鉄道の電化（てつどうのでんか）とは、鉄道の動力を電気にすることである。
概要.mw-parser-output .ambox{border:1px solid #a2a9b1;border-left:10px solid #36c;background-color:#fbfbfb;box-sizing:border-box}.mw-parser-output .ambox+link+.ambox,.mw-parser-output .ambox+link+style+.ambox,.mw-parser-output .ambox+link+link+.ambox,.mw-parser-output .ambox+.mw-empty-elt+link+.ambox,.mw-parser-output .ambox+.mw-empty-elt+link+style+.ambox,.mw-parser-output .ambox+.mw-empty-elt+link+link+.ambox{margin-top:-1px}html body.mediawiki .mw-parser-output .ambox.mbox-small-left{margin:4px 1em 4px 0;overflow:hidden;width:238px;border-collapse:collapse;font-size:88%;line-height:1.25em}.mw-parser-output .ambox-speedy{border-left:10px solid #b32424;background-color:#fee7e6}.mw-parser-output .ambox-delete{border-left:10px solid #b32424}.mw-parser-output .ambox-content{border-left:10px solid #f28500}.mw-parser-output .ambox-style{border-left:10px solid #fc3}.mw-parser-output .ambox-move{border-left:10px solid #9932cc}.mw-parser-output .ambox-protection{border-left:10px solid #a2a9b1}.mw-parser-output .ambox .mbox-text{border:none;padding:0.25em 0.5em;width:100%;font-size:90%}.mw-parser-output .ambox .mbox-image{border:none;padding:2px 0 2px 0.5em;text-align:center}.mw-parser-output .ambox .mbox-imageright{border:none;padding:2px 0.5em 2px 0;text-align:center}.mw-parser-output .ambox .mbox-empty-cell{border:none;padding:0;width:1px}.mw-parser-output .ambox .mbox-image-div{width:52px}html.client-js body.skin-minerva .mw-parser-output .mbox-text-span{margin-left:23px!important}@media(min-width:720px){.mw-parser-output .ambox{margin:0 10%}}

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電化された路線では、動力に電気を使用する電気機関車や電車が用いられる。そのため、燃料や水を車両に積載する必要がない。電化方式は世界でいくつかの種類が存在する。

鉄道において電気動力は、蒸気機関や内燃機関に比べエネルギー効率で優れ、速度向上や快適性向上といった輸送サービス改善にも向くが、地上側に数々の電気設備が必要となり、それらの障害による停電には弱い。
方式

車両外から電気を取入れるものが一般的で、車両外から電気を送ることを「饋電」（きでん）と呼び、車両側でその電気を取入れることを「集電」（しゅうでん）と呼ぶ[1]。集電方式は架空電車線方式と第三軌条方式の2つに大別される。また、電源の電流は直流を用いるものと交流を用いるものの2種類に分かれる。なお、車両に蓄電池等の電源を搭載するものや、ケーブルカー（鋼索鉄道）・超電導リニアのような車両側に走行用電力が不要なものも存在する。詳細は「直流電化」および「交流電化」を参照

外部から取入れた電力は、主電動機の種類に応じて車両内で変換した上で使用される。詳細は「電車」および「電気機関車」を参照
直流饋電・交流饋電
直流饋電

長所


複数の鉄道変電所から同時に並列して給電できるので、事故や工事等でも冗長性がある。

最近まで主流であった直流整流子電動機がそのまま使用できた。

短所


車両側で変圧するには向かないので、電動機の電圧に合わせることが求められるため、高電圧／小電流にはできず、低電圧／大電流では送電ロスが大きくなる[注釈 1]。また、送電ロスを減らすために鉄道変電所を多く設ける必要がある。

大電力を供給できないので、高速鉄道や重貨物列車を走らせる路線には不向き。

直流に変換する鉄道変電所は機器が割高になる。

交流饋電

長所


変圧器を用いて、主電動機に加える電圧を容易にロスなく制御できる。

高電圧／小電流にできるので送電ロスが少なく、大電力が供給でき変電所も少なくてすむ。

短所


直接饋電方式という単純な交流饋電では、電線からの電磁波によって周囲の通信線へ障害を及ぼす「通信誘導障害」と呼ばれる現象が起きやすい。BT饋電やAT饋電等の工夫が行われる[1]。

車両に搭載する機器コストが高額となりやすい。既に直流電化が普及している地域では、交直接続等の維持コストも必要となり、高額となる。そのため直流電化が普及した地域での部分的な交流電化は、全て直流化した時よりも総コストは大きくなる傾向にある。

歴史

元々鉄道は人力若しくは馬力を使ったトロッコのようなものから始まり、その後蒸気機関車開発等もあったが、電気鉄道は1879年にドイツのジーメンスがベルリン博覧会で軌間490mm・総距離300mほどの小さな線路（なお、集電はこの間にある第3軌条から行った）に外部集電で電気を取る機関車を走らせたのが始まりとされる[2]（これ以前にも電気鉄道を考案した人はいたが、いずれも「電気動力車に電池を搭載する」という形式で電池容量に乏しく重量もかさむため実現の日の目を見なかった[3]）。こうした見世物的ではない電車営業運転は、1881年のドイツのベルリンにおける路面電車が最初であったといわれる[4]。

1879年：ドイツのシーメンス社がベルリン工業博覧会において試作した電気機関車を披露した[注釈 2]。

1881年：ドイツのベルリン郊外で世界初の電車の営業運転が開始された。なお、この頃は振動する電車の車輪にモーターの歯車が外れないように動力を伝達できず、ベルトで回転を伝えていた[3]。

1882年8月[5]：イギリスの電気技師マグナス・フォルク（英語版）（「ヴォルク」とも[5]）によって（路面電車ではない）世界初の電気鉄道フォルクズ電気鉄道（ヴォルク電気鉄道[5]）がイギリスの保養地であるブライトンの森で開通した。軌間2ft（約610mm）で路線も短く、全長約400mであった[6]。なお、電圧は160V2線式で電車はベルト駆動。その後1884年4月に825mmに改軌され、路線も1820ｍにまで延長された[5]。

1883年10月：オーストリアのウィーンで世界初の架線集電によるModling and Hinterbruhl路面電車が運行を開始した。

1888年：米国人フランク・スプレイグがこれ以前に考案した架線から集電できるトロリーポール（1880年）と電動機を床下に備え歯車でずれずに伝達できる吊掛駆動方式（1885年）を使った路面電車をリッチモンドで走らせた[4]

1890年：上野公園で開かれた第3回内国勧業博覧会で日本初の電車運転が披露された。同年シティ・アンド・サウス・ロンドン鉄道（イギリス）で世界初の地下鉄電化が行われるが当時は機関車牽引だった[7]。

1895年：京都で日本初の電車による営業運転が開始された。同年[注釈 3]、アメリカのボルチモア・アンド・オハイオ鉄道で電気機関車[注釈 4]が3両作成され、ハワードストリートの1マイル以上ある急勾配トンネルに使用された[8]、なおこれが幹線の蒸気鉄道初の電化に成るが、電化区間はこのトンネルの部分のみでここを蒸気機関車ごと牽引した[9]。