Когда я смотрю видео скоростных поездов, я всегда вижу взрывы электричества в верхней части или искрение. Почему это происходит? Я знаю, что Acela делает это много, но другие скоростные поезда тоже это имеют.

Несколько факторов влияют на это:

• на высокой скорости выше вероятность того, что пантограф потеряет контакт с контактной проволокой: при более высокой скорости удары в проволоке вызывают более резкое отклонение, которое может превышать возможности приостановки пантографа.
• Низкоскоростные поезда тоже могут показывать искрение.
• В высокоскоростных поездах часто используется высокое напряжение (15 или 25 кВ), которое способно изгибаться на большие расстояния, чем более низкое напряжение (например, 1500 В), используемое в старых поездах.

Точка, в которой пантограф электропоезда вступает в контакт с троллейбусным проводом, создает одну из самых сложных и сложных условий, которую производители рельсовых компонентов и инженеры-испытатели должны понимать, не говоря уже о прогнозировании и улучшении.

Чтобы поезда работали эффективно, пантограф должен поддерживать постоянный контакт с троллейбусными проводами, подвешенными к контактной сети. Тем не менее, эти провода и их опорные конструкции демонстрируют различные вертикальные жесткости вдоль любого данного участка. Цепная система зигзагообразно с интервалом от 30 до 100 метров для предотвращения проточки. Сила, которую пантограф применяет к проводу, должна оставаться в четко определенном диапазоне (от 70 до 120 Н). Если оно слишком низкое, потеря контакта приводит к образованию дуги, что не только приводит к потере электропитания поезда, но и приводит к повреждению провода тележки и контактной шины в результате травления и перегрева. Если сила слишком велика, результирующее трение изнашивает проволоку и контактный стержень преждевременно.

Для доставки правильного количества силы требуется переменное вертикальное движение. Но когда поезда движутся с более высокой скоростью, пантографы теряют способность реагировать соответствующим образом. Даже когда троллейный провод настолько плоский, насколько это возможно, он плоский только тогда, когда он висит без помех. Когда пантограф поднимает проволоку, результирующая деформация создает волну. Если есть слишком большое поднятие, пантограф создает намного большую форму волны, которая вызывает проблемы с контактами для следующего пантографа, идущего по линии.

Цепной провод не является стационарным : оно получает перемещается поездами и ветер.

В общем, когда пантограф проходит под цепью, он создает волноподобное возмущение, которое движется по проволоке со скоростью, определяемой натяжением проволоки и его массой на единицу длины. Когда поезд приближается к этой критической скорости, пантограф догоняет помехи, что приводит к опасно большим вертикальным смещениям провода, а также разрывам контактов. Максимальная скорость поезда ограничивается критической скоростью контактной сети. Эта проблема была центральной в тестовых запусках, поскольку было желательно испытать установку 325 на скоростях, значительно превышающих критическую скорость стандартной контактной сети TGV.

Это происходит из-за высокого напряжения, которое все еще вызывает соединение, когда контакты разъединяются из-за неровности (удар и т. Д.) Между контактом и проводом.

Как уже сообщали другие, временная пропасть между пантографом и верхним проводником является частью ответа, однако это еще не все. Другим важным фактором является то, что двигатели поезда являются индуктивной нагрузкой , что серьезно усложняет то, что происходит, когда цепь прерывается.

При обрыве цепи с индуктивной нагрузкой ток через нагрузку не может мгновенно обнуляться. Вместо этого ток продолжает течь через нагрузку, создавая скачок напряжения в точке прерывания. (Дополнительная энергия для этого на самом деле поступает от индуктивной нагрузки.) Напряжение внезапно увеличивается, пока не произойдет пробой (например, дуга). Когда образовалась дуга, напряжение падает, но для поддержания дуги требуется меньшее напряжение, потому что при обычных температурах плазма является более проводящей, чем воздух.

Токи, протекающие для высокоскоростного поезда, обычно будут намного выше, чем их низкоскоростные аналоги, поэтому напряжение, возникающее при прерывании цепи, будет выше.

Усилие на пантографе составляет 15-40 фунтов, 60 фунтов снаружи. (7-18 кг, максимум 30 или около того).

Троллейный (контактный) провод изготовлен из твердой бронзы или меди, обычно от 4/0 до 400 км3 (107-200 мм ^ 2), с многожильным стальным соединительным проводом (контактной) 3 / 8-1 / 2 "(10-13 мм). Диаметр соединительного провода поддерживается каждые 100-200 футов (30-60 м) и поддерживает контактный провод каждые 6-10 футов (2-3 м). Таким образом, контактный провод может свободно подниматься даже на фут (0,3 м). ), когда поезд проезжает. Он часто имеет стабилизатор поперечной устойчивости, чтобы препятствовать его боковому движению, но может свободно двигаться вертикально.

Как уже говорилось, любая неисправность в контактном проводе или в том, как он висит, может на мгновение отделить пантограф и провод.

Волновое воздействие в проводе может также вызвать мгновенное разделение. Достаточное движение проволоки или поезда может привести к тому, что проволока вылетит на изогнутый «рог» пантографа.

ЦСИ

Неровности в рабочей поверхности пантографа также могут вызвать искрение. Здесь обычно вставлены медные или бронзовые горки; физическое повреждение предметного стекла или просто выгоревшее пятно от искрения может привести к потере контакта с проводом.

Кроме того, у пантографа обычно есть два слайда, передний и задний, и у пантографа есть или связь или сильные пружины, чтобы держать это уровень. Если есть какие-либо изломанные или сломанные рычаги, или утомленная или сломанная пружина, она может быть не ровной и может кататься на пятке или пальце ноги, вызывая плохой контакт.

Конечно, искрение вызвано током. Ток может оставаться постоянным по дуге (эта тенденция пропорциональна напряжению, более вероятно, в высоковольтных системах, используемых в высокоскоростных рельсах), однако движение воздуха с высокой скоростью, вероятно, погасит дугу, что приведет к кратковременному отключению электропитания от поезда. , Поговорим о скачках напряжения!

Дело не в напряжении *, а в токе.

* сетевое напряжение

Когда сильноточная цепь прерывается (особенно индуктивная), дуга между контактами разрывается. Затем большой ток поддерживает дугу: омический нагрев превращает воздух в плазму, а плазма проводит ток. Это основа дуговой сварки, в которой используются сотни ампер при напряжении до 20 В.

Сварка на высокой скорости 5000 кадров в секунду (дуга крупного плана, брызги видны)

Даже низковольтные (обычно 600-800 В) трамваи, движущиеся в темпе ходьбы, производят искрение и искры в точках останова в контактной сети, в то время как метро делает то же самое на уровне силовой шины.

Метро Спаркс | Нью-Йорк Метель 2017

Из-за сильного тока искры возникают в основном, когда поезд ускоряется (например, из-за остановки) или когда он потребляет много энергии для поддержания высокой скорости, но они никогда не возникают, когда он движется на холостом ходу, несмотря на то, что напряжение одни и те же.

В низкоскоростном режиме это происходит, главным образом, когда внешняя разрывная система вводится в контакт с системой колодки, например, из-за физического зазора, разделяющего различные цепи, или из-за загрязнения льдом, снегом или листьями.

В высокоскоростном режиме, в дополнение ко всем низкоскоростным, дополнительные перерывы создаются пантографом, который прыгает на неровностях цепей, точно так же, как внедорожный грузовик, который моментально поднимается в воздух, когда он слишком быстро движется по кочкам. Некоторые из этих нарушений вводятся самим пантографом: пантограф на цепной линии можно представить как перевернутый акробат на канате. Вместо гравитации, воздействующей на акробата вниз, пантограф толкает контактную сеть вверх через пружину, поэтому вся система подпрыгивает вверх и вниз при прохождении под точками подвеса.

Когда я смотрю видео скоростных поездов, я всегда вижу взрывы электричества в верхней части или искрение. Почему это происходит?

В контакте есть щель, электроны, пробивающиеся через щель, превращают воздух в плазму и разрушают воздух. Поскольку воздух представляет собой плазму, он может проводить ток, это происходит при напряжении около 3 кВ / мм, поэтому вы знаете, что присутствует некоторое напряжение.

Другим фактором является то, что профиль воздушной линии изменяется на высокой скорости намного быстрее. Контактный провод не всегда находится на одинаковом расстоянии от рельса.

Пантограф постоянно корректируется, чтобы оказывать постоянное давление на контактный провод, но на высокой скорости это происходит недостаточно быстро. Когда давление на контактный провод оказывается недостаточным, достаточно всего лишь небольшого удара, чтобы отправить пантограф на несколько мм вниз, создавая видимую дугу.

Для справки: низковольтные поезда способны также создавать вполне видимые дуги (более низкое напряжение обычно компенсируется тем, что оно постоянное), если они движутся достаточно быстро или контактный провод имеет плохую форму.