高铁这么快,电是怎么来的？ (高铁为什么能跑这么快)
高铁这么快,电是怎么来的？ (高铁为什么能跑这么快)
各国高铁基本采用交流电作为高铁列车的牵引网络的电流制式。
我国电气化铁路采用工频单相交流电力牵引制,额定电压25kV,牵引动力为电能。牵引供电系统将国家电力系统输送的电能转变适合电力机车使用的形式。
二、 高速列车如何获取电能作为动力？
从电路角度来看，高铁采取AT（自耦变压器）供电方式。高铁能够跑起来，依靠的是牵引供电系统给高速列车提供电力。
牵引供电为电力系统的一级负荷，但德国是例外，德国高铁电网有独立于德国国家电网。
因此，高铁牵引供电系统包括架空接触网、牵引变电所、回流回路。如图所示：
电力系统与牵引供电系统，一句话简述就是：牵引变电所给架空接触线提供电能，高速列车将架空接触线的电能取回车内，驱动变频电机使列车运转。
三、架空接触网及弓网系统是什么模样？
受电弓与架空接触网合称受电弓-接触网系统，简称弓网系统。上文多次提到的架空接触网，是弓网系统的一部分。
弓网系统是牵引供电系统中的固定/移动设备结合点。换个通俗的说法，列车运行过程中，牵引系统从变电站一直到接触网都是静止的，而从受电弓部分开始，整个高速列车，都是运动的。
弓网系统在高速列车牵引供电系统中的位置
弓网系统近照
可以看到弓网系统的大致结构。列车车顶伸上去的折叠装置，就是受电弓；与受电弓直接接触的那条线，就是接触线，接触线是架空接触网的一部分。高速列车通过受电弓将架空接触线上的电能取回车内。
简单介绍一下弓网系统的结构。
弓网系统结构简图
火车通过车体顶部升起的受电弓（结构类似于消防车的云梯）与“轨道上面的电线”，即接触网相连，那根电线通常叫做接触线。关于你问的接触部分是否为金属，即接触部分的材质问题，应该分开看：
1）“电线”，即接触线（contact wire），是金属材质的，目前最常见的是铜合金的，铝材质的已经很少见；
2）受电弓是列车从接触线获得电能的机构。受电弓本身是金属的，但受电弓（pantograph）与接触线直接接触的部分并不是金属，而是由受电弓顶部的受流滑板（collector strips）完成。
这个过程可以假想成一根裸导线与另一根裸导线接触，但是金属与金属之间的摩擦切削会极大地加剧磨损，加润滑剂也无法改善两种金属高速摩擦磨损的性能，因此，其中一根裸导线是一根长条形的碳板以改善两者之间的接触性能，这个碳板就是受电弓滑板。
四、将损害集中以方便处理的设计思路不爽吗？
张全蛋回忆他在富土康衡量一个系统用的可靠性时，总希望找一个或者若干个标准，它们能将危险量化，在此基础上将危险分类。在弓网匹配中，这个标准是损耗。
受电弓滑板早期也有非碳材质的，而一个决定性的需求，让他明白了滑板的材质问题的由来：
这个需求叫做弓网配合。
当然，弓网配合是个很大的课题，细化到全蛋的疑问上，就是：“受电弓接触线和受电弓滑板的材质选择有什么考究”
这个其实就是“损耗”。
张全蛋设想了一下，弓和网之间接触，有摩擦，那必然就会有磨损，也就有损耗。（小知识：在通过电流的时候，摩擦不仅是两个物体之间的相对运动，因为掺杂了电的作用。对于这种现象，有一个专门的词概括，叫载流摩擦。具体到本题中，可以解释为：载流摩擦比同条件下的机械摩擦带来的损伤更大）
因为摩擦必然存在，所以损耗不可避免。
那么我们选择被消耗的部分，肯定是我们监测、维修过程中最容易完成的环节。
换言之，如果一个设备一定会发生故障，我们肯定希望故障发生在容易检修的部分。任何设备都会老化、损伤。
因此，在设计包含摩擦副的设备时，我们会将容易检修的那一部分的强度降低；对于不容易检修的部分，则提高其强度。
这样，设备故障时，故障更可能发生在这些强度较低、同时也是容易检修的部分。这样一来，检修的成本与工作量大大降低。
这是一种将损害集中以方便处理的设计思路。
听上去很不爽是吧？反正当时张全蛋第一次明白的时候，整个人都不好了...脑洞再开大点，难道工程师们辛苦设计设备，就是为了让它们坏得精彩么？
其实，从设备运转效率方面考虑，这种设计是很合理的，铁路的弓网系统就是一个很典型的例子。
比较一下列车接受电流的设备，也就是列车弓网的两部分，接触网接触线和受电弓滑板：
接触网的接触线：
1）接触网是一个复杂的机构，接触线不可能凭空出现在半空，而是在接触网下半部分，作为接触网的一小部分，而接触网本身是一个复杂的力学系统。
2）同时，一条接触线往往很长，检验上km长的接触线上具体哪一小段受损，是非常困难、而且吃力不讨好的事情。
3）如果接触线上只有很小的一段磨损极为严重，更换的时候，若将整线拆除，花费甚钜。
如果剪下某一段，那么如何将这段接触线接回去也是不小的问题。因为接触线是一个很敏感的系统，如果现场维修，简单的焊接会留下焊点，在一般的电路或许无关大局，但是，以300km/h时速运行的列车，接触线和弓网是高铁是它唯一的供电装置。受电弓和接触网之间的接触压力，在100N左右。相对速度80m/s的、精巧相互贴合的受电弓和接触网之间，一个几毫米的瘤子，必然会极大地影响列车供电甚至行车安全，这是不可能被容忍的。
受电弓滑板：
1）高铁受电弓长度一般不超过2000mm，受电弓滑板的导电部分在1000mm左右，出现任何故障，排查都十分简单、方便。
2）如果滑板损伤严重，直接更换即可。
3）受电弓滑板随车运动，而不像接触线随铁路翻山越岭，考虑到深山老林中接触网维修环境，也毋须赘述。
对于接触线和受电弓滑板和列车弓网系统，容易检修更换的，肯定是滑板。
工程中采用的设计思路是：保证滑板材料不如接触线材料耐磨，再具体一点，就是合金接触线+碳材料滑板的组合。
（滑板材质变迁这里就略过不讲了，总之，就是这一攻一受的组合：铁打的接触线，流水的滑板）
最后提一下，接触线更换周期很长，年是基本单位，状况好的运维个十年二十年；
相对的，高铁受电弓滑板更换周期差不多是两周甚至更短，状态好的也有几个月的。
五、两个金属相摩擦产生火花，很危险吗？
如果是高铁300km的时速，两个金属相摩擦，肯定会产生火花，这不是很危险吗？
你能看到的电火花，其实很可能发展成弓网电弧了。
按照空气放电的激烈程度排序，电晕-火花-电弧。
因此，在列车的弓与网接触中断（即弓网离线）条件下，应该是电火花-电弧这样的发展顺序。此外，车速越大，越容易发生弓网离线，弓网离线次数（弓网离线率）与离线程度（弓网大/中/小离线）加剧，弓网电弧现象会愈发明显……
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