问题

高铁为什么要采用接触网受电弓受电而不采用轨道受电,感觉高铁的电网需要铺设很多电杆很浪费?

回答
高铁采用接触网受电弓受电,而不是轨道受电,这背后涉及一系列复杂的工程考量和技术权衡,绝非仅仅是“铺设电杆浪费”这么简单。实际上,轨道受电的方式存在着一些高铁无法克服的固有弊端,而接触网系统虽然看起来“碍眼”,却能提供稳定、高效且安全的高速电力供应。

为什么轨道受电行不通?——高速运行下的致命缺陷

首先,我们得明白,高铁的运行速度是常规铁路的数倍。在如此高速下,轨道受电会遇到几个无法逾越的障碍:

1. 接触电阻与能量损耗: 轨道本身是导体,但接触点并不是理想的导电体。在高速运行下,受电弓(或者说集电靴)和轨道之间的接触会变得非常不稳定。即使设计得再精密,也会存在瞬时的“跳火”或接触不良。每一次接触不良,都会产生电阻,电阻意味着能量的损耗,而高铁对能量的需求是巨大的。这些损耗累积起来,将导致巨大的电力浪费,而且会产生大量的热量,对轨道和受电装置造成损害。

2. 电弧与电磁干扰: 高速接触产生的电弧是另一个大问题。电弧不仅会烧蚀接触点,产生强烈的电磁辐射,还会影响周围的电子设备。高铁车上以及轨道沿线都有大量的通信、信号和控制系统,这些系统对电磁干扰非常敏感。轨道受电产生的电弧,足以让这些系统瘫痪,导致行车安全出现重大隐患。

3. 供电电压与绝缘问题: 轨道受电通常意味着需要将电力直接引入轨道。高铁运行需要较高的电压(例如25kV),这对轨道的绝缘提出了极高的要求。轨道需要与大地之间保持绝缘,但轨道本身又承载着巨大的列车重量和频繁的机械应力。在高速运行下,轨道与地面的绝缘可能难以保证,一旦发生绝缘击穿,将导致严重的电力事故,甚至影响整个电网的安全。

4. 接地回路的复杂性与控制: 轨道是列车运行的载体,也是一个庞大的接地回路。如果轨道用于供电,那么电流会通过轨道流入大地,再通过接地回路回到供电点。这个接地回路会非常庞杂,并且容易受到外部因素(如天气、土壤电阻率变化)的影响,导致供电不稳定。而且,多列列车在同一段轨道上运行时,电流的分布会非常复杂,难以精确控制,容易出现电位差,影响信号传输和安全。

5. 维护与检修的困难: 轨道是列车的运行基础,一旦进行大规模的受电装置改造,就需要对所有轨道进行复杂的电气化处理。这不仅成本高昂,而且会极大地影响现有铁路的正常运营。同时,轨道上的受电装置更容易受到雨雪、污垢等环境因素的影响,维护和检修的难度也非常大。

为什么接触网是最佳选择?——稳定、高效、安全

相比之下,接触网系统虽然看似“浪费”了电杆,但它在高速铁路运行中展现出无与伦比的优越性:

1. 稳定的电力供应: 接触网的设计目标就是为高速运行的列车提供稳定、连续的电力。通过架设在高空的接触导线,并配合受电弓的“随动”设计,可以最大程度地减小接触不良的几率。受电弓上的集电靴材料经过特殊处理,能够承受高速摩擦,并保证良好的导电性。

2. 高效的能量传输: 接触网系统通过将电力传输到高空,有效避开了轨道上的复杂接地回路和潜在的接触电阻问题。电流通过接触网直接传输到受电弓,损耗更低,能量效率更高。

3. 隔离与安全: 接触网将高压电力与地面进行了有效的隔离。电杆将接触网架设在距离地面较高的高度,列车与大地之间存在足够的安全距离。即使发生漏电或短路,影响范围也相对有限,对地面人员和设备的安全威胁大大降低。

4. 降低电磁干扰: 接触网系统通过合理的设计,可以将电磁干扰控制在较低的水平。电杆、支架以及接地系统都有助于抑制电磁辐射的扩散,对列车自身的电子设备和轨道沿线的通信信号影响最小。

5. 标准化与易于维护: 接触网系统经过多年的发展,已经形成了一套成熟的标准化设计。无论是接触线的材料、架设方式,还是受电弓的设计,都高度标准化,便于大规模生产和部署。同时,接触网的维护和检修也相对容易,可以集中进行,减少对列车运行的影响。

6. 灵活性与兼容性: 接触网系统可以根据线路的需求进行灵活调整,也可以与现有的铁路基础设施兼容。如果未来有新的供电技术出现,接触网系统也更容易进行升级改造,而不是像轨道受电那样需要对整个轨道网络进行颠覆性的变革。

关于“浪费”电杆的看法:

说接触网“浪费”电杆,其实是一种“只见树木不见森林”的看法。这些电杆并非毫无作用,它们是支撑起整个高效、稳定、安全供电系统的关键基础设施。

承载力: 这些电杆需要承受接触网导线的张力、列车运行产生的风载以及各种自然环境因素(如大风、冰雪)的影响。其设计强度和基础稳固性都经过了严格的计算和试验。
绝缘与支撑: 电杆提供了良好的绝缘距离,保证了高压电与大地、与人之间的安全隔离。同时,它们也支撑着接触网上各种复杂的绝缘子、承力索、接触线等部件,保证了整个接触网系统的精确度和稳定性。
信号与通信: 除了供电,接触网上方的电线,也常常兼顾了信号、通信和监控线路的架设,成为铁路运营的“神经系统”的一部分。

总结来说, 高铁选择接触网受电弓受电,并非出于“浪费”,而是为了在极高的运行速度下,确保 持续、稳定、高效且安全 的电力供应。轨道受电虽然在理论上存在,但面对高铁的速度、功耗和安全要求,其固有的技术缺陷是无法回避的。接触网系统虽然需要大量的电杆,但它提供了一个经过实践验证的、能够满足高铁需求的最佳解决方案。这些“电杆”是我们享受高铁速度与便捷的默默支撑。

网友意见

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最关键核心的问题,你能找到一个更便宜的办法来安全输电吗?

两条轨高低压?你能找到强度足够到能承受变化不断的动载荷而不会有明显形变,还便宜耐用好加工的绝缘材料做车轴吗?

又或者,直接改造车架?车架复杂度直接翻倍?成本啊成本!

第三轨提供高压交流电?想法很好,但是现行用电安全标准不允许。而且那玩意低压都一路火花带闪电的,要用两万多伏的高压交流电真就能放心?

其实地面供电最大的问题是,严重威胁铁路工作人员的人身安全。这么大的国家那么多车站机务段车辆段动车所,有那么多的调车员列检员司机需要经常跨越铁路去上下车辆干活,一接近铁路就有误踩高压轨的危险,每天只因为误踩高压轨形成人体短路报销一个算陆总祖坟冒青烟。就算这样,事故现场也相当惨不忍睹,大概率没有人形,只能从那堆焦炭的样子判断哪是头哪是脚,场面过于刺激,严重影响死者同事的心理健康。站车顶摸接触网被电死之后自然松手,不会形成持续的短路,整个触电时间不会太长。但是脚踩第三轨人给电倒了大概率还能形成短路的通路,巨大的电流一直经过人体形成高热燃烧,直至输电设备保护性跳闸,而短路接触部位的高压轨也给烧蚀得不像样子,还得在同事丧命的现场更换,想想就难受。


总之就安全性能与材料工艺来说,现有线杆挂架吊线的输电方式是最安全的,同时成本也最合适。能淘汰这一套的从来不是什么地面供电,而是能做进车厢的微型核反应堆发电机组。虽然有生之年不可能看见吧。(摆手

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用轨道取电的话,那么怎么形成回路呢?架个接触网回流?

现在的电回路是牵引变电站->接触网->受电弓->牵引电气设备->车轮->钢轨->回流线->牵引变电站

如果上面的回路反一下,高压侧在轨道上,那么就是题主想要的"用轨道受电”,那么轨道上面25kv的电压,轨道和大地要做绝缘,转向架和车体和站台之间的绝缘也要保证,否则分分钟电死人,想想都刺激。

第三轨第四轨不谈,第三轨阻力太大,通常限速在120以下了。

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1,运行的两根轨道上有轨道电路,和信号系统有关的,功率过大的牵引用电流会影响轨道电路。

2,轨道直接和大地接触,虽然枕木不是良导体但依然会造成很大损耗。

3,目前无法解决高速下使用第三轨的问题(过道岔,电弧,雨雪天气受流不畅等)。

4,安全性问题,就是把供电放到头顶上四五米的接触网每年也能电死电伤好多违规作业和作死爬车顶上的,放轨道上你这掉站台下面就没命了。

5,接触网能提供更大的电压,在根据欧姆定律,在总功率P不变的情况下提高电压可以减小电流,进而减小损耗。

6,弓网关系以及高速下的动力学原理已经很成熟了,碳滑板和接触线的摩擦比第三轨-受电靴之间的摩擦要小。

根据常识总结的这些,不想翻专业资料了……希望能帮到题主。

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第三轨电压太低了,只有600~1500V,再高安全间距就做不到了。电压越低,带载能力就差。朝鲜当年选用了DC3kV作为电气化铁路,技术简单,很快就实现了电气化,但是没法运行重载货运。中国选的AC25kV高标准,虽然磕々绊々一直到83年才掌握了电力机车制造技术,但是起点高以后的进步就大,不管是重载货运还是高速客运需要的大功率都能满足。

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