高速列車のビデオを見るとき、いつも頂上近くで電気の爆発、またはアーク放電が見られます。なぜそれが起こるのですか？私はAcelaがそれをたくさんすることを知っています、しかし他の高速列車もそれを持っています。

これにはいくつかの要因が影響します。

• 高速では、パンタグラフがカテナリーワイヤーとの接触を失う可能性が高くなります。高速では、ワイヤーのバンプにより、パンタグラフのサスペンションの能力を超える可能性のある激しい暴走が発生します。
• 低速列車もアーキングを示すことがあります。
• 高速列車は多くの場合、高電圧（15または25 kV）を使用します。これは、古い列車で使用されている低電圧（例：1500 V）よりも長い距離でアーク放電が可能です。

電車のパンタグラフがトロリーワイヤーと接触するポイントは、鉄道部品メーカーやテストエンジニアが理解し、さらに予測および改善するための最も複雑で困難な環境の1つを作成します。

列車が効率的に動作するために、パンタグラフはカテナリーシステムから吊り下げられたトロリーワイヤーと常に接触し続ける必要があります。しかし、これらのワイヤーとその支持構造は、特定のセクションに沿って異なる垂直剛性を示します。カテナリーシステムは、溝切りを防止するために30〜100メートル間隔でジグザグになっています。パンタグラフがワイヤーに加える力は、明確に定義された範囲（70Nから120N）内に留まる必要があります。この値が低すぎると、接触が失われるとアークが発生し、電車の電源が失われるだけでなく、エッチングと過熱によってトロリーワイヤーとコンタクトバーが損傷します。力が高すぎると、結果として生じる摩擦によってワイヤーとコンタクトバーが早期に摩耗します。

適切な量​​の力を提供するには、可変の垂直運動が必要です。しかし、列車が高速で移動すると、パンタグラフは適切に反応する能力を失います。トロリーワイヤーが可能な限り平らである場合でも、邪魔にならない状態で吊るされたときにのみ平らにな​​ります。パンタグラフがワイヤーを持ち上げると、結果として生じる変形が波を作成します。隆起が大きすぎる場合、パンタグラフははるかに大きな波形を作成し、ラインを下る次のパンタグラフの接触問題を引き起こします。

懸垂ワイヤが静止していない：それは列車によって風によって周りに動かされます。

一般に、パンタグラフがカテナリーの下を走ると、波のような外乱が発生し、ワイヤーの張力と単位長さあたりの質量で決まる速度でワイヤーを伝わります。列車がこの臨界速度に近づくと、パンタグラフが外乱に追いつき、危険なほど大きなワイヤーの垂直方向の変位と接触の中断が発生します。列車の最高速度は、カテナリーの臨界速度によって制限されます。標準TGVカテナリーの臨界速度をはるかに超える速度でセット325をテストすることが望まれていたため、この問題はテスト実行の中心でした。

これは、接点とワイヤ間の不規則性（バンプなど）が原因で接点が分離したときに、高電圧がまだ接続を引き起こしているためです。

他の人が投稿したように、パンタグラフと頭上の指揮者の間の一時的なギャップは答えの一部ですが、それは完全な話ではありません。もう1つの大きな要因は、列車のモーターが誘導性負荷であるため、回路が遮断されたときに何が起こるかを非常に複雑にします。

誘導性負荷のある回路が遮断されると、負荷を流れる電流が すぐにゼロになることはありません。 代わりに、電流が負荷を流れ続け、遮断点で電圧スパイクが発生します。（これを行うための余分なエネルギーは、実際には誘導性負荷からのものです。）電圧は、ブレークダウン（アークなど）が発生するまで突然上昇します。アークが形成されると、電圧は低下しますが、プラズマは通常の温度で空気よりも導電性が高いため、アークを維持するために必要な電圧は少なくなります。

高速列車に流れる電流は通常、低速列車に​​比べてはるかに高いため、回路が遮断されたときに発生する電圧は高くなります。

パンタグラフの力は15〜40ポンド、外側は60ポンドです。（7-18kg、最大30程度）。

トロリー（接触）ワイヤーは、通常4/0〜400kcmil（107-200mm ^ 2）の青銅または銅でできており、3 / 8-1 / 2 "（10-13mm）のより線スチールメッセンジャー（カテナリー）ワイヤーが使用されています。 ）直径。メッセンジャーワイヤーは100-200フィート（30-60m）ごとにサポートされ、6-10 '（2-3m）ごとにコンタクトワイヤーをサポートします。したがって、コンタクトワイヤーは1フィート（0.3m）でも自由に上昇します。 ）列車が通過するときに、横方向に移動しないようにするスタビライザーバーが付いていることがよくありますが、縦方向には自由に移動できます。

すでに説明したように、コンタクトワイヤーの不規則性、または吊り下げ方の不規​​則性により、パンタグラフとワイヤーが一瞬離れることがあります。

ワイヤー内の波動も瞬間的な分離を引き起こす可能性があります。十分なワイヤーまたは列車の動きは、ワイヤーがパンタグラフの湾曲した「ホーン」に移動する原因となります。

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パンタグラフの走行面の不規則性も、アーク放電を引き起こす可能性があります。通常、はめ込み式の銅または青銅のスライドがあります。スライドへの物理的な損傷、またはアーク放電による焼けた部分だけが原因で、ワイヤの接触が失われることがあります。

また、パンタグラフには通常、前後に2つのスライドがあり、パンタグラフはリンケージまたは強力なバネのいずれかを使用して水平に保ちます。結合が壊れていたり、リンクが壊れていたり、スプリングが疲れていたり壊れていたりすると、水平にならず、かかとやつま先に乗り、接触不良を引き起こす可能性があります。

もちろんアークは電流によって引き起こされます。電流はアークを通じて継続し続ける可能性があります（その傾向は電圧に比例し、高速鉄道で使用される高電圧システムではより可能性があります）-ただし、高速の空気の動きはアークを消滅させ、列車への電力を瞬間的に切断する可能性があります。電圧スパイクについて話してください！

それは電圧についてではなく、電流についてです。

*ライン電圧

大電流回路（特に誘導回路）が遮断されると、接点の間にアークが形成されます。次に、高電流がアークを維持します。オーム加熱により空気がプラズマに変わり、プラズマが電流を伝導します。これは、20Vという低い電圧で数百アンペアを使用するアーク溶接の基礎です。

高速5000 fpsでの溶接（接写アーク、スパッタが見える）

歩行ペースで移動する低電圧（通常600〜800V）の路面電車でさえ、カテナリーのブレークポイントでアーク放電とスパークが発生しますが、地下鉄は電力レールの高さで同じです。

地下鉄スパーク| 2017年ニューヨーク吹雪

大電流が必要なため、火花は主に列車が加速しているとき（たとえば停止中）、または高速を維持するために大量の電力を消費しているときに発生しますが、アイドル状態の電力で惰性走行しているときは、同じ。

低速運転では、これは主に外部のワイヤシュー​​システムに接触の遮断が導入されたときに発生します。たとえば、さまざまな回路を分離する物理的なギャップや、氷、雪、葉などによる汚染などです。

高速運転では、すべての低速運転に加えて、パンタグラフがカテナリーの不規則性をジャンプすることによって余分なブレークが作成されます。これは、バンプで速くなり過ぎると車輪が瞬間的に空中に浮かぶオフロードトラックのようです。それらの不規則性のいくつかはパンタグラフ自体によって導入されます：綱渡りのパンタグラフは綱渡りの逆さの曲芸師として想像できます。アクロバットに重力が下向きに作用する代わりに、パンタグラフがバネを介してカテナリーを上向きに押し上げるので、システム全体が吊り下げ点の下を通過するときに上下にジャンプします。

高速列車のビデオを見るとき、いつも頂上近くで電気の爆発、またはアーク放電が見られます。なぜそれが起こるのですか？

接点にはギャップがあり、ギャップから発射された電子が空気をプラズマに変え、空気を分解します。空気はプラズマなので、電流を伝導できます。これは約3kV / mmで発生するため、何らかの電圧が関係していることがわかります。

もう1つの要因は、高速で架線のプロファイルが大幅に変化することです。接触線が常にレールから正確に同じ距離にあるわけではありません。

パンタグラフは、接触線に一定の圧力をかけるように常に再調整されますが、高速では十分に速くは発生しません。コンタクトワイヤーへの圧力が不十分な場合、パンタグラフを数mm下に送るために小さなバンプで十分であり、目に見える弧を作成します。

参考までに、低電圧トレインは、十分に速く進むか、コンタクトワイヤの形状が悪い場合でも、非常に目に見えるアークを作成することもできます（通常、低電圧はDCであるという事実によって補償されます）。