Re: [問題] 高鐵有沒有供電中性區間

[cassine (RJBB關西國際空港)]

關於列車機電設備的錯誤就刪除了，本篇主要希望能夠將以下三種饋電系統解釋
得更淺顯易懂一點。

這裡不討論直流供電系統。單相交流供電系統主要有三種類型：直接饋電、BT饋
電、AT饋電。三種饋電方式都要有中性區間將不同變電區間的電力信號做隔離的
動作。

一、直接饋電(Direct Feeding)：

　　直接饋電的作法非常簡單，電力經由架空輸電線路，經由列車集電弓流入列
　車動力系統，再經由鐵軌接地，流回變電站。這種系統架構非常簡單，但由於
  地球本身能夠近似成為一個超級大電容，等效電路只有一條交流輸電線路，輸
  電線路的信號將干擾鐵路附近的通信系統，當然包括鐵道通信系統，此為直接
  饋電之最主要缺點。

          ┌→─→─→─→─→─→─→─→─→─→─→─
          ↑                 　  ㄑ
        ┌┴┐             ◢███◣
        │SS│25kV         █████
        └┬┘60Hz          ●    ●
          ┴  ─←─←─←─←─←─→─→─→─→─→─

    SS代表變電站，上圖是一個供電區間的示意圖。由於是交流電，箭號只代表能
  量輸送的方向，不代表電流流向。電能由變電站流出後，經由架空電車線，然後
  進入集電弓，流經列車動力系統後經由地表流回變電站。鐵軌和地表為本系統中
  的中性點（手去摸不會觸電，用示波器看不到波形）。等效電路僅有架空電車線
  （紅色），產生的電磁場很大。

二、BT饋電(Booster Transformer Feeding)：

　　BT饋電改良自直接饋電，由於直接饋電的等效電路只有一條輸電線，因此若
  能將列車流出的電流不經由鐵軌，而是經由線路返回變電所，且使該條線路之
  電流相位與架空線路相反，則兩條輸電線產生之電場和磁場可以相消，大幅減
  低對鄰近地區通信系統的干擾。

    BT饋電之架空線路每隔一段距離會串連增壓變壓器(Booster Transformer)
  的一次側，而鐵軌則每隔一段距離與增壓變壓器之二次側串連，二次側與一次
  側之線圈匝數相同，但是纏繞方向相反，依照安培右手定則，電流流向會相反
  。如此當電流通過一次側時，會在二次側產生相等大小、方向相反之感應電動
  勢，該電動勢會將鐵軌上的電流汲取進入線路中。因此BT饋電在大部分區間可
  以近似成為有兩條相反信號之輸電線路。

        ┌─←─←─﹏┬─←─←─←─←─←─←﹏┬─←─←              
        ↓  ┌─→─﹌─→─→─→─→─→─→─﹋─→─→─
        │  ↑        │       　  ㄑ             │
        ↓┌┴┐      ↑     ◢███◣           ↑
        ││SS│25kV  │     █████           │
        ↓└┬┘60Hz  ↑      ●    ●            ↑
        └→┘  ─→─┴─←─←─←─→─→─→───←─←

    其中線圈部份為增壓變壓器，利用原本電車線的電能作為抽取地表電能的能
  量。本系統之中性點為地表和鐵軌，但是連接鐵軌與回饋線路（綠色）的電線
  由於受到增壓變壓器影響，逐漸喪失中性點性質。系統等效電路有兩條（紅色
  和綠色），兩條線路的信號相位相反，整體電磁影響較低。

  BT饋電示意圖：
  http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ja/b/bb/BT-Feeding.png

三、AT饋電(Auto-Transformer Feeding)

　　AT饋電系統改良自BT饋電系統。BT饋電系統的缺點在於輸電系統中電流分佈
  會隨列車位置而改變，有些地方甚至只能維持直接饋電的供電形式，仍然造成
  電磁干擾，其牽引網阻抗對列車與變電所距離的變化也較為劇烈。

　　假設採用25kV、60Hz之列車輸電系統，則AT饋電實際上由變電所輸出之電源
  大小為50kV、60Hz，恰好為兩倍。鐵道沿線每隔一段距離有一自耦變壓器，其
  一次側兩端與該50kV之信號相連，一次側線圈之中點（線圈匝數為總匝數一半
  處）則為中性點，與鐵軌相連（接地），因此對於列車而言，架空輸電線路與
  軌道之壓差仍為25kV、60Hz，與BT饋電時無異。同時由於明顯有兩條輸電線路
  ，其信號大小相同，相位相反，因此仍然具有BT饋電減低電磁干擾的優勢。而
  列車牽引網阻抗對列車與變電所距離的變化則較BT饋電系統平順。

　　另外，由於輸送電壓為兩倍，電能消耗減少，電力因此可以送得更遠，因此
  變電站之間的距離也可以拉遠，減少變電站的數目，降低設置成本。

                       A
        　  ┌─→─→┬→─→─→─→─→─→─→┬→─→─
        　  ↑        ︴       　  ㄑ             ︴
        　  │        ︴     ◢███◣           ︴
        　  ↑  50kV  ︴     █████           ︴
        　┌┴┐60Hz  ︴      ●    ●            ︴
      ┌→┤SS│　┌←┼─←─←─←─→─→─→─┼→─→─→┐
　　　╧  └┬┘  ╧　︴C                       　︴          ╧
　　　    　↓　　　　︴                        　︴
　　　　　　│　　　　︴                          ︴
　　　　　　↓　　　　︴                          ︴
　　　　　　└─→─→┴→─→─→─→─→─→─→┴→─→─
                       B

    其中 A、 C、 B三點間的線圈構成自耦變壓器， C點為鐵軌，選為中性點，
  並與變壓器之中性點相連接（共地線：灰色），因此AC、BC間的壓差各為25kV
  ，等效電路有兩條（紅色和綠色），兩條線路的信號相位相反，整體電磁影響
  較低。

  AT饋電示意圖：
  http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ja/2/2e/AT_Feeding.png


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