[科普中国]-轨道供电

轨道供电，是铁路电气化的方法之一，颇常用于大众运输系统。

历史轨道供电系统是其中一种最古老的铁路供电方法。
德国的西门子公司于1879年的柏林博览会展示了一列从第三轨取电的样板列车。不久，很多铁路和电车系统均装设第三轨，让列车取得电力行走。位于伦敦的第一条电气化地铁在1890年开通时亦是使用第三轨作为供电系统。第四轨的广泛使用最初也是在伦敦的地铁开始。1

技术顾名思义，轨道供电的概念就是在列车行走的两条路轨以外，再加上带电的铁轨。这条带电铁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”，中译为“集电靴”。
轨道供电系统的电压较高架电缆系统为小。高架电缆一般能提供25000伏特或以上的交流电，但第三轨系统最多只能提供约1500伏特的直流电。1

第三轨和第四轨一般而言，采用轨道供电系统的铁路只设一条带电路轨。这条带电路轨称为“第三轨”。从第三轨取得的电力一般都会经列车的车轮及路轨传回发电厂。
但一些使用橡胶车轮的列车 （如巴黎地铁的部份列车） 并不能让电力经路轨传回发电厂，因此在这些列车行走的路段一般都会再增加一条额外的带电轨道 （亦即“第四轨”） 以作回传电力之用。有趣的是，基于第四轨的另外一些优点 （例如较高的可靠性以及减低信号系统的复杂性），一些使用普通金属车轮列车的铁路系统也会装设第四轨，使供电用和行走用的路轨完全分开。伦敦地铁是最大的第四轨铁路系统。
意大利米兰市的地铁A线则采用了更为特别的四轨系统。在该线部份路段上，两线路轨中间设有一条带电金属条。列车的集电靴是设在“车厢”侧，以配合带电金属条的位置。地上的第三轨则作电流回流之用。值得注意的是，该线北部的路段是采用高架电缆供电系统的。1

轨道供电的优劣优点装置带电轨的成本往往比高架电缆低，因为高架电缆需要支架而带电路轨不用。实际上，成本问题是很多轨道供电系统没有转用高架电缆的主因。
天灾对带电轨的影响较高架电缆少 （洪水泛滥除外）。
带电轨比高架电缆更适合安装于净空较小的隧道。
有些乘客认为高架电缆有碍观瞻，相比之下带电轨的视觉效果较佳。2

缺点暴露户外的带电轨道构成危险：有些企图横过路轨的人便因不幸踏在带电轨道上而触电致死。例如台北捷运淡水线即有平面轨道供电路段，为防止民众误踏而加设严密的铁丝网。
电压问题：带电轨道的电压不能太高，否则电流会在路轨间形成电弧。由于电压不高，故在兴建铁路时每隔一小段便要设立一个电站，以确保电力供应稳定──但这样也加重了成本，因此只适合用在短距离的地下铁或都市内的轨道运输。另外，电压问题亦使高速列车和货运列车不适合于轨道供电系统，故一般速度较低、载重较小的列车 （亦即通常用于大众运输的一类列车）较适合使用轨道供电系统 （但英格兰东南部的铁路干线便大规模地采用轨道供电）。
限速：由于集电靴在高速之下难以准确地抓紧带电轨，故采用轨道供电系统的铁路限速不能太高。一般而言，采用轨道供电系统的列车的时速上限是约130公里 （70 英里）
电流流失：由于带电轨道接近地面，故有时电流流失到地面。一些带电轨道会加上铝条以减少电流流失 （因为铝的传电能力比钢为佳）。然而，由于铝对热力的膨胀反应与钢有所不同，为避免损毁带电轨，带电轨的两旁都必须有铝条栓紧。
缝隙问题：在转辙器、平交道等处，带电轨都必须留下空隙以容许其他路轨穿越其间。一般来说，使用轨道供电的列车都是动车组，列车几乎一定拥有多于一个集电靴，所以空隙不会构成什么问题。但在某些情况下，列车仍有可能因为全部的集电靴都在空隙之中，无法取得电力而不能行动。这时列车需要由其他机车推动、或接驳紧急用电缆到最近的带电路轨上，以取得动力。由于这些事故多于繁忙的交汇处发生，故通常都会导致严重的挤塞及延误。2

其他关于轨道供电的资料地面电流收集一些电车系统所采用的轨道供电系统适合在街道上使用。这种系统称“地面电流收集”（Surface current collection）。这些系统的带电轨道置于有盖的管内，在地面的电车以叉形的集电靴从轨道取得电力。
这种系统使带电路轨不会暴露于地面上，提高了安全性。但更换带电路轨时便要把路面封闭，带来不便。2

混合供电有些铁路线是由“轨道供电”和高架电缆的路段混合而成。行走这些铁路线的列车须同时能够从两种供电系统取电。这情况在铁路线延伸或两条原本使用不同供电系统的路线连结时均有机会出现。日本信越本线横川站 - 軽井沢间（碓冰峠）(此字同"岭")的ED42曾经使用过此种方法。2

采用轨道供电的铁路系统以下是一些采用轨道供电的铁路系统：
台湾台北捷运
台湾高雄捷运
新加坡地铁
中国北京地铁
中国广州地铁四、五、六号线
中国武汉地铁
日本东京地下铁银座线、丸之内线（其他路线大多使用架空电缆供电）
日本札幌市营地下铁南北线
美国、德国多个城市的城市轨道交通系统
英国英格兰东南沿岸的铁路系统
英国伦敦地铁、码头轻铁以及南部的市郊铁路系统
法国巴黎地铁
瑞典斯德哥尔摩地铁
加拿大多伦多地铁
加拿大温哥华轻轨2

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学