BT饋電方式

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BT饋電方式（ビーティーきでんほうしき、BT-Feeding）とは、電気鉄道で鉄道車両に電気を送る方式の1つである。常用漢字の制約で『BTき電方式』と表記されることもある。日本では開業当初の東海道新幹線をはじめ日本国有鉄道の交流電化区間で広く使われたが、欠点が多く、後にAT饋電方式が替わって導入されている。

[編集] 誕生の背景

交流電化方式では架線およびレールに交流の電流が流れるため、電磁誘導現象により、近くの通信線などに障害を与えるおそれがあった。そのため、架線の電流とレールの電流は逆向きであることを利用して、レールを流れる電流を別な電線に吸い上げ、その電線を架線の近くに配置することによって、互いに誘導作用を打ち消し合う方式を採用することになった。BT饋電方式・AT饋電方式・同軸ケーブル饋電方式は、いずれもレール電流を別の電線に吸い上げるための手法である。海外では鉄道沿線に民家が少ないことも多く、これらの手法を用いない直接饋電方式が採用されている区間も多い。

[編集] 原理

BT饋電方式の電気回路は、架線、レール、負饋電線およびBTからなる。BTとはブースタートランス（Booster Transformer、吸上変圧器と呼ばれることがある）の略で、巻数比1:1の変圧器である。

レールを流れる電流を吸い上げるために架線を約４km（ノート参照）毎に絶縁し（この絶縁をブースターセクションと呼ぶ）、BT一次側の二つの端子を、絶縁されたそれぞれの架線に接続する（これにより、BTは架線と直列に接続される。）。一方、BTの二次側は負饋電線へ直列に挿入し、負饋電線とレールとを接続する。すると、架線から車両に向けて流れる電流はBTの一次側を通り、BTの巻数比は1:1であるから、それと同じ大きさの電流が、BTによって強制的にレールから負饋電線に吸い上げられるため、車両から変電所に帰る電流は必ず負饋電線を通ることになる。

[編集] 問題点と現状

BT饋電方式では約4km毎にブースターセクションを設ける必要がある。ブースターセクションの多くはエアセクション（二つの架線を並べて配置するが、電気的には絶縁されている）として構成されるため、列車進入時はパンタグラフによってセクション同士が短絡され、また進出時には負荷電流をパンタグラフで遮断することになるため、過大なアークが発生する。

こうしたセクション通過時のアークにより、架線を断線させる事故は各地で度々発生している。特に1961年（昭和36年）、東北本線越河駅のブースターセクションで発生したアークによる架線断線事故は、BT饋電方式を東海道新幹線に採用することを決定した国鉄関係者へ、大きな衝撃を与えた。結局、様々な対策を施して東海道新幹線ではBT饋電方式が採用されたものの、実際に東海道新幹線でも架線断線事故は発生している。

また、複数のパンタグラフを並列運転するとセクションを短絡して破壊するので、在来線車両や0系車両や100系車両の1編成内の各電動車ユニットを独立させてそれぞれにパンタグラフ（16両編成で8基）を設けることとした。新幹線の本線の異相セクションについては開業当初から自動切り替え装置が設置されていたが、構内亘り線などには√２倍の電圧差のある異相セクションが存在したし、短絡すれば饋電線のほぼ全電流が架線伝いに２個のパンタグラフに流れれてしまうブースターセクションの短絡を防ぐ必要があったためである。

しかしこのことは同時に、パンタグラフの架線からの離線率の増加（AT饋電方式の項を参照）、走行抵抗の増大、大きな騒音などをもたらし、後の更なる高速化の際に重大な問題となった。また設備側でも電磁誘導による障害の発生、多数のパンタグラフによる架線の摩耗や振動、ブースタートランスが1基でも故障するとその区間の列車運行ができなくなる、など問題が多かった。

そのため、ブースターセクションが不要であるAT饋電方式が、後の交流電化の主流となり、山陽新幹線・東北新幹線・上越新幹線、新規交流電化在来線などは、この方式が用いられている。

東海道新幹線でも1984年からAT饋電方式と、構内同一饋電方式への変更が始まり、1991年に完成、これによって構内異相セクション短絡問題とブースターセクションでのアーク問題がなくなり、パンタグラフの並列運転が可能となって16両編成で8基を2基まで減らして騒音低減を図った300系のぞみが誕生し、さらなる高速化が可能となった。

欠点の多いBT饋電方式であるが、帰線（負饋電線）がレールと同電位であるため（AT饋電方式の帰線（AT饋電線）は特別高圧）、支持がいしの個数が少なくて済み、狭小トンネルでは有利である。また、BT饋電方式からAT饋電方式への変更は多額の費用がかかるため、今後も在来線では、BT饋電方式は存続していくものと思われる。