鉄道史

交流電化の夜明け第４話交流電化の功罪

11月

25日

写真は485系の電気機器を外した183系仕様ですが、485系は全国の国鉄電化区間（中央東線等一部を除く）に入線できる電車として重宝されました。

〇交流電化のメリット
交流電化のメリットは、地上設備（変電所）の削減、直流では数キロ置きに設置される変電所が数十キロと長くなるほか、高い電圧を流せるので電流量が減少するため饋電線を細くすることが可能となり、その結果電柱などの構造物も軽くなると言うメリットがあると言われました。
〇デメリット
実際には狭小トンネルなどの場合路盤の掘り下げもしくは新規のトンネル開削などを行う必要が生じたこと、更に当時の国鉄の方針として動力分散化が進められていて機関車列車よりも加減速などでも有利な電車が優先されたことから、メリットよりもデメリットが目立つようになってきました。

　結果的に、在来線における交流電化は、東北本線の黒磯以遠、九州・北海道の一部区間のみとなり。
その後実施された電化区間は既に直流で電化されている区間と区間を繋ぐ部分が多いことから交流電化とはなりませんでした。
例外としては、丸森線を引継いだ第３セクターの阿武隈急行電鉄が交流20000Vで電化して開業したほか、つくばエクスプレス線が茨城県石岡市柿岡にある、地磁気観測所の関係で、交流電化として開業したと言う例を除けば直流電化が選択されています。
福岡市営地下鉄空港線に乗入している筑肥線が九州では例外的に直流電化になっているのは、ご存じのとおりです。
　ただ、新幹線の場合は高速運転で集電容量も大きいことから、直流ではなく交流、在来線よりも更に5000V高い25,000Vで電化されているのはご存じのとおりです。

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交流電化の夜明け第３話米原田村間を結んだＥＤ３０

11月

24日

ED30 交流技術から引用

昭和35年10月交通技術、北陸本線の交直設備案、検討記事から引用

北陸本線は、昭和32年10月1日、田村駅～近江塩津駅～敦賀駅間が交流電化されましたが、米原～田村間は、その区間を非電化として蒸気機関車（Ｅ１０）で連絡したことは前述しましたが、昭和昭和38（1963）年12月28日、米原駅～田村駅間が直流電化され、田村駅の米原寄りにデッドセクションが設置されることとなりました。
米原～田村間は小運転の専用機関車で接続すると言うことで、ＥＦ５５-３の部品を流用して（実際はモーターなど一部のみ）（記事によればＥＦ１０という記述もあり）の直流機器と４７５系の交流機器を使って昭和37（1962）年10月初旬に浜松工場でＥＤ30形電気機関車が誕生したそうです。
　この機関車の特徴は低い屋根と、そこに交流機器を無理矢理載せたので、かなり屋根がひしゃげた印象を受けるＥＦ１３の近代化版とでも言える車両でした。
　結果的には、試作車は１両のみに留まり、柳ケ瀬線廃止に伴い余剰となったＤＤ50にその任を譲って、鉄道技術研究所で保管されることとなり、昭和51（1976）年に廃車されています。
１５１系電車の成功以降、高加減速が期待できる動力分散列車（いわゆる電車や気動車）が増えてくると、交流電化のデメリットが目立つようになってきました。
そうです、車両価格が、直流車両に比べると割高になることです。
　特に交直流電車の場合、直流電車に変電所を搭載してるようなものですから、車体は重くなるし車両価格も高くなるのは当然で、その後交流電化が下火になる原因を作ったと言えるかもしれません。

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交流電化の夜明け第２話仙山線の成功と北陸本線電化

11月

23日

ED70 画像Wikipediaから引用

このとき導入されたのが、交流整流子式電動機を採用した直接式機関車ED４４（ED９０）形と水銀整流器を用いたED４５(ED91)形であり、当時はその性能が未知数であったこともあり、両方式が比較検討されることになりました。
当時の資料などを参照しますと、技術陣は当初は直接式を本命としていたようです、ただし下記にも書きましたように直接式の場合起動時に整流子（ブラシ）から派手に火花を飛ばしながら走るため、　運用ごとにブラシの清掃や交換が必要となったと言われています。
　その反面重量面では不利になるものの、整流器式は想定以上の性能を示し、水銀整流器の寿命（当初は５年から１０年程度と言われていた）や、高周波問題などの問題を解決する必要があったと言われています。
最終的には、水銀整流器を採用したED４５が、25‰勾配（1000ｍで25ｍ上昇の意味）における引出し試験で、ED44が360tの性能であったのに対し、ED45は600ｔ（ちなみに、定格出力はED45 の方が上）を示し、当時のF級直流機関車とほぼ同等の性能を、D形で実現したのでした。
これは、水銀整流器による界磁制御粘着性能の直流F機と同等の性能を示したのは驚きであったと言われました。
　こうなると、交流電気機関車は間接式（整流器式）を中心に考えることとなりました。
　商用周波数による交流電化の目処が付いたことから、国鉄では幹線区間における電化は交流電化で行くことを決定しました。
　その第1弾として北陸線田村～敦賀間が選定され。（これは、６０Hz区間における交流電化を検証する意味合いもあったようです。）
　昭和32年10月1日　北陸線田村～敦賀間交流電化が完成、（木ノ本～近江塩津～敦賀間新線開通、旧線は柳ケ瀬線として存続）し、ＥＤ７０形がＥＤ４５形をベースとして１８両製造されました。
柳ケ瀬線に関しては、柳ケ瀬線の廃止を当時の資料から振り返る
https://local-line.at.webry.info/201802/article_5.html
も併せてご覧ください。
なお、ED７０形機関車は、長浜鉄道スクエアに１両保存されています。
特徴ある全面の入口部分が溶接されているなど、原型を崩してしまっているのは寂しいことですが、量産型交流機関車の始祖として永久に保存していただきたい車両です。

昭和３４年には東北線黒磯以北が５０Ｈｚで電化が始まり、ＥＤ７０を改良した高出力機ＥＤ７１が昭和３３年の試作機を経て３８年まで製造され、長く東北本線の顔として君臨していました。
なお、北陸本線に関しては交流と直流を直接つなげないので、米原～田村間を非電化とし、蒸気機関車（当初はＥ１０）で接続を行っていました、東北本線黒磯では、黒磯駅構内に共用区間を設けて、そこで交直切替えを行う。機関車交換方式をとっていました。（現在、北陸線は敦賀まで直流化されており、デッドセクションはそれ以遠に設置されています。）

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交流電化の夜明け第１話商用電化の実用化

11月

22日

ED4511(画像はED9111)　wikipediaから引用
仙山線での試験で試用された1両、整流器式を採用しその後の交流機関車の基礎となった。

終戦、そしてGHQにより日本占領が終了した昭和２７年、国鉄は輸送力増強そして動力の近代化に前向きに取組こととなりました。
海外に目を向けてみると、昭和26（1951）年フランスが商用周波数による交流電化（それまでは16 2/3と言う特殊な周波数を使っており、変換装置などが大掛かりなものとなり、決してコスト的に安いものではなかった）が完成したとのニュースは、日本における交流電化に向けて大きな励みになりました。
早速日本でも、昭和２８年、交流電化調査委員会が設けられ、研究が開始されました。
当初は、実用実験に入るため、フランスから試作機を購入することを打診しますが、継続した車両の購入などを要求されるなど諸般の事情から、結局は輸入ではなく、国鉄を中心として車両メーカーが試作することとなりました。
当時、国鉄では経済復興に伴う輸送力の増強が求められており、さらなる輸送力の基盤整備を求められることとなり動力の近代化と幹線の電化は喫緊の課題となっていました。
　電化も推進されることとなりましたが、交流電化という新しい方式が注目されたことも事実で、その理由を列記してみたいと思います。

1.　交流電化方式は、直流電化と比較して地上設備が簡単安価。
2.　機関車の粘着性能が直流機関車と比して有利。
3.　列車本数の少ないローカル幹線などでは貨物輸送も、旅客輸送も行える機関車方式が有利
等の経済的メリットがあったと言われています。
　しかし、これは既設の直流電化と交流電化の接続を考慮しないことを前提としており、実際に、交直接続をどうするのかという点がその後大きな問題となってくるのでした。
　仙山線では当時、作並～山寺間が既に直流1500Vで昭和12年に電化されており、新たに北仙台～作並間を交流電化することとしました。
作並で交直切換設備を設けることで試験も出来ると考えたからでした。
交流電化は、変電所などの地上設備を少なくすることで、建設費用が安くなるとして、メリットがあると言われましたが、地上設備が安くなっても、機関車の価格が高くなってしまいました。
　さらに、旅客列車は動力分散化列車（電車）が主流となってくると、結局車両設備が高くなってしまうという矛盾が顕著になってきました。
　最近では、それほど交流電化のメリットが考えられないことから、北陸線の米原～敦賀間のように、交流→直流に戻す例も出てきました。
　話を、交流電化に戻しましょう。
昭和28年7月に設立された交流電化調査委員会は、初代委員長に副総裁の天坊氏、副委員長に、技師長の藤井松太郎氏（昭和48年から第7代国鉄総裁）が就任しました。
実験線に仙山線　北仙台～作並間を選び、昭和29(1954)年9月から地上設備の試験が行われました。
翌昭和30(1955)年8月10日には、交流化試験線として、仙山線「陸前落合～熊ヶ根間」が交流20kV・50Hzで電化、さらに、9月5日には、仙台～陸前落合間、熊ヶ根～作並間が電化され。仙台～作並間交流電化で営業運転が開始されました。

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