3.3.1 第三軌設施

接觸軌是電氣化鐵道電力牽引供電的最老形式。主要用于將電能傳送到地鐵和城市鐵路系統(tǒng)的電力牽引車輛上。在1982年調查的102條最高1000V標稱電壓的公共交通系統(tǒng)的直流鐵路中，80%使用接觸軌進行電力傳輸。　標稱工作電壓在1500V以上的系統(tǒng)采用架空接觸網，占87.5%。據了解標稱電壓1500V以上的接觸軌目前還只有實驗系統(tǒng)。接觸軌是安裝在車輛限界外側軌道旁的絕緣裝置上的剛性導線，它在正常運行中可進行電力傳輸，并防止人員有意或無意接觸。

對接觸軌來說，受流器可從鋼軌的頂部、側面或底面取流。法國、英國和美國一直采用易于安裝的上接觸式設計，而德國、俄羅斯、奧地利和歐洲其他國家主要采用下接觸式接觸軌向車輛供電的設計形式。漢堡都市鐵路 (S-Bahn) 是使用側接觸式接觸軌系統(tǒng)的一個實例。通過安裝電氣、耐熱和機械性能適合于相應氣候和運行條件的絕緣接觸軌護罩來防止與帶電鋼軌的接觸。接觸軌護罩安裝在固定于接觸軌處的絕緣子上或接觸軌支持裝置上。

圖3.20為這種類型的鋼接觸軌的安裝樣式。在柏林都市鐵路系統(tǒng)中接觸軌支持裝置的間隔一般為5.2m。實際間隔要根據所應用的軌枕型號和軌道上部結構來定，間隔可擴大至6m。

圖3.20 柏林都市鐵路 (S-Bahn) 過去采用的第三軌，根據DIN 43 156標準的鋼接觸軌

a) 橫截面; b) 用塑料罩固定

圖3.21為柏林都市鐵路鋼接觸軌系統(tǒng)設計。這類接觸軌系統(tǒng)是為Wannsee線開發(fā)的，1950年后仍在使用。其主要變更只是將作為護罩材料的木頭更換成抗氣候影響的絕緣材料。

圖3.21 柏林都市鐵路接觸軌

a—接觸軌支持裝置;

b—夾子;

c—瓷絕緣子;

d—接觸軌固定裝置;

e—楔;

f—浸漬木絕緣罩

圖3.22為鋼鋁復合接觸軌系統(tǒng) [3.6]，從圖中可見接觸軌支持裝置和用于鋼鋁復合第三軌的絕緣緊固件，這些緊固件可允許接觸軌縱向移動。這些接觸軌還罩有其機械、熱和電特性適應各種環(huán)境條件的塑料套件。

圖3.23為漢堡都市鐵路使用的帶側面接觸和空心鋁壓軌的接觸軌系統(tǒng)設計[3.7]。

圖3.22 帶鋼鋁復合軌的接觸軌支持裝置

圖3.23 漢堡都市鐵路的接觸軌支持裝置

1—鋁-不銹鋼擠壓復合接觸軌;

2—優(yōu)質鋼接觸面;

3—帶E-Cu受流器的接觸靴;

4—絕緣護罩;

5—受流器最大垂直工作范圍;

6—標準車輛限界;

7—鑄鋁支架;

8—帶接觸軌絕緣子的支持裝置;

9—走行軌軌面;

10—接觸面和線路中心線之間的距離

3.3.2 接觸軌類型

20世紀的前半個世紀一直只使用鋼接觸軌。在20世紀50年代中期安裝的這種鋼接觸軌的單位電阻在0.125Ωmm2/m和0.143Ωmm2/m之間。從那以后對規(guī)格進行了改變，此類鋼常　被稱之為“iron”(鐵)，其單位電阻不得超過0.119Ωmm2/m。為了提高公共運輸系統(tǒng)中直流鐵路的輸電能力，在新線和線路轉換處更多地使用鋼鋁復合軌�！”�3.2列出了幾種類型接觸軌的主要參數。

直到現在中歐仍普遍使用鋼接觸軌[3.8]。例如在DIN 17 122電氣化鐵道鋼接觸軌標準中就給出了這種接觸軌的技術條件和規(guī)格。

第11章中將討論接觸軌的電、熱特性。

鋼鋁復合接觸軌由于其合金Al 99.75 MgSi的單位電阻比鋼約低3.4倍和比較好的機械特性 [3.9] 正在得到越來越廣泛的應用。

用于電氣化鐵道的鋁復合接觸軌具有與鋼接觸軌相同的截面形狀，但截面積為2100mm2的空心鋁軌經過連續(xù)擠壓處理，5100mm2軌為軋壓實心剖面。復合接觸軌的接觸面為不銹鋼，抗拉強度不小于500N/mm2[3.10]。鋼鋁擠壓復合接觸軌為鋼鋁粘結，其強度與焊接一樣。不銹鋼接觸面具有較高的抗磨能力，從而延長了使用壽命。圖3.24為鋼鋁復合接觸軌的截面。

圖3.24 鋼鋁復合接觸軌的截面積

3.3.3 接觸軌設施的施工和運行

接觸軌的單位長度質量較大�！”�3.2中所示的鋼接觸軌的重量為40kg/m。實心鋁復合接觸軌的單位長度質量為15.7kg/m。為了便于施工，鋼接觸軌按15m長度供貨，鋁復合接觸軌按18m長度供貨。對于相當于110K的80℃和-30℃間的溫度范圍來說，上述尺寸鋼接觸軌的熱膨脹為23.3mm，而鋁復合接觸軌的熱膨脹為46mm。由于這種熱脹冷縮，要求在每隔45～60m處安裝補償接頭。補償接頭是帶魚尾板的接觸軌接頭，它允許因溫度變化引起的長度變化。