Quando assisto a vídeos de trens de alta velocidade, sempre vejo explosões de eletricidade perto do topo ou arcos. Por que isso acontece? Eu sei que o Acela faz isso muito, mas outros trens de alta velocidade também.
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Quando assisto a vídeos de trens de alta velocidade, sempre vejo explosões de eletricidade perto do topo ou arcos. Por que isso acontece? Eu sei que o Acela faz isso muito, mas outros trens de alta velocidade também.
Respostas:
Vários fatores influenciam isso:
O fio da catenária não é estacionário : é movido por trens e pelo vento.
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Isso ocorre devido à alta tensão que ainda causa uma conexão quando os contatos se separam devido a uma irregularidade (colisão, etc.) entre o contato e o fio.
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Como outros já postaram, uma lacuna temporária entre o pantógrafo e o condutor aéreo faz parte da resposta, mas essa não é a história completa. O outro grande fator é que os motores do trem são uma carga indutiva , o que complica seriamente o que acontece quando o circuito é interrompido.
Quando há uma interrupção de um circuito com uma carga indutiva, a corrente através da carga não pode ir a zero instantaneamente. Em vez disso, a corrente continua a fluir através da carga, gerando um pico de tensão no ponto de interrupção. (A energia extra para fazer isso é realmente proveniente da carga indutiva.) A tensão aumenta repentinamente até ocorrer uma quebra (por exemplo, arco). Quando um arco é formado, a tensão cai, mas é necessária menos tensão para sustentar um arco, porque o plasma é mais condutor do que o ar em temperaturas típicas.
As correntes que fluem para um trem de alta velocidade normalmente serão muito mais altas do que as de baixa velocidade, portanto a tensão desenvolvida quando o circuito é interrompido será maior.
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A força superior em um pantógrafo é de 15 a 40 libras, 60 libras no exterior. (7-18 kg, no máximo 30).
O fio do carrinho (contato) é feito de bronze sólido ou cobre, normalmente de 4/0 a 400kcmil (107-200mm ^ 2), com um fio mensageiro de aço trançado (catenária) de 3 / 8-1 / 2 "(10-13mm O fio do mensageiro é suportado a cada 100-200 pés (30-60m) e suporta o fio de contato a cada 6-10 '(2-3m). Portanto, o fio de contato é livre para subir até um pé (0,3m ) à medida que o trem passa, geralmente possui uma barra estabilizadora para impedir que se mova lateralmente, mas é livre para se mover verticalmente.
Conforme discutido, qualquer irregularidade no fio de contato ou em como ele está pendurado pode fazer com que o pantógrafo e o fio se separem por um momento.
A ação das ondas no fio também pode causar uma separação momentânea. Um movimento suficiente do fio ou do trem pode fazer com que o fio se mova para a "buzina" curva do pantógrafo.
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Irregularidades na superfície de corrida do pantógrafo também podem causar arcos. Normalmente existem slides de cobre ou bronze embutidos; danos físicos a um escorregador ou simplesmente um ponto queimado por arco podem fazer com que o fio perca o contato.
Além disso, um pantógrafo normalmente possui dois slides, para frente e para trás, e o pantógrafo possui articulação ou molas fortes para mantê-lo nivelado. Se houver algum elo de ligação ou quebrado ou uma mola fatigada ou quebrada, ele pode não estar nivelado e pode andar no calcanhar ou na ponta dos pés, causando mau contato.
O arco, é claro, é causado pela corrente. A corrente pode permanecer contínua através do arco (essa tendência é proporcional à tensão, mais provável nos sistemas de alta tensão usados no trilho de alta velocidade) - no entanto, o movimento do ar em alta velocidade provavelmente expulsará o arco, cortando momentaneamente a energia do trem. . Fale sobre picos de tensão!
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Não se trata de tensão *, é de corrente.
*voltagem de linha
Quando um circuito de alta corrente é interrompido (especialmente um indutivo), um arco é formado entre os contatos rompendo. A corrente alta sustenta o arco: o aquecimento ôhmico transforma o ar em plasma, enquanto o plasma conduz a corrente. É a base da soldagem a arco, que usa centenas de amperes em voltagens tão baixas quanto 20V.
Soldagem em alta velocidade 5000 fps (arco de close-up, respingos visíveis)
Mesmo os bondes de baixa voltagem (geralmente 600-800V) que se movem em ritmo de caminhada produzem arcos e faíscas nos pontos de interrupção da catenária, enquanto o metrô faz o mesmo no nível do trilho de força.
Faíscas do metrô | Tempestade de neve de Nova York 2017
Devido ao requisito de alta corrente, as faíscas acontecem principalmente quando o trem está acelerando (por exemplo, parado) ou quando ele consome muita energia para sustentar a alta velocidade, mas elas nunca acontecem quando o motor está inativo, apesar da tensão ser a mesmo.
Em operações de baixa velocidade, isso ocorre principalmente quando uma quebra de contato é introduzida externamente no sistema de arame, por exemplo, por uma lacuna física que separa diferentes circuitos ou pela contaminação por gelo, neve ou folhas.
Em operações de alta velocidade, além de todas as de baixa velocidade, o pantógrafo cria pausas extras, saltando sobre irregularidades da catenária, como um caminhão off-road que pega sua roda momentaneamente no ar quando passa muito rápido em solavancos. Algumas dessas irregularidades são introduzidas pelo próprio pantógrafo: podemos imaginar o pantógrafo em uma catenária como um acrobata de cabeça para baixo em uma corda bamba. Em vez de a gravidade atuar no acrobata para baixo, o pantógrafo empurra a catenária para cima por uma mola, de modo que todo o sistema pula para cima e para baixo ao passar sob pontos de suspensão.
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Há uma lacuna no contato, os elétrons disparando através da lacuna transformam o ar em plasma e o decompõem. Como o ar é um plasma, ele pode conduzir corrente, isso acontece em torno de 3kV / mm, para que você saiba que há alguma tensão envolvida.
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Outro fator é que o perfil da linha aérea muda muito mais rapidamente em alta velocidade. O fio de contato não fica exatamente à mesma distância do trilho o tempo todo.
O pantógrafo é constantemente reajustado para aplicar uma pressão constante no fio de contato, mas em alta velocidade que não ocorre com rapidez suficiente. Quando a pressão no fio de contato é insuficiente, basta uma pequena elevação para enviar o pantógrafo para baixo alguns mm, criando um arco visível.
Apenas para referência, os trens de baixa tensão também são capazes de criar arcos bastante visíveis (a tensão mais baixa geralmente é compensada pelo fato de ser CC), se forem rápidos o suficiente ou se o fio de contato estiver em mau estado.
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