CN1048360A - 有轨电动车辆和线路间一种接触传输电流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种接触导电线路沿轨道的断续 设置方法及多个受电器在电动车辆上的设置方法，其 中最短的接触导体长度大于最大的相邻受电器间距， 最大的相邻接触导体间距小于受电器的跨距，此外设 置有过渡装置及受电器与用电装置间的稳定电连接 线路。可在电流连续传输的情况下，大幅度减少接触 导电线路的总长，有大幅度降低投资、方便施工与维 护、提高安全性、降低干扰等优点。

Description

本发明提供了一种接触导电线路沿轨道的断续设置方法及沿该轨道运行之电动车辆上多个受电器的设置方法。在这种设置受电器和接触导电线路方法的基础上，配以适当的其它装置，电动车辆就可以在运行中通过受电器与接触导电线路间连续、稳定地传输电流。所传输的电流是电动车辆的取流电流或回流电流（车辆用电装置的输入或输出电流）。在本案中，受电器是指设置于车辆上用于和沿轨道设置的导体间接触导电的装置，这一沿轨道设置的导体称为接触导体，该导体和为保证该导体能正常工作所设置的附属装置总称为接触导电线路，受电器上和接触导体接触并导电的部分称为滑块。

现有的有轨电动车辆的电流传输方式有两种：一种是通过受电器和沿轨道设置的接触导电线路传输电流，例如电气化铁道中的接触网及地铁中的第三轨和各自相应受电器间的接触取流。另一种方式是将一定长度电源线的一端直接连接于电动车辆的用电装置，使车辆在电源线长度限定的范围内和电源间传输电流，例如有些电动葫芦的供电。对于前一种方式，现有的方法是在车辆正常运行的路线上连续地设置接触导电线路，使受电器在该路线的各个位置上，其滑块都能和接触导体接触导电，所以一个受电器就能保证电流连续传输，只是在某些特别的路段上，如交流接触导电线路的分相段，才不设置接触导体，使受电器在这些路段无法导电，有时电动车辆采用多个受电器，主要是为了增加接触面积，提高导电的稳定。车辆用这种方法取流的过程是：一定形式的电流通过输电线路从供电装置传入接触导电线路的接触导体，在正常路线上，滑块和接触导体接触，电流传入用电装置，从用电装置输出的电流通过钢轨、地流、回流线等流回供电装置。现有的这种方法虽能保证电动车辆连续取电流，但需要设置和轨道差不多一样长的接触导电线路，这种接触导电线路所需的投资占电气化投资很大的一部分，另外，沿轨道基本上总有带电体存在，有一定的危险性。

本发明通过一种方法，在有轨电动车辆能连续稳定地和接触导电线路间传输电流之前提条件下，达到如下之目的：第一，大幅度减少需要设置的接触导体长度，从而大幅度降低电气化投资，提高接触导电的稳定性，增加线路的安全性，降低电路阻抗，对于交流电的传输，还可降低接触导电线路对周围通信线路的干扰;第二，使每个接触导体的独立性较强，便于对其控制、维护、安装;第三，简化接触导电线路，提高车辆同时传输多路电流或多相电流的可行性;第四，方便和改善传输线路的架设。

本发明所述的方法，可以保证电动车辆在需要和接触导电线路间连续、稳定传输电流的路线或路段上，通过受电器和接触导体的接触，连续、稳定地传输电流。

本文主要是对电动车辆和接触导电线路间利用本发明的方法接触并传输一路或单相电流时所需采取的措施加以描述，但本发明同样适用于多路电流或多相电流的传输，对于这一点后面将作详细说明。

以下详细叙述本发明的内容。

首先，沿着轨道断续地设置接触导体，即沿轨道，每隔一段不设置接触导体的路段，才设置一个接触导体，这样，在整个线路上就有许多相隔一段距离的接触导体。如果沿轨道两个接触导体间无其它接触导体，则称这两个接触导体互为相邻接触导体。相邻接触导体之间是断开的，即相邻接触导体间总有一段长度大于零的路段，在该路段上垂直于轨道的任一平面都不和接触导体截交，在本案中称该路段为无电路段。接触导体沿轨道可以有各种长度，相邻接触导体沿轨道可以有各种间距。另外，接触导体都和输电线路间通过电连接线路相连接，以保证受电器需要和某个接触导体间传输电流时，能通过输电线路和供电装置形成导通电路。

一列有轨电动车辆，可以是由一节或一节以上车辆组成的，在本发明中，将一列车辆分成两个部分，分别称为正车段和附加车段。凡设置有本发明权利要求书中所提到的受电器、过渡装置或受电器和用电装置间电连接线路的各节车辆及分布在这些车辆之间的一般车辆（所谓一般车辆是指不设置上述受电器、过渡装置或连接线路的车辆）所构成的车辆段，称为正车段，剩余各节车辆所组成的车辆段称为附加车段。实际运行的电动车辆可以同时具有这两个部分，或只具有一定长度、能够保证受电器设置位置的正车段。对于附加车段，可以随时增加或减少若干节车辆，而不影响车辆和接触导体间的电流传输。在正车段上要安装两个或两个以上的受电器。沿轨道两个受电器间如无其它受电器，则称这两个受电器互为相邻受电器。在正车段上设置受电器时，首先在靠近正车段的首尾两端（车辆行进方向的一端称为首端，另一端称为尾端）的位置上各设置一个受电器，分别称为首端受电器和尾端受电器。如除了这两个受电器外还需设置若干个受电器，则将这些受电器设置在首端和尾端受电器之间的车辆上。沿轨道，各受电器的滑块可以有各种长度，相邻受电器之间可以有各种间距。在本案中，称受电器在正车段的这种设置方法为受电器在正车段的分散设置方法。

本案中，各种沿轨道的距离和长度的计算是按下述方法进行的。假设沿轨道有一条基准线，它始终和轨道平行，例如轨道本身的一条棱线。垂直于轨道的两平面间所截得的基准线长，为两平面间路段的长。滑块有用于和接触导体接触导电的接触面，接触导体也有用于和滑块接触导电的接触面，分别称为滑块的接触面和接触导体的接触面。垂直于轨道和一个接触导体的接触面边界线相切的所有平面中，两个所截路段最长的平面间的基准线长为该接触导体沿轨道的长度，简称为接触导体长度。有垂直于轨道的两个平面分别相切两个相邻接触导体的接触面边界线，并且这两个平面间没有接触导体的任何部分，则这两个平面间所截得的基准线长为这两个相邻接触导体沿轨道的间距，也称接触导体间距。垂直于轨道和一个受电器的滑块的接触面边界线相切的所有平面中，两个所截路段最长的平面间的基准线长为该受电器的滑块沿轨道的长度，简称为受电器长度。有两个垂直于轨道的平面，分别相切于两个相邻受电器的滑块的接触面边界线，并且这两个平面间没有滑块的任何部分，则称这两个平面间所截得的基准线长度为这两个相邻受电器的滑块沿轨道的间距，也称为受电器间距，当这两个平面重合或其中属于一个受电器的平面处于另一个受电器所在路段（计算受电器长度的两平面间的路段）时，称相邻受电器的间距为零。有两个垂直于轨道的平面，分别相切于首端受电器和尾端受电器的滑块的接触面边界线，并且除这两个平面间设置有滑块以外，在车辆的其它部位不设置滑块，则这两个平面间所截得的基准线长度为滑块的跨距，也称为受电器的跨距。

计算接触导体和受电器的长度、间距等值时，应注意如下问题：一个接触导体的所有接触面的边界线可能只是一条封闭线，也可能是两条或两条以上的封闭线。如果是一条封闭线，则其所围的接触面是该接触导体的连续接触面，如果是两条或两条以上的封闭线，则其所围的接触面为该接触导体的非连续接触面。对于一个接触导体，其接触面可以是连续或非连续的。只要某一个受电器的滑块离开某些接触导体所在的路段（垂直于轨道、和这些接触导体的接触面边界线相切的所有平面中，所截基准线最长的两平面间的路段）前，一个和该受电器相邻的处于运动方向后方的受电器的滑块的部分或全部能够进入这一路段，就可将这些接触导体视为一个接触导体，而不论这些接触导体是否安装于同一个控制接触导体位置的机械装置上（该机械装置能使安装于其上的所有接触导体的位置不变或有同样的、同步的变化）。对于一个受电器的滑块，其所有接触面边界线可以是一条封闭线，也可以是两条或两条以上的封闭线，即其接触面可以是连续或非连续的。只要某些滑块安装于同一个控制滑块位置的机械装置上，就可视这些滑块为一个受电器的滑块，这些滑块和附属装置组成一个受电器。该机械装置使安装在其上的滑块相对于所在车辆的位置不变或有同样的、同步的变化。对于上述这种确定一个受电器及其滑块的方法，有如下特殊规定：当一列车辆上的全部滑块都安装于同一个控制滑块位置的机械装置上时，不把这一机械装置上的滑块视为一个受电器的滑块，在本案中，对于这样的滑块按两种情况考虑，一种是当全部滑块的接触面边界线为两条或两条以上封闭线时，视每一条封闭线所围的接触面为一个受电器的滑块唯一的接触面，只包括该接触面的滑块或部分滑块和附属装置组成了一个受电器;另一种是当全部滑块的接触面边界线为一条封闭线时（这是后面将述及的一体式受电器的一种），作垂直于轨道、截交该接触面的一个或一个以上的平面，截交线和原来的接触面边界线组成了两个或两个以上所围面积较小的封闭线，它大的相邻滑块间距所得差值及受电器的跨距减去最大的相邻接触导体间距所得差值并不是只大于零就可保证电流的稳定传输，当车辆运行时，需要传输一定大小的电流，为保证该电流的传输，就要求各个受电器在各种情况下所传输的电流达到设计要求的各种电流值，当上述大于零的两个差值的大小使滑块和接触导体间的接触导电面面积足以保证各受电器能够传输设计要求的电流值，并且各受电器传输电流之总和达到电动车辆需要传输的总的电流值时，在本案中称上述两差值等于或大于必要差值，在这种情况下，车辆运行中受电器和接触导体间可以有连续、稳定的电流传输。

在上述两个差值等于或大于必要差值的情况下，从经济的角度考虑，对于一定的受电器设置，应尽量选用大的接触导体间距，小的接触导体长度，并尽量使各个接触导体间距相等或相差不多，使各个接触导体长度相等或相差不多，这样，在一定的路线上所需设置的接触导体总长比较短，从这个意义上说可以减少费用。对于一定的接触导体的设置，应使受电器的跨距尽量小，使受电器间距尽量大，并尽量使各个受电器间距相等或相差不大，使各个受电器长度相等或相差不大，这样，一列车辆所必需的受电器长度之总和较小，从这个意义上讲也可降低费用。

在本发明中，需在各受电器和车辆用电装置间设置电连接线路，以保证滑块和接触导体接触导电时，用电装置和滑块间可以传输电流。对此可以采用多种方法，例如，沿车辆设置一导线，该导线的一端连接于用电装置，分别用导线将各受电器的滑块和连接于用电装置的导线相连接。受电器和用电装置间的电连接线路的性能，应保证车辆在运行中始终有一个或一个以上处于和接触导体接触状态的受电器的滑块和车辆用电装置间有可靠的电连接线路，并且任一时刻有可靠电连接的滑块和接触导体间总的接触面积能够保证车辆所需传输电流的导通。另外，需对这一连接线路进行适当的绝缘，以防止其和某物体间有电流流通时可能产生的触电、电能无用损耗及破坏设备等现象的发生。把一个车辆上具有上述性能的所有连接线路总称为受电器和车辆用电装置间的稳定电连接线路。这样的线路可以通过多种方法得到，在本发明中只是需要设置有这样线路，并不因下面叙及的稳定电连接线路有限而限制本案权利要求中所要求设置的稳定电连接线路的范围。组成上述稳定电连接线路的一种方法是：用现有电动车辆上受电器和用电装置间的连接线路分别将正车段上各个受电器的滑块连接于用电装置上。

在电动车辆运行过程中，受电器和接触导体间的位置关系重复一个由三步组成的周期过程。第一步，受电器的滑块从无电路段过渡到和接触导体稳定接触并传输电流的状态;第二步，在上述状态下，受电器的滑块沿接触导体运动;第三步，受电器的滑块从接触导电状态过渡到无电路段。在这个三步过程中，第二步和现有车辆受电器的接触导电过程一样，而第一步和第三步则是本发明所特有的。受电器和接触导电线路间不能产生破坏性或影响电流连续稳定传输的机械冲击及电弧，这一要求不仅要在第二步中要满足，在第一步和第三步中也要满足，当满足这一要求时，本案中称机械冲击及电弧的大小在允许范围内。凡设置于车辆上或车辆行进路线周围，在满足这一要求的情况下，用于完成第一或第三步的装置，本案中称为过渡装置，其中可以防止和控制电弧的装置称为防弧器，可以防止和控制机械冲击的装置称为防冲装置。过渡装置可以有多种不同的形式，本发明只是需要们在截交线上相切，视每一个较小的封闭线所围的接触面为一个受电器的滑块唯一的接触面，上述的截平面同样把滑块分成两个或两个以上的部分，其中每一部分和附属装置组成一个受电器，这些受电器的间距都为零。本案称这两种情况下多个受电器的设置方法为独立设置方法，其中最靠近车辆运行前方的受电器为首端受电器，最靠近车辆运行后方的受电器为尾端受电器。采用上述的特殊规定是为了便于在后面对受电器和接触导体间的关系进行说明。另外，本案中所述的受电器、滑块、接触导体和导电线路都是指处于工作状态，在车辆运行中可以传输电流的受电器、滑块、接触导体和线路。

在本发明中，相邻接触导体的间距不能为零，而相邻受电器间距可以为零。当车上全部相邻受电器间距都为零时，称这些受电器组成了一个一体式受电器，一体式受电器的滑块的接触面可以是一条封闭线，也可以是两条或两条以上封闭线，可视一体式受电器为两个或两个以上间距为零的受电器。当车辆上受电器间距不为零或不全为零时，称车辆上设置的是分立式受电器。

本发明中，在需要车辆连续传输电流的路线或路段上断续设置的接触导体和电动车辆上设置的两个或两个以上受电器间有如下关系：最短的接触导体长度大于最大的相邻受电器间距，最大的相邻接触导体间距小于车辆受电器的跨距，这样就能保证车辆在路线的各个位置上，总有一个或一个以上受电器的滑块的全部或部分接触面处在设置有接触导体的路段上，即处于计算接触导体长度的两平面间。这是本发明的主要技术特征。在这一特征下，如果同时设置有权利要求1中所述的过渡装置及稳定电连接线路，则车辆总有一个或一个以上受电器的滑块和接触导体相接触并传输电流。最短的接触导体长度减去最设置能满足上述要求的过渡装置，并不因以下所叙及的过渡装置有限而限制本案权利要求中所要求设置的过渡装置的范围。

现就过渡过程及过渡装置作进一步说明。一种防止和减小冲击的方法是使受电器的某一部分（主要是滑块）或接触导电线路的某一部分（主要是接触导体）和某一物体接触，并且在车辆运行中，滑块或接触导体可沿着这一物体的接触面相对该物体运动，通过这一运动，在第一步中滑块和接触导体逐渐过渡到接触的位置，在第三步中滑块和接触导体从接触位置逐渐过渡到断开的位置，并且滑块或接触导体在逐渐过渡过程中的加速度所引起的冲击力的大小在允许的范围内，本案把该物体及其附属装置称为过渡防冲装置，该物体为过渡防冲装置的接触部分。另一种防止和减小冲击的方法是通过控制设置有滑块或接触导体的机械装置的运动来控制滑块和接触导体间垂直于轨道方向的相对运动及相对位置，使它们之间在第一步中由断开的位置逐渐过渡到接触位置，第三步中由接触位置逐渐过渡到断开的位置，并且在正常的车速下，滑块或接触导体的加速度所引起的冲击力的大小在允许的范围内。本案把用于控制和完成上述过程的装置称为渐近式防冲装置。从前述的受电器和接触导体的关系及滑块和用电装置间的稳定电连接线路可知，用电装置和稳定电连接线路的连接端，始终有一个和接触导体的电压相差不大的电压（可靠的电连接线路有很小的压降）。第一步中，滑块在和接触导体接触前，如滑块和用电装置间有电连接，则因滑块和接触导体的电压小，不会产生电压击穿形成电弧，如滑块和用电装置间无电连接，是完全断开的，则因滑块的漏电和其它原因可能使其和接触导体间有较高的电压，但因这时不需要传输电流，所以不会形成大电流的超出允许范围的电弧，另外，滑块和接触导体正处在相互接近的过程中，有压弧和灭弧的作用，所以除非有特殊需要，对这种情况可以不设置防弧器。受电器和接触导体接触后可以马上有能力传输设计要求的电流值，也可以先有一段不传输电流的时间，然后才有传输设计要求电流值能力，或其传输电流的能力逐渐增大到设计要求。

在第三步过渡过程中，在不采取任何特殊措施的情况下，如各滑块和用电装置间始终有可靠电连接，则滑块刚脱离接触导体后和接触导体间的电压不大，不会产生象现有电动车辆上的受电器在未和用电装置断开电连接的情况下离线时所产生的那样大的电弧。但当电流减小引起的感应电压与线路压降引起的电压之和足够大，又有适当的电流时，就会产生一定大小的电弧，在该电弧的大小超出允许的范围时，为了防止和控制电弧，就要尽量减小接触导电线路和可靠的电连接线路的电感，就要设置防弧器，减小电流及电流的突变。一种防弧器是这样的，在滑块和用电装置间的电连接线路上或在接触导体和输电线路的电连接线路上设置一装置，它可以在一个受电器的滑块和接触导体的接触断开前，使该受电器和用电装置间的电阻或输电线路和该接触导体间的电阻逐渐增大，电流相应地逐渐减小，或直接切断输电线路和用电装置间通过该受电器的导电通路，总之，要使电流减小到一定的值，在这一电流值下，及在该滑块和接触导体间断开接触时的电压作用下，不会产生超出允许范围的电弧。本发明中把上述这种装置称为限流断电式防弧器。例如安装于滑块和用电装置间电连接线路上的断路器，采用这种装置的过渡方法和现有车辆所采用的断开滑块和接触导体接触的方法相似（例如电气机车的断电降弓）。另一方法是在滑块或接触导体的端部附近，设置一个和滑块或接触导体有相当位置的装置。在本案中，当接触导体和滑块及某装置接触有基本不变的位置时，称该装置和滑块有相当位置，当滑块和接触导体及某装置接触有基本不变的相对车辆的位置时，称该装置和接触导体有相当位置。这种相当位置关系使滑块在从和接触导体接触的位置直接过渡到和该装置接触的位置之运动中，或接触导体在从和滑块接触的位置直接过渡到和该装置接触的位置之运动中，没有超出允许范围的机械冲击。在这两种运动中及在滑块或接触导体和该装置的接触并相对运动中，由于该装置和滑块及接触导体间有电连接，并且其本身又有一定的导电能力，使滑块和接触导体间能够通过该装置继续传输电流，没有大的电流突变。随着车辆的运动，调整该装置和滑块的或接触导体间的电连接，或者调整该装置本身的导电能力，也可同时调整这三方面或其中两方面的导电能力，使滑块和接触导体间的电阻逐渐加大，电流逐渐降低到足够小，在滑块和接触导体间的导电通路完全断开时，即滑块或接触导体和该装置断开接触时，不会因过大的电流和电压产生超出允许范围的电弧。本案中称上述这种装置为变阻式防弧器，后面将会对它作进一步说明。

在某些情况下，特别是车辆速度较低的情况下，机械冲击较小，在受电器及接触导电线路本身的弹性作用下，即可符合要求地完成第一步及第三步中的机械过渡而不需要附加特别的防冲装置，这时可将受电器及接触导电线路中具有弹性的部分视为防冲装置。在某些情况下，特别是低电压、小电流的情况下，不会产生破坏性或影响电流稳定传输的电弧，可以不设防弧器。

总之，在电动车辆需要和接触导电线路间连续稳定传输电流的路线或路段上，如有上述的接触导体和受电器关系，有受电器和用电装置间的稳定电连接线路，有适当的过渡装置，则车辆在运行中，总有一个或一个以上处于和用电装置可靠电连接的受电器的滑块和接触导体接触，并能连续稳定地传输车辆所需传输的电流。

由上面述及的技术特征可见，本发明实质上是提供了一种车辆和断续设置的接触导体间保持连续稳定的接触导电面的方法。接触导电面可以通过各种方向和性质的电流，所以本发明的方法适合传输各种方向和性质的电流，例如：交、直流电、传输信号的电流、对车辆的供电电流及回流。用本发明的方法既可传输一路或单相电流，也可同时传输多路（两路或两路以上）或多相（两相或两相以上）电流，只需按照上述的方法对每一路或每一相电流分别设置各自的一组受电器（其滑块全部连接于用电装置的相同电位端）、受电器和用电装置间的一路稳定电连接线路及相应的一路接触导电线路（其接触导体连接于供电装置的相同电位端），这里说的一组受电器和一路接触导电线路是指它们的接触导电部分（滑块和接触导体）是独立的，和其它各组受电器的滑块及各路接触导电线路的接触导体连接于不同的电位端，而其它部分可以是几组受电器或几路接触导电线路所共用的（例如设置滑块或接触导体用的机械装置）。另外，对多路或多相电流的传输同样要设置过渡装置。在具体的情况下，有些过渡装置可以是几路接触导电线路或几组受电器所共有的（例如对几组受电器的滑块所在的机械装置的位置进行控制的渐近式防冲装置），而有些过渡装置就要在各路接触导电线路或各组受电器上分别设置（例如下面提到的包括一段高电阻率型材的变阻式防弧器）。在后面的叙述中，主要是围绕电气列车及地铁车辆的取流电流的传输对照附图进行举例说明的，这主要是为了进一步说明本发明，使本发明更便于理解，不因此而限制本发明的适用范围。

用于第三步过程中的变阻式防弧器可以是多种形式的，下面描述一种变阻式防弧器，其主要部分是一段由高电阻率材料（如铜镍合金）制成的型材。以下参考图1对这种防弧器的一种应用方法加以说明。

图1为电力机车受电弓的滑板1和接触线2间接触的断开过程示意图。车辆3由右向左运行，滑板1始终和用电装置有可靠电连接，通过绝缘材料制成的悬挂装置4、张紧线5和线夹6设有一段高电阻率的型材7。该型材横截面形状和接触线的横截面形状相同，它在接触线端部附近的部分和接触线有相当的位置并和接触线之间通过一对导电良好的夹块8相连接，导电夹块8能够保证滑板在刚进入高电阻率型材7时通过接触点A到接触线的电阻不大，以保证在滑板1过渡到接触点A时电流不会突然减小，不至产生超出允许范围的电弧。滑板1沿高电阻率型材7向左滑动，因为它和接触线2间通过高电阻率型材7的导通线路逐渐增长，所以在正常的车速下，该滑板1和接触线2间通过型材7的电阻以一定的速度增大。这一电阻增大速度要足够小，以保证不会因电流减小的太快引起大的感应电压而产生超出允许范围的电弧，并且，高电阻率型材7所具有的长度使滑板1运动到B点前，滑板1和接触线2间的电压除以通过型材7的电阻所得的电流值足够小，使滑板1和型材7断开接触时不会产生超出允许范围的电弧。本案中所谓高电阻率材料，是指比接触导体、滑块及滑块和用电装置间的可靠电连接线路的电阻率高的材料，只有这样，该型材才能有效地减小通过它的电流并将电流分配到其它导电线路上，否则该型材只是一个一般的接触导体或横截面较小的接触导体（由于磨损、腐蚀的作用和强度的要求，只利用减小横截面来增加电阻是很有限的），不易提高滑块和接触导体间电阻的增大速度。由上例可以看出，这种用高电阻率型材作为调整电阻部件的变阻式防弧器的特征是：由于型材靠近滑块或接触导体的一端和滑块或接触导体有可靠电连接（例如图1中的导电夹块8），滑块和接触导体间刚断开接触时它们之间传输的电流基本不变，在正常车速下，型材的高电阻率及其横截面面积的作用使受电器和接触导体间的电阻以足够的速度增大，型材的长度使电阻增大到足够大，电流降低到足够小，在没有超出允许范围的电弧的情况下，切断滑块和接触导体间的电流。

有一种特殊的过渡防冲装置，它是设置在相邻接触导体或相邻受电器间隔上的一条线路。该线路在接触导体端部附近和接触导体有相当的位置，或在滑块的端部附近和滑块有相当的位置。这种相当的位置关系使滑块和接触导体断开接触后（假设在断开时无超出允许值范围的电弧），在机械冲击的大小不超过允许范围的情况下，滑块或接触导体稳定地过渡到和该线路接触的状态，然后同样稳定地从该线路的一端过渡到另一端，再同样稳定地过渡到滑块和另一个接触导体相接触的状态。该线路要保证在第一步及第三步中有稳定的机械过渡，并且滑块或接触导体在沿该线路的相对运动中要始终和该线路接触，但不要求该线路传输电流。所以，只要该线路在滑块或接触导体端部附近有上述的相当位置，且该线路的位置使滑块或接触导体在正常车速下和该线路间的冲击力在允许范围内，就能使该线路符合上述性能要求。该线路可以选用和接触导体及滑块相比更简单的设置及固定方法，更主要的是该线路可选用的材料范围很大，不论是导体、半导体还是绝缘体，只要其具有一定的机械强度即可。该线路的主要作用是保证接触导体和滑块间过渡时无过大的冲击，其是否导电并不影响这一作用，所以本发明中，该线路可以是导电的，也可以是不导电的。虽然有时该线路可以和受电器接触导电，但只要其根本功用不是接触导电，就不将其称为接触导体。当该线路和与其接触的受电器间的电流传输是车辆运行的必要条件时（切断它们之间的电流后，车辆的其它受电器不能传输车辆所需传输的电流），就相当于沿轨道设置有连续的接触导电线路，这和现有的接触传输电流的方法基本相同，所以，该线路有这样的导电性能时不在本发明的范围之内。本案中把该线路称为连续过渡防冲装置，后面将在例子中对其进一步说明。

下面叙述受电器和用电装置间一种特殊的电连接线路。首先将受电器的滑块通过导电线路和一种本案中所谓的车间受电器的滑块相连接，用电装置也通过导电线路和另外的车间受电器的滑块相连接。这些车间受电器都和一条沿轨道设置的所谓车间接触导体相接触，并且在车间受电器之间的车间接触导体是可以导通电流的一段导体。这样，可以通过车间接触导体、车间受电器及其和受电器、用电装置间的电连接线路，使受电器和用电装置间有可靠的电连接。这种可靠电连接线路也要符合前文所述的对受电器和用电装置间电连接线路绝缘性能的要求。本案中所说的车间受电器和车间接触导体，是指用于各节车辆之间传输电流的受电器及接触导体，其特殊性只是在于这种特殊用途，其结构并不一定特殊。图2是这种电连接线路在电气化铁道及车辆上的一种应用示意图。受电弓的滑板1从接触线2取得电流后，经导线3，车间受电器的滑块4，一条符合绝缘要求、导电性良好的钢轨5（车间接触导体），车间受电器的滑块6，导线7，传入用电装置8。车辆上的受电器可以全部用这种方法和用电装置间稳定电连接，也可通过这一方法与其它方法的混合使用和用电装置间稳定电连接。这种方法也可在受电器和用电装置间同时传输多路或多相电流，只需对各路或各相电流分别设置各自的车间接触导体、车间受电器及其和用电装置、受电器间的导电线路。

为使本发明便于理解，以下描述几种接触导体和受电器具体的长度关系，并参照附图举例说明本发明。

第一种接触导体和滑块的长度关系是：车上受电器为分立式受电器，各受电器的滑块的长度都比接触导体的长度短，并且各受电器的机械装置可以动作，使其上的滑块压向接触导体，产生接触压力。因为滑块长度较短，所以很容易在受电器的作用下沿较长的接触导体运动，并随着车辆的运动调整滑块的位置，以使滑块和接触导体间保持接触状态。正因为受电器有这种功能，所以滑块能够很容易地和设置在相邻接触导体间的连续过渡防冲装置相接触并沿其运动，特别是当该防冲装置接触部分的弹性（和受电器接触时接触点的位移）和接触导体的弹性相等（两者的差值在设计、制造、安装及环境等可能造成的误差范围内）时，滑块与该防冲装置及接触导体接触时的位置基本相同，更利于滑块稳定地和接触导体及该装置接触并相对运动，使过渡过程更稳定，对这种情况下设置的连续过渡防冲装置将在实施例中进一步说明。

图3是电气化铁道上有上述长度关系的受电器和接触导体间传输单相交流电的示意图（图中省略了接触线的张紧机构）。从图上可以看出，沿轨道每隔一段无电路段设置有接触线，例如接触线1和2。车辆由正车段3和附加车段4组成，正车段上设置有首端受电弓5，尾端受电弓6和它们之间的另一个受电弓7。下面运用前面所述的受电器及接触导体长度、间距的计算方法，对本例中的受电弓和接触线进行计算。图4是接触线1和2A方向的视图（垂直于轨道方向的尺寸比例较大），其中，8和9分别是接触线1和2与滑板相接触的接触面的边界线，它们有垂直于轨道的切面10、11、12。以双点划线13（一条轨道的棱线）为基准线，对于接触线1，平面10和11间的路段最长，所以它们之间的基准线长a为接触线1的长。接触线1和2相邻，分别属于这两者的切面是11和12，这两个切面间无其它接触线，所以它们之间的基准线长b为这两段相邻接触线的间距。图5是车辆上的滑板B方向的视图（轨道方向的尺寸比例较大）。滑板上和接触线相接触的接触面的边界线分别为13、14、15、16、17、18，垂直于轨道相切于上述边界线的平面分别是19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30，受电弓5上的全部滑板的接触面边界线是13和14，所以，凡是涉及受电弓5的计算可以同时考虑边界线13和14（其它受电弓也一样），对于这两条边界线，平面19和22间的路段最长，所以，这两个平面间的基准线长c为受电弓5的滑板的长度。同理，平面23和26间的基准线长d及27和30之间的e分别为受电弓7和受电弓6的滑板的长度。因只在平面19和30之间设置滑板，所以它们之间的基准线长f为车上受电弓的跨距。平面22和23间及26和27间没有设置滑板，所以它们之间的基准线长g和h分别是相邻受电弓5和7及相邻受电弓7和6之间的间距。在本例中，c、d分别和g、h相等，且当在弯道上运行时，上述的受电器及接触导体的各种长度值及间距都是相应曲线的长。现在再回到图3上，在正车段的各节车辆上都设置有导线31，它们通过接头32形成一条连接于用电装置33的导电线路。三个受电弓的滑板分别通过断路器34、导线35和导线31相连接，另外有控制电缆36将各受电弓的升降装置37及断路器和车辆控制系统38连接起来。可通过电信号使断路器开或关，也可通过电信号控制受电弓处于停止位置D，预备位置E（略低于接触线）或工作位置F，在车辆运动或准备运动时，受电弓处在工作或预备位置。本例中的第一步过渡过程是：当某一受电弓接近接触线时，车辆控制系统得到一个线路信号并将该信号通过控制电缆传给相应的受电弓，使该受电弓以一定的速度从预备位置升到和接触线接触的工作位置，并且无超出允许范围的冲击力，这是一种渐近式防冲装置，受电弓升降装置、控制系统、导线及线路信号装置等都是这一渐近式防冲装置的一部分。控制系统在测知接触已稳定后，再发一信号使相应的断路器闭合并传输电流。第三步过程是：控制系统测知有两个受电弓处在稳定取流状态时，它就对先进入取流状态的受电弓及其相应的断路器发出信号，接到信号后，断路器先切断电流，然后受电弓由工作位置F回到预备位置E，这是一种限流断电式防弧器。如果第一步中，一个受电弓在其断路器闭合前经过的一部分接触线长最大为3倍的受电弓的滑板的长度，从该受电弓的断路器闭合，到前方相邻受电弓在第三步中开始降弓这段时间内，受电弓经过的一部分接触线长最大为2倍的受电弓的滑板的长度，那么，本例中取前文所述的最短的接触导体长度减去最大的相邻滑块间距及受电器的跨距减去最大的相邻接触导体间距所得的两个差值都大于7倍受电弓的滑板的长度，就能保证始终有一个以上的受电弓的滑板全部和接触线接触导电，保证一个受电弓就有足够的接触面面积，则导线31、35，接头32，断路器34组成了受电弓和用电装置间的稳定电连接线路。假设车辆处于图3所示的位置，在由右向左的运行中将重复下述周期过程：1）受电弓5和接触线1接触导电;2）受电弓7进入第一步过程，受电弓5和7同时和接触线1接触导电;3）受电弓5进入第三步过程，只剩下受电弓7接触导电;4）对于后面的受电弓将重复上述过程到只有受电弓6和接触线1接触导电的状态;5）受电弓5和接触线2之间进入第一步过程，使得同时有受电弓5和接触线2接触导电及受电弓6和接触线1接触导电;6）受电弓6进入第三步，只留下受电弓5和接触线2接触导电（回到周期的开始状态）。可见，始终有一个以上的受电弓接触导电，使车辆能够连续稳定地取流。

第二种接触导体和受电器的长度关系是：车上受电器为分立式受电器，同一个控制接触导体位置的机械装置上的接触导体沿轨道的长度（垂直于轨道和这些接触导体的接触面边界线相切的所有平面中，所截路段最长的两平面间基准线的长）比受电器的长度小，且该机械装置能动作，并使其上的接触导体压向受电器的滑块，产生接触压力。由于机械装置的这一作用，其上较短的接触导体很容易和较长的物体（如受电器的滑块）接触并相对运动，所以，可以在相邻受电器间设置连续过渡防冲装置，使接触导体很容易地在相邻受电器间过渡。图6是有上述长度关系时地铁车辆的取流示意图，在该图中只有正车段，在各节车辆上都设置了滑块1。滑块都固定在车辆的底盘上并和车辆间良好绝缘，在滑块的相邻端之间用导线2和接头3相连接，用电装置4通过一导线5及断路器6（正常运行时处于闭合状态）和较近的滑块相连接。在每个滑块的两端，分别设置有一种装置7，这种装置是由高电阻率型材制成的变阻式防弧器，图7是这种防弧器放大的视图。防弧器通过固定装置8固定在车辆底盘上，防弧器的斜边9，圆弧10和直边11（和滑块有相当的位置）又构成了一个过渡防冲装置，接触导体可以沿着它和滑块间过渡，而不产生超出允许范围的冲击力。在第一步中，可利用这一装置的防冲击性能进行过渡，在第三步中利用其防弧性能和防冲击性能进行过渡。另外，沿轨道每隔一段无电路段设置有一个接触导体，它由两个可独立动作的机械装置上的接触导体组成（例如接触导体12和13，14和15，它们都受弹簧16的作用）。这两部分接触导体所在的路段能保证某一个受电器的滑块离开该路段时，运动后方的一个相邻受电器的滑块的部分或全部能进入该路段，所以应把这两部分之总和看成一个接触导体，用前文所述方法计算长度和间距时，该接触导体的长度是b而不是a。本例中a所对应的接触面能够传输车辆所需电流，选取前文所述的两个差值大于2倍的a，就能保证车辆连续稳定地传输电流。设车辆处在图6所示的位置，在由右向左的运行中将重复下述周期过程：1）首端受电器的滑块同时和接触导体12和13接触;2）接触导体13进入第三步，剩下接触导体12接触导电;3）接触导体13进入和第二个受电器间的第一步过渡过程，有接触导体12和13同时和两个相邻受电器的滑块接触;4）对接触导体12重复上述过程使其也过渡到和第二个受电器的滑块接触导电位置;5）对其它的受电器重复上述过程到只有接触导体12和尾端受电器接触导电的状态;6）车辆运行前方的接触导体的一部分14进入向首端受电器过渡的第一步过程，使它们之间接触导电，同时接触导体12和尾端受电器接触导电;7）接触导体12进入第三步，只剩下接触导体14和首端受电器接触导电，然后前方接触导体的另一部分15进入和首端受电器间过渡的第一步过程，回到了周期过程的起始状态。可见，受电器和接触导体间始终有稳定的电流传输。

第三种长度关系是：受电器为一体式受电器，同一个控制接触导体位置的机械装置上的接触导体沿轨道的长度比车上受电器的跨距小，且该机械装置可以动作，并使其上的接触导体压向一体式受电器，产生接触压力。图8是这种长度关系下地铁车辆的取流过程示意图。车辆由正车段1和附加车段2组成，在正车段各节车辆的底盘上，都设置了具有良好接触导电能力并适当绝缘的滑块3，滑块之间用一个也具有良好接触导电能力并适当绝缘的过渡滑块4连接起来，该过渡滑块和两边的滑块有相当的位置，并且在车辆相对转动时它仍能稳定地连接于两边的滑块之间。过渡滑块可以有多种结构，图9是其在本例中A向放大的视图。由于其有转动结构5、6，滑动结构7，导线8、9，所以它能保证车上的滑块始终为一体式受电器的形式，并且组成一个导电通路。在一体式受电器的两端设置有和图7相同结构的由高电阻率型材制成的装置10，它使接触导体在一体式受电器首尾两端的过渡过程中无超出允许范围的电弧和机械冲击。另外，通过断路器11（车辆正常运行中是闭合的）和导线12使一体式受电器和用电装置15间有稳定的电连接。沿轨道，每隔一个无电路段设置一个受弹簧16作用的长为m的接触导体（例如接触导体13和14），并且m能够保证有足够的接触面积，在本例中，受电器的跨距减去最大的接触导体间距所得差值大于2倍m。车辆运行过程中重复如下的周期过程：1）一体式受电器和一个接触导体相接触;2）车辆继续运行，前方相邻的接触导体进入第一步过渡过程，此后有两个相邻的接触导体和一体式受电器相接触;3）先进入接触状态的接触导体开始第三步过渡过程，然后回到周期过程的起始状态。可见在车辆运行中总有一个或一个以上接触导体和一体式受电器接触，以保证车辆连续稳定地取流。

由以上的说明可以看出，在采用本发明所述的受电器和接触导体的长度、位置关系的情况下，再配以稳定电连接线路和适当的过渡装置，就可以在车辆连续稳定传输电流的前提下大幅度减少沿轨道设置的接触导体的总长。例如，在上述受电器和接触导体的第一种长度关系下，当有两个受电器时，所节省的接触导体的长度将近线路总长的二分之一，设置三个受电器时，可节省约为线路总长三分之二的接触导体。在受电器和接触导体间为后两种长度关系时，所需接触导体的长度占整个线路长度的很小一部分，这种情况下对接触导体的投资主要取决于其个数而不是其长度。不论在哪种长度关系下，和现有接触导电线路布置的情况相比，所需接触导体的总长有大幅度的减少，从而减少了所需材料、施工费用，减少了线路电气化的一次性投资。因为每一个接触导体的长度有限，容易在制造和设置中保证其为无接缝的一整块导体，所以在接触导电过程中能够减小冲击力和电弧，使电流传输更稳定。沿轨道有大量无电路段，而且，在满足权利要求1中有关滑块和接触导体位置、长度关系的条件下，可以调整无电路段的位置，使其处于易发生危险的路段，例如经常有人通过的道口等位置，这样本发明就可大幅度提高线路的安全性，如果再对断续设置的各接触导体配置上通断电控制装置，就会使整个线路都有很高的安全性。上述无电路段位置的调整，实际上就是说接触导体的设置位置可以在一定的条件下进行调整，这样就可以尽量把接触导体安排在施工方便的路段，从而降低施工、维护的难度及费用。两个相邻的接触导体间的传输线路并不一定要沿轨道设置，这样就可以方便地在接触导体之间按照施工的具体情况安排传输线的位置，例如，可以使传输线设置在弯道的弦线位置，从而减小输电线路的长度，降低费用。本发明中断续设置的接触导体之间相当于机械分段和电分段，所以每个接触导体的独立性较强，它们之间不易相互影响，容易对它们分别进行施工、维护和控制。例如，在旧线路的改造中，可以利用车辆运行的间隔时间逐个设置接触导体，而不影响线路的运营。另外，因为接触导电线路的简化，使得沿轨道同时设置两路或两路以上接触导电线路（使车辆可以同时传输多路或多相电流）的可行性增加了。在各接触导体间的无电路段上，电流只通过输电线路传输，可以方便地减小线路的电阻，又因为回流导线可以方便地和输电线设置在相距较近的位置，所以回流导线和输电线能更好的相互感应，减小对周围物体的电磁感应，特别是对于交流电传输，可以减小对通信线路的干扰。在采用这一设置方法时，对于较短的车辆，无法保证受电器的位置，不能连续稳定地传输电流。可同时在运输系统中配置适当数量的其它动力系统，用于驱动较短的车辆。另外，每一列车辆需要的受电器较现有的方法多，需设置过渡装置及更多的滑块和用电装置间的电连接线路，从而增加了车辆的维护工作及费用。在车辆编组时，受电器所在车辆的布置及电缆接头的分与合都会增加一定的工作量。此外，由于接触导体间只通过输电线路传输电流，所以输电线路导线的横截面面积要大一些。将本发明的优缺点相比较，特别是在长度大的车辆在长距离的路线上运行的情况下，上述缺点所提及的费用和工作量的增加与优点中所提及的费用和工时的节省相比只是一小部分，总效果是投资的大幅度下降和线路性能的改善。

最后说明一个实施例。图10为本发明在电气化铁道上的一种应用的示意图，车辆由右向左运行，车辆和接触导电线路间传输的电流主要是车辆驱动系统的取流电流。电力机车1上带有首端受电弓2，两节专门设置受电弓的车辆3和4上分别设置了车辆中部的受电弓5和尾端受电弓6。电力机车和尾端受电弓6所在车辆4及它们之间的各节车辆组成了列车的正车段，车辆4右边的若干节车辆组成了附加车段。在正车段的各节车辆上设置有和车辆有良好绝缘的动力电缆7，其中电力机车上动力电缆的一端连接于网侧绕组接地电流互感器和过压放电器所组成的用电装置8的输入部分，和车辆有良好绝缘的接头9将各节车辆上的动力电缆相互连接起来，各受电弓的滑板通过各自的断路器10、网侧电流互感器11和导线12（与车辆间有良好的绝缘）连接于各自所在车辆的动力电缆（分别是车辆3、4和电力机车上的动力电缆）上。另外，在电力机车上的控制装置13和各个受电弓的控制部分14及断路器之间用控制电缆15及接头16相连接，用于控制受电弓处于升起或降下的位置及断路器处于闭合或断开的位置。沿轨道断续地设置有接触线17，在每段接触线的两端用图1所示的方法设置变阻式防弧器18，它由铜镍合金制成，和接触线有相同的横截面，其长度按电流需要减小到的值确定。在各段接触线之间，设置了一条和接触线等高的、由高强度抗老化的绝缘塑料制成的线材19，它和接触线间为机械分段的关系，是一种连续过渡防冲装置。对这一塑料制成的线材同样设置有张紧装置（图中省略了张紧装置），因对其无导电要求，所以采用简单悬挂，并加大其各支柱的间距。本例中，各受电弓的滑板的长度都为a，最大的受电弓间距为b，受电弓的跨距为c，最短的接触线长度为d，接触线的最大间距为e，本例中一个受电器和接触线间完全接触时就能保证车辆所需电流传输的接触面积，所以选取：d减b大于或等于2倍的a，c减e大于或等于2倍的a。在车辆需要连续稳定取流的路段上，三个受电弓全部处于升起工作位置，同时，三个断路器全部闭合，这样，车辆在运行中受电器和接触线间总有足够的接触面积保证电流的传输，并且电流能够稳定地通过动力电缆传入车辆的用电装置。本例中在一段接触线的两端都设置变阻式防弧器是为了保证车辆在向左、右两个方向上都能稳定运行。在分相段，采用三个断路器全部断开再通过的方法，使车辆能在整个路线上运行。

Claims (17)

1、本发明提供了一种接触导电线路沿轨道的断续设置方法及多个受电器在沿轨道运行的电动车辆上的设置方法，其中接触导电线路的接触导体通过电连接线路可以和连接于供电装置的输电线路之间传输电流。本发明的技术特征是：在电动车辆需要通过受电器和接触导电线路间连续、稳定传输电流的路线或路段上，对于一路或单相电流的传输，或者对于同时传输的多路或多相电流中的一路或一相电流的传输，首先要沿轨道每隔一段不设置接触导体的无电路段设置一个接触导体，构成一路接触导电线路，在这一路接触导电线路上，接触导体间距大于零。其次，在电动车辆的正车段上用分散设置方法或独立设置方法设置两个或两个以上的受电器，这些受电器组成了一组受电器，这组受电器的滑块和电动车辆用电装置的同电位端之间用一路稳定电连接线路相连接，在一组受电器中，受电器间距大于或等于零。相互接触的一组受电器和一路接触导电线路间有如下关系：最短的接触导体长度大于最大的受电器间距，最大的接触导体间距小于车辆上受电器的跨距，并且最短的接触导体长度减去最大的受电器间距所得的差值，受电器的跨距减去最大的接触导体间距所得差值，都大于或等于具体应用情况下的必要差值。另外，不论是一路或单相电流的传输，还是同时传输多路或多相电流，都要在车辆上或车辆行进路线周围设置过渡装置。

2、按权利要求1所述的方法，其特征是：所设置的过渡装置中包括有防冲装置。

3、按权利要求2所述的方法，其特征是：所设置的过渡装置中还包括有防弧器。

4、按权利要求2或3所述的方法，其特征是：所设置的防冲装置为过渡防冲装置。

5、按权利要求4所述的方法，其特征是：所设置的过渡防冲装置为设置在相邻受电器或相邻接触导体之间的连续过渡防冲装置。

6、按权利要求2或3所述的方法，其特征是：所设置的防冲装置为渐近式防冲装置。

7、按权利要求2或3所述的方法，其特征是：所设置的防冲装置是受电器及接触导电线路本身具有弹性的部分。

8、按权利要求3所述的方法，其特征是：所设置的防弧器为限流断电式防弧器，它设置在受电器和车辆用电装置间的稳定电连接线路上，或设置在输电线路和接触导体间的电连接线路上。

9、按权利要求3所述的方法，其特征是：所设置的防弧器为设置在滑块或接触导体端部附近的变阻式防弧器。

10、按权利要求9所述的方法，其特征是：所设置的变阻式防弧器用高电阻率型材作为其调整电阻的部件。

11、按权利要求1所述的方法，其特征是：车上的某一组受电器为分立式受电器，对于这一组受电器和与其相接触的一路接触导电线路而言，受电器的滑块沿轨道的长度比接触导体沿轨道的长度短，并且，各受电器的机械装置可以动作并使其上的滑块压向接触导体产生接触压力。

12、按权利要求11所述的方法，其特征是：在权利要求11所述的一路接触导电线路的无电路段上设置有连续过渡防冲装置，特别是当该防冲装置接触部分的弹性和接触导体的弹性相等时。

13、按权利要求1所述的方法，其特征是：车辆上的某一组受电器为分立式受电器，和这一组受电器相接触的一路接触导电线路中，同一个控制接触导体位置的机械装置上的接触导体沿轨道的长度比与其接触的受电器的滑块沿轨道的长度短，并且，上述机械装置可以动作并使其上的接触导体压向受电器的滑块产生接触压力。

14、按权利要求13所述的方法，其特征是：在权利要求13所述的一组受电器中，相邻受电器之间设置有连续过渡防冲装置。

15、按权利要求1所述的方法，其特征是：车辆上的某一组受电器为一体式受电器，和这一组受电器相接触的一路接触导电线路中，同一个控制接触导体位置的机械装置上的接触导体沿轨道的长度比这一组受电器的跨距短，并且，该机械装置可以动作并使其上的接触导体压向受电器的滑块产生接触压力。

16、按权利要求1所述的方法，其特征是：受电器和车辆用电装置间的某一路稳定电连接线路的所有元器件和导线都安装在车辆上。

17、按权利要求1所述的方法，其特征是：有一个或一个以上的受电器和车辆用电装置间可靠的电连接线路由以下几部分组成：车间接触导体、车间受电器、车间受电器和受电器及用电装置间的电连接线路。

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