鉄道総合技術研究所(鉄道総研)は、超電導による電力供給システム「超電導き(饋)電システム」で中央本線の営業用車両(E233系10両編成)を走らせる試験を実施したと2019年8月6日に発表した。鉄道総研日野土木実験所(JR東日本中央本線日野-豊田間)に長さ408mの超電導ケーブルを敷設し、始点と終点を通常のき電線に並列に接続。超電導ケーブルを経由した電力での電車の駆動に加え、電車がブレーキをかけた際に逆向きの回生電流が超電導ケーブルを通ること、超電導によるき電を突然遮断しても不具合が起きないことも確認した(図1)。 

図1 実験システムの概要
中央本線日野-豊田間の線路わきにある鉄道総研日野土木実験所に長さ408mの超電導ケーブルを敷設、既存のき電線に並列に接続した。(出所:鉄道総合技術研究所)
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既存のき電線と超電導き電システムを並列に接続

 超電導き電システムは、電気抵抗がない超電導ケーブルを用いて送電途中の損失(送電ロス)を大きく減らすとともに、送電先(電車)での電圧降下を防止する。通常のき電線は銅合金やアルミニウム合金製で、小さいながら存在する抵抗によって電気エネルギーが熱に変わる損失がある。特に直流電化による鉄道では、10両編成の列車1本で2000Aと大電流になるため、その分送電ロスや電圧降下が大きくなるのが課題だ。

 超電導ケーブルは、真空の断熱層の内側に液体窒素の流路を2つ設け、超電導の線材を65~77K(ケルビン)に保つ仕組み(図2)。同実験所では豊田方の端点に冷凍機とポンプを置き、ケーブル内の液体窒素を循環させる(図3)。日野方の端点には冷凍機はなく、液体窒素は折り返して豊田方へ戻っていく。

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図2 超電導き電ケーブル
中央本線に沿って、鉄道総研日野土木実験所内に敷設した様子(左)と、ケーブルのサンプル(右)(写真:日経 xTECH)
図3 超電導き電システムの豊田方の終端
終端部(片方)に冷凍機、液体窒素の循環用ポンプが必要。さらに実験全体のモニター装置、遮断器(スイッチ)などがある。説明者は研究開発推進部担当部長の富田優氏。(写真:日経 xTECH)
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 この両端点に超電導でない通常の電線をつなぎ、通常の運転に使っているき電線まで引き出して接続した(図4)。接続したき電線は、日野土木実験所の日野方数百mの場所にあるJR東日本日野変電所から出ているき電線のうち、豊田方面に向かう下り線用。変電所から約300m離れたところから約700mのところまでの400mについて、超電導き電システムによってき電線が並列になる。

 並列が終わるのは同実験所の脇にある下り線エアセクション〔トロリー線(架線)の送電系統を区切るためにトロリー線が入れ替わる区間〕を越えた豊田方で、き電線はさらにその先でトロリー線につながる。つまり超電導き電システムによって電力を供給する試験区間はエアセクションの豊田方になる。

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図4 中央本線の既存のき電線への接続
超電導き電システムの終端装置からの引き出し線を線路脇で立ち上げ(左)、線路上を反対側に横断し、既存(常用)のき電線につなぐ(右)。このき電線は、写真より豊田方で下り線のトロリー線(架線)につながっている。エアセクションは写真より右にある。(写真:日経 xTECH)