若要讓列車能快速行駛，穩定地提供動力源相當重要，特別是使用電力作為能源的電車，必須保障通暢的供電。那麼大家知道列車是怎麼獲得供電的嗎？這就要多虧「集電弓」這個連接列車上長長的電纜線和車輛車頂的手臂才有可能實現！今天在現代樂鐵部落格要跟大家介紹鐵路車輛供電的核心裝置「集電弓」的一切。
鐵路車輛堅實的手臂－集電弓
集電弓是鐵路車輛重要設備之一，是為需要電力和機械接口的車輛提供動力的重要裝置。一般鐵路車輛使用電力為動力源，此時集電弓的供給作用就是從電車線將實際電力傳送到鐵路車輛，以電力作為能源的電動車輛就像像氧氣呼吸器一樣讓電車起到吸氣的作用。
▲鑽石形態的雙臂式集電弓(圖左)和鏈接形態的單臂式集電弓(圖右)
根據電力區間及電車線的配置，集電弓適用於不同的形式。由於集電弓與電車線路接觸並直接接收高壓電，因此根據電力供給方式的不同，總類也不同。大致可分爲鑽石形狀的雙臂方式和連接形態的單臂方式的集電弓。
▲多樣的集電弓形態(左上起順時針方向爲捷克F社、德國S社、同前、奧地利S社)
隨著集電弓的製作及性能技術的改善，全世界鐵路企業使用的集電弓型態也逐漸多樣化。從輕軌到高速電車，目前世界上主要國家廣泛使用的鐵路車輛主要使用單臂方式的集電弓，因為跟雙臂方式的集電弓相比，單臂的空氣阻力較小，更適合高速運行。不僅如此，在考慮性能及維護性能時，單臂方式的集電弓更加有利，因此使用單臂集電弓為最近的趨勢。在韓國，包括準高速電車在內的高速電車和電力機關車大部分採用單臂方式的集電弓，只有在地鐵等不要求高速行駛的環境中下才使用雙臂的集電弓。
穩定的電力供給是鐵路的生命！
▲公稱電壓和頻率標準規格(出處：TSI HS ENE 2008, table 4.2.2)
那麼適用於不同車輛的集電弓又是怎麼決定種類的呢？在決定集電弓種類時，最關鍵的部分當然就是「電力」了。從上面的標準規格表可以看出，所使用的電壓根據車輛的最高時速也會有所差異。
同時，也會根據車輛的供電系統技術和運營及維護效率來定要適用於哪種集電弓。電纜線的材質及集電弓的集電板材質間的接口，與現有車輛的運營、維護、兼容性等都屬於這一範疇。例如，雙臂集電弓的特點為耐久性高且堅硬、轉向壓力小，因此主要用於地鐵等電聯車。相反地，由於有空氣阻力大、重量大等缺點，因此高速行駛的車輛主要採用單臂式的集電弓。
像這樣考慮性能及維護來決定的集電弓能夠讓幫助車輛快速且安全無事故地運行，那麼如此穩定地為車輛提供電力的原理又是什麼呢？
▲集電弓的運動原理
若要再仔細觀察構造，在移動的狀態下也能確認到與電纜線緊密貼合的集電弓特徵。集電弓使用了限制上下移動的懸架和減震器，以及限制左右移動的防晃動管等。這些裝置能使集電板和電纜線之間的貼合性更好，並在低速到高速的多樣環境下也能保持良好的集電性能。
鐵路車輛的集電弓消失的話？
大家是否有看過沒有電纜線的鐵路車輛啊？若不是以電力為動力源的車輛的話，就不需要另外裝電纜線和集電弓，因此跟先前看到的車輛不同。磁浮列車或柴油列車等就屬於此情況。
不過也有以電力為原動力卻不使用集電弓的鐵路車輛，是如何在沒有集電弓的情況下讓列車獲得動力的呢？那是因爲有安裝了可以代替集電弓的集電裝置。
▲替代集電弓的集電裝置們
最具代表性的集電裝置可以舉第三軌道形式(3rd Rai)為例。第三軌道是安裝在車輛底部的裝置，與線路旁的牆體電纜線相近，採用集電的方式供電。在這之外，雖在韓國較陌生，但在東歐等地常使用叫做TROLLEY BAR的裝置，使公車從電纜線上獲得電力。
▲現代樂鐵製造的輕軌車在無線輕軌試驗場上運行(出處：國土交通科技振興院)
安裝電池，無須電纜線就能供給電力的無線輕軌也是不需要集電弓就能運行的車輛。需要大量電力的一般鐵路車輛以無線的型態運行十分困難，因爲搭載大容量電池的同時還要生成高電壓，也因這個原因，目前能在無線環境下運行的鐵路車輛開發的並不多。不過像是以電池為動力源，輕軌這種低電力車輛在韓國也持續地開發研究當中，並在韓國國內一部份地區試運行。與電力車輛一起充電後即可運行的無線輕軌在運行時雖不需要集電弓，但在電池充電時為獲得電力依舊需要使用集電弓。
與現代樂鐵一起變化的集電弓
讓鐵路車輛能夠運行的核心裝置－集電弓！韓國代表性的鐵路企業現代樂鐵透過多種鐵路車輛的製作，建構了集電弓和電纜線之間的多樣技術要求以及累積了接口技巧的相關經驗。特別是確保了在韓國國內電氣機關車、中高速、高速列車等使用的單臂式集電弓領域的多種接口技術。
以高速列車使用的單臂式集電弓爲例，與過去只有供給和控制空壓的空壓控制器不同，現在已轉變成電子-空壓控制器。透過不斷地技術開發，現已可以監控集電弓的壓力值及電力指令信號等，並透過故障檢測，自動向司機報告狀態的水平。這也是代表第四次產業革命時代鐵路車輛智能維護技術CBM(Condition Based Maintenance:狀態基礎維護)的技術之一。
隨著挑錄技術的發展及時代的變遷，預計未來集電弓也會持續變化。舉例來說，作爲鐵路車輛的未來技術之一的長管列車(Tube Train)之供電方式與磁懸浮列車相同，因此車輛不安裝集電弓的機率相當高。而在部分無線鐵路車輛中，集電弓可以作爲充電裝置使用，因此今後集電弓的作用將會更加細分。
現代樂鐵爲了讓民眾能更安全地搭乘列車，正在努力確保包括集電弓在內之車輛核心部件的穩定性。特別是在重點安全管理項目，包括碰撞、火災、脫軌等相關系統工程領域都盡全力改善。作爲智能鐵路車輛的領軍企業，我們將繼續透過智能管理技術、能源管理及維護優化等自主技術，全力打造能夠事前預知故障、降低運營及維護費用等實用型的鐵路車輛。
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