3.2.1 基本特性

為了安全起見(jiàn)，AC1000V和DC1500V以上電壓等級(jí)的線路只允許使用架空接觸網(wǎng)。對(duì)于高速鐵路，尤其100km/h以上的線路來(lái)說(shuō)，電力傳輸日益成為具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。因此，各種類型的設(shè)計(jì)使接觸網(wǎng)不斷發(fā)展，從1881年最初使用的簡(jiǎn)單電車線型接觸網(wǎng)發(fā)展到當(dāng)今的高速架空接觸網(wǎng)。

在這個(gè)發(fā)展過(guò)程中起決定因素的是運(yùn)輸所需要的類型、各鐵路當(dāng)局采用的方法以及相關(guān)公司的經(jīng)驗(yàn)和能力。所使用的接觸網(wǎng)可根據(jù)其應(yīng)用情況或根據(jù)其主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特性(如電壓、特定部件的使用和布置、張力補(bǔ)償方法和懸掛方式) 來(lái)進(jìn)行分類。

3.2.2 線和絞線

3.2.2.1 線和絞線類型

受電弓沿其行走的預(yù)張力線稱為接觸線。它與承力索、吊弦和吊索一起形成縱向接觸網(wǎng)懸掛�！”�5.1和表5.2為歐洲常用的接觸線和絞線的機(jī)械規(guī)格，表2.11和表2.12是它們的物理特性。接觸線起到接觸滑道的作用，它保證將電能不間斷地傳輸?shù)杰囕v受電弓上。為了使受電弓滑板的磨損均勻，接觸線與受電弓中心線形成交角，以之字形布置。無(wú)軌電車型架空接觸懸掛不采用此類幾何形狀布置。這類線路的車輛上裝有電車受流器和集電靴以防車輛不在引導(dǎo)軌上運(yùn)行而發(fā)生受電弓離線。

3.2.2.2 接觸線

兩側(cè)帶槽便于線夾夾持的接觸線稱為有槽接觸線，在德國(guó)它被縮寫為“Ri”(即Ril-lenfahrdraht)。不同的接觸線類型和截面適用于不同的使用場(chǎng)合。安裝在無(wú)軌電車桿上的接觸靴也會(huì)導(dǎo)致接觸線的橫向磨損，所以扁的線斷面已證明有利于電車的運(yùn)行。架空接觸線的首選截面為圓形 (圖3.3)。接觸線截面積的選擇主要取決于所需的電流、電壓的穩(wěn)定性和施加的張力。

對(duì)于工作電壓達(dá)到3 kV的直流牽引系統(tǒng)，如果要求牽引力大就必須安裝稱為雙接觸線的平行接觸線。當(dāng)今安裝技術(shù)表明必須對(duì)接觸網(wǎng)的截面積進(jìn)行限制。根據(jù)EN50 149標(biāo)準(zhǔn)，最大截面積為AC-150。國(guó)際上也有使用截面積為161mm2和170mm2的接觸線。EN50149標(biāo)準(zhǔn)中列出了電力牽引接觸線的規(guī)格及其特性。

圖3.3 接觸線截面

表3.1 有槽接觸線的幾何數(shù)據(jù)

EN50149標(biāo)稱截面積尺寸 (如圖3.3) (mm)
標(biāo)準(zhǔn)名稱(mm2)abcdf
AC—80

AC—100

AC—107

AC—120

AC—150

80

100

107

120

160

5.6

5.6

5.6

6.6

5.6

8.0

8.6

8.6

8.6

8.6

3.8

4.0

4.0

4.0

4.0

10.6

12.0

12.3

13.2

14.8

0.4

0.4

0.4

0.4

0.4

由于銅和銅合金有較高的電導(dǎo)性、張力、硬度及其承受溫度變化和抗腐蝕的能力，硬拉電解銅和銅合金已成為全球使用的導(dǎo)線材料�！”┞对诳諝庵械你~的表面形成一層硬的、能導(dǎo)電且不會(huì)阻止電流流動(dòng)的氧化層。這就是為什么銅比具有較差導(dǎo)電氧化層的鋁來(lái)說(shuō)更適合作為滑動(dòng)接觸材料的原因。所有使用鋁作為接觸線材料的嘗試均遭失敗。

銀 (0.1%) 或鎂 (0.5%) 的合金添加劑用來(lái)進(jìn)一步改善銅線的機(jī)械和熱性能，從而得以使用較高張力的銅線。這些性能對(duì)高速鐵路來(lái)說(shuō)尤為重要。

除了銀之外，合金金屬會(huì)降低材料的導(dǎo)電性 (見(jiàn)圖3.4)。由于有涉及環(huán)境污染的危險(xiǎn)，大多數(shù)歐洲國(guó)家已不再允許使用鎘作為添加劑。

1940年在德國(guó)的紐倫堡到奧格斯堡、Dessau附近和西里西亞的線路上安裝了青銅和銅的含量為45%的銅包鋼線。實(shí)踐證明這些接觸線 (直至接觸面上的銅被磨損時(shí)止) 與銅線具有類似的機(jī)械特性，但銅層磨損后導(dǎo)線的磨損速度加快并降低了運(yùn)行的可靠性[3.1]。不過(guò)日本現(xiàn)在仍在使用銅包鋼線 [3.2]。

接觸線是被滑過(guò)的受電弓磨損的 (見(jiàn)第9.5.2.2節(jié)和第14.3.4節(jié)) [3.3]。此外，用于受電弓和接觸線接觸的材料組合也對(duì)這些部件的磨損率有影響。銅接觸線與碳滑板的組合使磨損率達(dá)到最低。鋼和銅滑板會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)高的磨損率。由于磨損使接觸線截面積減小，從而使載流量下降，在這種情況下，如果不按比例減小施加的接觸壓力就會(huì)增加抗拉應(yīng)力，所以允許磨損率被限制為原截面積的20%～30%。確定是否達(dá)到磨損限度的標(biāo)準(zhǔn)是在磨損最嚴(yán)重的點(diǎn)上測(cè)量其截面積。若接觸線磨損均勻則使用壽命較長(zhǎng)，其基本要求取決于架空接觸網(wǎng)和受電弓之間最良好的相互作用，而它是由設(shè)計(jì)、運(yùn)行速度 (參見(jiàn)第9章) 以及精確安裝和充分維護(hù) (參見(jiàn)第14章) 來(lái)決定的。