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軌道供電

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軌道供電,是電氣化鐵路的供電形式之一,常見於都市鐵路或軌道系統,亦偶見於部份城際鐵路路網。

概要[编辑]

軌道供電系統是一種鐵路供電方法。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,再加上一至兩條導電軌,導電軌通常設於兩軌之間或外側;同時在動車組或機關車上裝設集電裝置,以接觸導電軌並滑行。這種集電裝置因為類似靴子形狀,因此被稱為「shoe」,中譯為「集電靴」。

由於電力系統需同時具備送電與回流才能完成迴路,因此必須有回流軌的設置。在鋼軌系統中,可以利用路軌送回電流,而無需另外設置另一回流軌;但在單軌鐵路膠輪路軌系統,由於電流無法透過路軌回流,只能另外增設軌道作為回流軌。但獨立設置回流軌的方式,意外地提高系統可靠性與降低對號誌系統的干擾,讓某些純鋼軌系統也建置獨立的回流軌。

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概念車。此後許多鐵路和軌道系統均裝設導電軌,提供鐵路電力。位於倫敦的第一條電氣化地鐵在1890年開通時採用軌道供電方式。

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。
  • 帶電軌的視覺效果比高架電纜好,尤其是非常重視景觀而且非地下化路段的情況下。

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。

  • 的帶電軌道構成觸電危險:如果企圖橫過路軌就容易因踏在帶電軌道上而觸電致死。北京地鐵就曾經發生有人墮軌後觸電的個案。而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(但英国東南部的國鐵電氣化區段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速度上限是約120-160km/h。
  • 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。
  • 軌道供電系統的電壓較架空電纜系統為小。架空電纜一般能提供25000V或以上的交流電,但第三軌系統最多只能提供約1500V直流電(也有採用低壓交流電的例子:如AC 600V)。
  • 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。例如天津地鐵1號線,當列車下行往雙林方向快到海光寺時,因道岔過長造成受流器無法接觸到帶電軌,所以列車均會跳電10~30秒,跳電時緊急電源只會支持一小部分照明系統和行控系統。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。

其他相关資料[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年啟用的波爾多電車首先採用此系統。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年啟用的昂熱漢斯有軌電車系統也採用了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]

法靈頓站的混合供電路段
在方為交流25kV50Hz架空電纜供電的1號高速鐵路,右邊為直流750V第三軌供電的既有線

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。日本信越本線橫川站 - 輕井澤站間(碓氷峠,此字同"嶺")的ED42曾經使用過此種方法。

在英國南部,由於需接駁DC750V第三軌供電和AC25kV架空電纜供電的路段,故混合供電的路段並不罕見。

实例[编辑]

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)。