Den tredje skinne- eller trækkraftskinne er en teknik til strømopsamling, der anvendes til tilførsel af elektrisk energi fra bestemte jernbanesystemer , der især bruges i metro eller pendeltog .
Blandt de mange netværk ved hjælp af en tredje-skinne elsystem i USA , kan vi nævne undergrundsbaner i New York , Los Angeles og Washington , den BART i San Francisco, den MBTA i Boston og SEPTA i Philadelphia , etc. I Det Forenede Kongerige bruges den tredje skinne af London Underground såvel som en fjerde til tilbagelevering af den elektriske strøm, som ikke er lavet af de løbende skinner, men af den såvel som netværket af de sydlige forstæder til London og nogle længere afstandstjenester. I Tyskland, de U-Bahn typen metro netværk og S-Bahn forstæder i Hamburg og Berlin bruger også den tredje skinne. Det samme gælder metroene Amsterdam og Rotterdam i Holland , Bruxelles i Belgien, Warszawa i Polen , Moskva og Skt. Petersborg i Rusland . I Frankrig bruges dette system i Paris metro såvel som på nogle sekundære linjer såsom Saint-Gervais - Vallorcine linjen eller Cerdagne (linje kendt som "det gule tog "), to bjerglinjer af lille sporvidde ( metrisk måler ) med lave radier og hastigheder, derfor meget velegnet til denne type foder.
Med undtagelse af elektriske akkumulatorsystemer om bord på tog er elektrisk skinnekraft (under toget) det ældste elektriske elsystem, der anvendes i jernbaner . Et eksperimentelt elektrisk tog ved hjælp af denne kraftteknik blev udviklet af det tyske firma Siemens & Halske og udstillet på Berlinmessen i 1879 . Brugen af elektrisk jernbane i offentlig transport begyndte i 1880'erne til traditionelle sporvogne og jernbaner. Det første underjordiske rørsystem, der brugte denne elektriske jernbane (under toget), var City & South London Railway , som kom i drift i 1890 .
I 1901 , Granville Woods fik patent dækker forskellige forbedringer af den tredje skinne. Selvom han var opfinderen af den tredje skinne (sidefoder, stadig brugt den dag i dag), blev mange andre patenter om dette emne indgivet efter hans opfindelse, især af Thomas Edison i 1882 . Thomas Edison forsøgte ligesom andre opfindere at tilpasse visse opfindelser af Granville Woods, og ved to lejligheder gav retfærdighed faderskabet til opfindelsen til Granville Woods (på trods af tidens adskillelse).
Den tredje skinne, der historisk er lavet af stål, erstattes mere og mere af en aluminiumskinne med en overflade af rustfrit stål, hvorpå togens samlere (gummi eller puder) gnides.
Mellem 1925 og 1930, den Chambery - Modane portion blev elektrificeret på 3 rd skinne 1.500 volt DC, men på grund af de mange ulemper, indsamlingen problem i tilfælde af sne eller is, sporet er vanskeligt med moderne entreprenørmaskiner, specielt tilpasset. lokomotiver og sikkerhed (elektrisk stød) blev denne del genelektrificeret til 1500 volt direkte af konventionelle ledninger i første halvdel af 1970'erne. I løbet af sommeren 1976 blev den sidste del mellem Aiguebelle og Epierre endeligt konverteret, hvilket lukkede dette godt projekt. PLM havde i 1930'erne oprettet et projekt for at elektrificere linjerne fra Grenoble til Montmelian på samme måde som Maurienne-linjen, men krydsning af Grenoble (datidens rute og infrastruktur) var stadig uacceptabel, linjen for Franske Riviera, Marseille-Nice, måtte også udstyres på denne måde.
Den tredje skinne placeres enten mellem de løbende skinner eller ofte på ydersiden. Den elektriske strøm overføres til toget ved hjælp af glidesko, der holdes i kontakt med den tredje skinne.
I mange tilfælde er der monteret et isolerende tæppesystem over skinnen for at beskytte personale, der arbejder nær skinnerne. i nogle tilfælde gnides skoen på siden eller undersiden af skinnen, så beskyttelsen kan monteres direkte oven på skinnen. Når skoen glider på undersiden af skinnen, har dette yderligere fordelen ved ikke at blive hæmmet af tilstedeværelsen af sne eller døde blade.
Optag nedenfra.
Optag ovenfra.
Den tredje stålskinne bruges stadig i dag, men mere og mere erstattet af den såkaldte kompositskinne lavet af aluminium og rustfrit stål.
De nye tredje aluminiumskinner, der tilbyder modstandsdygtighed og lavere vægt end en stålskinne, begrænser strømforbruget ved at reducere tabet af Joule-effekten og giver god strømforsyning til den nyeste generation tog, der kræver mere og mere. , klimaanlæg osv.).
Uanset typen af samling (lateral, ovenfra eller nedenfra) er den tredje skinne fastgjort til jorden via isolerende understøtninger lavet af keramik eller kompositmaterialer og leveret af en elektrisk understation .
Den elektriske sektion udføres ved hjælp af ramper, der gør det muligt for togopsamlerne at forlade en forsyningsskinne og til at gå let i den næste. Disse ramper, angrebsvinklen er defineret afhængigt af togets hastighed, tillader også krydsning af valgdeltagelser og afbrydelser niveauer overgangsveje .
De tredje skinner, hvis længde generelt varierer mellem 12 og 15 meter , er forbundet med hinanden ved hjælp af fiskeplader, hvis design tillader elektrisk kontinuitet.
På nogle netværk er den tredje skinne dækket af et kappesystem, der tidligere var lavet af træ og i dag af plast og kompositter. UPVC ( polyvinylchlorid ) hætter , der er UV- resistente og ikke formerer ild, installeres normalt udendørs; hvor glasfiberafskærmninger (" glasarmeret plast ", harpiks forstærket med glasfiber) snarere er installeret i tunneler på grund af deres modstandsdygtighed over for ild og ikke-formering af giftige dampe.
Ankersystemer og ekspansionsfuger bruges til at kompensere for udvidelsen af den tredje skinne forårsaget af temperaturvariationer samt opvarmning af skinnen på grund af strømmen.
Den tredje skinne er et alternativ til ledningselektrificeringssystemet , der overfører strøm til toget via strømaftagere, der er fastgjort til køretøjets tag. Den tredje skinne såvel som dens overliggende modstykke den stive køreledning kan placeres i små tunneler på grund af deres kompakthed.
I visse tilfælde, byområder eller regionale strækninger, er forsyningssystemet blandet, dels med tredje jernbane og dels med køreledning, hvor køretøjerne skal være udstyret med to nuværende indsamlingssystemer. Dette er for eksempel tilfældet med Rotterdam-metroen eller metroen i Milano (linje M1 - køreledning i depoter, tredje jernbane med retur med fjerde jernbane i tunnel). Mens ledningssystemer kan fungere ved spændinger på op til 25 kV eller mere, i vekselstrøm , pålægger den mindre isolationsafstand omkring den strømførende skinne maksimalt omkring 1.500 V (1.200 V på Hamborgs forstædernet , 1500 V på Maurienne-linjen i fortiden). Anvendelsen af den tredje skinne indebærer ikke nødvendigvis jævnstrømsbrug, men i praksis har tredje skinnesystemer alle brugt jævnstrøm, fordi den kan bære 41% mere energi end et strømforsyningssystem. AC ved samme spids.
Som i tilfælde af luftledninger strømmer returstrømmen normalt gennem den ene eller begge af de løbende skinner, hvor lækage til jorden ikke er et problem. Når det kommer til undergrundsbaner på dæk, som i Montreal eller delvist i Paris , leveres der strømstænger til at lede strøm. Trækkraften returneres af de traditionelle løbeskinner placeret mellem løbebanerne. Systemet, der består af en tredje skinne til strømforsyningen, placeret uden for de løbende skinner, og en fjerde skinne, der er anbragt imellem dem, hvilket sikrer tilbagelevering af trækkraften (hvilket har andre fordele), bruges af nogle få netværk, det vigtigste hvoraf er London Underground .
Den London Underground er en af de få netværk i verden til at bruge en fjerde skinne. Denne ekstra skinne sikrer tilbagevenden af trækkraften, en rolle udført af de kørende skinner i tredje skinnesystemer. I London Underground placeres en konventionel tredje skinne med øvre kontakt langs sporet og udsættes for en direkte spænding på + 420 volt, og den fjerde skinne, også i kontakt ovenfra, er arrangeret i midten af sporet mellem de løbende skinner med en spænding på - 210 V , hvilket giver en trækstrøm på 630 volt. Der findes specielle anordninger (elektrisk forbindelse mellem den fjerde centrale skinne og de kørende skinner), når de samme spor skal køres med metrotog (beregnet til 4 skinner) og forstæder togsæt (beregnet til tre skinner med returstrøm ved kørsel af skinner), afsnit fra Gunnersbury til Richmond på District line for eksempel.
Fordelen ved den fjerde skinne er, at de to løbende skinner er tilgængelige udelukkende til banekredsløb , dette system gør det også muligt at forhindre, at strømmen returneres gennem tunnelens vægge (metallisk i London på første linierør ) og således undgå skader ved elektrolyse. Desuden er reduktionen i spændingen i forhold til jorden (”jordpotentiale”) sådan, at en passagers fald på banen bliver mindre farlig.
Tredje skinnesystemer har nogle ulemper, herunder: