架空電纜

Overhead Supply System

Corrected 25,July 2001

架空電纜的基本設計

吊架線 (Catenary Wire) : 由多條青銅絞線加一條芯線絞織而成 ,

此線只用作支承接觸線 , 所以並不作為輸電之用。而吊架線通常

都是微彎的 , 原因是避免產生過大 tension(吊架線若與吊線成90度

的話 , 吊架線所受的應力=tan90度 , 而tan90度的值是無限大 , 這會

使吊架線折斷的)。若接觸線所受的應力不大的話(例如站內的低速

路線) , 可以不裝吊架線和吊線。

吊線 (Dropper) : 用以吊起接觸線。

接觸線 (Contact Wire) : 用作供電給列車上的集電弓的硬銅線。

沿縱向有兩條溝槽以便固定吊線的掛勾。

接觸線的橫切面

電車線 (Overhead Power Line) : 接觸線 , 吊架線和吊線的統稱。

 

電纜的架設位置

在直線區間 , 電車線會與軌道中心線左右偏離 , 如下圖:

此設計旨在避免列車集電弓上的摺動板的同一處與接觸線過度磨

擦 , 容易受損。

彎道處的電纜架設

exp26.gif (2318 bytes)

在彎道處的電車線成多角形 , 以利列車集電弓上的摺動板在接觸線

暢順滑行。但須注意接觸線必需保持在摺動板的有效接觸部分 , 避

免列車的電力中斷。設d為接觸線與軌道中心線的最大差距 , a為電

桿之間的距離 , r為彎道半徑 , 它們的關係式便是 d=a*a/(8r)了。

另外 , 多角形電車線不易受風力影響而變形。

張力調整裝置

因為冷縮熱漲的關係 , 電車線的長度會因為溫度變化而改變 , 為避

免使電纜過鬆或過緊而造成下垂或拉斷 , 在電車線末端應加設張力

調整裝置 (Wire stretcher) , 以維持電車線的水平。

        

地鐵的張力調整裝置       東鐵的張力調整裝置

原理:使用重物藉著滑輪 (Retarding ratio 1:25) 時刻拉緊電車線。當

電車線收縮時 , 重物會上升;當電車線伸長時 , 重物會下垂 , 藉以維

持電車線的張力 (tension) 在一定範圍內。當電車線長度< 600m時 ,

則不需裝設張力調整裝置 ; 但當電車線長度在600m--1000m , 則只

需在其中一端裝設 ; 若電車線長度>1000m , 便兩端也需要裝設了。

 

輸電方法

直流電氣化鐵路(地鐵,機鐵,輕鐵):

當電流從發電廠送到鐵路的變壓站 (Step-down transformer) 後,電流

會經過降壓的程序 , 再被送到饋電線 , 經過分支線再流入電車線。

電流經過列車上的集電弓後流入馬達 , 最後經由車輪流入鋼軌再流

回變壓站成一完整電路 (complete circuit)。

饋電線 (Feeder Wire) : 因直流電氣化鐵路是採用並聯饋電形式 ,

所以除正常電車線以外還需另外架設一條正極電纜 , 而電纜與電

車線平行 , 並且大約每隔250m-500m便需經由分支線與電車線連接。

區分: 使用 Section Insulator (俗稱「龍蝦」) , 令兩個電力區間分隔 ,

避免互相扞擾。

輕鐵電車線的 Section Insulator

交流電氣化鐵路(東鐵,西鐵):

當電流從變壓站出來後 , 會流入電車線再經列車上的馬達再流入路

軌。跟著會經吸上線流入饋電線再流回變壓站。

饋電線 (Parallel Return Wire) : 使軌道的電流流入 , 防止電流在

軌道上洩漏 , 對通信線路產生干擾 , 但請注意用途和直流電氣化鐵

路的不同。

註 : 交流電因為電流方向不斷改變 , 即電子(electron)不斷加速和減

速 , 當電子的速度改變時便會產生電磁感應 , 而這些電磁感應是會

干擾通信電波的。另外 , 交流電氣化鐵路和直流電氣化鐵路所使

用的饋電線在功用上是剛好相反的 (請參閱上文) , 所以它們又可稱

為正饋線 (D.C) 和負饋線 (A.C)。

饋電線的實際應用情形

吸上變壓器 : 一個初級圈(primary coil)與次級圈 (secondary coil) 的

圈數比為 1:1 的變壓器 , 兩端分別連接著電車線及饋電線 , 使軌道

上的回歸電流必須流入饋電線 , 從而限制著電流在軌道上的洩漏。

東鐵的吸上變壓器

中性區間 (Neutral Zone) : 用以分隔兩個電力區間 , 避免不同區間

的相位發生相撞 (詳見下文)。當列車駛過中性區間前 , 裝置在車上

的感應器 (Neutral Section Switch Detecter) 探測到路軌旁的裝置 (Track

Magnets) 所發出的磁力後 , 便會把列車的電力供應關閉。當列車駛

進中性區間 , 由於電力供應中斷 , 列車上的馬達和冷氣系統會停止

操作 , 而照明系統則由車上的電池繼續供應電力 (由於電池的電力

有限 , 所以只能供應給耗電量較少的照明系統使用)。當列車駛離

中性區間後 , 路軌旁的感應器會用同樣方法把列車的電力供應重新

開啟。

    東鐵的中性區間                       Track Magnets(黃色盒)

 

Neutral Section Switch Detecter

為什麼要用一段無電的電纜去避免電力它們相撞 ? 因為交流電是

由正電荷和負電荷交替組成 , 例如 : 25000伏特 (或可稱作電位差)

的交流電分別由+12500V和-12500V的電壓交替運行所組成 , 所以

它們的電位差 (potential different) 是25000V了 , 但如果一邊電力區

間的電壓屬於正電壓 , 而另一邊的電壓為負電壓的話 , 當列車上的

集電弓滑過Section Insulator時 , 有可能會接通這兩個區間而造成不

同相位的電壓發生相撞 , 損毀電力設施 , 所以不能像直流電氣化鐵

路般只用一個 section Insulator 去把電力區間分隔。

 


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