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鉄道の電化 各国の事例
電化は当初どこでも大都市の交通としての路面電車や地下鉄に採用されており、電気方式は600V直流を送電して軌道上に架線を設ける（路面電車）か軌道の片側に第3レールを設ける（地下鉄）のが一般的だった。このように輸送機関に対する電気の応用は良い成績を示したので次に汽車の電化が問題となるに至った。
20世紀初頭になるとそれまで路面電車に使用されていた500-600Vよりはるかに高圧の交流電流が商用に供給されるようになったが、こうした交流送電における一般の電力の50～60Hzは（当時の）機関車の電動機に使いにくかったので、路面電車などで行われた「電流を変換し直流で使用する」か、3000V15Hzという「比較的電動機に使いやすい低周波数の三相交流を使う」案が生まれたものの、三相交流による交差点の架線複雑化や三相交流電動機が使いにくいが懸念され、ここから交流送電は後にイタリアで見られる「それでも三相交流低周波数を使う」かスイスで新しく見られた「はるかに高電圧（1万5千V）の単相交流を使う」という2案に分かれ、高電圧単相交流はその後ドイツやオーストリアにも普及した。しかしこの単相交流は駆動用に適した交流整流子電動機には商用周波数では整流が困難であったため低周波数の交流を使う（低周波交流饋電方式）必要性があり、このためほかと融通の利かない鉄道独自の電源が必要になるという問題があった。
鉄道の電化 各国の事例
1910年（明治43年）頃までには（欧州）各国で汽車の電化計画が盛んになったが、煙害根絶目的のために電化したごく一部の地域（サンゴッタルドトンネル等）を除き「石炭の輸入若しくは移入を抑えるため水力等でも得られる電力で鉄道を走らせる」という経済的な目的で始めたので、まず周到に採算性の計算を行ったところ、この時は大半の国で否定的な結論が出ており、後に電化大国になるスイス等でも1912年の調査報告で「いずれの線路でももっと運輸量が増加して施設の利用率が良くなるまでは、電化が利益になる路線はない」と結論を下している。他ヨーロッパ諸国で電化されたのは元々石炭がルール地方から移入して高価だったバイエルン山間部（山の水力発電所近くなので電力は安い）やプロイセンのデッソーからビッターフェルトの試験的な電化区間、スウェーデンの北部線（元々鉄鉱石輸送が盛んで、水力も利用でき、北極圏のため蒸気機関車が不利だった）等ごく僅かであった。
こうした「長距離鉄道の電化は経済的でない」とされた理由には、朝倉希一によると以下のような理由が挙げられている。
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一方、アメリカでは私鉄各自の判断で大規模な電化に踏み切った物もあり、長距離鉄道の送電に単相交流方式のほかに直流高圧（3000V程度）の送電方式も選ばれ、1913年にこの直流3000V電化方式に成功したシカゴ・ミルウォーキー鉄道は1917年からシカゴからロッキー山脈やシエラネバダ山脈を越える710㎞近くにも及ぶ電化区間（当時世界最長）を設置し、1920年には太平洋岸の350㎞の電化も済ませ、こうした電化で煙からの解放のほかに運転時間20%短縮や回生ブレーキによる山越えのエネルギー回収（20 - 25%ほど）というメリットもあったものの、運転費そのものは蒸気機関車時代の方が安く済んでいたと判明した（鉄道会社の方では多少電力費が高コストになっても電化による乗客数増加等を期待していた）。その後、アメリカ合衆国ではミルウォーキー鉄道のような長距離電化はあまり考えられず、電化区間ごとに機関車をつけ変えていては大変なので、直通できる電気式ディーゼル機関車牽引で通しで走るようになった。一方、アメリカ以外の各国で鉄道電化が盛んになったのはスイスやイタリア等を除くと1945年以後で、オランダのような殆ど鉄道が壊滅した国では戦争で破壊されたシステム復旧が必要で、他の国でも自国産の動力源を使いたいと考えていたことで電化が大きなうねりとなった。
鉄道の電化 各国の事例
ヨーロッパでは元々電化が進んでいたイタリアでは戦前から前述の3000V直流饋電を採用して三相交流から徐々に切り替えていたが、戦後、残存三相交流路線を直流3000Vに交換して電化の統一を行うことに決定し、これによってまず戦火にやられた路線が補修時に直流に変更され、次いでモダーヌ－トリノ－ジェノヴァ線、ジェノヴァ - ヴェンティミーリア線、ジェノヴァ－ヴォゲーラ線、ボルツァーノ－ブレンネロ線などが1960年代までに変更された。最後まで三相交流方式が残ったのはピエモンテ州南部の地方路線で1970年代半ばだった。
ドイツは戦争の痛手が大きく、東西分裂等の悪影響もあったが、それでも戦前通り単相交流15000V 16・2/3Hzによる電化を広げていった。
イギリスは自国内に大きな炭鉱があることもあって電化の経済的メリットが薄く、大都市周辺と南部に電化区間が集中し、全体では暫く蒸気機関車時代が続いた後、1955年にディーゼル機関車による動力近代化計画を発表した。
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フランスはパリ－リヨン線を1946年に直流1500V電化を行って同国南部の路線にも拡大したが、25000V50Hz電化も検討し始め、1951年のエクスレバン－ラロシュ・シュル・フォロン間48マイル(78㎞)を試験的に電化し、水銀整流器と直流電動機の組み合わせた機関車が成功し、南部（その後もかなり直流1500V）より電化が遅れたフランス北部はこの方式で電化された。世界的に交流電化が広がるきっかけになったのは、この単相商用交流饋電の成功からで、その後全域とまでは行かなくとも新規幹線にこれを採用した国がコンゴ（1952）、ポルトガル（1955）、インド（1958）、イギリス（1959）、ソ連、ハンガリー、中国と次々に現れた（日本も1954年に試験・1957年に営業運転開始を行っている）。
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国によって電化時期や経緯が異なるので電圧や（交流の場合）周波数もバラバラであり、ヨーロッパを例に取ると第二次世界大戦前はフランス・オランダ・イギリスは直流1500V、ドイツとスカンディナビア諸国は単相交流1万5千V16.67（16と2/3）Hz、イタリア（三相交流切替後）・ロシア・スペインは直流3000Vを使用し、いずれも専用発電所から送電していることが多かったが、1970年代になると1920年代から研究されていた50Hz単相交流という一般商用周波数を用いた饋電が広がり、イギリス・フランス・トルコ・日本等で新たな電化路線に使用されたが古い方式を残す路線も多かったので場所によっては電気車は3種類又は4種類の電力を使える必要が生じたものもあった。
電化区間自体も国策や資源（電力）事情、産業動向等により、各国での電化率には偏りが見られる。スイス、オランダといった国々が90%を越えるほか、ドイツやフランス、ロシア等のヨーロッパ諸国や、中国、韓国、台湾、日本等の東アジア諸国は50%を越える。北米大陸やオセアニア、東南アジア等は電化率が低い。
スイスなどでは比較的電化費用が安価で石炭産出が少なかったことから比較的早いうちに鉄道路線はほぼ全線が電化されている。アメリカやオーストラリアなどの大陸横断鉄道は電化されていない区間が殆どであるが、ロシアを横断するシベリア鉄道は電化されている。
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なお、都市鉄道や地下鉄では電化のデメリットである「高コスト」が輸送量増大が見込めることで打ち消せられるため、全線が電化されているのが原則である。
後述の通り、日本国内で電化・非電化区間が混在する路線は運行系統が途切れて別々の路線として扱われることが多い。例外的に大井川鉄道井川線のように輸送量増大目的ではなく何らかの理由で電気運転をやむを得ず使用する路線では非電化側の列車が直通する場合もある。
諸外国では、様々な方法を使って非電化混在路線での直通運転に対応している。例えばアメリカでペンシルバニア鉄道のワシントン‐ニューヨーク電化以前は、ニューヨーク手前まで来た蒸気機関車の列車がニューヨーク入口のボルティモア・ベルトラインのトンネル（ここのみ電化）だけ蒸気機関車ごと電気機関車が牽引していた事例があった。機関車を交替することで非電化混在路線に対応するケースもある。特にインドなどの国でこのような運転方法がよく見られる。
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電気軌道では、路面電車系統では1895年（明治28年）に京都市で京都電気鉄道が開通しているが、一般の鉄道では甲武鉄道（現在のJR中央本線）が1904年（明治37年）に飯田町 - 中野間を電化したのが始まりである。当時の電化には、600V（京都電気鉄道などのように500Vの所も一部存在）の直流饋電が採用されていた（というより用いないといけなかった）。甲武鉄道は1906年（明治39年）の鉄道国有法によって国有化され、国営鉄道初の電化区間となった。以降、大正期は山手線等東京都市圏での通勤電車走行を目的に実施され、昭和初期には城東線（現・大阪環状線）等大阪都市圏でも実施された。
一方私鉄では蒸気機関車運行だった南海鉄道（後の南海電気鉄道）が1907年（明治40）年から電化を始め、1911年（明治44年）には60 ㎞以上の区間の電化を完成させるなど国営鉄道より長大な電化区間が誕生し、この時期国営鉄道にもなかった総括制御付きのボギー車（電2形、1909年）や、貫通扉や便所のある電車（電3・電附1形、1911年）導入など、この当時は私鉄の方が電化に関しては先進的な面が強かった。
鉄道の電化 各国の事例
最も国営鉄道側も手をこまねいていた訳ではなく、1912年（明治45年）に煤煙問題に悩まされていた碓氷峠を電化し、初の電気機関車の導入、1914年（大正3年）には、京浜線（現・京浜東北線）の電車運転開始に際し輸送量増加に伴う電圧降下防止に昇圧されることになり、当時の技術等を考慮した結果、それまでの600Vから1,200V（丁度2倍の電圧なので電動機の直列並列を切替えれば従来の600V区間との直通もできた）が使用され、その後技術向上もあってさらに電圧を上げられるようになり、1922年（大正11年）に出された東海道本線の全線1,500V電化の計画に先立って試験を行い、その結果を私鉄にも公開したところ、同年の大阪鉄道が私鉄で初めて1,500 V直流電源を採用（河内長野駅 - 布忍駅間）し、東海道線電化以後開業の私鉄は基本的に1,500Vを採用するようになり、国営鉄道側も京浜線・中央線・山手線を1931年（昭和6年）までに1,500Vに昇圧した。
この間、1927年（昭和2年）9月26日の東京朝日新聞「近く電化調査員会を設け電化区間の順位決定」という記事によれば、以下の区間が電化候補になったと報じられている。（路線名は出典ママ）
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その後、北陸線米原 - 今庄、奥羽線福島 - 米沢、山陰線鳥取 - 豊岡、東海道山陽線大津 - 明石間電化が昭和4年度予算に必要経費が計上されたが、
浜口雄幸内閣による緊縮財政により各線電化が中止に追込まれてしまった。
時系列的に少し戻るが、昇圧のきっかけとなった東海道本線電化計画は試験機関車が来る前から丹那トンネル開通まで見越して（実際の開通は1934年（昭和9年））東京から国府津まで1,500 Vで直流電化（1925年（大正14年））したが、その後は東海道線電化は一時考えないで大阪付近の輸送量が多い地域の電化や清水トンネル・仙山線といった長大トンネル付近の電化を優先的に行い、手間取っていた丹那トンネルの工事完了後は再び東海道線電化も考えられたが、1937年（昭和12年）に日中戦争が勃発、その先行きも不透明な中1941年（昭和16年）に対米開戦と、日本は戦争へと突き進み、電化工事は戦後まで持ち越されている。
（これら以外では関門トンネル（1941年（昭和16年））、外地の朝鮮総督府鉄道京元本線の福渓 - 高山間（1944年（昭和19年）なども電化）
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こうした限られた部位のみの電化は当時の軍部が国営鉄道を建設・運営する鉄道院・鉄道省に対し、戦時に変電所を攻撃されると運転不能になることを理由に、基本的には非電化とすることを主張していたといわれているが、国鉄の技師であった朝倉希一によると電化遅れについては軍隊の話は一切出ず「イギリスから輸入した電気機関車のトラブルとそれに伴う高コストが電化を遅らせた」としている
なお、一から路線を作る予定だった「弾丸列車計画」（後に東海道新幹線として帰結する）でも東京 - 静岡・名古屋 - 姫路の2か所のみを直流3,000Vで電化し、ここ以外は当面非電化による蒸気機関車牽引予定で、そのために大型の蒸気機関車の設計がいくつか行われていた。
この時期は私鉄でも電化工事が進み、1927年には小田原急行鉄道で82km、そして1929年・1930年には関東の東武鉄道と関西の参宮急行電鉄で立て続けに、130kmを超す当時としては異例の長距離電車が運行され、目黒蒲田電鉄・宮城電気鉄道・富山電気鉄道など当初より電気軌道の利便性を兼ね備えた電気鉄道の開業が相次いだ。
（外地も含めると金剛山電気鉄道の鉄原 - 内金剛なども長大電化区間になる）
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こうした大手の私鉄と異なり中小私鉄では戦前は電化ではなく内燃動車で効率を上げたところも多かったが、太平洋戦争の影響でガソリン等は配給制（闇市場でも高騰）になったため内燃動車に頼れなくなり、蒸気機関車が復帰を始めるも、戦争末期から石炭も品質が低下し数量確保さえ困難な時代に成ったため、石炭産地の北海道と九州以外の非電化私鉄は燃料の確保に支障をきたすようになった。
これに反し電気事業の進歩は著しく発電力は戦前以上に進んだため、中小私鉄でさえ多少の投資をしてでも電化した方が採算が合うと電化に踏み切ったところが多かった。（特に昭和21年から26年（1946 - 1951年）は電化件数が多く、1946年1月の近江鉄道八日市線から、1951年12月の長岡鉄道（後の越後交通長岡線）の大半まで、（既存電化区間有無に関わらず）一部分の電化や軌道・貨物線も含めると24社もあり、大半は十数km程度の電化だったが、大井川鉄道39.5km、長岡鉄道31.6km（翌年残り2.0kmも電化）と30km以上も一度に電化している鉄道も存在している。）しかし、その後はドッジ・ラインによる金融引締めが始まり電化工事の資金繰りが困難になったこと、さらに燃料事情が好転、石油類の安定供給並びに気動車の普及に伴い、非電化路線の電化事例は1954年（昭和29年）の三岐鉄道を最後に、約20社程度に留まった。
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日本国有鉄道（国鉄）でも組織内部のみならず参画院方面からも鉄道電化が要望されることとなり、十河信二が国鉄総裁の時、3,000kmの順次電化計画のため電化委員会が設けられ、蒸気運転の状態において電気と蒸気の経済比較の結果、直流1,500Vでも十分電化運転が有利で、交流なら（地上設備を減らせるので）なお有利となった。1950年代以降、多くの路線が電化されていき、東海道本線については1956年（昭和31年）11月19日、米原駅 - 京都駅間を最後に、支線を除く全線電化が完了した。これを記念し、1964年（昭和39年）に鉄道電化協会がこの日（11月19日）を「鉄道電化の日」に制定した（→日本の鉄道史・1956年11月19日国鉄ダイヤ改正も参照）。
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また、直流饋電は多くの地上設備が必要でありコスト高となるため、電化が遅れていた東北、北陸、九州、北海道の電化を今後進めることも見越して、1954年（昭和29年）から仙山線で商用周波数による交流電化の試験が開始され、1957年には同じく交流電化試験を行った北陸本線と共に、仙台 - 作並間 (50 Hz) と、田村 - 敦賀間 (60 Hz) での営業運転が始まるなど実用化され、その後北海道・関東の太平洋側と東北・北陸（新潟周辺除外）・九州等に広がった。戦後の電化は東海道本線を皮切りに、山陰地方を除く本州と九州で進められて行ったが、一方で北海道と四国の電化区間は短区間に留まった。特に四国では国鉄時代は国鉄分割民営化直前に本四備讃線開業に合わせて香川県内の一部区間で実施されたに過ぎない。
分割民営化後も引き続き電化区間の延長が実施されているが、内燃動車の性能向上及びハイブリッド気動車や電気式気動車の発達で必ずしも電化の必要はなくなっているほか、蓄電池電車のバッテリー大容量化による航続距離伸展のため駅構内のみ電化されるケースも起きている。2018年現在、JRの在来線は北海道、東北、北陸、九州を中心に交流2万V（海峡線は交流2万5千V）饋電が行われているほかは直流1500V饋電、新幹線は全て交流2万5千Vである。
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輸送量の多い都市圏では電化進捗率が高く、都府県単位では既に全旅客線が電化された地域もある。しかし、電化工事には変電所の増設や架線設備の設置をはじめ、歴史が古く建築限界が小さい区間ではトンネル改修を要する等多額の費用が掛かる。そのため国鉄では、大都市近郊や都市間路線でも非電化の路線が長らくそのままにされていた。特に並走する私鉄がある区間では近距離輸送でも積極的な競争を行わないため、比較すると旧態依然としていたほか、電化した路線でも特急列車以外は内燃動車を継続して用いる例が見られる等、消極的な経営が批判されることもあった。もっとも、民営化と前後して大都市近郊の路線電化も少し行われた。
一方、閑散路線でも急勾配路線は高速化のため電化することがあった。しかし財政難等から北海道・四国の主要幹線や宗谷本線・高山本線などでは国鉄時代に工事が中止された。その後気動車の性能が電車並に向上し、電化するよりも新製気動車を購入する方が低廉となったため、これらの路線では非電化のまま路線の高速化工事を実施し、出力を強化した気動車を投入して近代化を進めている。また、沿線地方自治体が費用を負担した一部路線で、簡易方式による電化が行われた例もある。
鉄道の電化 各国の事例
大阪府 - 1989年、片町線を最後に全線電化。ただし1973年に関西本線大阪府内区間が電化されたことで、片町線長尾から京都府境までの区間を除いて全線電化されていた。なお、非電化区間へ直通する特急列車（「はまかぜ」・「スーパーはくと」・「ひだ」）や、間合い運用で気動車を使用する特急列車（「らくラクびわこ」4号）があるため、府内を走行する定期気動車列車は存在する。
参考
新潟県 - 非電化路線は大糸線、飯山線、只見線、磐越西線、米坂線のみで、他のJR線と第三セクター鉄道は電化。ただし電化区間のうち羽越本線とえちごトキめき鉄道日本海ひすいラインはいずれもデッドセクションが存在し、デッドセクションを跨ぐ旅客列車は交直流電車が使用される一部の列車を除いて気動車により運行されている。また新潟都市圏の電化区間においても気動車列車は日常的に運行されている。
福岡県 - 非電化路線は筑豊本線の若松駅 - 折尾駅間（若松線）および桂川駅 - 原田駅間（原田線）、香椎線、日田彦山線、後藤寺線、久大本線、第三セクター鉄道のみで、その他のJR線、私鉄、公営鉄道は電化。全線が電化済の鹿児島本線や日豊本線では一部区間で近隣の非電化区間に乗り入れる気動車が日常的に運行されている一方で、非電化の若松線や香椎線では蓄電池電車が運行されるなど、電化の有無を問わず路線により様々な状況がみられる。
参考
鉄道の電化 各国の事例
宮崎県 - 幹線級の日豊本線と日南線・宮崎空港線の南宮崎駅 - 宮崎空港駅間電化が完了しているが、1974年の日豊本線南宮崎電化まで電化路線が一切存在しなかった。沖縄県には戦前に電車が存在し、徳島県に未だ電化路線がないため、電車が走ったのは全国で46番目と最も遅かった。なお、かつて存在した宮崎交通線では旅客列車では珍しい蓄電池機関車・電車を使用しており、電化以前に着脱式の蓄電池電気車による旅客列車を走らせた点は特筆される。
北海道 - 道全体ではほとんどの鉄道路線が電化されておらず、電化区間は札幌都市圏から小樽・旭川・室蘭市といった隣接都市圏や、新千歳空港を結ぶ路線といった札幌電化圏、函館本線の函館駅から新函館北斗駅までの区間や、道南いさりび鉄道線といった函館電化圏、公営鉄道でも札幌市営地下鉄・札幌市電・函館市電といったごく一部の路線網に偏っているだけである（JR北海道に関しては、北海道新幹線、千歳線、海峡線、札沼線〈学園都市線〉のみが全区間電化）。JRの電化区間でも非電化区間へ直通する気動車列車や電化区間のみで完結する気動車列車は日常的に運行されている。
茨城県 - 電化路線は水郡線以外のJR線と首都圏新都市鉄道つくばエクスプレスのみで、水郡線、鹿島臨海鉄道大洗鹿島線、私鉄は非電化。石岡市柿岡にある気象庁地磁気観測所での地磁気観測への影響を回避するため、電化区間は大半が交流電化となっており、関東地方の多くの都県で広く採用されている直流電化は、観測所から十分に離れた県境付近の一部の区間に限られている。電化が行えない私鉄などは非電化での運行を余儀なくされている。
旅客需要差から、一部区間のみが電化された路線もある。この殆どは運転系統が分断されるため、別路線のようになっている（交流・直流のデッドセクションを挟む場合も同様）が、大井川鐵道井川線のように一部の急勾配区間用に電化している場合は電化区間で補機が付くのみで非電化用車両で全線を走破する運行をしているケースもある。
電化・非電化が混在する路線の中には、可部線や札沼線のように電化区間を残して非電化区間のみが廃止された例もある。江差線も海峡線と一体化している電化区間を残して非電化区間のみが廃止された。
以下に電化区間を記す。太字になっている駅は電化・非電化の境界となっているものである。なお、入出庫用に電化された区間は除く。
JR
函館本線 函館 - 七飯 - 新函館北斗、小樽 - 旭川。後者の電化区間は千歳線・札沼線と一体化。前者の電化区間のうち函館 - 五稜郭間はかつては江差線・海峡線と一体化していた。
室蘭本線 室蘭 - 東室蘭 - 沼ノ端。電化区間は千歳線と一体化。
津軽線 青森 - 中小国。運行系統は蟹田で分断。電化区間はかつては海峡線と一体化していた。
奥羽本線 福島 - 新庄、院内 - 青森。新庄で軌間が分断されており、福島 - 新庄間の標準軌区間は山形新幹線として東北新幹線に直通。一方、同区間の改軌後には新庄 - 秋田間が狭軌の電化路線としては行き止まりとなっており、新庄 - 院内間の災害復旧に際して電化解除が行われた。
磐越西線 郡山 - 会津若松。
八高線 八王子 - 高麗川。電化区間は川越線西部と一体化。
大糸線 松本 - 南小谷。電化区間は中央本線・篠ノ井線と一部直通運転もあり。南小谷はJR東日本とJR西日本の境界駅。
関西本線 名古屋 - 亀山、加茂 - JR難波。亀山はJR東海とJR西日本の境界駅。後者の電化区間は大阪環状線と一体化。
紀勢本線 新宮 - 和歌山市。電化区間は阪和線と一体化。新宮はJR東海とJR西日本の境界駅。
山陰本線 京都 - 城崎温泉、伯耆大山 - 西出雲。前者の電化区間は、舞鶴線、福知山線、京都丹後鉄道宮福線と一体化。後者の電化区間は伯備線と一体化。
播但線 姫路 - 寺前。
福塩線 福山 - 府中。
予讃線 高松 - 伊予市。電化区間は本四備讃線と一体化。
土讃線 多度津 - 琴平。電化区間は予讃線・本四備讃線と一体化。
筑豊本線 折尾 - 桂川。電化区間は鹿児島本線・篠栗線と一体化し、これらの路線を通して福北ゆたか線という愛称を持つ。
豊肥本線 熊本 - 肥後大津。電化区間は鹿児島本線と一体化。
長崎本線 鳥栖 - 肥前浜。肥前浜-長崎の完全非電化後、残存電化区間は鹿児島本線、佐世保線と一体化。
大村線 早岐 - ハウステンボス。電化区間は佐世保線と一体化。
筑肥線 姪浜 - 唐津。電化区間は福岡市地下鉄空港線・唐津線と一体化。電化時の路線変更により分断、唐津 - 山本は唐津線に。
唐津線 唐津 - 西唐津。電化区間は筑肥線と一体化。
日南線 南宮崎 - 田吉。電化区間は日豊本線・宮崎空港線と一体化。
鉄道の電化 電化設備の撤去
電化は初期投資を要するが、輸送量の大きい路線では輸送単位当たりの維持費用は一般に低い。しかし、電化当初に見込んでいた利用がなくなった路線など、気動車等の発展によって電化が必ずしも経済的に有利でないケースが生じることがある。アメリカのインターアーバンが貨物鉄道に転換された際、電車による頻発運転の旅客列車消滅により電化が不要になり、電化設備が撤去された事例も多い。
急勾配や長大トンネルでの蒸気機関車の煙対策のために電化していた路線の場合、強力なディーゼルエンジンと換気装置が登場することで代替されることがあり、アメリカのグレート・ノーザン鉄道（現・BNSF鉄道）が建設したカスケード山脈越えの路線（カスケードトンネル）は蒸気機関車時代に電化されていたが、このような理由からディーゼル化が行われている。
運用される電気機関車を含めた従来からの直流電化設備全般の老朽化による設備更新を行わずに、高性能のディーゼル機関車へ置換えることもある。例えば、ブラジルサンパウロ州には急勾配区間と近郊鉄道が運行される区間を除いたほぼ全電化区間の電気設備が撤去され、再び非電化となった路線が複数存在するほか、同様の例はチリのサンティアゴ - バルパライソの郊外間や、コンセプシオン郊外 - テムコ間等にも存在する。
鉄道の電化 電化設備の撤去
緊急的な電化解除（意図的に行ったもの）では第一次世界大戦時のドイツで資源不足になり、電化鉄道の架線を撤去して銅を使用した結果、電気機関車が走れなくなったというケースもある。
日本での事例としては、以下の路線で経費節減のために電車・電気機関車を気動車に置き換えた事例がある。
下記の路線は電化施設を撤去または使用中止し、電車・電気機関車運行を中止した路線である。大半は元々不採算路線だったためのちに廃線となっている。
★印は2024年10月時点で現存する路線。
下記の路線は電化設備を有し、特急・貨物列車は電車・電気機関車牽引で運行されるが、普通列車は全列車気動車で運行される（または過去に運行されていた）路線である。必ずしも経費節減が目的ではないことに留意されたい。
交流電化に対応した旅客電車は2両編成以上のものしか存在しないため、1両でも運転できるように気動車を導入している場合がある。
電化路線における気動車列車は架線下DC（DC＝ディーゼルカー）とも呼ばれる。
●印は2025年3月時点で実施中の路線。
鉄道の電化 電化設備の撤去
●鹿島線（鹿島神宮駅 - 鹿島サッカースタジアム駅間） - 貨物営業のみの区間として1974年10月26日に電化。その後鹿島臨海鉄道との旅客列車の直通運転が開始されたが、境界駅の北鹿島駅→鹿島サッカースタジアム駅は通常旅客列車が全て通過することに加え、鹿島臨港線（1983年旅客営業廃止）・大洗鹿島線とも非電化路線であり、この区間では鹿島臨海鉄道の気動車が鹿島神宮駅まで直通する形態がとられている。
●江差線→道南いさりび鉄道線（五稜郭駅 - 木古内駅間） - 1988年3月13日の海峡線開業と同時に電化され、当初は電気機関車牽引の客車列車である快速「海峡」が運行されていたが、2002年12月1日に特急「白鳥」「スーパー白鳥」へ格上げされて廃止となった。それ以降、普通列車は電車化されず気動車で運行されており、2016年3月26日の道南いさりび鉄道への転換以降も同様となっている。この区間にはデッドセクションは存在しないものの、木古内駅の函館方にき電区分セクションがあり電圧が変化する。
鉄道の電化 電化設備の撤去
津軽線（蟹田駅 - 中小国駅間） - 江差線同様、海峡線開業と同時に電化されたが、中小国駅は海峡線の全列車が通過する。海峡線が分岐する新中小国信号場以北は引き続き非電化のため、蟹田駅以北の普通列車は気動車でのみ運行されていた。なお、2022年8月の大雨災害により蟹田駅以北の普通列車は運休が続いており、復旧は行われず2027年4月に定期旅客列車の運行を廃止することでJR東日本と地元自治体が合意に達した。
仙石線（陸前小野駅 - 石巻駅間） - 電化区間であったが、2011年3月11日の東日本大震災によって電化設備が損壊し、同年7月から暫定的にキハ110系気動車で運行していた。2015年5月30日の全線復旧により、電車による運行が復活した。なお、同区間を走行する仙石東北ラインは松島駅構内の仙石線と東北本線の渡り線部が非電化のため、HB-E210系気動車での運行となっている。
●えちごトキめき鉄道日本海ひすいライン（糸魚川駅 - 直江津駅間） - 2015年3月14日にえちごトキめき鉄道へ経営分離されて以来、この区間の普通列車は気動車による運行となっており、2017年3月4日のダイヤ改正では唯一電車で運行されていた快速列車が廃止となったため、定期旅客列車は気動車に統一された。なお、糸魚川以西についてもあいの風とやま鉄道の電車による列車が1往復設定されているのみで、自社の電車による定期列車は運行されていない。えちご押上ひすい海岸駅 - 梶屋敷駅間には交直流切替デッドセクションが存在する。
下記の路線は、電化施設を存置しながらも、経費節減を目的に気動車列車と電車列車が混在していた路線である。
直流電化
直流電化 （ちょくりゅうでんか） は、直流電源を用いる鉄道の電化方式。
直流電化 概要
1879年にベルリン工業博覧会で世界最初の電車走行が実現した。この時の電力は直流を使用した。以降、第二次世界大戦後の商用周波数による交流電化が普及するまで、鉄道・軌道の電化方式は直流が標準的なものとなった。
方法としては、高圧 - 特別高圧（送電端6.6 kV - 77 kV）で受電した交流電力を、変電所にて必要な電圧に変換後、整流器で直流にし、電圧降下を抑えるための太い給電線（饋電線という）を通じ架線などに電力を供給する。架線電圧は、絶縁耐力からモータの製造可能な動作電圧を上限として500 - 3000 Vが選択されている。その中で、現在、世界的に多用されているものは600 V、750 V、1500 V、3000 Vの4種類である。通常は空中に張った架線に送電するが、トンネル断面を抑えたい地下鉄など、軌道の横に用意した給電用のレールに送電するケースもある（第三軌条方式を参照）。
直流電化 概要
交流は変圧が容易なため、交流電化方式では架線に特別高圧（≧ 10 kV）を用い、車上で降圧・整流してモータに供給するため、変電所間隔を50 km - 100 kmと広くとることができる。それに比べ、直流では500 V - 3000 Vという電圧値からの許容電圧降下が小さいため、太い架線や饋電線を使って電圧降下を抑えても変電所間隔が5 km - 10 km程度までしか拡げられず、結果として多数の変電所を必要とする。最近では、太い吊架線を饋電線と兼用とする饋電吊架方式にして饋電線を省略する事例もある。
特に日本における国鉄での事例では、直流変電所へ入る特別高圧送電線の送電端22 kV規格（受電端20 kV）を変圧して直流1500 Vを得ることが標準的だったものを、交流電化に際して送電電圧の20 kVをそのまま採用して開発試験を行い、定着した経過があるため、直流変電所を地上側に作るか、車上側に作るか（交流電化）、という選択であったとされている。なお、現在の受電電圧は受電電力の大きさから66 kVないし77 kV以上が主で、22 kVはローカル私鉄など比較的小容量のものである。なお烏山駅の充電設備は6.6 kV受電である。
直流電化 概要
直流電化では地上設備側のコストが高くつくが、車両の製造コストは交流車両にくらべて安い。したがって、運転頻度が高く、編成両数の多い路線や1両当たりの扉数の多い車両の多い路線、旅客流動が多い割にホーム有効長に余裕のない駅の多い路線に向いた電化方式といえる。北陸本線のように、列車本数を増やすため、および他線区からの直通を目的として、交流電化区間の一部を直流電化に転換する例もある。
また、電圧の高い交流電化に比べて絶縁距離を小さくできるので、結果として周囲の建築物との距離を小さくできる。そのため、トンネル断面の制約のある地下鉄では直流電化が大多数である。非電化であった七尾線を電化するにあたり、交流電化の金沢駅に乗り入れする運転系統であるにもかかわらず、従来の小断面トンネルをそのまま利用するため、直流電化とされた例もある。
直流電化では、一般的に変電所から車両へ送る電流を架線に、車両から変電所へ戻る電流（帰線電流と言う）を走行用のレールに流す。これは、プラス用・マイナス用の2本の架線やパンタグラフを用意するのは複雑化やコスト上昇の原因となるためである。なお、架線ではなく別にもう1本のレールを敷設する場合がある（第三軌条方式）。
なお、変電所にて交流から直流に変換する際に電源周波数も変更できるため、交流電化とは違い電源周波数の影響を受けにくいメリットもある。
直流電化 整流方式
交流から直流に変換する方法としては、800V程度までの低い電圧には、かつては回転変流機などの回転機が用いられ、後に静止型として高圧にも使える水銀整流器が用いられたが、安定した大電力用シリコンダイオードの出現でこれに移行した。
「回転変流機」は交流側ー直流側で回転電機子と界磁を共用とする交流ー直流の変換を行う同期回転機であり
、「電動発電機」よりも大出力を扱えて効率の良いため電鉄の直流変電所に主に用いられた。
電動発電機は電動機で直流発電機を回す組み合わせて交流と直流の変換を行う回転機であるが、小型化で回転変流機に劣りあまり用いられなかった。
回転変流機では、巻線が交直共通で電流が相殺され、負荷電流による電機子反作用が交直共通巻き線で相殺されて、同寸法の電動発電機方式よりも遥かに大きな電力を扱えた事により鉄道用直流発生装置に多用されたもの。
信越本線横川駅 - 軽井沢駅間の碓氷峠アプト式区間の電化は回転変流機を使って行われた。
整流子の絶縁の問題で800 Vを越える電圧の回転変流機は安定的に作れなかった。電動発電機も回転変流機も可逆的であり電源側への電力回生を許容する。
直流電化 整流方式
回転機の整流子の保守を避けたい場合やもっと高電圧を使う場合には「水銀整流器（管）」を使った。電力回生が必要な場合は、ゲート制御電極付き水銀整流器を使って、逆接続の回路を設けて電力回生に必要な交流の逆方向電流を許容した構成にした。日本では陰極共通のガラス製の三相用3 - 6陽極水銀整流器をその形状から「タコ」と呼んだ。
大型の水銀整流器は鉄槽型で、陽極数は6極、12極があり、真空ポンプで真空状態を作って動作させたが、その補助ポンプに高真空を作る水銀拡散ポンプを必要とし、動作温度範囲が狭く陰極の予熱が必要だったり、アークの電圧降下も20 V弱 - 数10 Vあって損失も大きく、逆弧の発生など扱いが大変だった。
なお、イグナイトロン、エキサイトロンはゲート電極付き単極水銀整流器の一種であり、それを封じ切り構造とした車載用製品を初期の交流電気機関車に採用している。走行振動によるアーク不安定、（センタータップ式整流回路での2組の電圧切替を避ける）高圧タップ式電圧切替の絶縁などのトラブルに悩まされて、安定な大電力シリコン整流器の台頭で次々換装された。
直流電化 整流方式
後年、電力損失が少なく、動作や寿命が安定した大電力用のシリコンダイオードが開発されて以降、シリコン整流器方式が主流となった。シリコン整流器は順方向の電圧降下が、逆耐電圧で3素子直列としても1 V×3×2前後で済む。また、予熱が不要で高効率のうえ、動作が安定しているため、水銀整流器を駆逐した。
しかしシリコン整流器は制御ゲートがないため、交流位相に合った逆方向電流を流すことができない。そのため電力回生は不可能である。
冷却方式は、以前はファンによる風冷式→油入自冷式→フロン沸騰冷却式→パーフロロカーボン（PFC）沸騰自冷式と進化した。しかし、フロンやPFCが1997年京都会議において地球温暖化の規制物質として指定されたため、近年では純水沸騰自冷式（ヒートパイプ式）が主流となっている。
制御電極（ゲート電極）の付いた半導体素子をサイリスタと呼ぶ。シリコン整流器の一部のダイオードをサイリスタに置き換えることにより水銀整流器同様に位相制御をして電圧調整をしたり、電力回生制動に用いたり、定格出力以上で電圧を下げる垂下特性を実現することができる。
サイリスタ位相制御の一部分を抜き出した回路に近く、位相制御と整流が別になったサイリスタ混合ブリッジ回路と、ダイオードブリッジをサイリスタに置き換えて位相制御と整流を同時に行うサイリスタ純ブリッジ回路の2種類が存在するのも同様である。
直流電化 整流方式
回生制動が可能になったが、他に力行車両がない場合は回生失効するので、大落差降坂などの回生電力を確実に消費させるためには回生電力吸収装置とトロリ線(陽極)とレール(負極)との間にGTOチョッパと抵抗器を直列に接続して、回生電力を抵抗器で消費させるサイリスタチョッパ抵抗や、直流変電所に回生電力を電源側に送り返すサイリスタインバータが必要になる。
パルス幅変調整流器と共に、VVVFインバータと併用した場合両者をまとめて、Converter・Inverterの頭文字からCI装置や主変換装置と称する。
マイコンによりPWM（Pulse Width Modulation=パルス幅変調）で制御されるサイリスタやトランジスタのブリッジ回路で構成される。回生制動時は単相交流を出力するPWMインバータとして機能するのがこの方式の特徴である。とくにIGBT素子の性能向上とコンピュータによるきめ細かな制御により整流時は脈流の低減、また回生制動時は高調波の少ない交流を安定して出力できるため交流電化区間での回生制動も積極的に行われるようになり、現在の主力となる。PWMコンバータと称するのが一般的。
GTOサイリスタやIGBTにダイオードを1つずつ逆並列に接続して還流ダイオードとし、これを2個直列、それをさらに2組並列接続したものである。実際には電力回生時の高調波低減のためこれらのスイッチング素子と大容量コンデンサとの組を2つ直列接続して中間電圧を作成し、マイコンによって各整流器間で90度の位相差制御をすることで0 %、50 %、100 %の3段階の電圧を生成する3レベル方式が主流である。
直流電化 整流回路
整流回路は、水銀整流器に陰極共通の3相 - 6相用水銀整流器が使われ、その陰極付属設備は相互絶縁が必要なのでそれを一本化したいことから、トランスとの接続回路は逆極性の巻線の半波整流を合成して全波整流（両波整流）とする「センタータップ式全波整流」が基本とされた。さらに巻線の流通角が小さく非効率な欠点があり、次項の改良をして多用した。半波整流ではトランス鉄心に直流磁化を生じて変圧に支障を来すのに対し、センタータップだと磁化方向を相殺するので必須の接続である。
センタータップ接続整流は流通角が小さくトランス巻線の利用率が悪く大型化させるので、巻線をセンタータップ部で分離し相間リアクトルを挿入してその中央から直流を得ることでトランス各巻線の流通角を大きくして実効容量低下を抑えている。この接続を特に「相間リアクトル付2重星形結線」と呼んで三相交流を水銀整流器で整流する際の標準的結線となった。三相交流では6相式（6パルス式）となる。
直流電化 整流回路
シリコン整流器に換わると、当初は水銀整流器を置き換えただけの「相間リアクトル付2重星形結線」で使ったが、水銀整流器のような複雑な陰極付属設備が要らないため整流器を「ブリッジ接続全波整流」としてトランス巻線の単純化を図った。三相交流では6相（6パルス）式となる。
リップル（脈動）分を小さくするため、特に大出力変電所では三相交流をそのまま全波整流して6相整流するのではなく、3相Y結線とΔ結線の巻線を組み合わせて位相差30度の交流を作ってそれぞれ整流して直列、或いは並列に重畳し合計12相（12パルス）整流とすることで脈動周波数を2倍に、脈動振幅を4半分以下にした。
整流回路で整流された電流は脈流であり、そのままでは直流モータに適さない。そのため平滑リアクトルを直列に挿入してリップル（脈動）分を阻止した後、電車線へ向けて送電される。
平滑リアクトルはリップル周波数に比例してインピーダンスが大きくなるため、同じリップル電圧に抑えようとする場合、リップル周波数が高いほうがサイズの小さなリアクトルを使用できる。6相整流と12相整流を比べるとリップル電圧は4半分より更に小さくなり、リップル周波数は倍になるので12相方式は脈動抑制に大変有効である。
直流電化 整流回路
更にリップル分による通信線への障害軽減のため、平滑リアクトルの負荷側に直列共振による高調波フィルター群を設置して脈動分を短絡している。
6相式で基本周波数の6倍、12倍、18倍、24倍の高調波（50 Hz系で300 Hz×N、60 Hz系で360 Hz×N）を、12相式で基本周波数の12倍、24倍の高調波（50 Hz系で600 Hz×N、60 Hz系で720 Hz×N）を直列共振回路で短絡している。しかし負荷側である電車線のインピーダンスが極めて低いためか実際にはあまり有効に機能していない様であり、撤去が検討される場所もあり、逆に誘導障害が現れれば現フィルター後段にもう1段の逆L型LCフィルターが必要になる。
直流電化 鉄道車両への送電
直流変電所からは故障時の電流を遮断可能な高速度遮断器を通じ、饋電線へ直流電力を供給する。特徴的なのは電気機関車や超大編成の電車の場合、一編成で消費する電流がきわめて大きく（2000 Aにも達する）、故障時の電流と区別がつきにくいことから電流変化率により遮断するΔI形故障選択装置や故障箇所の直近両端の変電所からの送電を停止する連絡遮断装置を設ける。
直流電化 採用事例
以下に、各国での採用例の一覧を挙げる。
ただし、路面電車、ライトレール、およびそれに準じる規格の鉄道は除いた。
英語版のen:List of current systems for electric rail tractionを参考にした。
現在、日本国内の電化鉄道および軌道では、新幹線と北海道、東北、九州の各地方の大半のJR線を除いた電化路線の多くで、直流電化を採用している。なお、これらの鉄道事業者の大半は、自前の発電所や送電網を持つ東日本旅客鉄道（JR東日本）の首都圏など一部地域を除き、各電力会社から電力を購入している。ただし、第二次世界大戦以前は自前の発電所や給電施設を持ち、沿線の住宅などに電力を供給する事業を行っていた会社や、電力会社の子会社であったものが、戦時体制による強制再編で電力事業を奪われた事業者もある。
電化線路は電気工作物であり電気設備に関する技術基準を定める省令の規制を受ける。同省令の解釈第203条の条文は以下のとおり。
実際の運用として日本においては以下のようになっている。
直流電化 採用事例
なお索道および鋼索鉄道（ケーブルカー）の電車線路にあっては架空電車線に限られ、かつ、300 V以下とすることが電気設備技術基準・解釈 第217条にて定められている。
日本最初の事例は、1923年の大阪鉄道（現・近畿日本鉄道南大阪線他）である。
フランス国鉄 (SNCF) の電化路線では戦前、直流1500 V電化が主流であった。戦後は、商用周波数交流を用いた交流電化 (50 Hz / 25000 V) が実用化され、戦後に電化された路線は交流中心である。北部、東部、ブルターニュ地域圏、プロヴァンス＝アルプ＝コート・ダジュール地域圏のマルセイユから東側、ローヌ＝アルプ地域圏の一部の在来線とLGV（TGVが走る高速新線）全線は交流電化、その他の地域は直流電化である。パリ基準では、サン・ラザール駅・パリ北駅・パリ東駅が交流電化、リヨン駅・オステルリッツ駅・モンパルナス駅は直流電化となる。ちなみに、TGVは全車交直両用仕様になっており、交流のLGV区間から直流の在来線への直通は容易である。
直流電化 採用事例
イタリア鉄道の電化路線では、3000 Vが多用されている。
高速新線であるTAV（ディレッティシマ）については、初期に建設されたフィレンツェ-ローマ高速線は在来線と同様に直流3000 Vで電化されたが、後に建設されたディレッティシマではフランスのTGVと同様に交流50Hz 25000 Vで電化されている。
戦前から低周波交流による交流電化が進んだこれらの国では、国有鉄道（スイス連邦鉄道、オーストリア連邦鉄道、ドイツ鉄道。ドイツ鉄道は民営化）の幹線路線では直流電化は見られないが、ベルリンやハンブルクの通勤電車では第三軌条集電式の直流電化が採用されている。
韓国では、原則的に地下鉄路線は1500 Vによる電化がなされている。韓国鉄道公社 (KORAIL) が運営する広域電鉄は一山線を除き交流電化 (60 Hz / 25000 V) が採用され、直通運転する地下鉄路線との境界にはデッドセクションが設けられている。
交流電化
交流電化（こうりゅうでんか）は、鉄道の電化方式の一つで、交流電源を用いる方式。
交流電化には、単相交流を使うものと、三相交流を使うものがある。さらに単相交流には商用周波数（50 - 60 Hz）を使うものと、その2分の1から3分の1の低い周波数を使うものがある。現在、主流は商用周波数の単相交流で、電圧は主に25 kVを使用する。
交流電化 特徴
直流電化と比較して、以下のような特徴がある。
送電ロスが少なく地上設備のコストが低い
交流電化 特徴
同一電力を送電する場合のロスはおおむね電圧の2乗に反比例することから、電圧はできるだけ高くした方が送電には有利である。同じ電力を送るのに架線で失われる電力損失が少なくて済むことから、交流電化は直流電化に比べ変電所の間隔を長く取ることができ、直流電化の場合には別途必要となる饋電線（架線に並行した太い電力線）、変電所への送電用の特別高圧線そして、自動閉塞で用いる閉塞信号機で用いる高圧線も不要であり、全体として地上設備コストの低減が図れる。交流は動力車において変圧器を用い容易に電圧を変えられるため、使用する電動機の電圧に合わせた600 - 3000 Vを用いる直流電化のような電圧の縛りから解放され、任意の高い電圧を選べる。しかし架線電圧が高くなると車両ならびに地上設備の離隔距離を大きくとらなくてはならず、車両の設計が困難になるばかりか建設費など他のコストが上がってしまう。そのため動力車に供給すべき電力のほか、設備費用など制約条件を総合的に検討した上で11000 - 50000 Vの電圧が選択される。日本においては20000 V（在来線）と、25000 V（新幹線）の2種類の電圧が採用された。交直同様条件での消費電力量は、発電所からの受電電力量において直流電化に比較して20～40％が省力化、節電されている。この長期に渡る省力化の為、1960年前後以降の国鉄の新幹線と在来線九州全域、在来線東北以北全域などは交流電化が推進され、直流電化路線は戦前に直流電化の私鉄として開業した仙石線、地下鉄直通のために共通する直流電化を採用した筑肥線など、ごく一部にとどまる。
交流電化 特徴
大容量送電が可能
交流は高電圧を用いることから、直流に比して小さい電流での送電が可能である。そのため、負荷電流が直流方式と比べて1/10以下になり、電車線は細いものですむ、したがって、大きな出力を必要とする電気車両への大容量送電に適している。日本の新幹線は高速走行で大量の電力を必要とするため、交流電化を採用した。
電動機起動制御のロスが少ない
抵抗制御を用いた直流車では、主電動機に与える電圧を制御するため、抵抗器を用いて一部を熱として捨てていた。これに対し交流車では、電圧を直接制御できるタップ制御やサイリスタ制御が基本となっており、無駄なく電力を利用できる。
ただし、後に直流車・交流車の区別なく電圧を自在に調整することができ、小消費電力であるVVVFインバータ制御方式が主流となりこの点における交流車としての利点は少なくなっている。
粘着係数が高い
交流電化 特徴
交流車は粘着係数が高いという長所を持つ。直流車では低速で電動機を直列につなぐが、電流一定のために、ある電動機で空転が始まってもトルクが下がらず回転数がむしろ上がる傾向になる。一方交流車では一般に並列接続であるので、回転が上がるとその電動機に流れる電流が減少してトルクが下がり、容易に再粘着する。また、以前の直流車で一般的であった抵抗制御では、加速（力行）中に限流値により一段ごと抵抗を抜く時に電流が一時的に増大して空転を起こしやすいのに対し、タップまたはサイリスタにより連続的に電圧を変えられる交流車は優位であり、一時は交流電気機関車のD級（動軸数4）は直流電気機関車のF級（動軸数6）に匹敵すると評された。
ただし、先述のVVVFインバータ制御方式が主流となり再粘着制御が容易に行えるようになったことから、この点における交流車としての利点は少なくなっている。
かつては車両コストが割高
特別高圧を電動機が使用可能な電圧に下げるため、車両には重い変圧器を搭載しなければならない。また、主電動機は、直流を電源として用いる直流電動機の場合には、整流器またはサイリスタが必要であり、交流を電源として用いる誘導電動機の場合には、PWMコンバータで直流に変換した後にVVVFインバータで三相交流に変換する主変換装置が必要である。両者とも、重量のある商用電源対応の平滑リアクトルが必要であり、集電装置も高電圧対応である必要がある。したがって、車両の製作費およびメンテナンスコストが高くなり、重量も大きくなりがちである。
高額な直流直巻電動機を用いた直流電車においては短時間の最高出力は連続定格出力の4、5割増しの大きなものとなる。しかし交直両用車の場合、コストの制約・軸重制約のため、電動機の最高出力時の消費電力よりかなり容量の小さい、連続定格をやや上回る程度の変圧・整流機器となるため、最高出力は直流時をかなり下回る。
以上が交流電化の特徴であり、地上設備と車両のコストに鑑みると、需要が少ない地域の輸送や動力集中方式に適した方式と従来言われてきた。JR在来線のように交流電化と直流電化が混在する場合、交流直流両用車を使うことになり、20世紀終盤までは導入コストが高くなる傾向があった。
21世紀に入り整流機器が安価になったことにより直流電化の費用が低下したことに加え、電車化の進展やVVVFインバータ制御により直流電車の性能が向上したものの、変電所の設置間隔と消費電力の省力化は交流電化の最大の利点である。
また電力回生ブレーキの観点からは、回生電流を電源系統に戻すことができる等の要因により回生失効がおこりにくい特徴が挙げられる。小規模ではあるがこの点も直流電化に較べ交流電化のメリットである。
交流電化 交流饋電系統の構成
日本の交流饋電系統の饋電回路は、沿線の変電所に一般電力網からの特別高圧系統の三相交流電力を受電し、断路器と受電用遮断器を介して、三相二相変換変圧器で、90度位相差がある2組の単相交流電力に降圧変換し、それらを饋電用遮断器を介して方向別又は上下線別に流し、電車線（トロリー線）に給電される。その後、電車（負荷）で使用された電流は、レールから負饋電線又は架線・AT饋電線を介して変電所の三相二相変換変圧器に戻る。
交流電化 交流饋電系統の構成
三相二相変換変圧器は、当初はスコット結線変圧器が使用され、一般電力網からは66 kV - 154 kVの特別高圧を受電していたが、その後、饋電（通電）距離を長く、送電容量の大きくできるAT饋電方式が開発されたため、一般電力網からはさらに上の187 kV - 275 kVの超高圧を受電して饋電することが可能になった。
ところが超高圧変圧器の1次側は送電線の地絡事故時の要請からその中性点を直接接地にすることが要求される。そのため1次側の中性点を直接接地することが可能な変形ウッドブリッジ結線変圧器が使用されており、主に新幹線などで使用されている。さらに変圧器の受電側にある1次側の中性点を直接接地が可能かつ、変圧器の饋電側にある2次側の結線が電気的に接続点を持たず、変圧器の巻線構成を簡単にしたルーフ・デルタ結線変圧器が東北新幹線新七戸変電所で採用され2002年に運用を開始した。なお変圧器の容量は、在来線が6 - 60 MVA程度、新幹線が30 - 200 MVA程度としている。
交流電化 交流饋電系統の構成
直流饋電系統とは違い、隣接する変電所の電車線の電圧が等しくても、交流の電圧位相が異なる場合があるため、その場合は並列接続することはできない。そのため変電所間の中間に遮断器などの開閉装置を設けた饋電区分所を設置し、変電所と饋電区分所には、エアセクションまたは電車線にFRP製の絶縁体と吊架線に数個の250mmの懸垂碍子で構成でされた異相セクションと呼ばれるされたデッドセクションを設置して、変電所から饋電区分所までの単独饋電としており、この区間おいては、電気車はノッチオフで通過している。さらに新幹線では、変電所から饋電区分所の間に補助饋電区分所を設置しており、変電所と饋電区分所には、2つのエアセクションと真空切替器で構成した約1000mの中間セクションを設置した異相区分用切替セクションが設置して、軌道回路による列車検知により自動で進行方向の電源に切替わることで、電気車はノッチを入れたまま通過することができるようになっており、切替による停電時間は0.3秒としている。
交流電化 交流饋電系統の構成
交流饋電系統では、電車線を流れる交流電流の不平衡による電磁誘導や帰線電流の一部がレールから大地に漏れるなどして、近くの通信線や電話線に電磁誘導障害を発生させる、そのため、通信線や電話線にその対策をするとともに、饋電回路でもレールに帰線電流が流れる区間を限定するなどの処置の他に、電車線と平行して帰線である負饋電線又はAT饋電線を張り、お互いの磁力を打消し合う方法が取られる。その方法として3 - 4 kmごとに電車線にセクションを設け、そこに電車線と負饋電線との間に吸上変圧器（ブースタートランス）を接続し、電車線の電流により吸上変圧器がレールの帰線電流を強制的に負饋電線に吸上げて電磁誘導障害を軽減させるBT饋電方式、10 - 15 kmごとに電車線・レール・饋電線との間を接続した単巻変圧器を設置して、帰線電流を単巻変圧器を介して饋電線に吸上げて、誘導障害を軽減させるAT饋電方式がある。
交流電化 交流饋電系統の構成
変電所と饋電回路には過電流や地絡電流などによる故障電流や内部故障などから機器・電源系統を保護するため、さまざまな保護継電器が取付けられている。変電所内では受電側に過電流継電器・接地継電器・不足電圧継電器を、変圧器内の内部故障の検出に、変圧器の温度・油量・圧力・油流および過電流継電器をそれぞれ設置し、受電用遮断器を作動させて、機器等の故障による事故の波及を防ぐ。特徴的な保護継電器装置として、容量が10 MVAの変圧器の場合、変圧器の1次側電流と2次側電流を比較する比率差動継電器が設けられる。またAT饋電用変電所での饋電母線の地絡検出において、計器用変圧器 (VT) に中性点接地形VT（EVT）を使用しており、VTの2次側の電圧上昇を検知することで地絡を検出する。電車線側の饋電回路には、特別高圧を使用しているため、車両故障・架線故障・飛来物・鳥害・碍子閃絡・樹木接触などでの故障では故障電流が大きいため、早期に故障を検知して電流を遮断する必要がある。通常の動力車の走行では反応せず、故障電流だけを的確に検出するため、変電所では、変電所から故障点までの距離により保護特性が定まる距離継電器、饋電電流の変化が一定値以上の場合に動作する交流ΔI形故障選択継電器、不足電圧を検知する不足電圧継電器、過電流を検知する過電流継電器により動作原理の異なる保護継電器を組み合わせて検知を行い饋電用遮断器を作動させて保護する。保護継電器の架線での保護範囲は、変電所から饋電区分所としており、距離継電器と交流ΔI形故障選択継電器による２つの保護継電器で行われる。また、アークによる閃絡故障では、アークが消滅すると閃絡故障が回復することが多いため、回復後に饋電用遮断器を開放から0.5秒後に自動で再投入させている。