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田中隆三の電気機関車百話――Ⅶ 電気機関車と雪
<第96話> 電気機関車と雪とはどんな関係が
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電気機関車がいわゆる“降雪区間”を運転し初めたのは昭和6年上越線水上－石打間の電化開通からのことであるから、比較的歴史は新しい。
電化の初めには、水が導体であるという概念から雪も電気を通すであろうと思うのも無理からぬこと、パンタグラフ舟の上に積った雪を払いのけないで電気がこないといって大騒ぎしたことや、20ミリの下り勾配をパラノッチを入れっ放してようやく運転ができたなどと、誰もが始めて経験することばかりであった。
そして星移り年変っても早々25年を経た今日(わが国有数の豪雪地帯である石打－長岡間に電機を入れてからでも今年は10年目となる)、電気機関車の防雪防凍設備は殆ど余すところなく整ったであろう。
しかし、雪の本質に関する研究はどうであろうか。
季節・時刻などによって少くとも7種類の性質の違った雪を降らせる上越の雪でさえ、いまだに基本的な雪の走行抵抗が測られてない。
昭和31年2月電車に関する防雪試験が始めて行われたが、試験期間1週間の間に雪らしい雪が降ったのがなんと1日だけという状態であったことを思えば雪の試験がいかに大規模にしていかに金がかかるものであり、仲々その本質を掴むことが難しいものであるかが判る。
雪の熱伝導率はどうであろうか。
雪の成分は、雪の比重は、雪の抵抗は、などについて従来の文献や経験で判っているだけを披露してご参考にしよう。
<第97話> 雪の熱伝導率は悪い
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エスキモーが雪の小屋を作って1年中住む話は有名てあり、登山者たちが雪洞（雪穴）でいく晩かを露営することも今日では常識である。
このことは積雪が熱の不良導体として注目すべき性質をもっていることの証しである。
しかしいくら暖いといっても零度以上に昇ることは稀で寒地における外界の気温が零下20～30度に比較して暖かいということである。
雪の熱伝導率は甚だ悪く不良導体としてはエボナイトに次ぐといわれる。
もちろん、密度に関係するものであって、1891年アベルス氏の実験によれば次のような常数が発表されている。
比重（kg/m3） 熱伝導率（λ） λ＝0.00677d2
50 0.0061 d=密度、λ＝伝導率
100 0.0216
450 0.493
いま、氷の伝導率を見ると比重880～920に対して1.9であるというから、雪よりも100倍近いものであることが判る。
このように雪は熱を伝導することが少ないから、積雪の存在は他物の冷却を防ぐことができる。
すなわち積雲を見ない寒地で土地が凍結しで”凍上”を起すのに対し、積雪に掩われた下から青い芽を見ることでも証明できる。
電気機関車に対して純粋の雪そのものは決して害を与えるものでないといえるが、これが融けて水となり、次の瞬間には氷となる段階をとることが恐ろしいのである。
従って、この流体または固体へ変化する前に雪のまま“払いのける”ことが、最も望ましいわけである。
<第98話> 雪の成分は純粋の水か
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雪の成分は純粋の水であることはいうまでもないが、積雪となると決して単純な水ではない。
この“雪”と”積雪”を混同することは多くの人が陥りやすい間違いで、特に注意を喚起したい。
降雪が空気を浄化する力はむしろ雨よりも大きいといわれるのは、雪片は雨滴よりも表面積が大きく、これで空気中の浮游物や不純物を付着してくるためであって、これがために積雪の化学的成分はおおむね単純な水でなくなる。
積雪中に含む不純物には硫酸や亜硫酸を空中から吸収してくるほか、硫化アンモニア・塩化アンモニア・硫化カルシウムなどがあり、稀には多少の微生物・煤煙・砂などの固形物を混じているといわれる。
よって、地上に達して直ぐ流れ去る場合は良いが、何日も続いて推積している場合は酸化腐蝕に注意せねばならない。
雲には著しく電気を帯びていることを忘れてはならない。
陰陽の別は一定しないが陽電荷が原則であるらしい。
これは雪片同志の摩擦によるものであると考えられている。
雪が不純物を帯同して降る間は一般用水と同様、電気の導体と考えてよろしいが、山間地方で連続して降る雪はかなり純度は高くなる。
水上地方でも、パンタグラフ上に5～6センチも降り積ると電気の導通がなくなることは経験ずみである。
よって、前話でも述べたように導体への積雪はできるだけホーキで払いのけるようにすべきである.
<第99話> 雪の比重は0.06～0.8
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雪の性質を知る上に最も大切なことは、雪の重さを知ることである。
雪の重さとは単位容積当りの重さすなわち、雪の密度であり、雪の比重である。
雪は”花のつぶて”とか美化形容されるが、降り積った雪で家々の戸障子が動かなくなるのは普通で、重さでついには家屋を潰し、硬さでは機関車さえもレールの外へ落してしまうのである。
雪の重さはどれだけあるだろうか。
積雪の場所・季節・時刻などによって、それこそ千差万別であるが、ごく分りよいように大別して見ると次の通り。
種類 比重 1立方メートル当りの重さ（kg）
乾いた雪 0.06～0.08 60～80
落ついた雪 0.20～0.30 200～300
湿った雪 0.80 800
すなわち、降り立ての雪は1立方メートルにつき50～100キロ位の重さがあって、降り初めよりも時間の経過と共に次第に比重を増してゆく。
従って、積雪の深さによる比重の相違は、新しく降った表面の雪は0.1～0.2の程度であるが、深い所は0.4～0.5に違するもので、その中間はおよそ10センチにつき10～20％増えてゆくものといわれる。
しかし、踏み固められた雪は1立方メートルについて1トン近くあることは容易に想像できることで、鋼鉄のような感じを受けるものである。
このような固さ（比重）の雪がレールのフランジウェイに固まるときは、摩擦係数の減少と競合して車輪を浮上らせることはしばしば経験するところである。
よって、フランジウェイの除雪は電化区間ばかりでなく、いつも励行されなければならない重要な作業である。
<第100話> 雪の抵抗はどのくらいか
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積雪が列車運転に及ばす影響すなわち、列車抵抗は他のいかなる抵抗、例えば風・勾配・曲線・加速による抵抗よりもはるかに大きい。
降雪が単にレール面をうるおす程度である間はレールと車輪との摩擦係数を減少して却って列車抵抗を減ずることは、上越地区におけるタイヤフランジの摩耗が夏季の約半分にとどまることでも判る。
しかし、積雪がレール面を越してくると俄然抵抗値は増えてくるものである。
雪掻車にかかる雪の高さ（俗に積雪量という）と雪の抵抗との関係については、昭和8年2月に研究所が北海道において試験を行ったものが、あとにもさきにも1回だけのようであるから、この値を基にして積雪の走行抵抗を摘記すると
雪掻車にかかる雪の高さ(mm) 雪の抵抗（kg）
100 300
200 900
300 2,100
400 4,600
なお、雪掻車の翼の高さはレール面上100ミチに調節してあるから、この表の雪の高さにはそれぞれ100ミリを加える必要がある。
この値から判断するとレール面上20センチくらいまでは、走行抵抗はあまり著しくはないが、約30～40センチ以上となると、急激に増加することが判る。
しかし積雪による列車抵抗はレール面上の量だけで受けるものではなく、線路の両側の積雪条件を考えに入れる必要があるもので、切取箇所と築堤では前者の方がはるかに条件が悪くなることは当然である。
なお参考までに上越地方における雪掻車出動の判断はおよそ次の標準によっていたこともあったことを付記しておこう。
ア レール面上約30センチまでは機関車固有のスノウプラウで除雪可能である。
イ それ以上となると雪掻車の出動を要するが、約70センチまではラッセル車で除雪可能である。
ウ それ以上となると回転雪掻車（ロータリ車）の出動を要するが、これも約150センチ以上に対しては進退不能になることがある。
☆ 雪の比重
昭和15年度の降雪について土合付近における実測によると雪質と雪の比重との関係は次のような値が出ている。
乾燥したやや湿った雪 0.15～0.17（森林内の日陰）
湿性の新雪 0.22～0.25（日陰の表層）
湿性の旧雪 0.26～0.28（日陰の中層）
小ザラメ雪 0.29～0.35（日当りの表層）
中ザラメ雪 0.35～0.43（日当りの中層）
大ザラメ雪 0.45～0.51（日当りの下層）
☆ 降雪時の粘着係数
線路上に降雪ある場合、車輪とレールとの開の粘着係数は、気温及び雪質によって大きく相違するが、大休次のようなものである。
外国における試験成績 0.1～0.15
昭和8年2月 国鉄における実績 0.16
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