.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, расположенный рядом или между рельсами железнодорожного пути . Обычно он используется в системе общественного или скоростного транспорта , которая имеет собственные коридоры, полностью или почти полностью изолированные от внешней среды. Системы третьего рельса обычно питаются от электроэнергии постоянного тока .
Современные трамвайные системы, курсирующие по улицам, позволяют избежать риска поражения электрическим током из-за открытого электрического рельса за счет реализации сегментированного источника питания на уровне земли , где каждый сегмент электрифицируется только тогда, когда на нем находится транспортное средство, использующее его энергию. [2]
Система электрификации третьего рельса не связана с третьим рельсом, используемым на железных дорогах с двойной колеей .
Системы третьего рельса - это средство обеспечения электрической тяги поездов с использованием для этой цели дополнительного рельса (так называемого «проводящего рельса»). В большинстве систем контактный рельс размещается на концах шпал за пределами ходовых рельсов, но в некоторых системах используется центральный контактный рельс. Токопроводящий рельс опирается на керамические изоляторы (известные как «горшки») на верхнем контакте или на изолированных кронштейнах , на нижнем контакте, обычно с интервалом около 10 футов (3,0 м).
Поезда имеют металлические контактные блоки, называемые коллекторными башмаками (также известными как контактные башмаки или башмаки подборщика), которые контактируют с контактным рельсом. Тяговый ток возвращается на электростанцию через ходовые рельсы. В Северной Америке контактный рельс обычно изготавливается из стали с высокой проводимостью или из стали, прикрепленной болтами к алюминию для увеличения проводимости. В других странах мира предпочтительными являются экструдированные алюминиевые проводники с контактной поверхностью или наконечником из нержавеющей стали из-за их более низкого электрического сопротивления, более длительного срока службы и меньшего веса. [3] Ходовые рельсы электрически соединены с помощью проволочных соединений или других устройств, чтобы минимизировать сопротивление 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 нижним контактом, верхним контактом или боковым контактом соответственно.
Токопроводящие рельсы должны прерываться на железнодорожных переездах , переездах и разрывах подстанций . На концах каждой секции предусмотрены конические рельсы, обеспечивающие плавное зацепление контактных башмаков поезда.
Положение контакта между поездом и рельсом варьируется: в некоторых самых ранних системах использовался верхний контакт, но в более поздних разработках использовался боковой или нижний контакт, что позволяло закрыть контактный рельс, защищая путевых рабочих от случайного контакта и защищая контактный рельс. от мороза, льда, снега и листопада. [4]
Поскольку системы третьего рельса, расположенные близко к земле, представляют опасность поражения электрическим током , высокое напряжение (более 1500 В) не считается безопасным. Поэтому для передачи достаточной мощности на поезд необходимо использовать очень высокий ток, что приводит к высоким резистивным потерям и требует относительно близко расположенных точек питания ( электрических подстанций ).
Электрифицированный рельс угрожает смертью от электрического тока любому, кто блуждает или упадет на рельсы. Этого можно избежать, используя двери-ширмы на платформе , или риск можно уменьшить, разместив контактный рельс на стороне пути, противоположной платформе, если это допускается планировкой станции. Риск также можно снизить, установив защитную панель , поддерживаемую кронштейнами , для защиты третьей направляющей от контакта, хотя во многих системах она не используется. Там, где используются обшивочные плиты, они уменьшают габариты конструкции в верхней части рельса. Это, в свою очередь, уменьшает габарит загрузки .
Также существует риск того, что пешеходы выйдут на пути на железнодорожных переездах и случайно коснутся третьего рельса, если разделение уровней не будет полностью реализовано. В Соединенных Штатах решение Верховного суда штата Иллинойс 1992 года подтвердило приговор в размере 1,5 миллиона долларов против Управления транзита Чикаго за неспособность помешать пьяному человеку выйти на рельсы на железнодорожном переезде на станции Кедзи в явной попытке помочиться. [5]
Концевые съезды контактных рельсов (там, где они прерываются или меняют стороны) представляют собой практическое ограничение скорости из-за механического воздействия башмака, а 161 км / ч (100 миль в час) считается верхним пределом практического третьего рельса. операция. Мировой рекорд скорости для третьего железнодорожного поезда составляет 175 км/ч (109 миль в час), установленный 11 апреля 1988 года британским электропоездом класса 442 . [1]
В случае столкновения с посторонним предметом скошенные концевые аппарели нижних ходовых систем могут снизить опасность проникновения третьего рельса внутрь легкового автомобиля. Считается, что это способствовало гибели пяти пассажиров в результате крушения поезда в Валгалле в 2015 году. [6]
Современные системы, такие как источник питания с уровня земли (впервые использованный на трамвае Бордо в 2003 году), позволяют избежать проблемы безопасности за счет сегментирования рельса с питанием, при этом каждый сегмент получает питание только тогда, когда он полностью покрыт транспортным средством, использующим его мощность. [2]
Системы третьего рельса, использующие верхний контакт, склонны к скоплению снега или льда, образующегося из вновь замерзшего снега, и это может привести к прерыванию работы. В некоторых системах используются специальные противообледенительные линии, которые наносят маслянистую жидкость или антифриз (например, пропиленгликоль ) на контактный рельс, чтобы предотвратить накопление замерзшего льда. Третий рельс также можно подогреть, чтобы решить проблему обледенения.
В отличие от оборудования воздушных линий, 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 привести к отключению электроэнергии ударами молнии в системах с воздушными проводами , выводя из строя поезда в случае скачка напряжения или обрыва проводов.
В зависимости от геометрии поезда и пути, зазоры в контактном рельсе (например, на железнодорожных переездах и перекрестках) могут привести к остановке поезда в положении, когда все его башмаки передачи мощности находятся в зазорах, так что тяговая мощность отсутствует. Тогда говорят, что поезд «пропал». Затем необходимо подвести другой поезд позади застрявшего поезда, чтобы подтолкнуть его к контактному рельсу, или можно использовать соединительный кабель для подачи достаточного количества энергии на поезд, чтобы вернуть один из его контактных башмаков на рельс под напряжением. Чтобы избежать этой проблемы, необходима минимальная длина поездов, которые можно курсировать по линии. Локомотивы либо имели резервную систему бортового дизельного двигателя (например, British Rail Class 73 ), либо были подключены к башмакам подвижного состава (например, Metropolitan Railway ).
Первая идея подачи электроэнергии в поезд из внешнего источника заключалась в использовании обоих рельсов, по которым движется поезд, при этом каждый рельс является проводником для каждой полярности и изолируется шпалами . Этот метод используется в большинстве масштабных моделей поездов ; однако для больших поездов это не так хорошо, 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. Тем не менее, его иногда использовали на заре развития электропоездов. Самая старая электрическая железная дорога в мире, Volk's Railway в Брайтоне, Англия, изначально была электрифицирована при 50 В постоянного тока с использованием этой системы (теперь это трехрельсовая система). Другими железнодорожными системами, которые его использовали, были трамвай Гросс-Лихтерфельде и трамвай Унгерер .
Третий рельс обычно располагается снаружи двух ходовых рельсов, но в некоторых системах он монтируется между ними. Электричество передается в поезд посредством скользящего башмака , который удерживается в контакте с рельсом. Во многих системах над третьим рельсом предусмотрен изолирующий кожух для защиты сотрудников, работающих рядом с путями; иногда башмак предназначен для контакта со стороной (так называемым «боковым ходом») или дном (так называемым «нижним ходом» или «нижним ходом») третьего рельса, что позволяет устанавливать защитную крышку непосредственно на его верхнюю поверхность. Когда обувь скользит по верхней поверхности, это называется «бегом сверху». Когда обувь скользит по нижней поверхности, на нее меньше влияет накопление снега, льда или листьев [4] и снижается вероятность поражения человека электрическим током при контакте с рельсом. Примеры систем, использующих проходящий третий рельс, включают Metro-North в столичном районе Нью-Йорка ; [7] линия SEPTA Market – Frankford Line в Филадельфии ; [8] и лондонский Доклендский легкорельсовый транспорт . [9]
Электротяговые поезда (использующие электроэнергию, вырабатываемую на удаленной электростанции и передаваемую на поезда) значительно более экономичны, чем дизельные или паровые агрегаты, где в каждом поезде необходимо иметь отдельные силовые агрегаты. Это преимущество особенно заметно в городских и скоростных транспортных системах с высокой плотностью движения.
Из-за механических ограничений контакта с третьим рельсом поезда, использующие этот метод энергоснабжения, достигают более низких скоростей, чем поезда, использующие воздушные провода и пантограф . Тем не менее, их можно предпочесть в городах, поскольку нет необходимости в очень высокой скорости и они вызывают меньше визуального загрязнения .
Третий рельс является альтернативой воздушным линиям , передающим электроэнергию на поезда с помощью токоприемников, прикрепленных к поездам. В то время как системы воздушной проводки могут работать при напряжении 25 кВ и более, используя переменный ток (AC), меньший зазор вокруг рельса под напряжением требует максимум около 1200 В, при этом некоторые системы используют 1500 В ( линия 4, метро Гуанчжоу , линия 5). , Метро Гуанчжоу , линия 3, Метро Шэньчжэня ), и используется постоянный ток (DC). [ нужна ссылка ] Поезда на некоторых линиях или сетях используют оба режима электропитания (см. § Смешанные системы ниже).
Все системы третьего рельса по всему миру питаются от источников постоянного тока. Некоторые из причин этого носят исторический характер. Ранние тяговые двигатели представляли собой двигатели постоянного тока, а имеющееся в то время выпрямляющее оборудование было большим, дорогим и непрактичным для установки на борт поездов. Кроме того, передача относительно больших токов приводит к более высоким потерям при переменном токе, чем при постоянном. [11] Подстанции для системы постоянного тока должны находиться (как правило) 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 затрат при электрификации третьего рельса) является использование композитного контактного рельса гибридной конструкции из алюминия и стали. Алюминий является лучшим проводником электричества, а рабочая поверхность из нержавеющей стали обеспечивает лучший износ.
Существует несколько способов крепления нержавеющей стали к алюминию. Самым старым является 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 в последних коэкструдированных рельсах это было устранено. Второй метод представляет собой алюминиевый сердечник, на который устанавливаются две секции из нержавеющей стали в качестве колпака и привариваются линейной сваркой вдоль центральной линии рельса. Поскольку алюминий имеет более высокий коэффициент теплового расширения , чем сталь, алюминий и сталь должны быть надежно закреплены, чтобы обеспечить хороший контакт тока. Третий метод приклепывает алюминиевые шины к стенке стального рельса.
Как и в случае с воздушными проводами, обратный ток обычно протекает через одну или обе направляющие, и утечка на землю не считается серьезной. Там, где поезда ходят на резиновых шинах, например, на некоторых участках метрополитена Лиона , метро Парижа , метро Мехико , метро Сантьяго , муниципальном метро Саппоро , а также на всем метрополитене Монреаля и некоторых автоматизированных системах транзитных путей (например, линии Astram ), Для подачи тока должна быть предусмотрена шина под напряжением. Возврат осуществляется по рельсам обычного пути между этими направляющими ( см. резиновое метро ).
Другая конструкция с третьим рельсом (подача тока, вне ходовых рельсов) и четвертым рельсом (возврат тока, на полпути между ходовыми рельсами) используется в нескольких системах со стальными колесами; см. четвертый рельс . Лондонский метрополитен — самый крупный из них (см. электрификацию железных дорог в Великобритании ). Основная причина использования четвертого рельса для передачи обратного тока заключается в том, чтобы избежать протекания этого тока через первоначальные металлические облицовки туннелей, которые никогда не предназначались для пропускания тока и которые могли бы подвергнуться электролитической коррозии , если бы в них протекали такие токи.
Другая четырехрельсовая система — это линия М1 миланского метрополитена , где ток подается через боковой плоский стержень с боковым контактом, а возврат осуществляется через центральный рельс с верхним контактом. На некоторых участках северной части линии также имеется воздушная линия , позволяющая поездам линии М2 (которые используют токоприемники и более высокое напряжение и не имеют контактных башмаков) получать доступ к депо, расположенному на линии М1. В депо поезда линии М1 из соображений безопасности используют пантографы, при этом переход осуществляется возле депо, вдали от коммерческих путей.
Электрификация третьего рельса визуально менее навязчива, чем подвесная электрификация . [12]
В некоторых системах на части маршрута используется третий рельс, а на остальной части - другая движущая сила, такая как контактная сеть или дизельная энергия. Они могут существовать из-за соединения отдельных железных дорог с использованием различных систем движения, местных постановлений или по другим историческим причинам.
Несколько типов британских поездов могут работать как по надземным, так и по третьим рельсовым системам, в том числе British Rail Class 313 , 319 , 325 , 350 , 365 , 375/6 , 377/2 , 377/5 , 377/7 , 378. /2 , 387 , 373 , 395 , 700 и 717 электропоездов, а также локомотивов 92 класса .
Network Rail утверждает, что управляет крупнейшей в мире сетью третьих железных дорог. [13]
В южном регионе British Rail на грузовых станциях было [ когда? ] воздушные провода, чтобы избежать опасности поражения электрическим током на третьем рельсе. [14] Локомотивы были оснащены пантографом, а также башмаками для подбора.
Класс 373 , используемый для международных высокоскоростных железнодорожных перевозок, обслуживаемых Eurostar через туннель под Ла-Маншем , большую часть своего пути курсирует по воздушным проводам с напряжением 25 кВ переменного тока, с участками постоянного тока 3 кВ на бельгийских линиях между бельгийским высокоскоростным участком и Брюсселем. Станция Миди или постоянного тока 1,5 кВ на железнодорожных линиях юга Франции для сезонных перевозок. В первоначальной поставке автомобили класса 373 были дополнительно оснащены башмаками для сбора данных на 750 В постоянного тока , предназначенными для поездок по Лондону по пригородным пригородным линиям до Ватерлоо . Переключение между третьим рельсом и сбором накладных расходов было выполнено во время движения на скорости, сначала на Континентальном перекрестке возле Фолкстона, а затем на перекрестке Фокхэм после открытия первого участка железнодорожного сообщения туннеля под Ла- Маншем . Между железнодорожной станцией Кенсингтон-Олимпия и депо Северный полюс потребовались дальнейшие переключения.
Система двойного напряжения действительно вызывала некоторые проблемы. Неспособность втянуть башмаки при въезде во Францию привела к серьезному повреждению путевого оборудования, в результате чего SNCF установила пару бетонных блоков на конце обоих туннелей в Кале, чтобы отломать третьи рельсовые башмаки, если они не были втянуты. Авария произошла в Великобритании, когда водитель Eurostar не смог втянуть пантограф перед въездом в систему третьего рельса, в результате чего был поврежден сигнальный портал и пантограф.
14 ноября 2007 года пассажирские перевозки Eurostar были переведены на железнодорожную станцию Сент-Панкрас , а операции по техническому обслуживанию - в депо Temple Mills , в результате чего оборудование для сбора третьего рельса постоянного тока 750 В стало ненужным, а башмаки третьего рельса были сняты. Сами поезда больше не оснащены спидометром, способным измерять скорость в милях в час (показания автоматически менялись при раскрытии башмаков коллектора).
В 2009 году компания Southeastern начала осуществлять внутренние перевозки по путям High Speed 1 из Сент-Панкрас, используя свои новые электропоезда класса 395 . Эти службы работают на высокоскоростной линии до Ebbsfleet International или Ashford International , а затем переходят на основные линии для обслуживания северного и среднего Кента. Как следствие, эти поезда имеют двойное напряжение, поскольку большинство маршрутов, по которым они движутся, электрифицированы по третьему рельсу.
В Лондоне линия Северного Лондона меняется с третьего рельса на воздушную электрификацию между Ричмондом и Стратфордом в Актон-Сентрал . Первоначально на всем маршруте использовался третий рельс, но несколько технических проблем с электрическим заземлением, а также тот факт, что на части маршрута уже есть воздушные провода для грузовых и региональных услуг Eurostar , привели к изменению. [ нужна цитата ]
Также в Лондоне линия Западного Лондона меняет электроснабжение между Шепердс-Буш и Уиллесден-Джанкшен , где она пересекается с линией Северного Лондона. К югу от точки переключения WLL является третьей электрифицированной железной дорогой, к северу от нее она находится над головой .
Междугороднее сообщение Thameslink проходит по третьей железнодорожной сети Южного региона от Фаррингдона на юг и по воздушной линии на север до Бедфорда , Кембриджа и Питерборо . Переключение производится во время стоянки в Фаррингдоне при движении на юг и в Сити-Темслинке при движении на север.
На пригородных маршрутах от Мургейта до Хартфорда и Уэлвина участки главной линии Восточного побережья имеют напряжение переменного тока 25 кВ, а переход на третий рельс производится на железнодорожной станции Дрейтон-Парк . Третий рельс до сих пор используется на туннельном участке маршрута, поскольку размер туннелей , ведущих к станции Моргейт, был слишком мал, чтобы можно было провести электрификацию надземного транспорта.
Линия Норт-Даунс не электрифицирована на тех участках линии, где служба Норт-Даунс имеет исключительное пользование.
Электрифицированные участки линии:
.jpg/1280px-Demey_station,_looking_West_from_the_Herrmann-Debroux_bound_platform_(Auderghem,_Belgium).jpg)
В метро Брюсселя используется система третьего рельса напряжением 900 В постоянного тока, расположенная сбоку, с контактом посредством башмака, проходящего под силовой шиной, которая имеет изолирующий слой сверху и по бокам.
В метро Хельсинки используется система третьего рельса постоянного тока напряжением 750 В. [15] Участок от Вуосаари до гавани Вуосаари не электрифицирован, поскольку его единственная цель — подключение к финской железнодорожной сети, колея которой отличается от колеи метро лишь на пару миллиметров. Ранее по этому маршруту ездили маневровые тепловозы, перевозившие 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 дюймов).+ Длина проводки 3 ⁄ дюйма и 3 м (9 футов 10+1 ⁄ 8 дюйма) длинные изоляционные сегменты. Каждый проводящий сегмент подключен к электронной схеме, которая активирует сегмент, как только он полностью окажется под трамваем (активируется кодированным сигналом, отправленным поездом), и отключит его, прежде чем он снова станет открытым. Эта система (называемая Alimentation par Sol (APS), что означает «подача тока через землю») используется в различных местах по всему городу, 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 на части своих сетей. Это будут Анжер и Реймс ; ожидается, что обе системы откроются примерно в 2009–2010 годах. [ нужно обновить ]
Французская железная дорога Кюло-Модан была электрифицирована третьим рельсом постоянного тока напряжением 1500 В, позже преобразованным в воздушные провода с тем же напряжением. На станциях с самого начала были воздушные провода.
Французская ветка, которая обслуживает Шамони и регион Монблан ( от Сен-Жерве-ле-Файе до Валлорсина ), имеет третий рельс (верхний контакт) и метровую колею. Он продолжается и в Швейцарии, частично с той же системой третьего рельса, частично с воздушной линией.
Линия Train Jaune длиной 63 км (39 миль) в Пиренеях также имеет третий рельс.
На многих пригородных линиях, выходящих из парижского вокзала Сен-Лазар, использовалась подача третьего рельса (нижнего контакта).
Чтобы снизить инвестиционные затраты, Роттердамскому метро , по сути, системе с питанием от третьего рельса, были предоставлены некоторые отдаленные ветки, построенные на наземных путях легкорельсового транспорта (по-голландски называемые sneltram ), с многочисленными железнодорожными переездами, защищенными шлагбаумами и движением транспорта. огни. Эти ответвления имеют воздушные провода. Проект RandstadRail также требует, чтобы поезда Роттердамского метрополитена курсировали по проводам вдоль бывших магистральных железных дорог в Гаагу и Хук-оф-Холланд.
Аналогичным образом, в Амстердаме один маршрут sneltram пролегал по путям метро и переходил на наземную трассу в пригороде, где он делил пути со стандартными трамваями. В Амстердаме легкорельсовый транспорт Sneltram использует третий рельс и переключается на воздушные провода, когда переходит на традиционный трамвайный путь, используемый совместно с трамваями в Амстердаме . Линия 51 до Амстелвена обслуживала метро между Центральным вокзалом Амстердама и станцией Зёйд. В Амстердам-Зюйде он перешел с третьего рельса на пантограф и контактную сеть . Оттуда до Amstelveen Centrum он делил свои пути с трамвайной линией 5. Легкорельсовый транспорт на этой линии мог использовать как 600 В постоянного тока, так и 750 В постоянного тока. По состоянию на март 2019 года эта линия метро выведена из эксплуатации, отчасти из-за проблем с переключением между третьим рельсом и воздушными проводами. Его линия номер 51 была присвоена новой линии метро, которая частично проходит по тому же маршруту от центрального железнодорожного вокзала Амстердама до станции Zuid, а затем следует по тому же маршруту, что и линия метро 50 до железнодорожного вокзала Амстердама Слотердейк .
Во всех метрополитенах стран постсоветского пространства контактный рельс выполнен по одному стандарту. [ нужна цитата ]
В Нью-Йорке по линии Нью-Хейвен метро – Северная железная дорога ходят электропоезда от Центрального вокзала , которые используют третий рельс на бывшей Центральной железной дороге Нью-Йорка, но переключаются на воздушные линии в Пелхэме , чтобы добраться до бывшего Нью-Йорка, Нью-Йорка. Хейвен и Хартфордская железная дорога . Переключение производится «на ходу» (на скорости), а управление осуществляется с места инженера.
Две основные станции Нью-Йорка – Гранд-Сентрал и Пенсильвания-Стейшн – не разрешают работу тепловозов в своих туннелях из-за опасности для здоровья выхлопных газов. Таким образом, дизельные перевозки на станциях Metro-North, Long Island Rail Road и Amtrak используют двухрежимные электродизельные локомотивы ( P32AC-DM и DM30AC ), которые могут использовать мощность третьего рельса на станциях. и подходы. При эксплуатации третьего рельса эти локомотивы менее мощные, поэтому на открытых (не туннельных) путях двигатели обычно работают в дизельном режиме, даже если имеется мощность третьего рельса. [ нужна цитата ] New Jersey Transit также использует двухрежимные локомотивы ALP-45DP для работы на Пенсильванском вокзале вместе со своим обычным электрическим парком. Однако их двухрежимные локомотивы вместо этого используют воздушный источник питания, поскольку он доступен в других местах их сети. [16]
В Нью-Йорке (на большей части острова Манхэттен ) и в Вашингтоне, округ Колумбия, местные постановления когда-то требовали, чтобы электрифицированные уличные железные дороги отбирали ток от третьего рельса и возвращали ток на четвертый рельс, причем оба были установлены в сплошном своде под улице и доступ к нему осуществляется посредством коллектора, проходящего через щель между ходовыми рельсами. Когда трамваи на таких системах въезжали на территорию, где были разрешены воздушные линии, они останавливались над ямой, где человек отсоединял коллектор ( плуг ), а машинист устанавливал троллейбусный столб наверху. В США все эти системы с питанием по кабелепроводу были сняты с производства и либо заменены, либо вообще заброшены. [ нужна цитата ]
На некоторых участках бывшей лондонской трамвайной системы также использовалась система сбора тока в кабелепроводах , а также в некоторых трамвайных вагонах, которые могли собирать энергию как от надземных, так и от подземных источников.
Голубая линия MBTA Бостона использует электрификацию третьего рельса от начала линии в центре города до станции «Аэропорт» , где она переключается на контактную сеть на оставшейся части линии до станции «Страна чудес » . Самый дальний участок «голубой линии» проходит очень близко к Атлантическому океану , и были опасения по поводу возможного скопления снега и льда на третьем рельсе, расположенном так близко к воде. Верхняя контактная сеть не используется на подземном участке из-за узких зазоров в туннеле 1904 года под Бостонской гаванью. Недавно [ когда ? _ _ ] точки крепления пантографа были удалены 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 точки.
Метод двойного электроснабжения также использовался на некоторых междугородных железных дорогах США, которые использовали новый третий рельс в пригородных районах и существующую инфраструктуру надземного трамвая (троллейбуса), чтобы добраться до центра города, например, Скоки Свифт в Чикаго.
Железная дорога может быть электрифицирована одновременно воздушным проводом и третьим рельсом. Так было, например, на городской железной дороге Гамбурга в период с 1940 по 1955 год. Современный пример - железнодорожный вокзал Биркенвердер недалеко от Берлина, у которого есть третьи рельсы с обеих сторон и воздушные провода. Большая часть комплекса Penn Station в Нью-Йорке также электрифицирована обеими системами. [ нужна цитата ]
Некоторые высокие напряжения третьего рельса (1000 В и более) включают:
В нацистской Германии железнодорожная система шириной 3000 мм ( 9 футов 10 дюймов)+Была запланирована ширина колеи 1 / 8 дюймаДля этой железнодорожной системы Брайтспурбан рассматривалась возможность электрификации напряжением 100 кВ, взятым с третьего рельса, чтобы избежать повреждения воздушных проводов из-за негабаритных рельсовых зенитных орудий. Однако такая система питания не сработала бы, поскольку невозможно изолировать третий рельс для таких высоких напряжений 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 электроснабжения поездов на железных дорогах, использующих собственные коридоры, особенно в городах. Воздушное электроснабжение первоначально использовалось почти исключительно на железных дорогах, подобных трамваям, хотя постепенно оно также появилось и в магистральных системах.
Экспериментальный электропоезд, использующий этот способ электропитания, 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, например, в 1883 году открылась электрическая железная дорога Фолька в Брайтоне. В 1886 году ему дали дополнительную линию электропередачи, и он работает до сих пор. Затем последовал трамвай «Дорога гигантов» , оборудованный в 1883 году надземным внешним третьим рельсом, который позже был преобразован в воздушный провод. Первой железной дорогой, использовавшей центральный третий рельс, был трамвай Бессбрук и Ньюри в Ирландии, открытый в 1885 году, но теперь, как и линия «Дорога гигантов», закрытая.
Также в 1880-х годах системы третьего рельса стали использоваться в общественном городском транспорте . Трамваи первыми извлекли из этого выгоду: они использовали проводники в трубопроводе под поверхностью дороги (см. Сбор тока в трубопроводе ), обычно на отдельных участках сетей. Впервые это было опробовано в Кливленде (1884 г.) и Денвере (1885 г.), а затем распространилось на многие крупные трамвайные сети (например, Нью-Йорк; Чикаго; Вашингтон, округ Колумбия; Лондон; Париж, все из которых закрыты) и Берлине (третья часть трамвая). железнодорожная система в городе была заброшена в начале 20-го века после сильного снегопада.) Система была опробована на прибрежном курорте Блэкпул , Великобритания, но вскоре от нее отказались, поскольку было обнаружено, что песок и соленая вода попадают в трубопровод и вызывают поломки, и там была проблема с падением напряжения . На некоторых участках трамвайных путей до сих пор видны прорези рельсов.
Третий рельс снабжал энергией первую в мире электрическую подземную железную дорогу, City & South London Railway , открывшуюся в 1890 году (ныне часть Северной линии лондонского метрополитена). В 1893 году в Великобритании открылась вторая в мире городская железная дорога с третьим рельсовым приводом - Ливерпульская надземная железная дорога (закрыта в 1956 году и демонтирована). Первой коммерческой железной дорогой США с приводом от третьего рельса была Metropolitan West Side Elevated 1895 года , которая вскоре стала частью Чикаго «L» . В 1901 году Гранвилл Вудс , выдающийся афроамериканский изобретатель, получил патент США № 687 098 , охватывающий различные предлагаемые улучшения систем третьего рельса. Это цитировалось как утверждение, что он изобрел систему распределения тока по третьему рельсу. Однако к тому времени существовало множество других патентов на электрифицированные системы третьего рельса, в том числе американский патент Томаса Эдисона № 263 132 от 1882 года, а третьи рельсы успешно использовались более десяти лет в установках, включая остальную часть Чикаго. надземные», а также те, которые используются в Brooklyn Rapid Transit Company , не говоря уже о разработках за пределами США.
В Париже третий рельс появился в 1900 году в магистральном туннеле, соединяющем вокзал Орсе с остальной частью сети CF Париж-Орлеан. Электрификация третьей железной дороги позже была распространена на некоторые пригородные перевозки.
Система транспортировки Вудфорда использовалась на промышленных трамваях , особенно в карьерах и карьерах, в первые десятилетия 20-го века. Здесь использовался центральный третий рельс напряжением 250 В для питания самоходных боковых самоходных самоходных вагонов с дистанционным управлением . [19] [20] Система дистанционного управления работала как модель железной дороги : третий рельс был разделен на несколько блоков, которые можно было настроить на питание, выбег или торможение с помощью переключателей в центре управления.
Третий рельс верхнего контакта или гравитационного типа, по-видимому, является старейшей формой сбора энергии. Железными дорогами, новаторами в использовании менее опасных типов третьего рельса, были Центральная железная дорога Нью-Йорка на подходе к Центральному вокзалу Нью-Йорка ( 1907 г. - еще один случай электрификации магистральной линии третьего рельса), линия Рынок-Франкфорд Филадельфии (1907 г.), и Хохбан в Гамбурге (1912 г.) имели нижний контактный рельс, также известный как система Вилгуса-Спрага. [21] Однако на линии Манчестер-Бери Ланкаширско -Йоркширской железной дороги в 1917 году были опробованы рельсы с боковым контактом. Более широкое применение эти технологии появились только на рубеже 1920-х и в 1930-х годах, например, на линиях большого профиля Берлинская U-Bahn , Берлинская S-Bahn и Московское метрополитен . В городской железной дороге Гамбурга с 1939 года используется третий рельс с боковым контактом на 1200 В постоянного тока.
В 1956 году открылась первая в мире железнодорожная линия с резиновыми колесами — линия 11 парижского метрополитена . Кондукторный рельс превратился в пару направляющих, необходимых для удержания тележки в правильном положении на пути нового типа. Это решение было модифицировано на линии Намбоку метро Саппоро 1971 года , где использовался центрально расположенный направляющий/возвратный рельс плюс один силовой рельс, расположенный сбоку, как на обычных железных дорогах.
В 2004 году технология третьего рельса на линиях уличного трамвая появилась в новой системе Бордо (2004 год). Это совершенно новая технология (см. ниже).
Системы третьего рельса не считаются устаревшими. [ нужна ссылка ] Однако есть страны (особенно Япония , Южная Корея , Испания ), которые более склонны использовать воздушную проводку на своих городских железных дорогах. Но в то же время было (и до сих пор строится) множество новых систем третьего рельса в других местах, включая технологически развитые страны (например, метро Копенгагена , метро Тайбэя , метро Уханя ). Железные дороги с нижним приводом (возможно, использование термина « третий рельс» слишком специфично ) также обычно используются с системами, имеющими поезда с резиновыми колесами, будь то тяжелое метро (за исключением двух других линий метро Саппоро ) или малой вместимости пассажирских поездов . движитель (ПМ). Новые электрифицированные железнодорожные системы, как правило, используют накладные расходы для региональных и междугородних систем. Системы третьего рельса, использующие более низкое напряжение, чем воздушные системы, по-прежнему требуют гораздо большего количества точек питания.
В 1906 году электропоезда Лайонела стали первыми моделями поездов, в которых для привода локомотива использовался третий рельс . На треке Лайонела используется третий рельс в центре, а два внешних рельса электрически соединены вместе. Это решило проблему, с которой сталкиваются модели поездов с двумя рельсами, когда путь замкнут на себя, поскольку обычно это вызывает короткое замыкание. (Даже если в контуре произошел разрыв, локомотив создаст короткое замыкание и остановится при пересечении разрывов.) Электропоезда Лайонела также работают на переменном токе. Использование переменного тока означает, что локомотив Лайонела нельзя повернуть вспять, изменив полярность; вместо этого локомотив переключается между несколькими состояниями (например, вперед, нейтраль, назад) каждый раз при запуске.
В трехрельсовых поездах Märklin используется короткий импульс с более высоким напряжением, чем тот, который используется для питания поезда, чтобы реверсировать реле внутри локомотива. На пути Мерклина нет настоящего третьего рельса; вместо этого ряд коротких штифтов обеспечивает ток, поглощаемый длинным «башмаком» под двигателем. Эта обувь достаточно длинная, чтобы всегда соприкасаться с несколькими штифтами. Это известно как контактная система со шпильками и имеет определенные преимущества при использовании в системах наружных моделей железных дорог. Сборщик лыж трется о шипы и таким образом самоочищается. Когда оба направляющих рельса используются для возврата параллельно, вероятность прерывания тока из-за загрязнения линии значительно снижается.
Сегодня во многих моделях поездов используются только два рельса, обычно связанные с системами Z, N, HO или G-Gauge. Обычно они питаются от постоянного тока (DC), где напряжение и полярность тока контролируют скорость и направление двигателя постоянного тока в поезде. Растущим исключением является цифровое командное управление (DCC), где биполярный постоянный ток подается на рельсы при постоянном напряжении вместе с цифровыми сигналами, которые декодируются внутри локомотива. Биполярный постоянный ток несет цифровую информацию для указания команды и локомотива, которым управляют, даже если на одном пути находится несколько локомотивов. Вышеупомянутая система Lionel O-Gauge остается популярной и сегодня благодаря своим трем рельсовым путям и источнику питания переменного тока.
Некоторые модели железных дорог реалистично имитируют конфигурацию третьего рельса своих полноразмерных аналогов, хотя почти все они не получают энергию от третьего рельса.
![Контактный башмак на вагоне Метро-Север М8, предназначенный как для верхнего, так и для нижнего хода третьего рельса.[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)
.jpg/1280px-Rechnoy_vokzal_(Novosibirsk).jpg)
