Принцип третьої рейки Le Rail
Третя рейка або тягова рейка - це поточна техніка збору струму, яка використовується для подачі електричної енергії до певних залізничних систем, що застосовується, зокрема, у мережах метро чи приміських поїздів.
Серед багатьох мереж, що використовують систему енергопостачання третьої залізниці в США, можна згадати метро в Нью-Йорку, Лос-Анджелесі та Вашингтоні, BART у Сан-Франциско, MBTA у Бостоні та SEPTA у Філадельфії тощо. У Великобританії третя рейка використовується лондонською підземкою, а також четверта, для повернення електричного струму, який здійснюється не рельсовими рейками, а нею, а також мережею південних передмістя Лондон та деякі міжміські служби. У Німеччині мережі метро типу U-Bahn та передмістя S-Bahn Гамбург та Берлін також використовують третю залізницю. Те саме стосується метро Амстердама та Роттердама в Нідерландах, Брюсселя в Бельгії, Варшави в Польщі, Москви та Санкт-Петербурга в Росії.
У Франції ця система використовується в паризькому метро, а також на деяких другорядних лініях, таких як лінія Сен-Жерве - Валлорсін або Сердань (лінія, відома як "Жовтий поїзд"), дві гірські лінії невеликої колії ( метричний калібр) з низькими радіусами та швидкостями, тому дуже підходить для цього типу подачі.
Третя рейка розміщується або між ходовими рейками, або, найчастіше, зовні. Електричний струм передається на поїзд за допомогою ковзних накладок, утримуваних в контакті з третьою рейкою.
Третя сталева рейка використовується і сьогодні, але все більше і більше замінюється так званою композитною рейкою з алюмінію та нержавіючої сталі.
Нові треті алюмінієві рейки, пропонуючи питомий опір і меншу вагу, ніж сталева рейка, обмежують споживання електроенергії за рахунок зменшення втрат за допомогою ефекту Джоуля і забезпечують хороше живлення поїздів останнього покоління, що потребують все більшої потужності. (Бортова електроніка, кондиціонер, тощо).
Незалежно від типу збору (бічні, зверху або знизу), третя рейка закріплена на землі за допомогою ізоляційних опор в кераміці або композитних матеріалах і подається від електричної підстанції.
Електричне секціонування здійснюється за допомогою пандусів, що дозволяють колекторам поїздів залишати одну підвісну рейку і обережно зачіплювати наступну. Ці пандуси, кут атаки яких визначається відповідно до швидкості руху поїзда, також дозволяють пункти перетину та перебої на пішохідних переходах.
Треті рейки, довжина яких, як правило, варіюється від 12 до 15 метрів, з'єднані між собою за допомогою рибних пластин, конструкція яких забезпечує безперебійність електрики.
На деяких мережах третя рейка покрита системою кожуха, раніше виготовленою з дерева, а сьогодні з пластмас та композитів. Витяжки UPVC (полівінілхлорид), які мають стійкість до ультрафіолетових променів і не поширюють вогонь, зазвичай встановлюються на відкритому повітрі; де обкладинки з ВРП ("армований склом", зміцнений склопластиком смоли) досить встановлені в тунелях для їх вогнестійкості та нерозповсюдження токсичних парів.
Анкерні системи та компенсаційні шви використовуються для компенсації розширення третьої рейки, спричиненої коливаннями температури, а також нагрівання рейки через струм.
Альтернатива контактній мережі
Третя рейка є альтернативою системі електрифікації контактної мережі, яка передає струм поїзду через пантографи, прикріплені до дахів транспортних засобів. Третя рейка, як і її верхня частина, а також жорстка контактна мережа, можуть бути розміщені в невеликих тунелях через їх невеликий розмір.
У деяких випадках, на метро або регіональних лініях, система постачання змішується, частково третьою залізницею, а частково контактною мережею, транспортні засоби повинні бути обладнані двома поточними системами збору. Це стосується, наприклад, метро Роттердама або Мілана (лінія М1 - контактна мережа в депо, третя рейка з поверненням четвертою рейкою в тунелі). Хоча контактні мережі можуть працювати при напрузі до 25 кВ і більше, при змінному струмі менша відстань ізоляції навколо напруженої рейки накладає максимум близько 1500 В (1200 В на приміській мережі Гамбурга, 1500 В на лінії Морієна в минуле). Використання третьої рейки не обов'язково передбачає використання постійного струму, але на практиці всі системи третіх рейок використовували постійний струм, оскільки вона може нести на 41% більше енергії, ніж система струму.
Як і у випадку з повітряними лініями, зворотний струм зазвичай протікає через одну або обидві ходові рейки, при цьому витік на землю не є проблемою. Що стосується метрополітенів на шинах, як у Монреалі або частково в Парижі, для проведення струму пропонуються силові планки напруги. Повернення тягового струму здійснюється за допомогою традиційних бігових рейок, розміщених між біговими коліями. Система, що складається з третьої рейки для джерела живлення, розміщеної за межами ходових рейок, і четвертої рейки, розміщеної між ними, що забезпечує віддачу тягового струму (що має інші переваги), використовується декількома мережами, найважливішими з яких Лондонське метро.
Переваги
- Системи третьої рейки дешевші в установці, ніж контактні мережі, які менш чутливі до атмосферних впливів (за винятком затоплення або морозу, що створює серйозні проблеми).
- Його простіше встановлювати у вузькоколійних тунелях, що є важливою особливістю для встановлення метро. Використання повітряного контактного профілю, який є жорсткою підвісною рейкою, закріпленою на даху тунелів, призводить до певної форми зближення техніки третьої рейки та контактної мережі.
- Системи третьої залізниці створюють менший візуальний дискомфорт: вони не потребують повітряних ліній, які іноді заборонені поза тунелями (наприклад, у Сінгапурі).
- У багатьох старих залізничних лініях все ще використовуються треті рейки, що живляться постійним струмом, навіть тоді, коли система контактної мережі була б більш придатною через високу вартість адаптації.
Недоліки
Системи третьої рейки мають кілька недоліків, серед яких:
- Безпека: незахищена електрифікована рейка становить значний ризик. Багато людей були електрифіковані або навіть уражені електричним струмом за те, що вони торкались цього типу рейок або наступали на них, намагаючись, наприклад, перетнути колії. Правила SNCF навіть визначають, після інцидентів, що сталися під час першої електрифікації на початку 20 століття, що забороняється мочитися на третій рейці [посилання. необхідно]. Нова система
трамвайна годівниця, розроблена в Бордо, вирішила цю проблему, використовуючи третій розділений рейок в ізольованій ділянці, APS. На кожну ділянку подається напруга лише тоді, коли вона перекрита трамвайним поїздом, так що більше не існує ризику контакту людини або тварини з електрифікованою рейкою.
- Обмежена потужність: на третю рейку подається відносно низька напруга живлення, інакше між рейкою та землею або з ходовими рейками можуть утворитися електричні дуги. Але ця низька напруга накладає все більше і ближче електричні підстанції вздовж колії, а отже, і вищі робочі навантаження. Низька напруга також означає, що система більш схильна до перевантажень, що робить її непридатною для вантажних перевезень або швидкісних поїздів, які потребують більшої електричної потужності. Ці обмеження суворо обмежили застосування третьої залізниці до легких транспортних систем на відносно низькій швидкості, таких як міський та приміський громадський транспорт, хоча третя рейка на 750 В постійного струму все ще використовується протягом декількох сотень кілометрів. південь і південний схід Англії.
- Швидкість: Ємність також обмежена обмеженнями швидкості - 160 км/год вважається максимальною швидкістю для надійного контакту між накладками та третьою рейкою. Особливо це було у випадку з поїздами Eurostar, коли вони подорожували британською південно-східною мережею до завершення будівництва нової лінії High Speed 1.
- Обмеження інфраструктури: перехрестя та переїзди колій, а також переїзди через рівень накладають розриви третьої залізниці. Зазвичай це не проблема, оскільки поїзди мають більше одного черевика, що контактує з третьою рейкою, але за певних обставин може трапитися, що поїзд "потрапив у пастку" - знерухомлений, оскільки жодне його взуття не виявилося в контактному положенні. Коли це трапляється, ми повинні ввести a
аварійний локомотив, щоб відштовхнути його назад у контакт із рельсовою рейкою. Оскільки проблеми цього типу зазвичай виникають у великих залізничних вузлах, вони можуть бути джерелом значних порушень.
- Невдача контакту: мертве листя, сніг або мороз або інше сміття, що падає на провідникову рейку, може знизити ефективність контакту між рейкою і полозами транспортних засобів, що спричинить вихід з ладу поїздів через недостатню потужність.