(优选)受电弓与接触网系统
受电弓与接触网相互作用综述
受电弓与接触网相互作用综述吴积钦，李岚摘要：不同类型的受电弓和接触网组合会产生不同的相互作用性能。
这些性能主要体现在两者之间的几何相互作用、材料接口、弓网电接触及动态相互作用等方面，这些方面相互独立又相互依存。
几何相互作用是弓网系统的基本矛盾，当列车运行到一定速度时，弓网动态相互作用成为弓网系统的主要矛盾。
受电弓与接触网的相互作用性能是弓网系统方案设计及相关标准制订的依据。
关键词：受电弓；接触网；相互作用受电弓与接触网的相互作用（俗称弓网关系），不同类型的受电弓—接触网组合会产生不同的相互作用性能。
这些性能主要体现在两者之间的几何相互作用、材料接口、弓网电接触及动态相互作用等方面。
1几何相互作用接触线是受电弓的滑道，接触线不离开受电弓弓头的工作范围才能使受电弓沿接触网顺利滑行。
接触线在线路上方的几何特征值须与受电弓的几何特征相适应。
1.1受电弓的几何特征受电弓的几何外型越小，对线路的结构限界要求就越低，但接触网的跨距就越小；几何外型越大，接触网可以采用的跨距就越大，但对线路的结构限界要求高。
各国铁路部门根据各自情况确定受电弓的弓头几何外型。
中国铁路受电弓弓头的几何外型遵循UIC608附4a规定，弓头总长度为1950mm。
受电弓的工作范围等于其上部工作位置与下部工作位置之差，通常为2000mm左右。
1.2架空接触网的几何特征接触线在线路上方的几何特征值可用横向与垂向2个方向的参数表征。
垂向特征值主要有接触线高度、接触线坡度、接触线在定位点处的抬升等；横向特征值主要有接触线拉出值、侧风作用下的横向偏移值等。
垂向参数应保证受电弓在工作范围内的正常运行；相对于轨道平面垂直中心线的横方参数应确保任何情况下有一支接触线在弓头工作范围内。
弓网接触压力的测量已经表明，接触线空间位置的不连续性会引起接触压力瞬间的较大变化。
2弓网材料接口接触线和滑板的磨耗以及弓网接触点的允许电流很大程度上依赖于两部件的材料组合。
2.1滑板滑板应满足弓网系统的机械及电气要求，通常要求滑板接触电阻小、熔点高、导热性良好、质量小、机械强度高、弹性好、与铜或铜合金接触线之间的摩擦系数小、便于实现轻量化和标准化等。
受电弓与接触网系统电接触特性
果表 明：弓网系统具备固定 、滑动及可分离等方面 的电接触 特性 ；弓网系统 电火花现 象与滑板 和接触线材 料 的 导 电性能密 切相关 ，铜镁接触线与碳滑板 ２ 种较高 电阻率 的材料组 合决定 了两者 的接触 电阻 比较 大 ，使 得滑动 接触过程 中的 电火花现象剧烈 。取流量较大的 电动列 车在起 步或低 速运行 时 ，由接触 电阻引起 的热能有 可能导
小 ，因而 出现局部 的 附加 电阻 ，称 为 “ 收缩 电阻” 。 电流通过 接触 区域 时还会 遇 到准金 属接触 ，电子通 过极 薄 的膜时 还会 遇到 另一 附加 电阻 ，称 为 “ 电 膜
即使 滑板 和接 触线之 问具 有很 大 的接 触力 ，在 接 触区域 也 只有少数 的点 （ 面 ）实 际发 生 了真正 小
势 ，专 家学 者对 弓网 系统 的火花 与燃 弧现象 存在 不
同见解 ＿ ］ １ 。随 着旅 客 列 车 高速 化 及 货 物 列 车 重 载 化 的实 施 ，有必要 依据 电接 触理论 ，对 弓网系统 电 接 触特性 进行 研究 ，对 弓 网系统运 行 中 出现的一 些 现 象做 出 合 理 解 释 ，为 解 决 这 些 问 题 提 供 理 论 依
通过 相对 静止 的 弓 网接 触点 获取 电能 。由于接触 电 阻 的存在 ，当 电流通 过 接 触 点 时必 然 产 生 焦 耳热 ，
触 电阻可 用下 式计算 ：
Ｒ 一 ４ｌ＋ ｐ
以
＋ 尺ｆ
式 中 ：尺 为单个 导 电斑 点 的接 触 电阻 ；Ｒ 为单 个 导 电斑 点 的表 面 膜 电阻 ；ｌ ，１ 分别 为接 触 线 和滑 Ｄ ０ ２ 板材料 的 电阻率 ；以为 单个导 电斑 点 的半径 。 如 果 通 过导 电斑 点 的 电 流 增 大 或 接 触 电 阻增
受电弓与接触网电接触特性
受电弓与接触网系统电接触特性研究1引言电气化铁路的牵引供电系统中，接触网是电气化铁道的主要供电设备，电力机车通过接触网取得电能。
弓网关系对整个电气化铁路系统的正常运营起着非常重要的作用，保证受电弓与接触网导线的良好接触是弓网关系中亟需解决的关键问题[1]。
近年来，弓网系统不良电接触引起的材料烧损及接触线断线事故占弓网事故的比例呈逐年上升之势，专家学者对弓网系统的火花与燃弧现象存在不同见解。
随着旅客列车高速化及货物列车重载化的实施，有必要依据电接触理论，对弓网系统电接触特性进行研究，对弓网系统运行中出现的一些现象做出合理解释，为解决这些问题提供理论依据[2]。
2弓网系统电接触的特征在弓网的运输系统中，电接触主要指滑板与接触线相互接触并通过接触界面实现电流传输的一种物理、化学现象[3]。
电接触形式包括点接触、线接触和面接触，如图2-1所示。
弓网系统相对静止不动时，受电弓与接触网接触区域表现为滑板平面与接触线圆弧面之间的线接触。
无论接触部分如何加工、打磨及运行过程中的相互磨损，在微观上总是凸凹不平的，如图2-2所示。
即使有很大的接触压力使滑板与接触线相互压紧，也只有少数的点(或小面)实际发生了真正的接触，这些实际接触的点(或小面)承受着全部的弓网接触压力。
由于接触线和滑板表面一般都覆盖着一层导电不良的氧化膜或其它种类的杂质，因而在实际接触点(或小面)内，只有少部分膜被压破的地方才能形成电的直接接触，电流实际上只能从这些更小的接触点中通过，如图2-3所示。
把实际发生机械接触的点(或小面)称为接触斑点，接触斑点中那些形成金属或准金属接触的更小面(实际传导电流的面)称为导电斑点。
（a ）点接触 （b ）线接触 （c ）面接触图2-1电接触形式图图2-2 滑板与接触线接触斑点 图2-3 电流收缩现象图 3 弓网系统静态接触电阻电气列车所需的电流通过导电斑点从接触网流向受电弓，电流线在导电斑点附近发生收缩，使电流流过的路径增长，有效导电面积减小，会出现局部附加电阻，称为收缩电阻。
受电弓与接触网
受电弓与接触网接触是电动列车获得电能的一种方式。
良好的弓网关系是保证电气化列车安全、可靠运行的关键技术之一。
●DSA150——160km/h●DSA200——200km/h●DSA250——230km/h●DSA350SEK——280km/h●DSA350G——220km/h●DSA380D——330km/h●DSA380F——330km/h底架采用不锈钢焊接结构，下臂采用铸铝结构，上导杆采用碳纤维材料，弓头采用高强度的钛合金材料，上臂采用重量较轻的铝型材。
设计速度300 km/h落弓位伸展长度约2640 mm最大升弓高度（包括绝缘子）3000 mm落弓位高度（包括绝缘子）588 mm弓头长度1950 mm额定电压25 kV额定电流1000 A接触压力70 – 120 N（可调）驱动类型气囊驱动机构升弓时间≤5.4 秒（可调）降弓时间≤4 秒（可调）整弓质量约109kgDSA150型受电弓，设计速度160 Km/h。
具有DSA200型受电弓的所有特点，与DSA200型受电弓比较，DSA150上臂采用铝型材焊接结构。
DSA150型受电弓的参数：设计速度160 km/h落弓位伸展长度约2600 mm最大升弓高度（包括绝缘子）3000 mm落弓位高度（包括绝缘子）588 mm弓头长度1950 mm额定电压25 kV额定电流1000 A接触压力70 – 120 N（可调）驱动类型气囊驱动机构升弓时间≤5.4 秒（可调）降弓时间≤4 秒（可调）整弓质量约125kg底架、下臂采用钢焊接结构，下导杆采用不锈钢材料，上导杆、上臂和弓头都采用重量较轻的铝合金。
设计速度200 km/h落弓位伸展长度约2600 mm最大升弓高度（包括绝缘子）3000 mm落弓位高度（包括绝缘子）588 mm弓头长度1950 mm额定电压25 kV额定电流1000 A接触压力70 – 120 N（可调）驱动类型气囊驱动机构升弓时间≤5.4 秒（可调）降弓时间≤4 秒（可调）整弓质量约125kg与DSA200型受电弓比较，其下臂采用铝型材焊接结构型式，可以选装弓头翼片以调整动态接触压力。
受电弓与接触网系统
1. 受电弓
与受电弓相关的部分标准
UIC 608
国际通用受电弓
UIC 794
欧洲高速铁路网受电弓与接触网相互作用
EN 50206-1 干线车辆受电弓特性与测试 （TB/T 1456）
EN 50206-2 地铁和轻轨车辆受电弓特性与测试
1. 受电弓
对受电弓的基本要求
不可能为了特定接触网单纯设计受电弓 受电弓的基本特性应适合于规定的应用范围
受电弓的上部工作位置高度 受电弓的下部工作位置高度 受电弓的工作范围 动态包络线 伸展包络高度 电气间隙 接触线高度最小值 接触线高度最大值 接触线高度最小设计值
HCWd,max 接触线高度最大设计值
HCWnom DA1
标称接触线高度
超过最小接触线高度的设计偏差 a1 轨道的垂直误差 a2 接触线向下的安装误差 a3 接触线向下的动态位移 a4 导体温度和冰负载的影响
京津城际
568.7 0.615 0.237 0.467 1.970 206.6 1.50/1.36
武广高速
536.7 0.653 0.210 0.426 2.029 216.0 1.51/1.37
郑西高速
523.1 0.669 0.198 0.444 2.242 201.4 1.52/1.38
3. 弓网动态相互作用
力学系统能维持振动，必须具有弹性和惯性。由于弹性，系统偏 离其平衡位置时产生回复力，促使系统返回原来位置；由于惯性， 系统在返回平衡位置的过程中积累了动能，使系统越过平衡位置向 另一侧运动。由于弹性和惯性的相互影响，才造成系统的振动
描述振动的量：位移、速度、加速度等 弓网系统的振动为随机振动——只能用数理统计的方法加以研究
Fm
接触网与受电弓简述
接触网与受电弓简述1 概述触摸网与受电弓是一个全体，研讨触摸网不能抛开受电弓；研讨受电弓不能抛开触摸网。
为确保触摸线与受电弓间的相互效果不呈现毛病、受电弓滑板与触摸线匹配、降低弓线间的磨损，触摸线的安置有必要横向偏移于线路中心线。
为使触摸线和受电弓滑板磨损降到最低程度，应对触摸线和受电弓滑板提出需求，这些需求应在规划受电弓和触摸网时予以考虑。
受电弓的效果是将电能传输到电动牵引设备上。
关于辅佐设备、日子设备的固定用电与牵引地铁列车运转的移动用电两方面来说，电力传输都应安全可靠。
受电弓包含主架、臂、弓头和传动设备。
受电弓和触摸网相互效果的根本需求是：因为受电弓在运转中有关于触摸网作横向运动，而受电弓弓头有必要老是超出触摸线最不利的方位，只要在运转中触摸线不脱离受电弓弓头的作业规模才能使体系顺利运转。
在正常运转时，触摸线在滑板上的滑行是最重要的。
受电弓有上、下两个作业方位，这两个方位之间的规模便是作业规模。
1.1 触摸网的需求触摸网设备有必要能可靠地将电流传输给牵引车辆，机械规划标准必定要格外适合于运转速度。
触摸线是触摸网的重要成份。
1.1.1 触摸线受电弓沿其行走的预张力线称为触摸线，刚性触摸网的触摸线因为汇流排的效果，简直无张力。
触摸线起到触摸滑道的效果，它确保将电能不间断地传输到车辆受电弓上。
为了使受电弓滑板的磨损均匀，触摸线与受电弓中心线构成交角，以之字形或S字形安置。
因为铜或铜合金有较高的导电性、硬度及其接受温度改变和抗腐蚀的才能，硬拉电解铜和铜合金已成为全球运用的导线资料。
暴露在空气中的铜的外表构成一层硬的、能导电且不会阻挠电流活动的氧化层。
这即是为何铜比具有较差导电氧化层的铝来说更适合作为滑动触摸资料的缘由。
银（0.1%）或镁（0.5%）的合金添加剂用来进一步改善铜线的机械和热功能，从而运用较高张力的铜线。
触摸线是被滑过的受电弓磨损的。
此外，用于受电弓和触摸线触摸的资料的组合也对这些部件的磨损率有影响。
受电弓与接触网系统电接触特性初探
接触网是一 种利用支柱和腕臂将承 力索及 接触线悬挂在
接触线具体的磨损 隋况是决定这一部件使用寿命 的关键
铁路上方来将 电流输 送给牵 引车辆 的设 备 ，这种设备具有以 性因素 。从接触网设备的运 行过程来看 ，接触线及滑板 材质 的
下几点优势 ：尺 寸合适 ，方便车辆运行 ；运维方式简单等 。高速 选择是影响接触线磨损率的主要 因素 ，从现有研究成果来分
【关键 词 】接 触 网；弓网系统 ；电接 触 ；接触 电阻；电火花
【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｃａｔｅｎａｒｙ；ｐａ ｎｔｏｇｒａｐｈ－ｏｃｓ ｓｙ ｓｔｅｍ；ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｔａｃｔ；ｃｏｎｔａｃｔｒｅｓｉｓｔａ ｎｃｅ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｓｐａｒｋ
【中图 分 类 号 ］Ｕ２２５
【文 献 标 志 码 ＩＡ
２接 触网设备
来布置接触线能最大程度避免故障的产生 。 铜 和铜 合金都属 于常 见的导线材料 ，由于接触 网设备的
应 用环境比较 复杂 ，部分部件长 期暴露在空气 中 ，因此 ，能 与 空气发生氧 化作用产 生一层氧化膜 的铜就成 了首选 的材料 。 在选用铜 作为导线材 料之后 ，为了更进 一步保证 这种材 料适 用于接 触网设备 ，还会视情况添加一定的银或镁合金添加剂 来进行相应的处理。
碳 滑板 与铜接触线是 目前为止最有效的材料 组合 ，但这 种材 质的滑板同样存在着导 电性较差 的缺 点 ，因此 ，在具体材 料选取 的过 程中 ，依 然要 结合 多项因素来进行分析 ，尽量保 证 这 ２种器件能满足系统运行的需求。
５ 电接触
想要计算 接触 电阻就必须知道滑板和接触线具体 的电阻 率 ，这也是 选取合适 的材质如此 重要 的原 因 ，其次 ，容纳 电流 通过 的导电斑 点的半径也是影响接触电阻的参数之一 。知道 膜 电阻 的大小就可 以计算整 个系统的接触 电阻 。由电流 电压 电阻 的物 理关 系可以知道 ，电流或者 电阻任意一个值 的增大 都会导致 电压 的升 高 ，接触面的温度也会随着 电压的升 高而 升高 ，极端情况下就会导致滑板和接触线产生损耗。
受电弓工作原理
受电弓工作原理
受电弓是电力机车和电动车辆等电气化交通工具中常用的接触网供电系统。
其工作原理如下：
1. 受电弓的基本原理是通过受电弓与接触网之间的接触，将接触网上的电能传递给电动车辆，以供其驱动电动机运行。
2. 受电弓通常由一个弓形的金属构架和一个绝缘材料做成。
弓形金属构架可以沿着车辆运行方向调整高度，以适应不同高度的接触网。
3. 当电动车辆行驶时，受电弓与接触网接触，形成电路闭合。
电流经过受电弓进入车辆，供电给车辆上的电动机。
4. 接触网上的电能是由供电系统提供的，通常是通过变电站将高压电能转换为接触网上的直流电。
5. 为了保证接触的稳定性和安全性，受电弓和接触网之间需要保持一定的接触压力。
这通常通过弹簧机构来实现，使受电弓能够自动对接触网进行上下运动调整。
总的来说，受电弓工作原理是通过受电弓与接触网之间的接触，将接触网上的电能传递给电动车辆，实现供电供能的功能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磨耗
（4）接触点集流量
接触点温度
构建一个新的弓网系统
弓网关系 技术规范 几何特性 动态性能 材料组合
集流量
用户需求
运营管理
弓网系统设计
动态验收
接触网施工设计
静态验收
施工（测量、预配、安装、调整）
本专题的主要内容
1. 受电弓 2. 弓网几何特性 3. 弓网动态相互作用 4. 弓网材料接口 5. 弓网电接触特性 6. 弓网系统的设计、施工与验收
小接触面传输大电流
（接触电阻与燃弧）
运行寿命
摩擦磨损
（机械摩擦与电气磨损）
弓网系统的雏形
弓网系统的分类
接触网系统
架空接触网系统
接触轨系统
架空接触网
架空接触轨
受电弓
弓网系统
受电弓
接触轨
取流靴 集电系统
集电系统的种类
弓网系统的基础理论
弓网系 统基础
电气
力学
电路
高电压技术
理论力学
材料力学
空气动力学
弹性吊索 BzII 35 2.8kN
吊弦
5m
BzII 10
65 m
Re 250
1.80 m
全新的开发，
首次应用铝合金件
接触线
行驶速度可达 280km/h
AC120CuAg 15kN
18 m
承力索
弹性吊索
BzII 120 21kN BzII 35 3.5kN
吊弦
5m
BzII 10
65 m
1988年5月1日，ICE/V， 406.9km/h
高速弓网系统的代表
德国联邦铁路
14 m
承力索
弹性吊索
BzII 50 10kN BzII 25 2.3kN
吊弦 BzII 10
80 m
14 m
Re 200 mod
1.80 m
从 Re 200基础上发展起
来 适用于230km/h以内
接触线
的速度
AC100CuAg 13kN
承力索 18 m BzII 70 15kN
空气动力FAER ——气流对受电弓的作 用力
动态分力FDYN ——由垂直振动引起的 惯性力
1. 受电弓
平均抬升力目标值（AC系统）
200 N
160
120 Fm= 0,00097 * V2+ 70 (1)
80
40 (1) V in km/h
0 0 40 80 120 160 200 240 280 km/h 360 Speed
Fm
1. 受电弓
平均抬升力目标值（DC系统）
2. 弓网几何特性
弓网相互作用的基本要求 垂向：接触线不离开受电弓的工作范围 横向：至少有一支接触线在弓头的工作范围内
2. 弓网几何特性
受电弓上、下工作位置 之间的范围为工作范围
LPupp LPlow WR KE/KLG SE EC HCWmin HCWmax HCWd,min
——两个运行方向的平均抬升力应该相等且只随速度变化略有增加；平 均抬升力应能防止燃弧，同时应使接触线抬升、磨损保持最小 ——静态接触力应该满足静态取流要求
（AC系统：60～90N、DC1.5kV系统：70～110N） ——滑板的质量应尽可能低，以便实现最佳的动态特性 ——频域动态视在质量应在小范围内，且不应有明显突出的峰值 ——设置自动降弓装置（ADD），能使受电弓在故障时落下
1. 受电弓
与受电弓相关的部分标准
UIC 608
国际通用受电弓
UIC 794
欧洲高速铁路网受电弓与接触网相互作用
EN 50206-1 干线车辆受电弓特性与测试 （TB/T 1456）
EN 50206-2 地铁和轻轨车辆受电弓特性与测试
1. 受电弓
对受电弓的基本要求
不可能为了特定接触网单纯设计受电弓 受电弓的基本特性应适合于规定的应用范围
高速弓网系统的代表
日本新干线
振动问题、噪声问题 摩擦磨损问题
1996年1月26日，300X试验列车， 443km/h
Max:50m
1500mm
高速弓网系统的代表
日本新干线
1996年1月26日，300X试验列车， 443km/h
高速弓网系统的代表
法国交流铁路
大西洋高地 3AD5速中0MEk3海m0高0/东2kh速7m南0/k高hm速/h 2007年4月3日，TGV，法国东部线，574.8km/h
1. 受电弓
受电弓的抬升力
wind
F
F
DYN
F0 FR
FAER FR
F = F0 ± FR + FAER ± FDYN
受电弓设计
接触网、轨道等
弓网接触力F——受电弓垂直作用到 接触网上的力
静态接触力F0 ——停车时，传动机构 使受电弓垂直作用到接触网上的力
摩擦力FR ——关节间摩擦产生的力， 与弓头运行方向相反
受电弓的上部工作位置高度 受电弓的下部工作触线高度最小值 接触线高度最大值 接触线高度最小设计值
HCWd,max 接触线高度最大设计值
HCWnom DA1
标称接触线高度
超过最小接触线高度的设计偏差 a1 轨道的垂直误差 a2 接触线向下的安装误差 a3 接触线向下的动态位移 a4 导体温度和冰负载的影响
接触线和滑板的磨耗、接触点的最大允许电 流很大程度上取决于接触线和滑板的材料
（4）接触点集流量 接触点不能出现过热
弓网关系技术范畴
（1）几何特性
横向参数
接触线相对弓头中心的偏移
垂向参数
接触线高度与坡度
受电弓数量和间距
多弓与中性区长度
（2）动态相互作用
弓网接触力（或燃弧）、定位点抬升
（3）材料接口
接触线材料（铜或铜合金） 滑板材料（金属、浸金属碳、碳）
SWJTU OCS
2012.12.10
（优选）受电弓与接触网系统
Page 1
弓网系统的作用
√接触网是 受电弓的路
弓网接触点是电能传输的瓶颈
√预期的 使用寿命
弓网系统的核心问题
固
接触点（纽带）
定
设
备
移 动 设 备
运行可靠性 接触质量
机械作用 电气作用
电能传输！
材
两个振动子系统
料 匹
（接触力与抬升） 配
Re 330
1.80 m
从 Re 250基础上发展起来
。可用一个受电弓，行驶
接触线 AC120CuMg 27kN
速度可达 350 km/h
弓网关系技术范畴
（1）几何特性
接触线不能离开受电弓与弓头的工作范围
（2）动态相互作用 弓网是两个振动子系统，取决于受电弓与接 触网的特性以及运行环境
（3）材料接口
1. 受电弓
定义 安装在电气列车上的一种从一根或几根接触线上集
取电流的专用设备，由弓头、框架、底架和传动系统 等部分组成，其几何形状可以改变
1. 受电弓
单臂受电弓的基本结构
(1) 框架 (2) 底架 (3) 弓头 (4) 滑板 (5) 弓角 (6) 弓头长度 (7) 弓头宽度 (8) 弓头高度 (10)滑板长度 (11)下部工作位置 (12)上部工作位置 (13)工作范围 (14)落弓高度