電氣化鐵路

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韶山9型电力机车在电气化铁路上

电气化铁路,亦稱電化鐵路,是由电力机车电动车组這兩種鐵路列車(即通稱的火車)為主,所行走的铁路

可以用以下方法来对电气化铁路进行分类:

导线类型[编辑]

轨道供电[编辑]

第三轨供电

采用轨道供電的电气化铁路通常铺设有额外的供电轨道,用来连接电网和机车,为机车提供电力供应,亦被称为第三轨供电,这条轨道被称为第三轨。

高架电缆供电[编辑]

接触网供电
朝鮮「紅旗1號」電氣化火車

高架电缆连接在电气化铁路的供电电网上,分为柔性和刚性两类,电力机车或动车组通过架式集電弓连接接触网,从其中取电。

架空电缆高架电缆香港的说法,在中国大陆通常被称为接触网供电,在台灣架空電車線供電[1]。在中国大陆和台灣,架空电缆和高架电缆一般是指高压输电线路

两种导线类型,最终都通过列车正常的运行轨道接地形成回路。也有少数铁路使用第四轨(例如伦敦地铁)作为电流回路。

高架電纜的好处之一,就是同時能當高壓輸電道,如日本京急線。

供电类型[编辑]

直流供电[编辑]

早期的电气化铁路采用电压相对低的直流供电。机车或动车组的电动机直接连接在电网主线上,通过并联串联在电动机上的电阻继电器来进行控制。

通常有轨电车和地铁的电压是600,750伏和1500伏,铁路使用1500伏和3000伏。过去车辆使用旋转变流器来将交流电转换为直流电。现在一般使用半导体整流器完成这个工作。

采用直流供电的系统比较简单,但是它需要较粗的导线,车站之间距离也较短,并且直流线路有显著的电阻损失。

荷兰日本澳大利亚印尼馬來西亞丹麥的一些地区、法国的少数地区和中国部分城市轨道交通系统的线路使用1500V的直流电,其中,荷兰实际使用的电压大约有1600V到1700V。

比利时意大利西班牙波兰捷克北部、斯洛伐克、前南斯拉夫、前苏联使用3000V直流电。

低频交流电[编辑]

一些欧洲国家使用低频交流电来给电力机车供电。德国奥地利瑞士挪威瑞典使用15千伏16.67赫兹(电网频率50Hz的三分之一)的交流电。美国使用11千伏或12.5千伏25赫兹的交流电。机车的电机通过可调变压器来控制。

工频交流电[编辑]

匈牙利曾经在二十世纪三十年代在电气化铁路上使用50赫兹的交流电。然而直到五十年代以后才被广泛使用。

目前,一些电气化机车使用变压器和整流器来提供低压脉动直流电给电动机使用,通过调节变压器来控制电动机速度。另一些则使用可控硅或场效应管来产生突变交流或变频交流电来供应给机车的交流电机。

这样的供电形式比较经济,但是也存在缺点:外部电力系统的相位负荷不等,而且还会产生显著的电磁干扰。

中国大陆法国英国芬兰丹麦、前苏联、前南斯拉夫西班牙標準軌高鐵路段)、日本(東北、上越、北海道新幹線及北陸新幹線輕井澤以東)使用单相25千伏50赫兹电力供应,台灣高速鐵路台灣鐵路管理局南韓日本(東海道、山陽、九州新幹線及北陸新幹線輕井澤以西)使用单相25千伏60赫兹电力供应,而美国通常使用单相12.5千伏和25千伏60赫兹的交流电。另外日本東北、北海道地區使用20千伏50赫茲交流電,北陸地區、九州地區使用20千伏60赫茲交流電。

多種系統供電[编辑]

日本E653系採用雙交直流

因為有這麼多的供電方式,有時候甚至一個國家内都採用不同的方式(如日本關東以南是60Hz,但東北及北陸以北是50Hz),所以列車經常必須從一種供電方式轉向為另一種供電方式。其中一種方法是在換乘站更換機車,當然,這樣很不方便。

另一種方法是使用支持多種供電系統的機車。在歐洲,通常是支持四種供電系統(直流1.5千伏、直流3千伏、交流15千伏16.67赫兹、交流25千伏50赫兹)的機車,這樣,它在從一個供電系統到另一個的時候就可以不用停留。

日本國鐵在上世紀60年代初已有交直流對應的列車機車、但當時只能對應其中50/60一個赫兹,俗稱「單交直流型 」。直至60年代尾才成功研發可在全日本電化區間的行走用的多种供电系统(直流1.5千伏、交流25千伏50/60赫兹),俗稱「雙交直流型」,並開始引進當時量產中的列車機車系列上,但在1987年由JR分社經營後,由於預期旅客電車不需再作全國性的調動或行走,加上雙交直流型電車成本較高,故除了至國鐵末年仍量產中的415系1500番台及之後的JR東日本E653系及是雙交直流型電車外,單交直流型的旅客電車重新被各JR旅客會社採用。

世界鐵路電氣化概況[编辑]

世界上68个国家和地区拥有电气化铁路。2012年12月1日哈大高铁正式开通,中国电气化铁路总里程突破4.8万公里,超越了俄罗斯,跃升为世界第一位。俄罗斯43300公里、德国21013公里、印度18810公里、日16965公里、法国15217公里。

欧洲[编辑]

欧洲电气化铁路电压分布
  直流750V
  直流1500V
  直流3000V
  交流15000V
  交流25000V
  非电气化

台灣[编辑]

電氣化與非電氣化同時存在區間[编辑]

以下為電氣化區間

優點[编辑]

電氣化鐵路由於以電力為動力來源,不像傳統使用內燃機或蒸氣機動力的火車會造成沿線較大的噪音、車廂悶熱及空氣污染,特別在長隧道及地下化區間。另外電動機的起步及加速較快,可縮短列車運行時間,增加班次密度。

缺点[编辑]

由於电气化铁路有架空電線或第三軌,因此需有安全措施避免人誤觸高壓電而傷亡。另外架空電線或第三軌也會大幅增加鐵路養護的成本,因此班次較少的鐵路較少電氣化。另外在恶劣冰雪天气中,接触网可能出现局部结冰,使其超出接触网所允许的安全承载范围,并可能在大风中产生较大幅度的摆动,威胁列车行驶安全。例如,在2008年中国南方部分省市的特大雪灾中,电气化铁路电力供应出现大面积故障,有关部门不得不调用内燃机车将受困的列车拖出。

参考文献[编辑]

  • 宮本昌幸著、『鉄道の科学』、講談社、2006年6月20日初版第1刷発行、ISBN 4062575205
  • IEC 60850: Railway applications – Supply voltages of traction systems, 3rd edition (2007)
  • The Office of the Supreme Leader, Sayyid Ali Khamenei. 20 March 2009. Retrieved 27 January 2011.
  1. ^ http://www.diga.idv.tw/bibletext/36501.pdf