112 鐵路人員升資考試員級晉高員級 技術類(選試運轉理論) 運轉理論 考古題詳解

核心觀念

坡度阻力是列車重量沿軌道方向的重力分量。列車總重為 $W$ ton 時，其沿坡道方向的重力分量為 $W \times 1000 \times 9.8 \sin\theta$ N；除以列車總重 $W$，即可得到每噸坡度阻力。

圖中的坡度角為 $\theta$。坡度值 $x$‰依水平距離定義為：

解題方法

先將每噸列車重量換算成力，再取沿斜坡方向的分量：

由 $\tan\theta=x/1000$，可得：

核心觀念

本題考查列車起動加速時，牽引力如何克服行駛阻力並提供列車與旋轉設備的加速慣性力。依牛頓第二運動定律，淨牽引力等於加速所需的總慣性力。

題目指出旋轉設備造成的慣性力平均值為直線前進加速力的 $6\%$，因此總加速慣性力為直線前進加速力的 $1.06$ 倍。

解題方法

列車質量為 $300$ ton，平均行駛阻力為 $47\ \text{N/ton}$，所以全列車的平均行駛阻力為

扣除行駛阻力後，可用於加速的淨牽引力為

令列車平移加速度為 $a$。以 $1\ \text{ton}=1{,}000\ \text{kg}$ 換算，列車質量為 $300{,}000\ \text{kg}$。直線前進的加速力為 $300{,}000a$，加上旋轉設備的慣性力後，總加速慣性力為

因此

核心觀念

中性區間（Neutral Section，又稱分相區）是交流電氣化鐵路電車線上的一段無電區間，用來隔離兩個供電區段。臺鐵採交流供電，不同變電站供應的電力可能有相位差；同一變電站供應的 M 相與 T 相電源也彼此異相。

若不同相位的供電區段直接相連，列車集電弓通過交界處時可能同時接觸兩側電車線，使不同相位電源短路，產生電弧，造成供電跳脫或設備損壞。因此，兩供電區段之間須設置中性區間作電氣隔離。

解題方法

作答時依「供電分區 → 電源相位差 → 隔離需求 → 設置位置」說明即可：

1. 臺鐵電車線由不同供電區段供電。
2. 各區段電源可能存在相位差。
3. 中性區間以無電區隔開不同供電區段，避免集電弓跨接時引發短路或電弧。
4. 中性區間設在電車線供電區段的交界處。

裝設位置

核心觀念

本題考查列車自動控制系統（Automatic Train Control，ATC）的定義，以及其在捷運行車安全與營運上的主要功能。

ATC 是以號誌、軌道設備、車載設備及控制中心等設備互相配合，監督並控制列車運轉的系統。系統依列車位置、速度、路線狀態及行車計畫等資訊，提供列車運轉許可與速度限制，並在必要時自動介入控制，以維持列車安全運行。

ATC 常見的三項子系統為：

• 列車自動防護（ATP，Automatic Train Protection）：確保列車不超速、不超越行車許可範圍，並在危險狀況下自動制動。
• 列車自動運轉（ATO，Automatic Train Operation）：依運轉命令自動執行加速、巡航、惰行、煞車及停站等操作。
• 列車自動監督（ATS，Automatic Train Supervision）：在控制中心監視列車運行，並協助調度、追蹤班距及處理運轉異常。

解題方法

本題為名詞解釋與功能說明題，作答時依「系統定義 → 核心安全功能 → 營運與自動化功能」說明即可。先交代 ATC 如何利用地面與車載設備監督、控制列車，再分述其安全防護、自動運轉及行車監督功能，並指出 ATP、ATO、ATS 的分工。

ATC 系統的功能

1. 列車速度監督與超速防護 系統持續監控列車速度，並依路線條件、號誌顯示、前車位置及行車許可設定速度上限。列車速度超過允許值時，系統可發出警示，必要時自動施加常用煞車或緊急煞車。

2. 行車間隔與追蹤防護 監控列車位置及前後車間距，確保列車維持安全間隔，降低追撞風險，並防止列車進入尚未開放或未獲行車許可的區段。

核心觀念

本題考查列車等速行駛時的力平衡，以及閘瓦摩擦力與閘瓦總壓力的換算。

列車以等速行駛時，合力為零。下坡所提供的加速力會與行駛阻力共同構成需要由制動力抵銷的力量。閘瓦的制動摩擦力為：

$F_{\text{制動}}=\mu P$

其中 $\mu$ 為閘瓦與車輪間的摩擦係數，$P$ 為閘瓦總壓力。

解題方法

先計算 $80\ \text{km/h}$ 時的行駛阻力：

下坡加速力為 $107\ \text{N/ton}$，因此等速時所需制動力（以每噸列車重量計）為：