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第3章 電車の安全

1 過去の実績から見た車両故障の防止
 @最近における電車故障 A主電動機 B遮断器 Cプレーキ装置 D制御回路 
 E電磁弁 F車輪・車軸 Gピン類
2 車両火災
 @原因 
 A対策 a 防火 b 旅客の保護
 Bブレ−キ距離の短縮 C脱線 D衝突
1 過去の実績からみた車両故障の防止 top

 車両故障の絶滅にはあらゆる角度から検討を要することは当然である。そのうちでも旅客に危険を与える如きものは優先して絶滅を期さねばならない。次に故障のため運転に支障を及ぼすもののうちその機会が多いもの、続いて一旦故障を生じた際には多額の修繕費を要するものの故障防止が必要である。

@ 最近における電車故障 top

 国有鉄道における最近の電車故障は減少の一途を辿りつつあるが、それでも未だ戦前の2〜3倍の値を示し、その機器別統計を示せば別紙の第1表及び第1図のとおりで、国鉄以外の電鉄においてもこの傾向に変りはないと思う。
 まず線区別に見ると、23年度においては京浜−東北、中央−総武、常磐の順に故障が少なく、特に常磐が非常に少ない。
 昭和25年度においては3線区共著しく減少し、かつその差が極めて少なくなった。
 昭和23年度当時の線路は故障の多い順に整備状態に相当の差があったが、25年度においては京浜東北線は著しく改善され、常磐線は取手迄延長されて、全般的に線路状態が低下し、3線区の整備状態がほぼ接近した。
 即ち故障減少の原因は車両整備状態の改善にまつことは勿論であるが、線路の整備状態の改善もまた故障減少の大きな一因となることを見逃せない。
 次に機器別故障をみると主電動機の故障減が目立っているが、依然として相当の割合を示し、しかも故障の重大性を考えると王座を占めている。
 主電動機と主回路のと故障は単に運転上に及ぼす影響及び修繕費の大きいばかりでなく、旅客の安全輸送の点からも更に一段と資金を投じ整備に努力する必要を痛感する。

図1 国鉄電車故障比較図表

A 主電動機

 電車故障のうち一番多くの割合を占めるものは主電動機の故障であり、又その修繕に多額の経費を要するものも主電動機である。
 将来の電車としては主電動機の軽量化も必要であるが、又これに劣らず故障の防止について電気的にも設計的にも設計上最も努力すべき点てある。

B 遮断器

 遮断器・断流器の故障は戦前あまり多くなかったが戦後はかなり増加した。
 その主因はヘミットの質の低下にあるようであるが、反面事故電流遮断回数の増加も一因をなしている。
 又直ちに故障とならない場合でも高い異常電圧を発生し、機器の絶縁劣化の原因となる場合があるから、遮断器は是非共減流遮断の方法を採用したい。

C ブレーキ装置 top

 電気ブレーキにおいて制動効果を失う如きことは極めてまれなことであるが、基礎ブレーキの故障によるか、或いは弁類の故障の何れか一方の原因によってプレーキカを失う場合がある。
 連結運転の場合は、たとえそのうちの1車がブレーキカを失っても列車のブレーキ力全部を失うことはないが、単車運転の場合は2種以上のブレーキ装置を装備したい。
 又牽引のトン当り動力が大きくなり、高加速度・高速度・高減速度運転をなす場合、連続急勾配区間運転の電車は現在の如く制輪子のみによってブレーキを行うときは、車輪の弛緩・疵入等の故障を発生ずるから、電気ブレーキその他適当なプレ−キ装置の併用が必要である。

D  制御回路

 制御回路故障防止の見地からは、1,500Vから抵抗器を通して直接電源をとることは将来の方式として好ましくない。
 電動発電機を使用する場合、抵抗管の断線による故障が多いから抵抗管の容量は充分余裕のあるものを採用することが望まれる。
 又制御用電源から供給を受ける電灯・電磁弁・継電器類は必ずその回路にヒューズを設けて故障を局部的に開放するようにしたい。

E 電磁弁

 電車の構造・性能の改良に伴い、将来の電車には電磁弁の使用箇数が増加する傾向にあり、電磁弁特に線輪の断線・層短絡等の故障が現在かなり多い事実から、電磁弁の故障防止は電車故障全体の成績を大いに向上することになろう。

F 車輪・車軸 top

(1) 車輪
 電車の重量(含荷重)が大きくなり、制動開始速度が高くなれば、車輪と制輪子との間で吸収される運動エネルギーはMVの2乗(Mは電車の質量、Vは速度)で示される如く極めて大きい値となり、電動車においては現在既に能力の限度に近い。
 最近国有鉄道では、電動車の車輪割損によって発生する脱線事故が戦前にも増して発生しつつある。
 第1表中には幸いこの種故障はみられないが、その原因は重量の増加と終戦後の車輪材質の低下にあるようであり、重大関心事に属する故障である。
 車輪材質は最近大いに改善されたが、一面速度向上はますます要求されるから依然として車輪割損事故防止に万善を期さねばならない。
 その方法として電気プレ−キを併用するか又は車輪材質の改善・製品検査の強化、フランジ無し制輪子の使用、進んで輪心・車輪一体車輪の採用が必要である。
  

(2) 車軸
 車軸折損事故は車輪割損事故にも増して重大な結果を招く恐れがあり、最近増加の傾向さえ見うけられる。
 その原因は終戦後製品の材質不良・老朽疲労・軸焼けに起因する焼割傷の進展があげられ、電動機容量の増加に伴う強度不足も見受けられる。
 将来の設計としては強度の増大・材質の向上・製品検査の強化・給油方式の改善等が必要である。
 使用上の注意として第一に軸焼の防止を計り、又電磁探傷器・超音波探傷器等による検査を年1回以上実施して早期発見に努めることは是非共実施すべきである。
 レール継目衝撃の減少も大切である。

G ピン類

 揺枕釣ピンの折損事故も時折発生し、その結果も小さくない事故である。
 将来の電車は給油装置を設ける必要があるが、一面高周波焼入等を採用して磨耗の防止に一層の工夫が必要である。
 その他のピン・ブシュ摺動部についても揺枕釣ピンと同様の考慮を払って電車の安全性を増し、併せて保守の経済性を高めるよう強調した。

2 車両火災 top

@ 原因
 電車の火災は高価な資材を無駄にして、時には死傷者を出す恐れがあるから特段の注意を払わねばならない。
 運輸省の調査によると、最近における電車火災焼失両数は第2表に示す如く決して少なくない。
 電車線電圧が高く、変電所容量が大きい場合、パンタグラフから元ヒューズ・遮断器に到る間の高圧回路に地気が生ずると、電弧により火災を起す危険が多いから、高圧回路の整備には特に留意する必要がある。
 更に元ヒュ−ズ・遮断器の性能を強化して遮断器よりマイナス側の電気故障を安全迅速に電源から開放する構造としなければならない。
 又小電流長時間の加熱による発火もある。例えば暖房器及びその周辺のごみ、天井灯具及びその周辺配線、更に落し窓の中の煙草の吹がらからももえる。
 或いは旅客持込のガソリン類の引火も注意したい。特にトンネルの多い区間では火災防止は一層完璧を期さねばならない。
 最近車両故障又はき電設備の故障等による電車線溶断が二次的原因となって電車の火災を拡大する例が極めて多い。
 (パンダグラフの集電容量については4章、接地電流の選択遮断については7章参照)

A 対策 top

(1) 防火

a 車両点検
 各車両の検査は運輸省及び建設省の技術監督を受け、確実厳正に実施せられ、その成績は国有鉄道・地方鉄道の各検査視程に基づき、綿密に実施記録すべきである。

b 防火構造と防火塗料
 今後の電車は普通木材等の如き可燃性材料の使用を廃止して、全鋼製或いは防火木材等の使用を拡大し、しかも屋根上には総ての接地体に披覆し電車線溶断・パンタグラフ破損等に際会しても接地故障を起さない構造とする必要があり、既存の車両についても同様の趣旨により逐次改良して行くことが望ましい。
 防火塗料・防火液の研究は最近ようやく活発となり、国家消防庁・国鉄技術研究所等において研究試験が進められている。
 例として、国鉄技術研究所において、JES化学5661の規格に基づき試験した結果を第3表に示してある。

 第2図の如き円筒の中央に塗料を塗布した試料を吊し、円筒の下部が80℃上部が300℃になるようにガスバーナで下部より熱し、1分間燃焼した後試料の重さを測定ずる。その重量損が、40%以下なること。
第3図は図の如く、試料塗膜を下にし中央部が700℃になるよう下部の円筒内でガスバーナで熱する。
 そして円筒の上部小穴より見て発炎するまでに15秒を要すること。

第2図 燃焼試験

 第4図は塗膜の燃焼と温度との関係で図の如く、700℃に達するまでに5分以上を要すること。
 発炎後5分以上かかれば消防ポンプがくるものと推定している。
 表中
 @ 塗膜試験及び隠蔽力は防火塗料の比較より
 A 暴露試験は室内塗料試験用暴露箱(ガラス板をとじたもの。間接暴露・南面傾斜角35°による)
 B 有機物の代りに無植物性のものにつき現今研究されている。

c  放水消火
 電車には各車両に消火器を備え付ける。電気回路用消火液の破壊電圧を試験したところ第4表の結果を得た。
 しかし室内消火用としては人間に無害なものでなければならない。
 従来直流1,500V回路に放水消火することは危険と考えられ、これがため変電所・電車等の焼損も意外に拡大された。
 然しこの常識は何等の科学的根拠もなく、一般電気技術者の脳裡に深く刻み込まれて、実験することさえ馬鹿らしいことだと考えられていたが、最近電弧による火災に対して、放水消火実験を行った結果、下記の如く実証することを得た。
 本実験に用いた水は、河川の白濁したもので、非常に条件の悪いものと思われる。
固有抵抗は10kΩcmである。
 放水作業は右下の第5図に示す方法で、この時の直流側電圧、放水の長さ、筒口の電圧等は第5表に示し、作業者は金属板上に立って筒口を持ったが、この場合筒口の電圧は零になって何等の感電もなかったと云われる。
 電弧に対して放水することは極めて有効で、電極の間隙を短かくし、より安定な電弧(300A)とした場合も極めて有効で、瞬時にして消弧し2度と点弧することは先ずないようである。
 以上の実験は水質に左右されること非常に大であるが、2−3の水について測定すれば
   水道の水          173kΩcm
   古い防火用水池に溜った雨水 8.9kΩcm
   白濁した河川の水      10.0kΩcm 
であって、放水1m以下では少し感電する場合でも筒口
を接地すれば安全であった。
 以上の実験により、電車線接地による電車火災時の直流1,500V活線に放水することは、大体危険はないことが判ったが、放水する場合はあくまで慎重に行うべきであり、水質について考慮し、又事故現場に生じている電界についても充分注意しなければならない。
 又放水によって却って絶縁破壊を起し、損害を大にする場合もあるから、冷静な判断の下に処置しなければならない。

第2表 電気的原因における車両火災調べ

第3表 防火塗料試験成績

第3図 発炎試験

第4図 燃焼と温度の関係


 又電車にあっては、水源を早急に得られない場合が多いから水による消火は多くを期待することは出来ない。
d 停電、高圧回路地気に対する直流電源の選択遮断については7章を参照されたい。

第5図 電弧の放水消化実験

(2) 旅客の保護 top

a 通報
 一旦火災事故の発生に際し、乗客から乗務員に通報する警報装置を各車に設備し、旅客保護の万全を期すると共に、事故電流の完全遮断装置の研究・実施、携帯電話機又は無線通信設備等による隣接駅所・消防署等への連絡を迅速になし得るよう、設備の改善をはかると共に乗務員の不断の訓練が必要である。

b 避難
 乗客避難対策の強化を期す方法として列車相互間の貫通路を設け、戸閉装置車には各扉毎に開閉コックを設け、更に各車の全扉を一つのコックで操作出来る開閉コックを少なくも客室に1箇、床下左右両側に各1箇設けて避難の迅速を計る必要がある。
 これ等のコックは非常の際、戸閉機械を操作する電源がなくなった場合に手動で扉が開けられるようにするためで、電車線からの電源と別箇に蓄電池等による電源を並置すれば手動で開けるような機会も大いに減少し一層完璧である。

B ブレーキ距離の短縮 top

 わが国で採用されているブレーキ装置は空気プレーキが大部分で、これに電気ブレーキ装置を付加したものが僅かに用いられているに過ぎない。
 しかも欧米の新しい方式に比較してかなりの遜色があり、運転速度向上の余地が極めて少なく、満員電車のブレーキ距離は旅客列車よりも長いことは一般に知られていない。
 空車・低速度(40km/h以下)の場合を除いては、プレ−キ力を格段と強化し保安度を高め、かつ線路容量の増加を計り、電車本来の使命を一層顕著に発揮させる必要がある。
(4章参照)

C 脱線

 この原因は、@車両、A線路、B速度のいずれか又はいくつかが機械設備の欠陥を生じたか、又は取扱の誤り或いはその両者によって異常を来した時に起るので、組合せ如何によって中々複雑である。場所的にみると直線、曲線又は転轍器と分けられるが、車両構造としては車輪径・タイヤ、フランジの形状・バネ下重量・バネ・軸重・台車各部の遊間・歪・振動・重心位置等に注意を向けたい。

D 衛突

 この原因は閉塞違反によるもの又は踏切事故が大部分であるが、その対策は踏切保安設備の改善等の外、車両としては運転士取扱設備の改善、ブレーキカの充実、危険予知法として信号設備の確認装置等が望まれる。(6章参照)

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