高鐵機車頂上的滑觸線是怎麼工作的?低速的用碳刷,那高速高壓的呢?下雨咋絕緣? | 知乎問答精選

 

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高鐵機車頂上的滑觸線是怎麼工作的?低速的用碳刷,那高速高壓的呢?下雨咋絕緣?

2019年09月14日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 1 ℃ 次

【趙漢卿的回答(173票)】:

這個問題可以簡單的說說。題主說的觸滑網不知道是哪個領域的命名,我們是叫做「接觸網」的。

和接觸網接觸的結構叫做「受電弓」或者「電弓」。

  • 接觸網的供電電壓在電氣化鐵路既有線路以及客運專線(即高鐵)上是一樣的,都是27.5千伏,也就是27500V,所以不涉及到高壓和低壓的問題,統一規格是為了在變電站的維護投入上降低花費,如果多一個類型的變電站就說明需要專門的人員以及設備投入到後期的維護中,我國鐵路上萬公里的運營里程,統一制式是保證維護維修保養運營安全的最佳途徑。
  • 先說受電弓,由於在不同的供電區段設計到切換的問題,切換的過程中為了避免比較猛烈的放電打火情況發生,受電弓與接觸網的接觸面是採用石墨材質的,我們不做機車,但是我們在做供電試驗的時候取過一些樣品,分別有高鐵列車的受電弓以及普通列車的受電弓和地鐵的受電弓,比對發現,三種受電弓的耐磨程度接近。高鐵列車以及普通列車的受電弓都是經過加固的,地鐵列車的受電弓耐磨性低一些。
  • 題主提到了工作原理問題,接觸網是分為兩部分的,一部分是電力傳送部分一部分是承載部分,電力傳送部分採用鋁合金,這也是現在能找到最經濟而且損耗最小的折中方案了。和碳刷接觸的是鋁合金的部分,承載部分採用鋼絲,為什麼用鋼絲?因為鋼絲的剛性和韌性有很好的折中點,前幾年南方電氣化鐵路霜凍壓塌了不少供電塔,可是鋼絲斷的卻很少,所以鋼絲在承載接觸網上面是不二的選擇。
  • 受電弓以及接觸網結合到一起之後就組成了通路,這個時候問題來了,受電弓的磨損是一大難題,受電弓只要石墨部分被磨損到極限就必須更換,題主觀察一下,受電弓很寬,如果說接觸網只是在受電弓的一個位置磨損,那麼磨損的很快,所以接觸網在假設的時候並不是直線假設的,而是呈一個「之」或S字型,這樣在列車行進的時候,接觸網和受電弓的接觸面就能在大概30cm的一個範圍內左右移動,上一張圖,題主仔細看看,接觸網的鋪設並不是直線,而是斜線(圖中上方為承載鋼纜,下放為供電接觸網)。不用質疑為什麼搞個既有線的上來,鐵路上鋪設的接觸網方式是一致的。這幅圖在觀察起來比較直觀。
  • 接下來題主問到了絕緣的問題,我看了一下我們用的抗靜電絕緣橡膠(鐵路標準)的參數,其電阻率為10800歐姆每米,我們暫且算買到了十分好的材質的,那麼電阻率算作20000歐姆每米。空氣的電阻率是多少?由於這個不好界定,我們就採用一個實驗室數值好了,3乘以10的13次方歐姆每米。這倆數是兩個量級的,所以對於鐵路的供電網,直接裸露就是了,同理,我們用的高壓輸電網也都是裸露的,因為用任何的絕緣體往上貼都等於是找死,空氣來的最直接。和供電研發部門的聊天時候,他們告訴我基本上1米厚的空氣,其電阻率相當於16米優質的絕緣橡膠。接下來題主問到了絕緣的問題,我看了一下我們用的抗靜電絕緣橡膠(鐵路標準)的參數,其電阻率為10800歐姆每米,我們暫且算買到了十分好的材質的,那麼電阻率算作20000歐姆每米。空氣的電阻率是多少?由於這個不好界定,我們就採用一個實驗室數值好了,3乘以10的13次方歐姆每米。這倆數是兩個量級的,所以對於鐵路的供電網,直接裸露就是了,同理,我們用的高壓輸電網也都是裸露的,因為用任何的絕緣體往上貼都等於是找死,空氣來的最直接。和供電研發部門的聊天時候,他們告訴我基本上1米厚的空氣,其電阻率相當於16米優質的絕緣橡膠。

  • 題主關心下雨的問題,雨水絕對是良導體,但是下雨和水淹是不一樣的,雨滴不是水柱,除非雨大到了瀑布一樣,天上流下一條河一般,這個時候一定會導電。可是嚴謹的磚家連這個也考慮到了。什麼???請見下圖:
  • 伴隨接觸網的還有回流線,這條回流線是考慮到了空氣電阻急劇降低之後對地面以及列車人員保護的措施,當空氣電阻過小,那麼按照電學常識,電流同學會通過最短路徑向低電壓流去,那麼回流線是最佳選擇。鐵路的變電所都配備回流監測單元,當回流值過大的時候,都用不到達到短路電流;這個時候供電就已經被切斷了。世界一下就安靜了。伴隨接觸網的還有回流線,這條回流線是考慮到了空氣電阻急劇降低之後對地面以及列車人員保護的措施,當空氣電阻過小,那麼按照電學常識,電流同學會通過最短路徑向低電壓流去,那麼回流線是最佳選擇。鐵路的變電所都配備回流監測單元,當回流值過大的時候,都用不到達到短路電流;這個時候供電就已經被切斷了。世界一下就安靜了。

  • 不過還是有過例外的,比如有一些司機因為個子太高,從車頭出來的時候(老式列車),被接觸網吸上去了,屍體袋都省了,掉下來時候,190cm+的大個子剩下的零件用個塑料袋就裝下了。一點兒痛苦也沒有。但這個畢竟是偶然偶然偶然。廣大乘客以及地面選手可以放心的行走在高壓網下面。要相信供電專業磚家的技術實力以及施工人員的施工水平。

【知乎用戶的回答(0票)】:

還應該講一下受電弓的工作原理呀

【灰太狼的回答(0票)】:

誰跟你說的接觸導線是鋁合金的??接觸導線據我所知都是銅合金的,一方面銅合金有良好的導電性能,另外通過加入其它合金材料保證了導線的延展性,使之在極限溫度時不至於有太大的伸縮,以避免接觸網參數超標。

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