鉄道の要素技術の紹介

鉄道は「内閣サイバーセキュリティセンターが重要インフラとみなす14分野」に含まれる、生活に不可欠な業界です。一方で鉄道業界の技術は高度に専門化しており、ITエンジニアにとってわかりにい用語が含まれます。この記事では用語紹介として、「電気鉄道ハンドブック」の目次を紹介します。個別の内容は機会がある時に紹介します。

1. 総論

1.1　電気鉄道の歴史と電気方式

• 1.1.1　電気鉄道システムの概念
• 1.1.2　電気鉄道の歴史
• 1.1.3　電気鉄道の種別と電化方式
• 1.1.4　電気鉄道の社会的役割

1.2　電気鉄道の社会的特性

• 1.2.1　鉄道の社会的特性
• 1.2.2　電気鉄道のエネルギー特性
• 1.2.3　今後の省エネルギー対応
• 1.2.4　他の交通機関との関係

1.3　鉄道の安全性と信頼性

• 1.3.1　鉄道における安全性の実態
• 1.3.2　鉄道における信頼性の実態
• 1.3.3　他交通システムとの比較
• 1.3.4　鉄道における安全性，信頼性の今後の課題

1.4　電気鉄道と環境

• 1.4.1　地球環境と電気鉄道
• 1.4.2　電気鉄道の騒音・振動
• 1.4.3　電磁界と電気鉄道
• 1.4.4　鉄道のバリアフリー化

1.5　鉄道事業制度と関連法規

• 1.5.1　鉄道事業制度と関連法規
• 1.5.2　電気鉄道の技術基準
• 1.5.3　運輸安全委員会

1.6　鉄道システムにおける境界技術

• 1.6.1　車両と軌道
• 1.6.2　車両運転と電力供給

1.7　海外の主要鉄道

• 1.7.1　ヨーロッパの主要鉄道の動向
• 1.7.2　HST，IC225
• 1.7.3　TGV
• 1.7.4　ICE
• 1.7.5　アジアの高速鉄道
• 1.7.6　南アフリカでの重量貨物輸送
• 1.7.7　スイスの公共輸送システム
• 1.7.8　海外の都市鉄道と地下鉄

1.8　電気鉄道における今後の動向

• 1.8.1　電気鉄道の保守における動向
• 1.8.2　電気鉄道とICTに関する動向
• 1.8.3　電気鉄道における国際規格との対応
• 1.8.4　今後の電気鉄道のあり方

2．線路・構造物

2.1　線路一般

• 2.1.1　線路の機能
• 2.1.2　線路の規格
• 2.1.3　設計荷重
• 2.1.4　軌間
• 2.1.5　車両限界と建築限界
• 2.1.6　軌道断面

2.2　軌道構造

• 2.2.1　レール
• 2.2.2　レール継目
• 2.2.3　まくらぎ
• 2.2.4　レール締結装置
• 2.2.5　有道床軌道
• 2.2.6　直結軌道
• 2.2.7　環境対策軌道
• 2.2.8　分岐器
• 2.2.9　保安設備
• 2.2.10　踏切

2.3　曲線

• 2.3.1　線路線形
• 2.3.2　曲線の種類
• 2.3.3　曲線半径
• 2.3.4　スラック
• 2.3.5　カント
• 2.3.6　緩和曲線
• 2.3.7　勾配
• 2.3.8　縦曲線

2.4　軌道管理

• 2.4.1　軌道変位の定義
• 2.4.2　軌道変位の検測
• 2.4.3　軌道変位の整備
• 2.4.4　列車動揺管理
• 2.4.5　ロングレールの保守管理
• 2.4.6　レールの保守管理
• 2.4.7　積雪と除雪
• 2.4.8　線路諸標

2.5　軌道と列車速度

• 2.5.1　最高速度
• 2.5.2　曲線通過速度
• 2.5.3　分岐器通過速度

2.6　脱線

• 2.6.1　脱線の種類
• 2.6.2　競合脱線と脱線防止対策
• 2.6.3　脱線事故の防止対策

2.7　構造物

• 2.7.1　鉄道構造物の種類と特性
• 2.7.2　土構造物
• 2.7.3　橋梁
• 2.7.4　トンネル
• 2.7.5　大深度地下利用
• 2.7.6　電気回路としての構造物

2.8　停車場・車両基地

• 2.8.1　停車場
• 2.8.2　車両基地

2.9　防災と列車防護

• 2.9.1　防災
• 2.9.2　障害物検知装置
• 2.9.3　列車防護装置
• 2.9.4　対震列車防護装置

3．電気車の性能と制御

3.1　鉄道車両の種類と変遷

• 3.1.1　鉄道車両の種類と表記
• 3.1.2　機関車
• 3.1.3　旅客車
• 3.1.4　貨物車
• 3.1.5　特殊車
• 3.1.6　鉄道車両に関する技術基準等

3.2　車両性能と定格

• 3.2.1　車両の列車抵抗
• 3.2.2　粘着現象と粘着力向上策
• 3.2.3　主電動機の特性
• 3.2.4　電気車の特性と性能
• 3.2.5　定格と温度上昇
• 3.2.6　車両性能の設定
• 3.2.7　走行シミュレーション

3.3　直流電気車の速度制御

• 3.3.1　直流電気車制御方式の変遷
• 3.3.2　抵抗制御
• 3.3.3　チョッパ制御
• 3.3.4　界磁添加励磁制御
• 3.3.5　インバータ制御

3.4　交流電気車の制御

• 3.4.1　交流電気車制御方式の変遷
• 3.4.2　サイリスタ位相制御
• 3.4.3　PWMコンバータ制御
• 3.4.4　交直流電気車の主回路と速度制御

3.5　ブレーキ制御

• 3.5.1　鉄道車両用ブレーキの性能と特徴
• 3.5.2　ブレーキシステムの種類
• 3.5.3　機械ブレーキ
• 3.5.4　電気ブレーキ
• 3.5.5　電空協調制御
• 3.5.6　粘着力と滑走再粘着制御

4．電気車の機器と構成

4.1　電気車の主回路構成と機器

• 4.1.1　集電装置
• 4.1.2　主電動機
• 4.1.3　電力用半導体と車両
• 4.1.4　直流電気車の主回路機器
• 4.1.5　交流電気車の主回路機器
• 4.1.6　多電気式電気車の主回路機器

4.2　補助回路と補助電源

• 4.2.1　補助回路の構成
• 4.2.2　補助電源装置と選定
• 4.2.3　補助機器

4.3　車両情報・制御システム

• 4.3.1　車両情報・制御システムの変遷
• 4.3.2　主要要素技術の変遷
• 4.3.3　車両情報・制御システムの機能と構成

4.4　車体

• 4.4.1　鉄道車両の車体の特徴
• 4.4.2　車体の材料と構造
• 4.4.3　車体設備
• 4.4.4　車内環境
• 4.4.5　連接車体
• 4.4.6　二階建車両
• 4.4.7　連結装置
• 4.4.8　車上保安装置・情報装置・照明装置・戸閉め装置などの諸設備
• 4.4.9　ぎ装および機器配置
• 4.4.10　車両デザイン

4.5　台車と駆動装置

• 4.5.1　台車の機能と分類
• 4.5.2　台車の構造
• 4.5.3　動力伝達システム
• 4.5.4　特殊な台車

4.6　車両の運動

• 4.6.1　車両の運動とは
• 4.6.2　走行安全性
• 4.6.3　曲線通過性能
• 4.6.4　車両の振動と乗り心地

4.7　車両と列車編成

• 4.7.1　車両の基本編成
• 4.7.2　動力の集中と分散
• 4.7.3　プッシュプル運転
• 4.7.4　電気車の動力電源

4.8　高速鉄道（新幹線）

• 4.8.1　高速鉄道の発展
• 4.8.2　走行抵抗とその低減
• 4.8.3　車両の軽量化
• 4.8.4　ブレーキ
• 4.8.5　高速化と車体
• 4.8.6　軌間の異なる線区との直通運転

4.9　電気機関車

• 4.9.1　電気機関車の種類
• 4.9.2　電気機関車の基本性能と機能・構造
• 4.9.3　粘着力の確保に向けた取組み
• 4.9.4　近年の諸外国の電気機関車

4.10　電源搭載式電気車両

• 4.10.1　ハイブリッド車両
• 4.10.2　電気式ディーゼル車両
• 4.10.3　その他の電源搭載車両

4.11　車両の保守

• 4.11.1　車両保守の目的と概念
• 4.11.2　車両の劣化の形態
• 4.11.3　保守体系
• 4.11.4　検査の種類と周期
• 4.11.5　検査の内容
• 4.11.6　検査の方法
• 4.11.7　車両保守コストの低減
• 4.11.8　車両の寿命

4.12　環境と車両

• 4.12.1　気象条件と車両
• 4.12.2　環境保全
• 4.12.3　電気車とEMC/EMI
• 4.12.4　リサイクル対応車両
• 4.12.5　車両の軽量化と省エネルギー

5．列車運転

5.1　運転性能

• 5.1.1　概要
• 5.1.2　引張力性能
• 5.1.3　列車抵抗
• 5.1.4　ブレーキ性能
• 5.1.5　運転曲線図
• 5.1.6　速度制限
• 5.1.7　電力時曲線と電力消費

5.2　信号システムと運転

• 5.2.1　固定閉そく三位式信号
• 5.2.2　閉そくの細分化と信号の多現示化
• 5.2.3　ルートシグナルとスピードシグナル
• 5.2.4　各種の移動閉そく

5.3　運転間隔

• 5.3.1　列車の間隔
• 5.3.2　運転時隔曲線
• 5.3.3　運転時隔の短縮

5.4　運転時間・余裕時間

• 5.4.1　時間と時刻
• 5.4.2　駅間の運転時間
• 5.4.3　余裕時間
• 5.4.4　停車時間
• 5.4.5　運転時刻

5.5　列車群計画

• 5.5.1　鉄道の輸送計画
• 5.5.2　列車計画の作成
• 5.5.3　その他の輸送計画
• 5.5.4　コンピュータによる輸送計画の作成
• 5.5.5　設備との関係

5.6　運転取扱い

• 5.6.1　運転取扱いと用語
• 5.6.2　列車の備える要件
• 5.6.3　列車間の安全確保と閉そく
• 5.6.4　列車の運転位置のルール
• 5.6.5　列車の運転速度とルール（その1最高速度）
• 5.6.6　列車の運転速度とルール（その2制限速度）
• 5.6.7　列車のブレーキと運転取扱い
• 5.6.8　線路閉鎖
• 5.6.9　列車防護
• 5.6.10　鉄道信号と運転取扱い
• 5.6.11　信号機の種類と運転取扱い

5.7　運転整理

• 5.7.1　ダイヤの乱れと運転整理
• 5.7.2　運転整理の目的と評価
• 5.7.3　運転整理支援システム

5.8　運行管理システム

• 5.8.1　運行管理システムの構成要素
• 5.8.2　運行管理システムの構成法

6．集電システム

6.1　集電システム一般

• 6.1.1　集電システムの変遷
• 6.1.2　電車線の種類
• 6.1.3　集電装置の種類

6.2　カテナリ式電車線の構成

• 6.2.1　電車線路の構成と支持物
• 6.2.2　電線
• 6.2.3　架線金具
• 6.2.4　わたり線装置
• 6.2.5　電車線路がいし
• 6.2.6　張力調整装置
• 6.2.7　区分装置
• 6.2.8　架線の敷設要領
• 6.2.9　電車線路の耐震性

6.3　カテナリ式電車線の特性

• 6.3.1　カテナリ式電車線の性能
• 6.3.2　各種解析方法
• 6.3.3　電線の温度上昇
• 6.3.4　トロリ線の摩耗

6.4　サードレール・剛体電車線

• 6.4.1　構成・材料
• 6.4.2　性能

6.5　架線とパンタグラフの相互作用

• 6.5.1　パンタグラフの基本性能
• 6.5.2　カテナリ式電車線とパンタグラフの共振
• 6.5.3　揚力特性
• 6.5.4　すり板

6.6　高速化

• 6.6.1　カテナリ式電車線
• 6.6.2　サードレールと剛体電車線での高速化

6.7　集電系騒音

• 6.7.1　集電系騒音の構成と性質
• 6.7.2　集電系騒音の対策

6.8　電車線の計測

• 6.8.1　架線・パンタグラフ系の計測方法と地上計測
• 6.8.2　車上計測

6.9　電車線路の保全

• 6.9.1　保全の考え方
• 6.9.2　地上診断
• 6.9.3　車上診断
• 6.9.4　冬期対策
• 6.9.5　架線の張替え

7．電力供給方式

7.1　電気方式

• 7.1.1　電気方式の種類
• 7.1.2　日本の電気方式

7.2　直流き電回路

• 7.2.1　き電回路構成
• 7.2.2　線路定数と電圧降下
• 7.2.3　回生車両に適した直流き電システムの構成
• 7.2.4　電力貯蔵による電力平準化と電圧の安定化
• 7.2.5　非常用地上蓄電池装置
• 7.2.6　直流き電回路の高電圧化

7.3　直流き電用変電所

• 7.3.1　変電所の構成
• 7.3.2　直流変成設備
• 7.3.3　故障現象と故障電流の遮断
• 7.3.4　直流高速度遮断器
• 7.3.5　配電盤
• 7.3.6　保護協調

7.4　交流き電回路

• 7.4.1　各種き電方式と系統構成
• 7.4.2　交流き電回路の線路定数
• 7.4.3　電圧降下と対策

7.5　交流き電用変電所

• 7.5.1　交流変電所の構成
• 7.5.2　き電用変圧器
• 7.5.3　異相電源区分方式
• 7.5.4　配電盤
• 7.5.5　故障現象と保護協調

7.6　帰線と誘導障害

• 7.6.1　レール電流と電位
• 7.6.2　電食と電気防食
• 7.6.3　電気鉄道による磁界の影響
• 7.6.4　通信線路への誘導障害

7.7　絶縁協調

• 7.7.1　電気鉄道における絶縁協調
• 7.7.2　直流き電回路の絶縁設計
• 7.7.3　交流き電回路の絶縁設計
• 7.7.4　交流き電回路のせん絡保護方式
• 7.7.5　接地・弱電回路との協調

7.8　電源との協調

• 7.8.1　高調波
• 7.8.2　電圧変動と静止形電力変換装置による補償
• 7.8.3　自営電力と再生可能エネルギー
• 7.8.4　周波数変換
• 7.8.5　異周波・非同期電源対策

7.9　電灯・電力設備

• 7.9.1　高圧配電設備
• 7.9.2　駅電力設備
• 7.9.3　照明設備
• 7.9.4　融雪装置
• 7.9.5　地下鉄の動力装置

7.10　電力系統制御システム

• 7.10.1　電力指令
• 7.10.2　遠方監視装置の伝送方式
• 7.10.3　連絡遮断装置

7.11　変電設備の耐震性

• 7.11.1　地震動の特徴と機器の耐震設計法
• 7.11.2　変電機器の耐震対策
• 7.11.3　震災による変電設備被害

7.12　変電所の保全

• 7.12.1　保全の考え方
• 7.12.2　直流変電所
• 7.12.3　交流き電用変電所
• 7.12.4　変電所状態監視

8．信号保安システム

8.1　信号システム一般

• 8.1.1　信号システムの概要
• 8.1.2　信号の歴史
• 8.1.3　信号システムの基本的な考え方
• 8.1.4　信号システムの動向と展望

8.2　列車検知

• 8.2.1　軌道回路
• 8.2.2　軌道回路の電気的特性
• 8.2.3　誘導線による列車検知
• 8.2.4　車軸検知器による列車検知
• 8.2.5　車上主体の列車位置検知
• 8.2.6　無線測距を利用した列車位置検知

8.3　間隔制御

• 8.3.1　閉そく装置
• 8.3.2　鉄道信号
• 8.3.3　自動列車停止装置
• 8.3.4　自動列車制御装置
• 8.3.5　自動列車運転装置

8.4　進路制御

• 8.4.1　転てつ装置
• 8.4.2　連動装置
• 8.4.3　信号リレー

8.5　踏切保安装置

• 8.5.1　踏切保安装置と機能
• 8.5.2　踏切保安装置の制御
• 8.5.3　踏切障害物検知装置

8.6　信号用電源・信号ケーブル

• 8.6.1　電源方式
• 8.6.2　信号ケーブル

8.7　信号回路のEMC/EMI

• 8.7.1　誘導障害
• 8.7.2　雷害対策

8.8　信頼性評価

• 8.8.1　信頼性
• 8.8.2　保全性
• 8.8.3　アベイラビリティ
• 8.8.4　安全性
• 8.8.5　フォールトトレランス
• 8.8.6　ディペンダビリティ
• 8.8.7　国際規格

8.9　信号設備の保全

• 8.9.1　規程から見た保全
• 8.9.2　信号設備の保全の変化
• 8.9.3　各種保全設備

8.10　新しい列車制御システム

• 8.10.1　ATACS
• 8.10.2　SPARCS
• 8.10.3　ERTMS/ETCS
• 8.10.4　CBTC

9．鉄道通信

9.1　鉄道と通信網

• 9.1.1　鉄道通信の沿革
• 9.1.2　鉄道における情報
• 9.1.3　鉄道における通信網
• 9.1.4　列車運行に関する設備

9.2　鉄道における移動無線通信

• 9.2.1　移動無線通信の概要
• 9.2.2　新幹線の列車無線
• 9.2.3　新幹線のその他の移動無線通信
• 9.2.4　普通鉄道の列車無線
• 9.2.5　防護無線

10．営業サービス

10.1　旅客営業制度

• 10.1.1　運賃制度と支払い方式
• 10.1.2　出改札システム
• 10.1.3　非接触カード乗車券
• 10.1.4　旅客販売（座席予約システム）

10.2　アクセス・乗継ぎ・イグレス

• 10.2.1　駅の機能
• 10.2.2　時間・空間・制度的接続
• 10.2.3　アクセス・イグレスと交通結節点

10.3　旅客案内

• 10.3.1　旅客案内情報
• 10.3.2　案内の種類と方式
• 10.3.3　駅における旅客案内
• 10.3.4　列車内における旅客案内
• 10.3.5　運行管理システムがもつ情報の活用
• 10.3.6　個別案内の可能性と見通し

10.4　貨物関係情報システム

• 10.4.1　貨物輸送の沿革
• 10.4.2　貨物情報システム

11．都市交通システム

11.1　都市交通システムの体系と特徴

• 11.1.1　都市交通システムの定義と発展
• 11.1.2　各種都市交通システムの種類と体系
• 11.1.3　自動運転の発展
• 11.1.4　駅プラットホーム安全設備
• 11.1.5　駅における移動手段（エレベータ・エスカレータ）

11.2　路面電車の発展とLRT

• 11.2.1　路面電車
• 11.2.2　LRT

11.3　ゴムタイヤ都市交通システム

• 11.3.1　ゴムタイヤシステムの動向
• 11.3.2　案内軌条式鉄道（新交通システム）
• 11.3.3　単軌鉄道（モノレール）
• 11.3.4　ゴムタイヤ地下鉄
• 11.3.5　デュアルモードシステム

11.4　リニアモータ式都市交通システム

• 11.4.1　リニアモータの方式と種類
• 11.4.2　リニア地下鉄（車上一次方式）

11.5　ロープ駆動システム・急勾配システム

• 11.5.1　ロープ駆動システム・急勾配システムの動向
• 11.5.2　空気浮上ロープ駆動システム
• 11.5.3　スカイレールシステム
• 11.5.4　索道
• 11.5.5　鋼索鉄道
• 11.5.6　アプト式鉄道
• 11.5.7　磁石ベルト駆動システム（BTM，CTM）

11.6　無軌条交通システム

• 11.6.1　無軌条電車（トロリバス）
• 11.6.2　磁気誘導式無軌条交通システム

11.7　その他の交通システム（電気自動車）

12．磁気浮上式鉄道

12.1　磁気浮上式鉄道の種類と特徴

• 12.1.1　磁気浮上式鉄道の原理
• 12.1.2　磁気浮上式鉄道の種類
• 12.1.3　磁気浮上式鉄道の特徴

12.2　超電導磁気浮上式鉄道

• 12.2.1　開発の経緯と現状
• 12.2.2　浮上・案内・推進方式
• 12.2.3　電力供給方式と運行制御
• 12.2.4　山梨実験線
• 12.2.5　実験線から実用化へ

12.3　常電導磁気浮上式鉄道

• 12.3.1　開発の経緯と現状
• 12.3.2　HSST
• 12.3.3　トランスラピッド

13．海外の電気鉄道

13.1　日本の鉄道の位置付け

• 13.1.1　輸送密度と輸送量
• 13.1.2　輸送の信頼性と安全性
• 13.1.3　電気鉄道事業
• 13.1.4　新幹線と在来線
• 13.1.5　日本の鉄道の独自性と特異性

13.2　海外の注目すべき技術とサービス

• 13.2.1　海外の技術の特徴
• 13.2.2　通勤用ダブルデッカー車両
• 13.2.3　単線並列運転
• 13.2.4　軌間可変
• 13.2.5　車体傾斜
• 13.2.6　信号システムと近未来の発展
• 13.2.7　接続重視の列車ダイヤと改善計画
• 13.2.8　鉄道・軌道直通運転tram-train
• 13.2.9　急勾配鉄道
• 13.2.10　ブレーキシステム
• 13.2.11　車内の設備とサービス

13.3　電気車の特徴

• 13.3.1　動力集中車両
• 13.3.2　プッシュプル運転

13.4　電力供給方式

• 13.4.1　受電・き電方式
• 13.4.2　集電システム

13.5　列車制御システム

• 13.5.1　信号方式の歴史・考え方の違い
• 13.5.2　運行管理

13.6　貨物鉄道

• 13.6.1　貨物輸送の特徴
• 13.6.2　ヤードの自動化

14．海外展開に必要な技術

14.1　海外展開に向けて

• 14.1.1　本章を設けた目的
• 14.1.2　海外展開の主要な分野と本章の目的
• 14.1.3　わが国の特性と相手国の真のニーズ把握の必要性
• 14.1.4　わが国の弱点を知ることの重要性
• 14.1.5　規格・認証・契約と実績・流儀

14.2　施設と設備

• 14.2.1　施設の規格の相違
• 14.2.2　設備などの規格の相違と技術的留意点
• 14.2.3　計画技術と事業プロセス
• 14.2.4　海外事業にあたって求められる姿勢

14.3　鉄道車両の特徴

• 14.3.1　鉄道車両の観点から見た日本と海外の鉄道の相違点
• 14.3.2　動力方式の考え方
• 14.3.3　車体設計の考え方
• 14.3.4　駆動・制御方式の考え方
• 14.3.5　電力回生の考え方
• 14.3.6　車内設備の考え方
• 14.3.7　その他の配慮すべき事項

14.4　き電方式

• 14.4.1　電車線路電圧
• 14.4.2　交流き電方式の受電方式と変圧器
• 14.4.3　レール電位と低減対策
• 14.4.4　保護継電方式
• 14.4.5　日本の新幹線の海外展開について

14.5　集電システム

• 14.5.1　海外と日本の高速鉄道におけるおもな違い
• 14.5.2　波動伝搬速度と営業最高速度
• 14.5.3　国際規格における電車線のおもな相違点
• 14.5.4　日本の新幹線における海外展開について

14.6　信号システム

• 14.6.1　列車保安に見る基本的相違
• 14.6.2　ETCSに対する見解
• 14.6.3　新しい列車制御CBTCに対する見解
• 14.6.4　単線並列運転に対する考え方
• 14.6.5　運行管理システムの相違
• 14.6.6　信号設備に対する接地方式の相違
• 14.6.7　国際規格と信号システム

14.7　関係する国際規格

• 14.7.1　車両用電気品（IEC60077）
• 14.7.2　き電電圧（IEC60850）
• 14.7.3　架空電車線路（IEC60913）
• 14.7.4　列車内通信ネットワーク（IEC61375）
• 14.7.5　電気的安全性と接地・帰線回路（IEC62128）
• 14.7.6　電磁両立性（IEC62236）
• 14.7.7　自動運転旅客輸送システム――安全要求事項（IEC62267）――
• 14.7.8　信頼性・アベイラビリティ・保全性・安全性（RAMS）の仕様と実証（IEC62278）
• 14.7.9　絶縁協調（IEC62497）
• 14.7.10　機器の環境条件（IEC62498）
• 14.7.11　変電所用電力変換装置（IEC62590）
• 14.7.12　車上エネルギー測定（IEC62888）