軌道回路
軌道回路の基本的な原理は、車両の車輪と車軸が2本のレールを短絡して電気回路を構成することにある。この電気回路に装置を取り付けて列車の存在を検知する。列車がその線路の区間に存在していることを在線と呼ぶ。
軌道回路は保安装置であるので、フェイルセーフであることはとても重要である。保安上、列車が在線していないのに誤って検知してしまうよりも、列車が在線しているのに検知に失敗する方が危険な状態となる。このため、通常軌道回路は故障すると安全側の「列車が在線を検知している状態」になるように設計されている。一方で「列車が在線している」と誤って検知することは、鉄道の運行を阻害するため、できるだけ発生しないようにすることが望ましい。
軌道回路によりレールに流される電流は、直流と交流がある。さらに交流では、様々な周波数が用いられており、使用場所の条件に応じて使い分けられる。以下に日本の鉄道で使用されている軌道回路の分類と種類を示す。
軌道回路は、レールに電流を供給する電源装置と、レールの間に設置されたリレーによって構成される。各軌道回路は、閉塞の1区間のような、特定の範囲の在線を検知するようになっている。軌道回路の検知区間同士は、後述する無絶縁軌道回路でなければ、お互いに電気的に絶縁されている。
分岐のない区間の軌道回路では、その境目において両側のレールの絶縁の位置を一致させることができるが、分岐のある区間の軌道回路では、分岐器のレールの組立てなどから、その境目において両側のレールの絶縁の位置を一致することができず、ずれが生じるため、その結果、両方のレールが同極となり輪軸で電気的に短絡できず、軌道回路として検知できない区間が発生する。これを死空間と呼んでおり、その長さや位置関係に制限がある。
電源を軌道回路区間の一方の端に取り付け、両方のレールの間に電圧を印加する。軌道回路の反対側の端にリレーを取り付ける。列車がその区間に在線していない時は、電源からレールを通じて流れてきた電流がリレーを動作させる(リレーが扛上(こうじょう)する)。列車が在線している時は、その車輪と車軸によってレールが短絡され、電流がリレーに流れなくなる(リレーが落下する)。つまり、リレーが扛上しているか落下しているかが、その区間に列車が在線しているかどうかを表すことになる。
軌道リレーは、電流によって動作するスイッチであるが、重力の働きにより、扛上した状態のままになる故障の確率が、落下した状態のままになる故障の確率に比べて極めて低くなるようにできている。