3千伏、15千伏、25千伏……鐵路竟然有這麼多制式

中國大陸、法國、英國、芬蘭、丹麥、前蘇聯、前南斯拉夫、西班牙（標準軌高鐵路段）、（東北、上越、北海道新幹線及北陸新幹線輕井澤以東）使用單相25KV50Hz電力供應，臺灣高速鐵路、臺灣鐵路管理局、南韓、（東海道、山陽、九州新幹線及北陸新幹線輕井澤以西）使用單相25KV60Hz電力供應，而美國通常使用單相12.5KV和25KV60Hz的交流電。

多種系統供電

因為有這麼多的供電方式，有時候甚至一個國家內都採用不同的方式，所以列車經常必須從一種供電方式轉向為另一種供電方式。其中一種方法是在換乘站更換機車，然而會造成不便。

直流供電

早期的電氣化鐵路採用電壓相對低的直流供電。機車或動車組的電動機直接連線在電網主線上，透過並聯或串聯在電動機上的電阻和繼電器來進行控制。隨著電力電子學的出現，利用電子零件作開關，便可改變直流電電壓的有效值，利用逆變器可以把直流電變成交流電，而且頻率可以控制。因此，直流及交流電動機均可以使用。

荷蘭、澳洲、印尼、香港、馬來西亞、丹麥的一些地區、法國的少數地區和中國大陸部分城市軌道交通系統的線路使用1.5KV的直流電，其中，荷蘭實際使用的電壓大約有1600V到1700V。

法國CC7100型直-直電力機車，使用DC 1.5KV，中國在1960年進口了25臺，命名為6Y2， “6”代表六軸機車，“Y”代表引燃管整流，“2”代表第二種型號，6Y2是中國產韶山2型電力機車（未量產）的原型車

比利時、義大利、西班牙、波蘭、捷克北部、斯洛伐克、前南斯拉夫、前蘇聯使用3KV直流電。

前蘇聯的VL8型電力機車，使用DC 3KV

低頻交流電

一些歐洲國家使用低頻交流電來給電力機車供電。德國、奧地利、瑞士、挪威和瑞典使用15KV16.67Hz(電網頻率50Hz的三分之一)的交流電。

使用AC 15KV 16.67Hz的德鐵155型電力機車

工頻交流電

匈牙利曾經在二十世紀三十年代在電氣化鐵路上使用50Hz的交流電。然而直到五十年代以後才被廣泛使用。

法國國鐵40100型四電壓制式電力機車能夠在法國的AC 25千伏50Hz、比利時的DC 3KV、荷蘭的DC 1.5KV、德國的AC 15KV 16.67Hz交流電這四種供電制式下，無需在邊境車站更換機車，以實現直通執行。因此，機車車頂並設有四臺受電弓，分別對應四個國家不同的接觸網規格。

法國BB71000型電力機車是法國阿爾斯通公司設計製造的一種四電流制幹線貨運電力機車，也是阿爾斯通“Prima”系列鐵路機車車型之一，適用於供電制式為DC1.5KV、3KV，AC 15KV 16.67Hz、25KV 50Hz的電氣化鐵路，該型機車屬於實驗性車型，僅試製一臺。是不是看起來很眼熟？沒錯，它是中國鐵路HXD2的原型車

而（東北、上越、北海道新幹線及北陸新幹線輕井澤以東）國鐵在上世紀60年代初已有交直流對應的列車機車、但當時只能對應其中50/60一個Hz，俗稱“單交直流型”。直至60年代末才成功研發可在全倭國電化區間的行駛用的多種供電系統（直流1.5KV、交流20KV 50/60Hz），俗稱“雙交直流型”

E653雙交直流型電力動車組

而因北海道新幹線與在來線共用海峽線這一段的路軌，但海峽線使用的電壓於北海道新幹線通車後將升壓為交流25KV，與一般在來線使用的交流20000V有所不同，因此JR貨物將開發、製造能對應兩種交流電電壓的EH800型電力機車。

上圖是HXD3的原型車—倭國JR貨物的EH500型電力機車，暱稱“金太郎”（可使用直流 1.5KV、交流 20 KV 50/60 Hz），“金太郎”是倭國民間故事賴光四天王之一坂田金時的幼名，最為人所熟知的是穿著紅色的菱形肚兜、挑大斧、的形象。

目前為止，中國的電力機車和動車組列車上面的接觸網透過的都是 工頻，單相25KV交流電。為什麼要使用交流電呢？原因如下：

1.從發電的角度，交流電的發電要比直流發電更方便，效率更高，造價更低，故障率更低。

2.交流變電站與同功率的直流變電站相比，造價更低。

3.交流電可以很方便的透過變壓器升降電壓電流，極大方便了電能的配送。

交流電的大規模使用也是大勢所趨。

中國國家鐵路管理的均是工頻交流電，27.5kv。這是一種先進的供電制式。建國初期選擇這種供電制式是十分有遠見的，當時這種制式在歐洲剛剛出現，“老大哥”用的還是直流，正確的選擇為後來鐵路的大發展奠定了堅實的基礎。這一切主要歸功於中國電氣化鐵道的奠基者，西南交大（但是還叫唐院）曹建酉院士。