軌道供電

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軌道供電,是鐵路電氣化的方法之一,頗常用於大眾運輸系統。

歷史[编辑]

軌道供電系統是其中一種最古老的鐵路供電方法。

德國西門子公司於1879年的柏林博覽會展示了一列從第三軌取電的樣板列車。不久,很多鐵路電車系統均裝設第三軌,讓列車取得電力行走。位於倫敦的第一條電氣化地鐵在1890年開通時亦是使用第三軌作為供電系統。第四軌的廣泛使用最初也是在倫敦的地鐵開始。

技術[编辑]

顧名思義,軌道供電的概念就是在列車行走的兩條路軌以外,再加上帶電的鐵軌。這條帶電鐵軌通常設於兩軌之間或其中一軌的外側。電動列車的集電裝置在帶電路軌上接觸並滑行,把電力傳到列車上。這種集電裝置在英語稱為「shoe」,中譯為「集電靴」。

軌道供電系統的電壓較高架電纜系統為小。高架電纜一般能提供25000伏特或以上的交流電,但第三軌系統最多只能提供約1500伏特直流電。(参见:广州地铁04型城轨车

第三軌和第四軌[编辑]

一般而言,採用軌道供電系統的鐵路只設一條帶電路軌。這條帶電路軌稱為「第三軌」。從第三軌取得的電力一般都會經列車的車輪路軌傳回發電廠。

但一些使用橡膠車輪的列車 (如巴黎地鐵的部份列車) 並不能讓電力經路軌傳回發電廠,因此在這些列車行走的路段一般都會再增加一條額外的帶電軌道 (亦即「第四軌」) 以作回傳電力之用。有趣的是,基於第四軌的另外一些優點 (例如較高的可靠性以及減低信號系統的複雜性),一些使用普通金屬車輪列車的鐵路系統也會裝設第四軌,使供電用和行走用的路軌完全分開。倫敦地鐵是最大的第四軌鐵路系統。

意大利米蘭市的地鐵A線則採用了更為特別的四軌系統。在該線部份路段上,兩線路軌中間設有一條帶電金屬條。列車的集電靴是設在「車廂」側,以配合帶電金屬條的位置。地上的第三軌則作電流回流之用。值得注意的是,該線北部的路段是採用高架電纜供電系統的。

軌道供電的優劣[编辑]

優點[编辑]

以下是軌道供電的好處。

  • 裝置帶電軌的成本往往比高架電纜低,因為高架電纜需要支架而帶電路軌不用。實際上,成本問題是很多軌道供電系統沒有轉用高架電纜的主因。
  • 天災對帶電軌的影響較高架電纜少 (洪水泛濫除外)。
  • 帶電軌比高架電纜更適合安裝於淨空較小的隧道。
  • 有些乘客認為高架電纜有礙觀瞻,相比之下帶電軌的視覺效果較佳。

缺點[编辑]

倫敦的中央式軌道供電

以下是軌道供電的一些不足之處。

  • 暴露戶外的帶電軌道構成危險:有些企圖橫過路軌的人便因不幸踏在帶電軌道上而觸電致死。例如台北捷運淡水線即有平面軌道供電路段,為防止民眾誤踏而加設嚴密的鐵絲網。
  • 電壓問題:帶電軌道的電壓不能太高,否則電流會在路軌間形成電弧。由於電壓不高,故在興建鐵路時每隔一小段便要設立一個電站,以確保電力供應穩定──但這樣也加重了成本,因此只適合用在短距離的地下鐵或都市內的軌道運輸。另外,電壓問題亦使高速列車和貨運列車不適合於軌道供電系統,故一般速度較低、載重較小的列車 (亦即通常用於大眾運輸的一類列車)較適合使用軌道供電系統 (但英格蘭東南部的鐵路幹線大規模地採用軌道供電)。
  • 限速:由於集電靴在高速之下難以準確地抓緊帶電軌,故採用軌道供電系統的鐵路限速不能太高。一般而言,採用軌道供電系統的列車的時速上限是約130公里 (70 英里
  • 電流流失:由於帶電軌道接近地面,故有時電流流失到地面。一些帶電軌道會加上條以減少電流流失 (因為鋁的傳電能力比為佳)。然而,由於鋁對熱力的膨脹反應與鋼有所不同,為避免損毀帶電軌,帶電軌的兩旁都必須有鋁條栓緊。
  • 縫隙問題:在轉轍器平交道等處,帶電軌都必須留下空隙以容許其他路軌穿越其間。一般來說,使用軌道供電的列車都是動車組,列車幾乎一定擁有多於一個集電靴,所以空隙不會構成甚麼問題。但在某些情況下,列車仍有可能因為全部的集電靴都在空隙之中,無法取得電力而不能行動。這時列車需要由其他機車推動、或接駁緊急用電纜到最近的帶電路軌上,以取得動力。由於這些事故多於繁忙的交匯處發生,故通常都會導致嚴重的擠塞及延誤。

其他關於軌道供電的資料[编辑]

APS系統[编辑]

波爾多輕軌所採用的APS系統,供電軌位於兩條路軌的中間

APS,法文全稱為「Alimentation par Sol」,英文又稱為「Ground-level power supply」或「Surface current collection」,是一種創新的第三軌供電方式,於2003年啟用的波爾多輕軌首先採用此系統。APS系統的供電軌在外觀上像是兩條金屬片鑲在一長條絕緣片上,當列車行駛時,列車的號誌感應裝置會偵測並傳遞訊號給該區段的供電軌,此時在列車中間下方的供電軌才會依訊號提供電源;因此未有列車經過的供電軌並不會帶電,行人、動物、車輛通過的時候不會有觸電的危險[1][2]。APS系統大幅提高了安全性,但更換供電軌時必須將路面封閉,帶來不便。

除了波爾多,於2011年啟用的昂熱漢斯的輕軌系統也採用了APS系統,另外奧爾良輕軌二號線與杜拜輕軌Al Sufouh線英语Al Sufouh Tramway也都將採用此系統。

混合供電[编辑]

有些鐵路線是由「軌道供電」和高架電纜的路段混合而成。行走這些鐵路線的列車須同時能夠從兩種供電系統取電。這情況在鐵路線延伸或兩條原本使用不同供電系統的路線連結時均有機會出現。日本信越本線横川站 - 軽井沢間(碓氷峠)(此字同"嶺")的ED42曾經使用過此種方法。

採用軌道供電的鐵路系統[编辑]

以下是一些採用軌道供電的鐵路系統:

參考資料[编辑]

  1. ^ [1]于新源(民93)。考察法國輕軌系統報告。中華技術,64。
  2. ^ [2]王麗麗(2004)。法国波尔多试验轻轨路面供电系统。现代城市轨道交通,2004(3)。