.jpg/1280px-Hugh_llewelyn_442_442_(6620468847).jpg)
Третий рельс , также известный как рельс под напряжением , электрический рельс или контактный рельс , представляет собой метод подачи электроэнергии на железнодорожный локомотив или поезд через полунепрерывный жесткий проводник, размещенный вдоль или между рельсами железнодорожного пути . Он обычно используется в системе общественного транспорта или скоростного транспорта , которая имеет выравнивания в собственных коридорах, полностью или почти полностью изолированных от внешней среды. Системы третьего рельса обычно питаются от постоянного тока.
Современные трамвайные системы с движением по улицам позволяют избежать риска поражения электрическим током от открытого электрического рельса за счет внедрения сегментированного наземного источника питания , где каждый сегмент электрифицирован только во время движения транспортного средства, использующего его энергию. [1]
Система электрификации на основе третьего рельса не имеет отношения к третьему рельсу, используемому на двухколейных железных дорогах.
Системы третьего рельса — это средство подачи электрической тяги поездам с использованием дополнительного рельса (называемого «контактным рельсом») для этой цели. В большинстве систем контактный рельс размещается на концах шпал снаружи ходовых рельсов, но в некоторых системах используется центральный контактный рельс. Контактный рельс поддерживается керамическими изоляторами (известными как «горшки») на верхнем контакте или изолированными кронштейнами на нижнем контакте, как правило, с интервалом около 10 футов (3,0 м). [ необходимо уточнение ]
Поезда имеют металлические контактные блоки, называемые коллекторными башмаками (также известные как контактные башмаки или башмаки для захвата), которые контактируют с контактным рельсом. Тяговый ток возвращается на генерирующую станцию через ходовые рельсы. В Северной Америке контактный рельс обычно изготавливается из стали с высокой проводимостью или стали, прикрученной болтами к алюминию для увеличения проводимости. В других странах мира предпочтительной технологией являются экструдированные алюминиевые проводники с контактной поверхностью или колпачком из нержавеющей стали из-за их более низкого электрического сопротивления, более длительного срока службы и меньшего веса. [2] Ходовые рельсы электрически соединены с помощью проволочных соединений или других устройств для минимизации сопротивления в электрической цепи. Контактные башмаки могут быть расположены ниже, выше или рядом с третьим рельсом в зависимости от типа используемого третьего рельса: эти третьи рельсы называются нижними контактами, верхними контактами или боковыми контактами соответственно.
Рельсы-проводники должны прерываться на железнодорожных переездах , переходах и в зазорах подстанций . На концах каждой секции предусмотрены конические рельсы, обеспечивающие плавное зацепление контактных башмаков поезда.
Положение контакта между поездом и рельсом различается: некоторые из самых ранних систем использовали верхний контакт, но более поздние разработки используют боковой или нижний контакт, что позволяет накрывать контактный рельс, защищая рабочих пути от случайного контакта и защищая контактный рельс от мороза, льда, снега и листопада. [3]
Поскольку системы третьего рельса, расположенные близко к земле, представляют опасность поражения электрическим током , высокие напряжения (выше 1500 В) не считаются безопасными. Поэтому для передачи достаточной мощности поезду необходимо использовать очень высокий ток, что приводит к высоким потерям на сопротивление и требует относительно близко расположенных точек питания ( электрических подстанций ).
Электрифицированный рельс грозит поражением электрическим током любому, кто бродит или падает на пути. Этого можно избежать, используя платформенные экранные двери , или риск можно снизить, разместив контактный рельс сбоку от пути вдали от платформы, если это допускается планировкой станции. Риск также можно снизить, имея защитный щит , поддерживаемый кронштейнами , для защиты третьего рельса от контакта, хотя во многих системах он не используется. При использовании защитных щитов они уменьшают габарит конструкции около верхней части рельса. Это, в свою очередь, уменьшает габарит погрузки .
Также существует риск того, что пешеходы выйдут на пути на железнодорожных переездах и случайно коснутся третьего рельса, если только не будет полностью реализовано разделение уровней . В Соединенных Штатах Верховный суд Иллинойса в 1992 году подтвердил вердикт в размере 1,5 миллиона долларов против Чикагского транзитного управления за то, что оно не остановило пьяного человека, который вышел на пути на железнодорожном переезде на станции Кедзи в явной попытке помочиться. [4]
Концевые съезды контактных рельсов (где они прерываются или меняют сторону) представляют собой практическое ограничение скорости из-за механического воздействия башмака, и 161 км/ч (100 миль/ч) считается верхним пределом практической эксплуатации третьего рельса. Мировой рекорд скорости для третьего рельса составляет 175 км/ч (109 миль/ч), достигнутый 11 апреля 1988 года британским электропоездом класса 442. [ 5]
В случае столкновения с посторонним предметом скошенные торцевые рампы нижних ходовых систем могут повысить опасность проникновения третьего рельса внутрь пассажирского вагона. Считается, что это способствовало гибели пяти пассажиров в крушении поезда Valhalla в 2015 году. [6]
Современные системы, такие как наземное электроснабжение (впервые использованное на трамваях Бордо в 2003 году), позволяют избежать проблемы безопасности за счет сегментации электрифицированного рельса, при этом каждый сегмент получает питание только тогда, когда он полностью покрыт транспортным средством, использующим его энергию. [1]
Системы третьего рельса, использующие верхний контакт, склонны к накоплению снега или льда, образующегося из повторно замерзшего снега, и это может прерывать работу. Некоторые системы используют специальные противообледенительные поезда для нанесения маслянистой жидкости или антифриза (например, пропиленгликоля ) на контактный рельс, чтобы предотвратить замерзание. Третий рельс также можно подогревать, чтобы облегчить проблему льда.
В отличие от оборудования воздушной линии, системы третьего рельса не подвержены сильному ветру или ледяному дождю , которые могут обрушить воздушные провода и, следовательно, вывести из строя все поезда. Грозы также могут вывести из строя электроэнергию ударами молний в системах с воздушными проводами , выведя из строя поезда, если произойдет скачок напряжения или обрыв проводов.
В зависимости от геометрии поезда и пути, зазоры в контактном рельсе (например, на железнодорожных переездах и перекрестках) могут позволить поезду остановиться в положении, когда все его башмаки для приема энергии находятся в зазорах, так что тяговая мощность недоступна. В таком случае говорят, что поезд «зазорен». Затем за застрявшим поездом должен быть подведен другой поезд, чтобы подтолкнуть его к контактному рельсу, или может использоваться соединительный кабель для подачи достаточного количества энергии на поезд, чтобы вернуть один из его контактных башмаков на токоведущий рельс. Чтобы избежать этой проблемы, требуется минимальная длина поездов, которые могут работать на линии. Локомотивы либо имели резервную систему бортового дизельного двигателя (например, British Rail Class 73 ), либо были подключены к башмакам на подвижном составе (например, Metropolitan Railway ).
Первой идеей подачи электроэнергии в поезд от внешнего источника было использование обоих рельсов, по которым движется поезд, при этом каждый рельс является проводником для каждой полярности и изолирован шпалами . Этот метод используется большинством масштабных моделей поездов ; однако он не работает так же хорошо для больших поездов, поскольку шпалы не являются хорошими изоляторами. Кроме того, электрическое соединение требует изолированных колес или изолированных осей, но большинство изоляционных материалов имеют плохие механические свойства по сравнению с металлами, используемыми для этой цели, что приводит к менее устойчивому подвижному составу поезда. Тем не менее, он иногда использовался в начале разработки электропоездов. Старейшая электрическая железная дорога в мире, Volk's Railway в Брайтоне, Англия, изначально была электрифицирована при 50 вольтах постоянного тока с использованием этой системы (сейчас это трехрельсовая система). Другими железнодорожными системами, которые использовали его, были трамвай Gross-Lichterfelde и трамвай Ungerer .
Третий рельс обычно располагается снаружи двух ходовых рельсов, но в некоторых системах он устанавливается между ними. Электричество передается поезду с помощью скользящего башмака , который удерживается в контакте с рельсом. Во многих системах над третьим рельсом устанавливается изолирующий кожух для защиты сотрудников, работающих вблизи пути; иногда башмак предназначен для контакта с боковой стороной (так называемый «боковым ходом») или нижней частью (так называемый «нижний ход» или «нижний ход») третьего рельса, что позволяет устанавливать защитный кожух непосредственно на его верхнюю поверхность. Когда башмак скользит по верхней поверхности, это называется «верхний ход». Когда башмак скользит по нижней поверхности, он меньше подвержен скоплению снега, льда или листьев [3] и снижает вероятность поражения человека электрическим током при контакте с рельсом. Примерами систем, использующих нижний третий рельс, являются Metro-North в столичном районе Нью-Йорка ; [7] линия SEPTA Market–Frankford в Филадельфии ; [8] и лондонская Доклендская легкая железная дорога . [9]
Электропоезда (использующие электроэнергию, вырабатываемую на удаленной электростанции и передаваемую на поезда) значительно более экономичны, чем дизельные или паровые агрегаты, где отдельные силовые агрегаты должны перевозиться на каждом поезде. Это преимущество особенно заметно в городских и скоростных транзитных системах с высокой плотностью движения.
Из-за механических ограничений на контакт с третьим рельсом поезда, использующие этот метод электроснабжения, развивают меньшую скорость, чем те, которые используют воздушные электрические провода и пантограф . Тем не менее, они могут быть предпочтительны внутри городов, поскольку нет необходимости в очень высокой скорости , и они вызывают меньше визуального загрязнения .
Третий рельс является альтернативой воздушным линиям , которые передают электроэнергию поездам с помощью пантографов , прикрепленных к поездам. В то время как системы с воздушным проводом могут работать при напряжении 25 кВ и более, используя переменный ток (AC), меньший зазор вокруг рельса под напряжением накладывает максимум около 1200 В, при этом некоторые системы используют 1500 В ( линия 4, метро Гуанчжоу , линия 5, метро Гуанчжоу , линия 3, метро Шэньчжэнь ), и используется постоянный ток (DC). [ необходима цитата ] Поезда на некоторых линиях или сетях используют оба режима электроснабжения (см. § Смешанные системы ниже).
Все системы третьего рельса во всем мире питаются от источников постоянного тока. Некоторые из причин этого являются историческими. Ранние тяговые двигатели были двигателями постоянного тока, а имевшееся тогда выпрямительное оборудование было большим, дорогим и непрактичным для установки на борту поездов. Кроме того, передача относительно высоких токов, требуемых для переменного тока, приводит к более высоким потерям при переменном токе, чем при постоянном токе. [11] Подстанции для системы постоянного тока должны будут находиться (обычно) на расстоянии около 2 километров (1,2 мили) друг от друга, хотя фактическое расстояние зависит от пропускной способности, максимальной скорости и частоты обслуживания линии.
Одним из методов снижения потерь тока (и, таким образом, увеличения расстояния между фидерами/подстанциями, что является основной статьей расходов при электрификации третьего рельса) является использование композитного токопроводящего рельса гибридной конструкции из алюминия/стали. Алюминий является лучшим проводником электричества, а рабочая поверхность из нержавеющей стали обеспечивает меньший износ.
Существует несколько способов крепления нержавеющей стали к алюминию. Самый старый — метод совместной экструзии, при котором нержавеющая сталь экструдируется вместе с алюминием. В отдельных случаях этот метод страдал от расслоения (когда нержавеющая сталь отделяется от алюминия); говорят, что это было устранено в последних рельсах совместной экструзии. Второй метод — алюминиевый сердечник, на который в качестве колпачка устанавливаются две секции нержавеющей стали и линейно привариваются вдоль центральной линии рельса. Поскольку у алюминия более высокий коэффициент теплового расширения, чем у стали, алюминий и сталь должны быть надежно зафиксированы, чтобы обеспечить хороший интерфейс токосъема. Третий метод заключается в заклепках алюминиевых шинных полос к стенке стального рельса.
Как и в случае с воздушными проводами, обратный ток обычно протекает через один или оба работающих рельса, и утечка на землю не считается серьезной. Там, где поезда ходят на резиновых шинах, как в частях метро Лиона , Парижского метро , Мехико , Сантьяго , Муниципального метро Саппоро , а также во всем Монреальском метро и некоторых автоматизированных системах направляющих путей (например, линия Astram ), для подачи тока должен быть предусмотрен рельс под напряжением. Возврат осуществляется через рельсы обычного пути между этими направляющими планками ( см. метро с резиновыми шинами ).
Другая конструкция с третьим рельсом (подача тока, снаружи ходовых рельсов) и четвертым рельсом (возврат тока, посередине между ходовыми рельсами) используется несколькими системами со стальными колесами; см. четвертый рельс . Лондонское метро является крупнейшим из них (см. электрификация железных дорог в Великобритании ). Основная причина использования четвертого рельса для передачи обратного тока заключается в том, чтобы избежать протекания этого тока через первоначальную металлическую обшивку туннеля, которая никогда не предназначалась для передачи тока и которая подверглась бы электролитической коррозии , если бы в них протекали такие токи.
Другая четырехрельсовая система — линия M1 миланского метро , где ток подается боковой плоской шиной с боковым контактом, а возврат осуществляется через центральный рельс с верхним контактом. Вдоль некоторых участков северной части линии также установлена контактная линия , чтобы поезда линии M2 (которые используют пантографы и более высокое напряжение, и не имеют контактных башмаков) могли попасть в депо, расположенное на линии M1. В депо поезда линии M1 используют пантографы из соображений безопасности, при этом переход осуществляется вблизи депо вдали от коммерческих путей.
Электрификация третьим рельсом визуально менее заметна, чем электрификация контактной сети . [12]
Несколько систем используют третий рельс для части маршрута и другую движущую силу, такую как контактная сеть или дизельная энергия для остальной части. Они могут существовать из-за соединения отдельных железных дорог, использующих разные движущие системы, местных постановлений или других исторических причин.
Несколько типов британских поездов могли работать как на контактной сети, так и на контактном рельсе, включая электропоезда British Rail классов 313 , 319 , 325 , 350 , 365 , 375/6 , 377/2 , 377/5 , 377/7 , 378/2 , 387 , 373 , 395 , 700 и 717 , а также локомотивы класса 92 .
Network Rail утверждает, что управляет крупнейшей в мире сетью третьего рельса. [13]
В южном регионе Британских железных дорог грузовые станции имели [ когда? ] воздушные провода, чтобы избежать опасности поражения электрическим током от третьего рельса. [14] Локомотивы были оснащены пантографом, а также захватными башмаками.
Класс 373, используемый для международных высокоскоростных железнодорожных услуг, обслуживаемых Eurostar через туннель под Ла-Маншем, работает на контактных проводах с напряжением 25 кВ переменного тока на протяжении большей части своего пути, с участками постоянного тока 3 кВ на бельгийских линиях между бельгийским высокоскоростным участком и станцией Brussels Midi или постоянного тока 1,5 кВ на железнодорожных линиях на юге Франции для сезонных услуг. Первоначально поставляемые единицы класса 373 были дополнительно оснащены башмаками для сбора постоянного тока 750 В , предназначенными для поездки в Лондоне по пригородным линиям до Ватерлоо . Переключение между третьим рельсом и контактным сбором было выполнено во время движения на скорости, первоначально на Continental Junction около Фолкстона, а затем на Fawkham Junction после открытия первого участка железнодорожной линии туннеля под Ла-Маншем . Между железнодорожной станцией Kensington Olympia и депо North Pole потребовались дополнительные переключения.
Система двойного напряжения действительно вызвала некоторые проблемы. Неспособность убрать башмаки при въезде во Францию привела к серьезному повреждению путевого оборудования, заставив SNCF установить пару бетонных блоков на конце обоих туннелей со стороны Кале, чтобы сломать башмаки третьего рельса, если они не были убраны. Авария произошла в Великобритании, когда машинист Eurostar не убрал пантограф перед въездом в систему третьего рельса, повредив сигнальный портал и пантограф.
14 ноября 2007 года пассажирские перевозки Eurostar были переведены на железнодорожную станцию Сент-Панкрас , а техническое обслуживание — в депо Темпл-Миллс , что сделало 750-вольтовое постоянное оборудование для сбора третьего рельса ненужным, а башмаки третьего рельса были сняты. Сами поезда больше не оснащены спидометром, способным измерять скорость в милях в час (показание автоматически менялось при развертывании башмаков для сбора).
В 2009 году Southeastern начала обслуживать внутренние перевозки по высокоскоростной линии 1 от Сент-Панкраса, используя свои новые электропоезда класса 395. Эти поезда курсируют по высокоскоростной линии до Ebbsfleet International или Ashford International , прежде чем перейти на главные линии для обслуживания северного и среднего Кента. Как следствие, эти поезда поддерживают двойное напряжение, поскольку большинство маршрутов, по которым они следуют, электрифицированы третьим рельсом.
В Лондоне линия North London Line переходит с третьего рельса на надземную электрификацию между Ричмондом и Стратфордом на станции Acton Central . Первоначально на всем маршруте использовался третий рельс, но несколько технических проблем с заземлением, а также тот факт, что на части маршрута уже есть надземные электрические провода для грузовых и региональных служб Eurostar , привели к изменению. [ необходима цитата ]
Также в Лондоне линия West London Line меняет электроснабжение между Shepherd's Bush и Willesden Junction , где она встречается с линией North London Line. К югу от точки переключения линия WLL электрифицирована третьим рельсом, к северу от нее она надземная .
Межгородской сервис Thameslink работает на третьей железнодорожной сети Южного региона от Фаррингдона на юг и на воздушной линии на север до Бедфорда , Кембриджа и Питерборо . Переключение осуществляется во время стоянки в Фаррингдоне при движении на юг и в City Thameslink при движении на север.
На пригородных маршрутах Мургейт — Хертфорд и Уэлвин участки главной линии Восточного побережья рассчитаны на 25 кВ переменного тока, с переключением на третий рельс на железнодорожной станции Дрейтон-Парк . Третий рельс все еще используется на туннельном участке маршрута, поскольку размер туннелей , ведущих к станции Мургейт, был слишком мал для воздушной электрификации.
Линия Норт-Даунс не электрифицирована на тех участках, где служба Норт-Даунс имеет исключительное право пользования.
Электрифицированные участки линии:
.jpg/1280px-Demey_station,_looking_West_from_the_Herrmann-Debroux_bound_platform_(Auderghem,_Belgium).jpg)
В Брюссельском метрополитене используется система третьего рельса с напряжением 900 В постоянного тока, размещенная сбоку, с контактом посредством башмака, проходящего под силовым рельсом, который имеет изолирующий слой сверху и по бокам.
В метро Хельсинки используется система третьего рельса постоянного тока напряжением 750 В. [15] Участок от Вуосаари до порта Вуосаари не электрифицирован, поскольку его единственное предназначение — подключение к финской железнодорожной сети, ширина колеи которой отличается от ширины колеи метро всего на пару миллиметров. Ранее этот маршрут использовался маневровыми тепловозами, перевозившими новые поезда метро на электрифицированный участок линии.
Новый трамвай в Бордо (Франция) использует новую систему с третьим рельсом в центре пути. Третий рельс разделен на 10 м (32 фута 9+ Провод длиной 3 ⁄ 4 дюйма и 3 м (9 футов 10+1 ⁄ 8 дюйма ) длинных изоляционных сегментов. Каждый токопроводящий сегмент присоединен к электронной схеме, которая включает сегмент, когда он полностью находится под трамваем (активируется кодированным сигналом, посылаемым поездом), и отключает его, прежде чем он снова станет открытым. Эта система (называемая Alimentation par Sol (APS), что означает «подача тока через землю») используется в разных местах города, но особенно в историческом центре: в других местах трамваи используют обычные воздушные линии (см. также наземное электроснабжение ). Летом 2006 года было объявлено, что две новые французские трамвайные системы будут использовать APS в части своих сетей. Это будут Анжер и Реймс , обе системы, как ожидается, будут открыты около 2009–2010 годов. [ требуется обновление ]
Французская железная дорога Кюлоз-Модан была электрифицирована третьим рельсом постоянного тока напряжением 1500 В, позже переоборудованным в контактные провода того же напряжения. На станциях с самого начала были контактные провода.
Французская ветка, которая обслуживает Шамони и регион Монблана ( от Сен-Жерве-ле-Файе до Валлорсина ), имеет третий рельс (верхний контакт) и метровую колею. Она продолжается в Швейцарии, частично с той же системой третьего рельса, частично с контактной линией.
Линия Train Jaune протяженностью 63 км (39 миль) в Пиренеях также оснащена третьим рельсом.
На многих пригородных линиях, которые начинались со станции Сен-Лазар в Париже, использовалось питание по третьему рельсу (нижний контакт).
Чтобы снизить инвестиционные затраты, Роттердамскому метрополитену , в основном системе с питанием от третьего рельса, были предоставлены некоторые отдаленные ветки, построенные на поверхности, в качестве легкорельсового транспорта (называемого sneltram на голландском языке), с многочисленными переездами, защищенными барьерами и светофорами. Эти ветки имеют воздушные провода. Проект RandstadRail также требует, чтобы поезда Роттердамского метро ходили под проводами вдоль бывших основных железнодорожных линий до Гааги и Хук-ван-Холланда.
Аналогичным образом в Амстердаме один маршрут Sneltram прошел по путям метро и перешел на наземное выравнивание в пригородах, где он делил пути с обычными трамваями. В Амстердаме легкорельсовый транспорт Sneltram использует третий рельс и переключается на воздушные провода, когда он переходит на традиционный трамвайный путь, общий с трамваями в Амстердаме . Линия 51 до Амстелвена обслуживала метро между Amsterdam Centraal и Station Zuid. На Amsterdam Zuid он перешел с третьего рельса на пантограф и контактные провода . Оттуда до Amstelveen Centrum он делил свои пути с трамвайной линией 5. Легкорельсовые транспортные средства на этой линии могли использовать как 600 В постоянного тока, так и 750 В постоянного тока. По состоянию на март 2019 года эта линия метро была выведена из эксплуатации, отчасти из-за проблем, связанных с переключением между третьим рельсом и воздушными проводами. Номер линии 51 был присвоен новой линии метро, проходящей частично по тому же маршруту от Центрального железнодорожного вокзала Амстердама до станции Zuid, а затем по тому же маршруту, что и линия метро 50, до железнодорожной станции Амстердама Слотердейк .
Во всех метрополитенах постсоветских стран контактный рельс изготавливается по одному стандарту. [ необходима цитата ]
В Нью-Йорке линия New Haven компании Metro–North Railroad управляет электропоездами из Grand Central Terminal , которые используют третий рельс бывшей New York Central Railroad, но переключаются на воздушные линии в Пелхэме , чтобы работать на бывшей New York, New Haven and Hartford Railroad . Переключение происходит «на лету» (на скорости) и контролируется с места машиниста.
Две главные станции в Нью-Йорке — Гранд-Сентрал и Пенсильвания-Стейшн — не разрешают дизельным локомотивам работать в своих туннелях из-за опасности для здоровья от выхлопных газов. Таким образом, дизельное обслуживание на Metro-North, Long Island Rail Road и Amtrak использует двухрежимные/электро-дизельные локомотивы ( P32AC-DM и DM30AC ), которые могут использовать питание третьего рельса на станциях и подходах. При работе на третьем рельсе эти локомотивы менее мощные, поэтому на открытых (не туннельных) путях двигатели обычно работают в дизельном режиме, даже если питание третьего рельса доступно. [ необходима цитата ] New Jersey Transit также использует двухрежимные локомотивы ALP-45DP для работы на Penn Station наряду со своим обычным электрическим парком. Однако их двухрежимные локомотивы вместо этого используют воздушное питание, так как оно доступно в других местах на большей части их сети. [16]
В Нью-Йорке (на большей части острова Манхэттен ) и в Вашингтоне, округ Колумбия, местные постановления когда-то требовали, чтобы электрифицированные трамвайные линии получали ток от третьего рельса и возвращали ток на четвертый рельс, оба из которых были установлены в непрерывном своде под улицей и доступ к которому осуществлялся с помощью коллектора, проходящего через щель между ходовыми рельсами. Когда трамваи на таких системах въезжали на территорию, где разрешалось использование воздушных линий, они останавливались над ямой, где человек отсоединял коллектор ( плуг ), а машинист устанавливал столб троллейбуса на воздушные линии. В США все эти системы с питанием от трубопровода были прекращены и либо заменены, либо полностью заброшены. [ необходима цитата ]
На некоторых участках бывшей лондонской трамвайной системы также использовалась система токосъёма по трубопроводу , а некоторые трамвайные вагоны могли получать электроэнергию как от надземных, так и от подземных источников.
Синяя линия MBTA Бостона использует электрификацию третьего рельса от начала линии в центре города до станции Airport , где она переключается на контактную подвеску для оставшейся части линии до станции Wonderland . Самая дальняя часть Синей линии проходит очень близко к Атлантическому океану , и были опасения по поводу возможного накопления снега и льда на третьем рельсе так близко к воде. Контактная подвеска не используется в подземной части из-за узких зазоров в туннеле 1904 года под Бостонской гаванью. Вагоны скоростного транзита Hawker Siddeley серии 01200 Оранжевой линии MBTA (по сути, более длинная версия 0600-х Синей линии) недавно [ когда? ] были демонтированы во время программы технического обслуживания; эти крепления использовались бы для пантографов, которые были бы установлены, если бы Оранжевая линия была продлена к северу от ее нынешней конечной станции.
Метод двойного питания также использовался на некоторых междугородных железных дорогах США, которые использовали более новый третий рельс в пригородных районах и существующую инфраструктуру надземного трамвая (троллейбуса) для достижения центра города. Например, чикагская «L» Yellow Line (которая использует пути, изначально использовавшиеся North Shore Line ) использовала воздушные провода на западной половине маршрута, которые перешли на третий рельс для восточной половины маршрута. Вся линия была переведена на третий рельс в 2004 году, чтобы сократить расходы на техническое обслуживание и обеспечить лучшую совместимость с подвижным составом.
Железная дорога может быть электрифицирована с помощью контактного провода и третьего рельса одновременно. Так было, например, на гамбургской городской электричке S-Bahn между 1940 и 1955 годами. Современный пример — железнодорожная станция Биркенвердер недалеко от Берлина, которая имеет третьи рельсы с обеих сторон и контактные провода. Большая часть комплекса Пенсильванского вокзала в Нью-Йорке также электрифицирована обеими системами. [ необходима цитата ]
Некоторые высокие напряжения третьего рельса (1000 вольт и более) включают в себя:
В нацистской Германии была создана железнодорожная система с шириной колеи 3000 мм ( 9 футов 10 дюймов) .+Планировалась ширина колеи 1 ⁄ 8 дюйма . Для этой железнодорожной системы Breitspurbahn рассматривалась электрификация с напряжением 100 кВ, взятым от третьего рельса, чтобы избежать повреждения воздушных проводов от крупногабаритных зенитных орудий, установленных на рельсах. Однако такая система электропитания не работала бы, поскольку невозможно изолировать третий рельс для такого высокого напряжения в непосредственной близости от рельсов. Весь проект не получил дальнейшего развития из-за начала Второй мировой войны.
Системы электрификации третьего рельса, помимо бортовых батарей, являются старейшим средством подачи электроэнергии поездам на железных дорогах, использующим их собственные коридоры, особенно в городах. Первоначально воздушное электроснабжение использовалось почти исключительно на трамвайных железных дорогах, хотя оно также медленно появлялось и на магистральных системах.
Экспериментальный электропоезд, использующий этот метод электроснабжения, был разработан немецкой фирмой Siemens & Halske и показан на Берлинской промышленной выставке 1879 года , с третьим рельсом между ходовыми рельсами. Некоторые ранние электрические железные дороги использовали ходовые рельсы в качестве проводника тока, как в открытой в 1883 году Volk's Electric Railway в Брайтоне. В 1886 году она получила дополнительный рельс питания и работает до сих пор. Затем последовал трамвай Giant's Causeway , оборудованный приподнятым внешним третьим рельсом в 1883 году, позже преобразованный в контактный провод. Первой железной дорогой, использовавшей центральный третий рельс, была трамвайная линия Bessbrook and Newry в Ирландии, открытая в 1885 году, но теперь, как и линия Giant's Causeway, закрытая.
Также в 1880-х годах в общественном городском транспорте начали использоваться системы третьего рельса . Первыми от этого выиграли трамваи: они использовали проводники в кабелепроводе под поверхностью дороги (см. Сбор тока в кабелепроводе ), как правило, на отдельных участках сетей. Впервые это было опробовано в Кливленде (1884) и в Денвере (1885), а затем распространилось на многие крупные трамвайные сети (например, Нью-Йорк; Чикаго; Вашингтон, округ Колумбия; Лондон; Париж, все из которых закрыты) и Берлин (система третьего рельса в городе была заброшена в начале 20 века после сильного снегопада). Система была опробована на пляжном курорте Блэкпул , Великобритания, но вскоре была заброшена, поскольку было обнаружено, что песок и соленая вода попадают в кабелепровод и вызывают поломки, и возникла проблема с падением напряжения . На некоторых участках трамвайных путей все еще видны щелевые рельсы.
Третий рельс снабжал электроэнергией первую в мире электрифицированную подземную железную дорогу, City & South London Railway , которая открылась в 1890 году (теперь часть Северной линии Лондонского метрополитена). В 1893 году в Великобритании открылась вторая в мире городская железная дорога с третьим рельсом — Liverpool Overhead Railway (закрыта в 1956 году и демонтирована). Первой городской железной дорогой США с третьим рельсом, которая использовалась в коммерческих целях, была Metropolitan West Side Elevated 1895 года , которая вскоре стала частью Chicago 'L' . В 1901 году Грэнвилл Вудс , известный афроамериканский изобретатель, получил патент США 687,098 , охватывающий различные предлагаемые усовершенствования систем третьего рельса. Это было процитировано для утверждения, что он изобрел систему распределения тока с третьим рельсом. Однако к тому времени существовало множество других патентов на электрифицированные системы третьего рельса, включая патент США 263,132 Томаса Эдисона от 1882 года, и третий рельс успешно использовался более десятилетия в установках, включая остальные «надземные» линии Чикаго, а также те, которые использовались в компании Brooklyn Rapid Transit Company , не говоря уже о развитии за пределами США.
В Париже третий рельс появился в 1900 году в главном тоннеле, соединяющем Gare d'Orsay с остальной частью сети CF Paris-Orléans. Электрификация третьего рельса на главной линии была позже распространена на некоторые пригородные службы.
Система транспортировки Вудфорда использовалась на промышленных трамваях , особенно в карьерах и разрезах в первые десятилетия 20-го века. Она использовала 250-вольтовый центральный третий рельс для питания дистанционно управляемых самоходных вагонов с боковой разгрузкой . [19] [20] Система дистанционного управления работала как модель железной дороги , с третьим рельсом, разделенным на несколько блоков, которые можно было настроить на питание, движение по инерции или торможение с помощью переключателей в центре управления.
Верхний контакт или гравитационный тип третьего рельса, по-видимому, является старейшей формой сбора энергии. Железные дороги, пионеры в использовании менее опасных типов третьего рельса, были New York Central Railroad на подходе к Большому Центральному вокзалу Нью-Йорка ( 1907 г. — еще один случай электрификации магистральной линии третьим рельсом), линия Market–Frankford Line в Филадельфии (1907 г.) и Hochbahn в Гамбурге (1912 г.) — каждая из них имела нижний контактный рельс, также известный как система Wilgus-Sprague. [21] Однако линия Manchester-Bury железной дороги Ланкашира и Йоркшира попробовала боковой контактный рельс в 1917 г. Эти технологии получили более широкое распространение только на рубеже 1920-х и в 1930-х годах, например, на линиях большого профиля Berlin U-Bahn , Berlin S-Bahn и Московского метрополитена . Hamburg S-Bahn использовала боковой контактный третий рельс при 1200 В постоянного тока с 1939 г.
В 1956 году открылась первая в мире резинометаллическая железнодорожная линия, линия 11 Парижского метрополитена . Кондукторный рельс превратился в пару направляющих рельсов, необходимых для удержания тележки в правильном положении на новом типе пути. Это решение было изменено на линии Намбоку 1971 года метрополитена Саппоро , где использовался центрально расположенный направляющий/возвратный рельс, а также один силовой рельс, размещенный сбоку, как на обычных железных дорогах.
В 2004 году технология третьего рельса на трамвайных линиях была в новой системе Бордо (2004). Это совершенно новая технология (см. ниже).
Системы третьего рельса не считаются устаревшими. [ необходима цитата ] Однако есть страны (в частности, Япония , Южная Корея , Испания ), которые более склонны внедрять контактную сеть для своих городских железных дорог. Но в то же время было (и все еще есть) много новых систем третьего рельса, построенных в других местах, включая технологически развитые страны (например, Копенгагенское метро , Тайбэйское метро , Уханьское метро ). Железные дороги с нижним питанием (возможно, слишком специфично использовать термин третий рельс ) также обычно используются с системами, имеющими поезда на резиновых шинах, будь то тяжелое метро (за исключением двух других линий метро Саппоро ) или малолитражный пассажирский транспортер (PM). Новые электрифицированные железнодорожные системы, как правило, используют контактную сеть для региональных и междугородних систем. Системы третьего рельса, использующие более низкое напряжение, чем системы воздушного транспорта, по-прежнему требуют гораздо больше точек питания.
В 1906 году электропоезда Lionel стали первыми моделями поездов, в которых для питания локомотива использовался третий рельс . Трек Lionel использует третий рельс в центре, в то время как два внешних рельса электрически соединены вместе. Это решило проблему двухрельсовых моделей поездов, когда путь устроен так, чтобы замыкаться на себя, так как обычно это вызывает короткое замыкание. (Даже если петля была разорвана, локомотив создавал бы короткое замыкание и останавливался, пересекая разрывы.) Электропоезда Lionel также работают на переменном токе. Использование переменного тока означает, что локомотив Lionel нельзя реверсировать, изменив полярность; вместо этого локомотив последовательно переходит между несколькими состояниями (например, вперед, нейтрально, назад) каждый раз, когда он запускается.
Трехрельсовые поезда Märklin используют короткий импульс с более высоким напряжением, чем используется для питания поезда, для реверсирования реле внутри локомотива. У рельса Märklin нет фактического третьего рельса; вместо этого ряд коротких штырей обеспечивает ток, принимаемый длинным «башмаком» под двигателем. Этот башмак достаточно длинный, чтобы всегда находиться в контакте с несколькими штырями. Это известно как система контактов со шпильками и имеет определенные преимущества при использовании в уличных моделях железных дорог. Сборщик лыж трется о шпильки и, таким образом, по своей сути самоочищается. Когда оба рельса пути используются для возврата параллельно, гораздо меньше вероятность прерывания тока из-за грязи на линии.
Многие наборы моделей поездов сегодня используют только два рельса, обычно связанные с системами Z, N, HO или G-Gauge. Они обычно питаются постоянным током (DC), где напряжение и полярность тока управляют скоростью и направлением двигателя постоянного тока в поезде. Растущим исключением является цифровое командное управление (DCC), где биполярный постоянный ток подается на рельсы с постоянным напряжением вместе с цифровыми сигналами, которые декодируются внутри локомотива. Биполярный постоянный ток несет цифровую информацию для указания команды и локомотива, которым командуют, даже когда на одном пути находится несколько локомотивов. Вышеупомянутая система Lionel O-Gauge остается популярной и сегодня благодаря ее трехрельсовой путевой реализации и питанию от переменного тока.
Некоторые модели железных дорог реалистично имитируют конфигурацию третьего рельса своих полноразмерных аналогов, хотя почти все они не получают электроэнергию от третьего рельса.
![Контактный башмак на вагоне метрополитена М8 «Метро-Север», предназначенный как для надрельсового, так и для подрельсового движения.[10]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/09/M8_railcar_-9101_contact_shoe,_September_2016.jpg/1280px-M8_railcar_-9101_contact_shoe,_September_2016.jpg)
