3.3.1 第三轨设施

接触轨是电气化铁道电力牵引供电的最老形式。主要用于将电能传送到地铁和城市铁路系统的电力牵引车辆上。在1982年调查的102条最高1000V标称电压的公共交通系统的直流铁路中，80%使用接触轨进行电力传输。　标称工作电压在1500V以上的系统采用架空接触网，占87.5%。据了解标称电压1500V以上的接触轨目前还只有实验系统。接触轨是安装在车辆限界外侧轨道旁的绝缘装置上的刚性导线，它在正常运行中可进行电力传输，并防止人员有意或无意接触。

对接触轨来说，受流器可从钢轨的顶部、侧面或底面取流。法国、英国和美国一直采用易于安装的上接触式设计，而德国、俄罗斯、奥地利和欧洲其他国家主要采用下接触式接触轨向车辆供电的设计形式。汉堡都市铁路 (S-Bahn) 是使用侧接触式接触轨系统的一个实例。通过安装电气、耐热和机械性能适合于相应气候和运行条件的绝缘接触轨护罩来防止与带电钢轨的接触。接触轨护罩安装在固定于接触轨处的绝缘子上或接触轨支持装置上。

图3.20为这种类型的钢接触轨的安装样式。在柏林都市铁路系统中接触轨支持装置的间隔一般为5.2m。实际间隔要根据所应用的轨枕型号和轨道上部结构来定，间隔可扩大至6m。

图3.20 柏林都市铁路 (S-Bahn) 过去采用的第三轨，根据DIN 43 156标准的钢接触轨

a) 横截面; b) 用塑料罩固定

图3.21为柏林都市铁路钢接触轨系统设计。这类接触轨系统是为Wannsee线开发的，1950年后仍在使用。其主要变更只是将作为护罩材料的木头更换成抗气候影响的绝缘材料。

图3.21 柏林都市铁路接触轨

a—接触轨支持装置;

b—夹子;

c—瓷绝缘子;

d—接触轨固定装置;

e—楔;

f—浸渍木绝缘罩

图3.22为钢铝复合接触轨系统 [3.6]，从图中可见接触轨支持装置和用于钢铝复合第三轨的绝缘紧固件，这些紧固件可允许接触轨纵向移动。这些接触轨还罩有其机械、热和电特性适应各种环境条件的塑料套件。

图3.23为汉堡都市铁路使用的带侧面接触和空心铝压轨的接触轨系统设计[3.7]。

图3.22 带钢铝复合轨的接触轨支持装置

图3.23 汉堡都市铁路的接触轨支持装置

1—铝-不锈钢挤压复合接触轨;

2—优质钢接触面;

3—带E-Cu受流器的接触靴;

4—绝缘护罩;

5—受流器最大垂直工作范围;

6—标准车辆限界;

7—铸铝支架;

8—带接触轨绝缘子的支持装置;

9—走行轨轨面;

10—接触面和线路中心线之间的距离

3.3.2 接触轨类型

20世纪的前半个世纪一直只使用钢接触轨。在20世纪50年代中期安装的这种钢接触轨的单位电阻在0.125Ωmm2/m和0.143Ωmm2/m之间。从那以后对规格进行了改变，此类钢常　被称之为“iron”(铁)，其单位电阻不得超过0.119Ωmm2/m。为了提高公共运输系统中直流铁路的输电能力，在新线和线路转换处更多地使用钢铝复合轨。　表3.2列出了几种类型接触轨的主要参数。

直到现在中欧仍普遍使用钢接触轨[3.8]。例如在DIN 17 122电气化铁道钢接触轨标准中就给出了这种接触轨的技术条件和规格。

第11章中将讨论接触轨的电、热特性。

钢铝复合接触轨由于其合金Al 99.75 MgSi的单位电阻比钢约低3.4倍和比较好的机械特性 [3.9] 正在得到越来越广泛的应用。

用于电气化铁道的铝复合接触轨具有与钢接触轨相同的截面形状，但截面积为2100mm2的空心铝轨经过连续挤压处理，5100mm2轨为轧压实心剖面。复合接触轨的接触面为不锈钢，抗拉强度不小于500N/mm2[3.10]。钢铝挤压复合接触轨为钢铝粘结，其强度与焊接一样。不锈钢接触面具有较高的抗磨能力，从而延长了使用寿命。图3.24为钢铝复合接触轨的截面。

图3.24 钢铝复合接触轨的截面积

3.3.3 接触轨设施的施工和运行

接触轨的单位长度质量较大。　表3.2中所示的钢接触轨的重量为40kg/m。实心铝复合接触轨的单位长度质量为15.7kg/m。为了便于施工，钢接触轨按15m长度供货，铝复合接触轨按18m长度供货。对于相当于110K的80℃和-30℃间的温度范围来说，上述尺寸钢接触轨的热膨胀为23.3mm，而铝复合接触轨的热膨胀为46mm。由于这种热胀冷缩，要求在每隔45～60m处安装补偿接头。补偿接头是带鱼尾板的接触轨接头，它允许因温度变化引起的长度变化。