交流電化
新幹線と商用周波数
東海道新幹線と北陸新幹線は、2つの周波数地域を跨ぐ路線を持つ。このうち東海道新幹線は、東京駅から静岡県内に至る50 Hz地域でも、綱島、西相模の周波数変換変電所に横軸型同期周波数変換機を備えて、60 Hz電源に統一した。開業当時の技術でも両周波数対応の電車を製作することは可能であったが、50 Hz区間は、東海道新幹線の当初の開業時点でも全体の4分の1程度であり、博多開業を想定すると10分の1程度になる。50 Hz対応のために大部分を占める60 Hz区間で無駄となる装備を載せて走ることは不合理となる。開業時点の車両数の少ない時点では、車上で対応した方が安いと試算されたが、将来的な編成数増加の見込みもあって、経済的な観点から地上で周波数を統一する方式を採用することにしたものである。なお、開業後に浜松町変電所・沼津変電所にも周波数変換機を設けたため、現在は4箇所に周波数変換変電所が存在する。周波数変換はロスが多く、富士川以西から送電線を整備して60 Hzを給電した方が合理的であるが、電力購入先の規制によりやむなくの東京電力の50 Hz電源を周波数変換のうえ使用している。
一方、北陸新幹線は東京 - 高崎で50 Hzを採用する東北新幹線・上越新幹線に乗り入れるため、複周波数対応の新幹線車両を使用し、軽井沢駅 - 佐久平駅・上越妙高駅 - 糸魚川駅・糸魚川駅 - 黒部宇奈月温泉駅の3か所で50 Hzと60 Hzとを切り替える。
なお異周波接続の方式に関しても、デッドセクションを参照されたい。
直流区間との直通問題および直流化
最初の幹線電化事例である北陸本線は、前後区間や富山港線(2006年に富山ライトレールに譲渡)が直流電化であり、交流電化区間として孤立した存在となっていた。
地上切換方式
駅構内の電気要員の指示で直流と交流を随時切り替える方式。直流専用車または交流専用車を使用することができるが、地上設備が複雑になる。
日本では、直流・交流電化区間の接続第一号である仙山線作並駅と、東北本線黒磯駅、奥羽本線(福島 - 庭坂間の福島第二機関区付近の本線上)で採用された。作並駅と奥羽本線の切換設備は仙山線および奥羽本線の全線交流化により消滅し、黒磯駅のみ残っていたが、2018年1月1日 - 3日に黒磯 - 高久間にデッドセクションを設置し、車上切換方式へと切り替えられた。
車上切換方式
交直デッドセクション(無電流区間)を挟んで接続する方式。地上切換方式に比べ地上設備が大幅に簡略化できる。無停車通過を前提とするため、列車自体の到達時間も短縮する。電気車両の直通は、直流専用車両に変圧器と整流器を搭載した交直両用車を用いる事が前提となるため、通過する車両の製造価格が高価につく。
日本においては、両電化区間の列車直通を前提とする常磐線取手 - 勝田間の電化にあたり取手 - 藤代間で採用された。その後、交流と直流の電化区間を接続する標準的な方法として普及する。デッドセクションの通過時は、モーターに電流を流すのを一時停止し、惰性で走行することにより両区間を渡る。交直切替の詳細と地上設備の設置場所はデッドセクションを参照。