作者cassine (RJBB關西國際空港)
看板Railway
標題Re: [問題] 高鐵有沒有供電中性區間
時間Tue Jun 10 20:22:05 2008
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
--
○ ____ _ _ _ _ ____ _ _ ____ _____ ____
。 ★(_ _)( \( )( \/ )( ___)( \( )(_ _)( _ )( _ \
o _)(_ ) ( \ / )__) ) ( )( )(_)( ) / ● ‧
(____)(_)\_) \/ (____)(_)\_) (__) (_____)(_)\_) ★
o
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 140.112.21.80
推 yugin720517:推~夠厲害的了! 122.126.38.106 06/10 20:37
推 globalhawk:超詳細耶 推 218.167.162.91 06/10 20:48
推 jjwei:推專業的 210.64.230.207 06/10 21:39
推 IanLi:這篇好 推推推140.115.205.209 06/10 22:44
推 localtrain:推荐這篇文章 61.231.184.217 06/10 23:02
推 Minovski:有看有推!(淚 59.113.118.239 06/10 23:34
推 komachi275:推圖文並茂 218.187.48.128 06/10 23:51
推 jeyuli:難得的專業文 117.19.1.36 06/11 01:26
推 ysean:推專業文 118.169.72.86 06/11 11:32
推 Nachtzug:推一個!! 140.112.4.235 06/12 10:35