Principiul celei de-a treia căi ferate Le Rail
A treia cale ferată sau șină de tracțiune este o tehnică de colectare a curentului utilizat pentru a furniza energie electrică anumitor sisteme feroviare, utilizate în special în rețelele de metrou sau trenuri de navetă.
Printre numeroasele rețele care utilizează un sistem de alimentare cu a treia cale ferată în Statele Unite, putem menționa metrourile din New York, Los Angeles și Washington, BART din San Francisco, MBTA din Boston și SEPTA din Philadelphia etc. În Regatul Unit, a treia șină este utilizată de metroul londonez, precum și a patra, pentru returul curentului electric care nu este realizat de șinele de rulare, ci de acesta, precum și de rețeaua suburbiilor din sudul Londra și câteva servicii pe distanțe mai mari. În Germania, rețelele de metrou de tip U-Bahn și suburbiile S-Bahn din Hamburg și Berlin folosesc, de asemenea, a treia cale ferată. Același lucru este valabil și pentru metrourile Amsterdam și Rotterdam din Olanda, Bruxelles în Belgia, Varșovia în Polonia, Moscova și Saint Petersburg în Rusia.
În Franța, acest sistem este utilizat în metroul din Paris, precum și pe unele linii secundare, cum ar fi linia Saint-Gervais - Vallorcine, sau cea a Cerdagne (linia cunoscută sub numele de „Trenul Galben”), două linii montane de gabarit mic ( ecartament metric) cu raze și viteze reduse, prin urmare foarte potrivit pentru acest tip de alimentare.
A treia șină este plasată fie între șinele de rulare, fie, cel mai adesea, la exterior. Curentul electric este transmis trenului prin intermediul unor plăcuțe glisante, păstrate în contact cu a treia șină.
A treia șină din oțel este încă folosită astăzi, dar din ce în ce mai mult este înlocuită de așa-numita șină compusă din aluminiu și oțel inoxidabil.
Noile trei șine din aluminiu, oferind rezistivitate și greutate mai mică decât o șină din oțel, limitează consumul de energie prin reducerea pierderilor prin efectul Joule și permit o sursă de energie bună trenurilor de ultimă generație care necesită din ce în ce mai multă energie. etc.).
Indiferent de tipul de colectare (lateral, de sus sau de jos), a treia șină este fixată la sol prin suporturi izolante în ceramică sau în materiale compozite și este alimentată de o stație electrică.
Secționarea electrică se realizează prin intermediul unor rampe care permit colectorilor de tren să părăsească o șină de alimentare și să se cupleze ușor pe următoarea. Aceste rampe, al căror unghi de atac este definit în funcție de viteza trenului, permit și puncte de trecere și întreruperi la trecerile de pietoni.
A treia șină, a cărei lungime variază în general între 12 și 15 metri, este conectată una cu cealaltă prin intermediul unor plăci de pește al căror design permite continuitate electrică.
Pe unele rețele, cea de-a treia șină este acoperită cu un sistem de capot, fabricat anterior din lemn, iar în zilele noastre din materiale plastice și compozite. Hote UPVC (clorură de polivinil), care sunt rezistente la UV și nu propagă focul, sunt de obicei instalate în aer liber; unde acoperișurile din GRP („plastic armat cu sticlă”, rășină armată cu fibră de sticlă) sunt instalate mai degrabă în tuneluri, pentru rezistența lor la foc și pentru propagarea fumurilor toxice.
Sistemele de ancorare și îmbinările de dilatare sunt utilizate pentru a compensa expansiunea celei de-a treia șine cauzate de variațiile de temperatură, precum și încălzirea șinei datorită curentului.
O alternativă la catenară
A treia șină este o alternativă la sistemul de electrificare catenară care transmite curent trenului prin pantografe atașate la acoperișurile vehiculelor. A treia șină, precum și omologul său aerian catenara rigidă, pot fi găzduite în tuneluri mici datorită amprentei lor mici.
În anumite cazuri, metrou sau linii regionale, sistemul de alimentare este amestecat, parțial cu a treia cale ferată și parțial prin catenară, vehiculele trebuind să fie echipate cu două sisteme de colectare a curentului. Acesta este cazul, de exemplu, cu metroul Rotterdam sau metrou Milano (linia M1 - catenară în depozite, a treia cale ferată cu retur cu a patra cale ferată în tunel). În timp ce sistemele catenare pot funcționa la tensiuni de până la 25 kV sau mai mult, în curent alternativ distanța mai mică de izolare în jurul șinei energizate impune maximum aproximativ 1.500 V (1.200 V pe rețeaua suburbană din Hamburg, 1500 V pe linia Maurienne în trecut). Utilizarea celei de-a treia șine nu implică neapărat cea a curentului continuu, dar în practică sistemele a treia șină au folosit curent continuu deoarece poate transporta cu 41% mai multă energie decât un sistem de curent.