(Ich entwerfe eine Umgebung, in der die Technologie modern ist, aber einige Technologien sind einfach anders.)
Ich weiß, dass der Zug über Oberleitung oder dritte Schiene mit Strom versorgt werden kann.
Aus praktischen Gründen bietet sich die dritte Schiene als Ausgangspunkt an. Gleichstrom von der dritten Schiene und später über Schienen zurück. OK, die Frage ist also: Wäre es möglich, die dritte Schiene loszuwerden und nur eine Schiene als Minus, eine andere als Plus zu verwenden und im Ergebnis den Zug ohne Oberleitungen oder dritte Schiene anzutreiben?
Technisch gesehen sind solche Schienen schon ein dickes Stück Stahl, sehen also als Leiter ganz gut aus. Ich nehme an, dass es gut vom Boden isoliert sein müsste. Ich gehe auch davon aus, dass es ein System wie in der bodennahen Stromversorgung geben würde, um nur relevante Schienensegmente mit dem Zug zu versorgen, um zu vermeiden, dass jemand, der Schienen berührt, einen Stromschlag erleidet.
Wäre ein solches System realistisch und praktisch genug, um verwendet zu werden?
Die dritte Schiene loszuwerden ist möglich, aber unpraktisch:
Running_rails_for_power_supply
Die erste Idee, einen Zug von außen mit Strom zu versorgen, war die Verwendung beider Schienen, auf denen ein Zug fährt, wobei jede Schiene ein Leiter für jede Polarität ist und durch die Schwellen isoliert wird. Diese Methode wird von den meisten maßstabsgetreuen Modelleisenbahnen verwendet, funktioniert jedoch bei großen Zügen nicht so gut, da die Schwellen keine guten Isolatoren sind und außerdem die Verwendung von isolierten Rädern oder isolierten Achsen erforderlich ist. Da die meisten Isolationsmaterialien im Vergleich zu den dafür verwendeten Metallen schlechte mechanische Eigenschaften haben, führt dies zu einem weniger stabilen Zugfahrzeug. Trotzdem wurde es manchmal zu Beginn der Entwicklung von elektrischen Zügen verwendet. Die älteste elektrische Eisenbahn der Welt, die Volk's Railway in Brighton, England, wurde ursprünglich mit diesem System mit 50 Volt Gleichstrom elektrifiziert (heute ist es ein Dreischienensystem).
Modelleisenbahnen beziehen ihren Strom aus den Gleisen ohne dritte Schiene. Die Methode wurde in den frühen Tagen der U-Bahnen für echte Züge versucht, aber nicht skaliert. Zitat aus Wikipedia-Artikel über dritte Schienen:
Die erste Idee, einen Zug von außen mit Strom zu versorgen, war die Verwendung beider Schienen, auf denen ein Zug fährt, wobei jede Schiene ein Leiter für jede Polarität ist und durch die Schwellen isoliert wird. Diese Methode wird von den meisten maßstabsgetreuen Modelleisenbahnen verwendet, funktioniert jedoch bei großen Zügen nicht so gut, da die Schwellen keine guten Isolatoren sind und außerdem die Verwendung von isolierten Rädern oder isolierten Achsen erforderlich ist. Da die meisten Isolationsmaterialien im Vergleich zu den dafür verwendeten Metallen schlechte mechanische Eigenschaften haben, führt dies zu einem weniger stabilen Zugfahrzeug.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass Stahl stark genug ist, um das Gewicht eines Zuges zu tragen, der sich wiederholt über die Schienen bewegt. Stahl ist kein guter elektrischer Leiter. Daher ist diese Methode bei der Leistungsabgabe ineffizient.
Während alle Metalle leitfähig sind, verwenden wir Aluminium, Kupfer, Silber und Gold für Leiter. Diese Metalle sind alle weich und teuer. Selbst wenn Sie Stahlschienen verwenden und diese beschichten, wird die Beschichtung mit jedem vorbeifahrenden Zug dünner und dünner. In der Beschichtung treten Lücken auf, die unwirksam sind. Gold-, Silber- (vielleicht Kupfer-) Beschichtungen werden ebenfalls Dieben ausgesetzt sein.
Berücksichtigen Sie auch die Wärmeausdehnung. Schienen in der Sonne werden sich tagsüber erwärmen und ausdehnen, nachts abkühlen und schrumpfen. Sommer-Winter-Temperaturen erhöhen die Temperaturspanne. Über ein Jahr muss das Gleis Platz für diesen Ausbau haben, sonst verzieht sich das Gleis, knickt ein und reißt die Schwellen ab. Eisen hat eine geringere Wärmeausdehnung als die leitfähigen Metalle http://www.engineeringtoolbox.com/linear-expansion-coefficients-d_95.html .
Neue Technologie: Könnte man eine dotierte Kohlefaserschiene herstellen, die stark genug wäre, um den physikalischen Schlägen standzuhalten, und gleichzeitig ausreichend leitfähig wäre, um eine Stromübertragung möglich zu machen? Vielleicht ein neues Keramikmaterial. Keramik hätte die Haltbarkeit, könnte aber zu spröde sein. Sie könnten helfen, indem Sie den Schienenverkehr auf den Personenverkehr und nicht auf den Frachtverkehr beschränken.
MolbOrg hat einige gute Anmerkungen gemacht, die angesprochen werden sollten. Die dritte Schiene ist aus Stahl ( https://en.wikipedia.org/wiki/Third_rail ). Diese Wahl hat jedoch Konsequenzen. Third-Rail-Systeme verwenden Gleichstrom mit niedrigerer Spannung. Dies liegt an der Sicherheit und der Leitfähigkeit von Stahl. Dies begrenzt die Zuggeschwindigkeit. Das bedeutet auch, dass Umspannwerke ziemlich nah beieinander liegen müssen. Wikipedia erwähnte auch eine mechanische Einschränkung beim Kontakt mit der dritten Schiene, aber mir war nicht klar, was genau damit verbunden war. Es besteht die Möglichkeit, Aluminiumschienen mit einer Edelstahlverkleidung zu verwenden, um die Haltbarkeit zu verbessern. Wikipedia lieferte kein funktionierendes Beispiel.
Der Wikipedia-Artikel über Freileitungen bietet einen wichtigen Kontrast für ein System, das nicht durch die Arbeitssicherheit oder Probleme mit Blättern/Müll/Schnee, die die Stromübertragung beeinträchtigen könnten, eingeschränkt ist ( https://en.wikipedia.org/wiki/Overhead_line ).
Bei der Entwicklung eines neuen Systems sind mehrere Dinge zu beachten. Wechselstrom gegen Gleichstrom. Gleichstrom ist tödlicher, aber der gesamte Draht führt Strom. Wechselstrom kann sicherer sein, aber er dringt nur unter die Haut (basierend auf der Frequenz). Leitfähigkeit des zur Herstellung der Schienen verwendeten Materials. Mechanische Beständigkeit, chemische Beständigkeit (Rost) und Wärmeausdehnung sind wichtig. Schließlich gibt es Kosten: Materialkosten, Herstellungskosten, Kosten für Kraftwerke.
JDługosz
Molot