1节普通5号电池电压为1.5伏,人体安全电压为36伏,家庭常用电压为220伏,广州地铁供电电压为1500伏,问:要多少节5号电池才能让广州地铁跑起来?
1000节。
对,也不对。
在电池串联、不考虑电阻的理想状态下,1000节电池的电压可以满足地铁的电压。但实际情况是:1000节电池间的电阻很大,不可以忽略,串联的电池实际电压一定小于1.5x1000=1500伏,即是说1000节5号电池是不可能推动地铁。而且5号电池的容量很小,放电电流也很弱,就算用多于1000节的5号电池使电压条件满足,也不足以推动地铁。
用水管来举个例子,把1000节电池想象成是虽然很长但是很细的水管,地铁需要很粗很长的水管。1000节电池,水管的长度勉强够了,但是不够粗,电池间的电阻也会影响流速。所以,太细的管子不足够推动机车。
解决办法:用n个1000节5号电池并联起来,做成一个超大的电池组。至于具体需要多少个,有热心读者帮忙计算一下吗 (✧◡✧) 欢迎在评论区探讨~eo君会在评论区随机掉落最新一期《南方能源观察》哦!
实际上,地铁运行不靠电池,靠高压电。发电厂发完电后通过电网的输电线路把交流电输送到牵引变电所,由牵引站里面的整流变压器把交流电变成直流电并调成适合地铁使用的电压,然后通过接触网或第三轨供电给地铁。广州地铁全线目前有214个牵引变电所,根据广州地铁提供给eo的数据,2018年全年线网运营(含广佛线)的用电量达155,830万千瓦时。
而接触网供电和第三轨供电是唯二能给地铁供电的方式。
目前广州地铁已运营的线路中,除了四号线、五号线、六号线、十四号线、二十一号线、知识城线采用第三轨供电外,其余线路都是接触网供电。而广州地铁的十三号线比较特别,因为全部是地下线路,不受极端天气影响,而且不存在断电区。刚性接触网相对柔性接触网稳定性好不容易断线,适应地铁的相对低速、大密度、稳定性高的要求,目前在地铁里是主流选择。最早开通的一号线部分区段已将柔性接触网改成刚性接触网。
1997年4月9日,由安达-西门子制造的广州地铁1号线首列列车由嘉兴号货轮运抵广州黄埔港
接触网
接触网供电,在地铁行驶的钢轨正上空架设接触网,钢轨有多长,接触网就有多长。地铁车顶上安装有受电弓,当受电弓升起时与接触网导线接触,从接触网获得电力,并将电力通过车顶母线传送至地铁机车内部,供地铁使用。
广州地铁1号线通过受电弓从接触网获得电力
接触网通常由铜镁、铜锡合金制成,因为这些金属能提供良好的导电性能。受电弓通过一块碳滑板与接触网接触,这块碳滑板由特种石墨构成,硬度远低于金属。一软一硬相互作用,因此受电弓在地铁高速行驶过程中持续与接触网摩擦也不会磨坏接触网,只有碳滑板会被磨耗。简直想为这块“舍己为人”的碳滑板讴歌一曲。
下图车顶“<”形状的就是受电弓,能承受1500伏的高压电。受电弓获取的电力除了给地铁列车提供动力外,还支撑着车内照明、空调通风、各类终端设备等。
受电弓和接触网上都有绝缘子,在下雨天保护露天段的受电弓和接触网不被电流所击穿,接触网上还装有避雷器避免直击雷破坏。
图片来源:广州地铁
接触网供电方式,安全性比较高、弓网脱离方便,能承受的直流电压等级比较高,高铁复兴号供电电压27500伏采用的就是接触网供电。
图片来源:中国铁路微信号
第三轨
第三轨供电,顾名思义就是在列车行走的两条路轨以外,再加上带电的钢轨。这条带电钢轨通常设于两轨之间或其中一轨的外侧。电动列车的集电装置在带电路轨上接触并滑行,把电力传到列车上。这种集电装置在英语称为 shoe,中文翻译过来就称作集电靴。
广州地铁的四号线、五号线、六号线露天区段较长,高架多,第三轨在露天段受强风天气,异物搭接等相对架空接触网影响小;对于城市轨道交通来说,在露天段高架上,采用第三轨相比架空接触网更美观。而在隧道区段中,第三轨供电的唯一好处是对隧道净空无要求(对盾构隧道来说用处不大),且维护相对简单,不需要登高作业。
广州地铁6号线高架区间
接触轨上方有防护罩,主要是起安全防护作用(防触电)。目前广州地铁四、五、六号线采用第三轨下部受流形式供电,接触轨上部安装防护罩,具备一定防雨水能力,日常检修和巡视会对问题防护罩进行及时更换,保障性能。接触轨露天区间,安装避雷器,在接触轨附近发生雷击,发生大气过电压时,避雷器内部和外部间隙首先被击穿而接地,从而保护了接触轨设备。
技术人员对采用第三轨供电的14号线开展防雷检测
不过,由于安装在地面,相对比较危险,对安检巡查要求较高。所以地铁如果在正线段采用第三轨供电,进入车辆段、停车厂都会换回接触网供电,保障车辆段内检修人员的安全。(车辆段是车辆停放,检查,整备,运用和修理的管理中心所在地。)
选择何种线路供电方式,是地铁设计部门根据线路长度、运行环境、安全系数、工程造价等多种因素决定的。记住啦,让地铁跑起来的不是电池,是接触网和第三轨哦!