高鐵與上方高壓線持續摩擦,不怕磨斷嗎?會不會產生很多電火花?

@ 2017-10-27

(註:本文為歸檔,悟空問答發過)

只要還有一絲好奇心,那麼每次坐火車時,這個問題你註定無法越過:

為了供電,高鐵必須與上方的高壓線持續接觸,可時速300公里,這會帶來劇烈的摩擦,鐵路部門到底是用什麼妙方法解決的?

對於此問題,懂的業內人士自然呵呵一聲。然而納悶的永遠是大多數。今天,咱們就來好好說說。

好似一張弓

高鐵上方的那根高壓線,學名叫做架空接觸網,為便於理解,下文統稱為高壓線。

而連接高鐵與高壓線的那個裝置名叫「受電弓」,因其像一把張開的弓,故而得名。

高鐵每天行駛上千公里,受電弓與上方的高壓線高速摩擦,長此以往,高壓線和受電弓豈不是會被磨斷?該如何解決的?

其實,您只要仔細想想,就不用太擔心高壓線的磨損問題。比如說,中國最長的高鐵線路京廣高鐵,全長2298公里。

顯然,對於這兩千多公里長的高壓線來說,它不是時刻被磨損的,比如上圖的「A點」,只有高鐵通過一次,它才會被摩擦一次。假設京廣線每天通行100輛高鐵,那麼高壓線上的A點只會被摩擦100次,若一列高鐵有兩個受電弓,則是摩擦200次,這種頻率的摩擦當然會有損耗,但只要高壓線選用耐磨材料,是可以使用很多很多年的。

想像一下,一塊1厘米厚的耐磨鋼板,你每天回家後摩擦它100次,那麼要多少年後才能將其磨穿?很多年。

摩擦會生熱,這當然也是個問題,但對於高壓線來說也不用太擔心,跟上面的原因一樣,摩擦的過程極其短暫,幾乎是瞬間,而摩擦後卻是長時間的冷卻。

綜上所述,高壓線與受電弓的磨損問題,我們最該擔心的不是高壓線,而是受電弓!

不難理解,只要高鐵在跑,那麼受電弓就會持續受到磨損,這種磨損實在是可怕,而解決方法如下:

從高壓線入手

很多人都以為,高壓線跟鐵軌是一直平行的,也就是儘量走直路。然而並不是,它是彎的,鐵軌上空的高壓線為「之」字形架設。

高壓線這種「之」字形架設,目的是為了避免受電弓上特定的某處持續與高壓線摩擦。

輪流摩擦可讓受電弓有「空閒時間」散熱,磨損也變得均勻,整體壽命也更長。

說起鐵軌上方的高壓線,不少人還有另一個疑問,在此一併說說。

鐵軌上方的線有兩根,頂部那根起到懸掛的作用,而下方的那根線才是與受電弓接觸的線。

圖片來自Mcg410。

懸掛的地方必然會有一個「結」,人們的納悶是,受電弓豈不是要與那個「結」頻繁碰撞?

導致這個疑問的原因是:我們很少有機會近距離看到細節。

而細節是這樣的。

下方與受電弓接觸的地方並沒有一個結。

從受電弓入手

小時候,男生們做過不少惡作劇,比如在水泥地面的教室里,用鉛筆芯塗上黑黑的一片,然後期望走過這片區域的女同學或女老師滑倒……

這告訴我們,石墨是種非常好的潤滑劑,最重要的是,它還導電!

箭頭所指的地方為受電弓的「滑板」。

而滑板通常由石墨製成,當然,它也可以由其他有類似作用的材料製成。

石墨磨損較快,但這有什麼關係?頻繁更換鐵軌上方的高壓線會讓鐵路部門破產,但如果只是定期更換碳滑板,則方便易行,成本低廉。也並不是說,行駛一趟就得更換一次,實際上,碳滑板的更換周期一般在兩周左右,質量好的,可上月更換一次。

受電弓說起來簡單,但其設計要求卻是非常高的。因為……

火車跑著跑著,受電弓就跑丟了,這樣的事也不是沒發生過。

坐在時速100公里的小車裡,此時你若將頭伸出窗外,鼻子都會被吹歪。而高鐵時速300公里,受電弓的風阻非常大,因此設計時很是有講究,既要讓其堅實可靠,還要讓其儘量輕。

你若將受電弓設計成5噸重,大風是吹不走它了,但升弓和降弓將變成噩夢。

會因為接觸不良而產生電弧嗎

這是肯定的,就像放煙花一樣,可壯觀了。

國外的一個視頻展示了國外某輛火車施放「煙花」的過程。

國人乘坐高鐵時,很少看到路過的高鐵會放出電弧。這並不是說咱們的受電弓就不會與高壓線產生電弧,而是由於技術的進步,產生電弧的機率比以前少得多而已。

要儘量避免電弧的產生,因為其危害不小。相對於普通火車,高鐵受電弓的設計要求無疑要高得多,運行時,要努力讓受電弓與高壓線之間的壓力恆定。

如果壓力值偏小,就會造成離線,而離線瞬間會產生電弧,電弧會讓滑板和高壓線的表面變得不光滑,從而加劇磨損。

但如果壓力值偏大,相應地,磨損也會隨之增大,同樣也會縮短高壓線和滑板的壽命。另外,它還會帶來更大的噪音,因為:


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