Ketika saya menonton video kereta kecepatan tinggi saya selalu melihat ledakan listrik di dekat bagian atas, atau lengkung. Mengapa itu terjadi? Saya tahu bahwa Acela sering melakukannya tetapi kereta berkecepatan tinggi lainnya juga memilikinya.

Beberapa faktor memengaruhi ini:

• pada kecepatan tinggi , ada kemungkinan lebih tinggi pantograf kehilangan kontak dengan kawat catenary: pada kecepatan yang lebih tinggi, benjolan di kawat menyebabkan tamasya yang lebih keras yang dapat melebihi kemampuan penskorsan pantograf.
• Kereta kecepatan rendah juga dapat menunjukkan lengkung.
• kereta api kecepatan tinggi sering menggunakan tegangan tinggi (15 atau 25 kV), yang mampu melesat melintasi jarak yang lebih jauh daripada tegangan rendah (misalnya 1500 V) yang digunakan pada kereta yang lebih tua.

Titik di mana pantograf kereta listrik melakukan kontak dengan kawat troli menciptakan salah satu lingkungan yang paling kompleks dan menantang bagi produsen komponen kereta api dan insinyur pengujian untuk memahami, apalagi memprediksi dan meningkatkan.

Agar kereta dapat beroperasi secara efisien, pantograf harus menjaga kontak konstan dengan kabel troli yang ditangguhkan dari sistem catenary. Namun kabel ini dan struktur pendukungnya menunjukkan kekakuan vertikal yang berbeda di sepanjang bagian tertentu. Sistem catenary zig-zag dalam interval 30 hingga 100 meter untuk mencegah grooving. Gaya pantograf berlaku untuk kawat harus tetap dalam kisaran yang didefinisikan dengan baik (70N hingga 120N). Jika terlalu rendah, kehilangan kontak menyebabkan busur, yang tidak hanya menyebabkan kereta kehilangan daya, tetapi juga merusak kabel troli dan batang kontak karena etsa dan panas berlebih. Jika gaya terlalu tinggi, gesekan yang dihasilkan ke bawah kawat dan bilah kontak sebelum waktunya.

Memberikan jumlah gaya yang tepat membutuhkan gerakan vertikal variabel. Tetapi ketika kereta bergerak dengan kecepatan yang lebih tinggi, pantograf kehilangan kemampuannya untuk bereaksi dengan tepat. Bahkan ketika kawat troli serata mungkin, itu hanya rata ketika hang tidak terganggu. Ketika pantograf mengangkat kawat, deformasi yang dihasilkan menciptakan gelombang. Jika ada terlalu banyak pengangkatan, pantograf menciptakan bentuk gelombang yang jauh lebih besar yang menyebabkan masalah kontak untuk pantograf berikutnya yang menurun.

The kawat catenary tidak stasioner : itu akan dipindahkan sekitar dengan kereta api dan angin.

Secara umum, ketika sebuah pantograf berjalan di bawah catenary, itu membuat gangguan seperti gelombang yang bergerak turun kawat dengan kecepatan yang ditentukan oleh ketegangan di kawat dan massa per satuan panjang. Ketika kereta mendekati kecepatan kritis ini, pantograf menangkap gangguan, menghasilkan perpindahan vertikal besar yang berbahaya serta gangguan kontak. Kecepatan tertinggi kereta kemudian dibatasi oleh kecepatan kritis catenary. Masalah ini merupakan pusat dari uji coba, karena itu diinginkan untuk menguji set 325 pada kecepatan jauh di atas kecepatan kritis catenary TGV standar.

Ini karena tegangan tinggi masih menyebabkan koneksi ketika kontak terpisah karena ketidakteraturan (benturan dll) antara kontak dan kabel.

Seperti yang telah diposting orang lain, kesenjangan sementara antara pantograf dan konduktor overhead adalah bagian dari jawabannya, namun itu bukan cerita lengkap. Faktor besar lainnya adalah bahwa motor kereta adalah beban induktif , yang secara serius mempersulit apa yang terjadi ketika sirkuit terputus.

Ketika ada gangguan sirkuit dengan beban induktif, arus yang melalui beban tidak dapat langsung ke nol. Sebaliknya, arus terus mengalir melalui beban, menghasilkan lonjakan tegangan pada titik interupsi. (Energi ekstra untuk melakukan ini sebenarnya berasal dari beban induktif.) Tegangan naik tiba-tiba sampai kerusakan (misalnya busur) terjadi. Satu busur telah terbentuk, tegangan turun, tetapi tegangan lebih sedikit diperlukan untuk mempertahankan busur karena plasma lebih konduktif daripada udara pada suhu tertentu.

Arus yang mengalir untuk kereta berkecepatan tinggi biasanya akan jauh lebih tinggi daripada rekan-rekan berkecepatan rendah, sehingga tegangan yang berkembang ketika sirkuit terputus akan lebih tinggi.

Upforce pada pantograph adalah 15-40 pound, 60 pound di luar. (7-18kg, maks. 30 atau lebih).

Kawat troli (kontak) terbuat dari perunggu atau tembaga padat, biasanya 4/0 hingga 400 kcmil (107-200mm ^ 2), dengan kawat kurir baja (catenary) kawat 3 / 8-1 / 2 "(10-13mm) diameter kawat utusan didukung setiap 100-200 kaki (30-60 m) dan mendukung kawat kontak setiap 6-10 '(2-3 m). Jadi kawat kontak bebas untuk naik bahkan kaki (0,3 m) ) ketika kereta melintas, seringkali memiliki stabilizer bar agar tidak bergerak ke samping tetapi bebas bergerak secara vertikal.

Seperti yang telah didiskusikan, setiap penyimpangan dalam kabel kontak, atau bagaimana kabel itu digantung, dapat menyebabkan pantograf dan kawat terpisah sejenak.

Aksi gelombang di kawat juga dapat menyebabkan pemisahan sesaat. Gerakan kawat atau kereta yang cukup dapat menyebabkan kawat bergerak ke "tanduk" lengkung pantograf.

src

Ketidakteraturan pada permukaan pantografik juga dapat menyebabkan busur. Biasanya ada slide tembaga atau perunggu inset; kerusakan fisik pada slide atau hanya karena luka bakar akibat lengkungan dapat menyebabkan kawat kehilangan kontak.

Juga sebuah pantograph biasanya memiliki dua slide, kedepan dan belakang, dan pantograph memiliki baik linkage atau spring yang kuat untuk menjaga levelnya. Jika ada ikatan yang mengikat atau patah atau pegas yang lelah atau rusak, itu mungkin tidak rata dan dapat naik pada tumit atau jari kakinya, menyebabkan kontak yang buruk.

Lengkungannya tentu saja disebabkan oleh arus. Arus mungkin terus menerus melalui busur (kecenderungan yang proporsional dengan tegangan, lebih cenderung pada sistem tegangan tinggi yang digunakan dalam rel berkecepatan tinggi) - namun pergerakan udara kecepatan tinggi cenderung menghabisi busur, memutus daya ke kereta sebentar . Bicara tentang lonjakan tegangan!

Ini bukan tentang tegangan *, ini tentang arus.

* tegangan listrik

Ketika sirkuit arus tinggi terganggu (terutama yang induktif), busur terbentuk antara kontak putus. Arus tinggi kemudian menopang busur: pemanasan ohmik mengubah udara menjadi plasma, sedangkan plasma melakukan arus. Ini dasar pengelasan busur, yang menggunakan ratusan amp pada tegangan serendah 20V.

Pengelasan dengan kecepatan tinggi 5000 fps (busur close-up, hujan rintik-rintik terlihat)

Bahkan trem bertegangan rendah (biasanya 600-800V) yang bergerak dengan kecepatan berjalan menghasilkan lengkungan dan percikan api di breakpoints di catenary, sementara kereta bawah tanah melakukan hal yang sama pada tingkat power rail.

Subway Sparks | Badai Salju New York 2017

Karena kebutuhan arus yang tinggi, percikan api terjadi terutama ketika kereta api melaju (mis. Dari macet), atau ketika menarik banyak daya untuk mempertahankan kecepatan tinggi, tetapi mereka tidak pernah terjadi ketika sedang meluncur di daya siaga, meskipun tegangan menjadi sama.

Dalam operasi kecepatan rendah, ini terjadi terutama ketika putus kontak diperkenalkan ke sistem kawat-sepatu secara eksternal, misalnya dengan celah fisik memisahkan sirkuit yang berbeda atau oleh kontaminasi dari es, salju atau daun.

Dalam operasi berkecepatan tinggi, selain semua yang berkecepatan rendah, jeda ekstra dibuat oleh pantograf yang melompat pada penyimpangan catenary, seperti truk off-road yang menggerakkan rodanya untuk sementara mengudara ketika terlalu cepat menabrak. Beberapa penyimpangan itu diperkenalkan oleh pantograf itu sendiri: orang bisa membayangkan pantograf pada catenary sebagai akrobat terbalik di atas tali. Alih-alih gravitasi bekerja pada akrobat ke bawah, pantograf mendorong catenary ke atas melalui pegas, sehingga seluruh sistem melompat-lompat ketika melewati di bawah titik suspensi.

Ketika saya menonton video kereta kecepatan tinggi saya selalu melihat ledakan listrik di dekat bagian atas, atau lengkung. Mengapa itu terjadi?

Ada celah dalam kontak, elektron yang menembak melalui celah mengubah udara menjadi plasma dan memecah udara. Karena udara adalah plasma, ia dapat menghantarkan arus, ini terjadi pada sekitar 3kV / mm sehingga Anda tahu ada beberapa tegangan yang terlibat.

Faktor lain adalah bahwa profil saluran udara berubah jauh lebih cepat pada kecepatan tinggi. Kawat kontak tidak berada pada jarak yang persis sama dari pagar sepanjang waktu.

Pantograf terus disesuaikan untuk memberikan tekanan konstan pada kawat kontak, tetapi pada kecepatan tinggi itu tidak terjadi cukup cepat. Ketika tekanan pada kawat kontak tidak mencukupi, hanya sedikit tonjolan yang diperlukan untuk mengirim pantograf ke bawah beberapa mm, menciptakan lengkungan yang terlihat.

Hanya untuk referensi, kereta bertegangan rendah mampu membuat busur yang cukup terlihat dengan baik (tegangan yang lebih rendah biasanya dikompensasi oleh fakta bahwa itu DC), jika mereka berjalan cukup cepat atau kabel kontak dalam kondisi yang buruk.