Tercer carril

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Un tercer carril , también conocido como carril vivo , carril eléctrico o carril conductor , es un método de proporcionar energía eléctrica a una locomotora o tren ferroviario, a través de un conductor rígido semicontinuo colocado a lo largo o entre los carriles de una vía férrea . Se utiliza típicamente en un sistema de transporte masivo o de tránsito rápido , que tiene alineaciones en sus propios corredores, completamente o casi completamente segregados del entorno exterior. Los sistemas de tercer carril generalmente se alimentan de electricidad de corriente continua .

Los sistemas de tranvía modernos con circulación por la calle evitan el riesgo de electrocución por el riel eléctrico expuesto al implementar un suministro de energía a nivel del suelo segmentado , donde cada segmento se electrifica solo mientras está cubierto por un vehículo que está utilizando su energía. ^[1]

El sistema de electrificación de tercer carril no está relacionado con el tercer carril utilizado en los ferrocarriles de ancho doble .

Los sistemas de tercer carril son un medio para proporcionar energía eléctrica a los trenes mediante un carril adicional (llamado "carril conductor") para este fin. En la mayoría de los sistemas, el carril conductor se coloca en los extremos de las traviesas fuera de los carriles de rodadura, pero en algunos sistemas se utiliza un carril conductor central. El carril conductor se apoya sobre aisladores cerámicos (conocidos como "pots"), en el contacto superior o soportes aislados , en el contacto inferior, normalmente a intervalos de alrededor de 10 pies (3,0 m). ^{[ aclaración necesaria ]}

Los trenes tienen bloques de contacto metálicos llamados zapatas colectoras (también conocidas como zapatas de contacto o zapatas de recogida) que hacen contacto con el riel conductor. La corriente de tracción se devuelve a la estación generadora a través de los rieles de rodadura. En América del Norte, el riel conductor suele estar hecho de acero de alta conductividad o acero atornillado al aluminio para aumentar la conductividad. En otras partes del mundo, los conductores de aluminio extruido con superficie de contacto o tapa de acero inoxidable son la tecnología preferida debido a su menor resistencia eléctrica, mayor vida útil y menor peso. ^[2] Los rieles de rodadura están conectados eléctricamente mediante uniones de cables u otros dispositivos, para minimizar la resistencia en el circuito eléctrico. Las zapatas de contacto se pueden colocar debajo, encima o al lado del tercer riel, según el tipo de tercer riel utilizado: estos terceros rieles se denominan contacto inferior, contacto superior o contacto lateral, respectivamente.

Los rieles conductores deben interrumpirse en los pasos a nivel , los cruces y los huecos de las subestaciones . Se proporcionan rieles cónicos en los extremos de cada sección para permitir un acoplamiento suave de las zapatas de contacto del tren.

La posición de contacto entre el tren y el riel varía: algunos de los primeros sistemas usaban contacto superior, pero desarrollos posteriores usan contacto lateral o inferior, lo que permitía cubrir el riel conductor, protegiendo a los trabajadores de las vías del contacto accidental y protegiendo el riel conductor de las heladas, el hielo, la nieve y la caída de hojas. ^[3]

• Descripciones
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  Disposición del tercer carril:
  1:  tablero de cubierta 2:  carril de alimentación 3:  aislante 4:  traviesa 5:  carril
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  Tercer raíl (arriba) en la estación Bloor-Yonge ( línea 1 ) del metro de Toronto . Alimentado a 600 voltios de corriente continua, el tercer raíl proporciona energía eléctrica al tren de potencia y a los accesorios de los vagones del metro.
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  Metro de París . Los raíles guía de las líneas con neumáticos de caucho también funcionan como conductores de corriente . La zapata de contacto horizontal se encuentra entre el par de ruedas de caucho.
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  Transporte de pasajeros del aeropuerto de Londres Stansted con suministro de energía ferroviaria central
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  El transporte de pasajeros del aeropuerto de Londres Stansted muestra el cambio de carril

Dado que los sistemas de tercer carril, que se encuentran ubicados cerca del suelo, presentan riesgos de descarga eléctrica , los voltajes altos (superiores a 1500 V) no se consideran seguros. Por lo tanto, se debe utilizar una corriente muy alta para transferir la potencia adecuada al tren, lo que genera altas pérdidas resistivas y requiere puntos de alimentación relativamente espaciados ( subestaciones eléctricas ).

El riel electrificado amenaza con electrocutar a cualquier persona que se desvíe o caiga sobre las vías. Esto se puede evitar utilizando puertas de malla en el andén , o el riesgo se puede reducir colocando el riel conductor en el lado de la vía alejado del andén, cuando lo permita el diseño de la estación. El riesgo también se puede reducir con una cubierta , sostenida por soportes , para proteger el tercer riel del contacto, aunque muchos sistemas no la utilizan. Cuando se utilizan cubiertas, reducen el gálibo de la estructura cerca de la parte superior del riel. Esto, a su vez, reduce el gálibo de carga .

También existe el riesgo de que los peatones caminen sobre las vías en los pasos a nivel y toquen accidentalmente el tercer riel, a menos que se implemente plenamente la separación de niveles . En los Estados Unidos, una decisión de 1992 de la Corte Suprema de Illinois confirmó un veredicto de 1,5 millones de dólares contra la Autoridad de Tránsito de Chicago por no impedir que una persona ebria caminara sobre las vías en un paso a nivel en la estación Kedzie en un aparente intento de orinar. ^[4]

Las rampas finales de los raíles conductores (donde se interrumpen o cambian de lado) presentan una limitación práctica en cuanto a la velocidad debido al impacto mecánico de la zapata, y 161 km/h (100 mph) se considera el límite superior de la operación práctica del tercer raíl. El récord mundial de velocidad para un tren de tercer raíl es de 175 km/h (109 mph), alcanzado el 11 de abril de 1988 por un EMU británico Clase 442. [ ^5]

En caso de colisión con un objeto extraño, las rampas de los extremos biselados de los sistemas de rodadura inferior pueden facilitar el peligro de que el tercer raíl penetre en el interior de un vagón de pasajeros. Se cree que esto contribuyó a la muerte de cinco pasajeros en el accidente de tren de Valhalla de 2015. ^[6]

Los sistemas modernos, como el suministro de energía a nivel del suelo (utilizado por primera vez en el tranvía de Burdeos en 2003), evitan el problema de seguridad segmentando el carril motorizado, de modo que cada segmento recibe energía solo cuando está completamente cubierto por el vehículo que utiliza su energía. ^[1]

Los sistemas de tercer carril que utilizan contacto superior son propensos a acumulaciones de nieve o hielo formado a partir de nieve congelada nuevamente, lo que puede interrumpir las operaciones. Algunos sistemas utilizan trenes de deshielo especiales para depositar un fluido aceitoso o anticongelante (como propilenglicol ) en el carril conductor para evitar la acumulación de hielo. El tercer carril también se puede calentar para aliviar el problema del hielo.

A diferencia de los equipos de catenaria, los sistemas de tercer carril no son susceptibles a los fuertes vientos o la lluvia helada , que pueden derribar los cables aéreos y, por lo tanto, inutilizar todos los trenes. Las tormentas eléctricas también pueden inutilizar el suministro eléctrico con la caída de rayos en los sistemas con cables aéreos , inutilizando los trenes si hay una subida de tensión o una rotura en los cables.

Dependiendo de la geometría del tren y de la vía, los huecos en el carril conductor (por ejemplo, en los cruces a nivel y en las intersecciones) podrían permitir que un tren se detuviera en una posición en la que todas sus zapatas de toma de fuerza estuvieran en huecos, de modo que no hubiera potencia de tracción disponible. En ese caso, se dice que el tren está "en hueco". A continuación, se debe llevar otro tren detrás del tren varado para empujarlo sobre el carril conductor, o se puede utilizar un cable puente para suministrar suficiente energía al tren para que una de sus zapatas de contacto vuelva a estar en el carril activo. Para evitar este problema se requiere una longitud mínima de trenes que puedan circular por una línea. Las locomotoras han contado con el respaldo de un sistema de motor diésel a bordo (por ejemplo, British Rail Class 73 ) o se han conectado a zapatas en el material rodante (por ejemplo, Metropolitan Railway ).

La primera idea para alimentar un tren con electricidad desde una fuente externa fue utilizar ambos raíles por los que circula un tren, de modo que cada raíl es un conductor para cada polaridad y está aislado por las traviesas . Este método es utilizado por la mayoría de los trenes a escala ; sin embargo, no funciona tan bien para trenes grandes, ya que las traviesas no son buenos aislantes. Además, la conexión eléctrica requiere ruedas o ejes aislados, pero la mayoría de los materiales aislantes tienen propiedades mecánicas deficientes en comparación con los metales utilizados para este propósito, lo que da lugar a un vehículo ferroviario menos estable. Sin embargo, a veces se utilizó al principio del desarrollo de los trenes eléctricos. El ferrocarril eléctrico más antiguo del mundo, Volk's Railway en Brighton, Inglaterra, se electrificó originalmente a 50 voltios de CC utilizando este sistema (ahora es un sistema de tres raíles). Otros sistemas ferroviarios que lo utilizaron fueron el tranvía Gross-Lichterfelde y el tranvía Ungerer .

El tercer raíl suele estar situado fuera de los dos raíles de rodadura, pero en algunos sistemas se monta entre ellos. La electricidad se transmite al tren por medio de una zapata deslizante , que se mantiene en contacto con el raíl. En muchos sistemas, se proporciona una cubierta aislante por encima del tercer raíl para proteger a los empleados que trabajan cerca de la vía; a veces, la zapata está diseñada para entrar en contacto con el lateral (llamado "desplazamiento lateral") o la parte inferior (llamado "desplazamiento inferior" o "desplazamiento inferior") del tercer raíl, lo que permite montar la cubierta protectora directamente en su superficie superior. Cuando la zapata se desliza a lo largo de la superficie superior, se denomina "desplazamiento superior". Cuando la zapata se desliza a lo largo de la superficie inferior, se ve menos afectada por la acumulación de nieve, hielo u hojas, ^[3] y reduce las posibilidades de que una persona se electrocute al entrar en contacto con el raíl. Ejemplos de sistemas que utilizan un tercer raíl de desplazamiento inferior incluyen Metro-North en el área metropolitana de Nueva York ; ^[7] la línea SEPTA Market–Frankford en Filadelfia ; ^{[8] y} el Docklands Light Railway de Londres . ^[9]

• Zapatos de contacto
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  Zapata de contacto en el vagón M8 de Metro-North , diseñada tanto para circular por encima como por debajo del tercer carril. ^[10]
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  Una zapata de contacto para el tercer riel de contacto superior en la línea de alta velocidad Norristown de SEPTA (tercer riel no visible)
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  Zapata de contacto del tercer carril del vagón 'L' de CTA Chicago

Los trenes de tracción eléctrica (que utilizan energía eléctrica generada en una central eléctrica remota y transmitida a los trenes) son considerablemente más rentables que las unidades diésel o de vapor, en las que es necesario llevar unidades de energía separadas en cada tren. Esta ventaja es especialmente marcada en los sistemas de tránsito urbano y rápido con una alta densidad de tráfico.

Debido a las limitaciones mecánicas en el contacto con el tercer carril, los trenes que utilizan este método de alimentación eléctrica alcanzan velocidades inferiores a los que utilizan catenaria y pantógrafo . No obstante, pueden ser preferibles en el interior de las ciudades, ya que no es necesario alcanzar velocidades muy altas y provocan menos contaminación visual .

El tercer carril es una alternativa a las líneas aéreas que transmiten energía a los trenes por medio de pantógrafos unidos a los trenes. Mientras que los sistemas de líneas aéreas pueden funcionar a 25 kV o más, utilizando corriente alterna (CA), la menor distancia libre alrededor de un carril con corriente impone un máximo de aproximadamente 1200 V, con algunos sistemas que utilizan 1500 V ( Línea 4, Metro de Guangzhou , Línea 5, Metro de Guangzhou , Línea 3, Metro de Shenzhen ), y se utiliza corriente continua (CC). ^{[ cita requerida ]} Los trenes en algunas líneas o redes utilizan ambos modos de suministro de energía (ver § Sistemas mixtos a continuación).

Todos los sistemas de tercer carril del mundo se alimentan con corriente continua. Algunas de las razones son históricas. Los primeros motores de tracción eran de corriente continua y los equipos rectificadores disponibles en aquel momento eran grandes, caros y poco prácticos para instalar a bordo de los trenes. Además, la transmisión de las corrientes relativamente altas requeridas da como resultado mayores pérdidas con corriente alterna que con corriente continua. ^[11] Las subestaciones para un sistema de corriente continua tendrán que estar (normalmente) a unos 2 kilómetros (1,2 millas) de distancia, aunque el espaciamiento real depende de la capacidad de transporte, la velocidad máxima y la frecuencia de servicio de la línea.

Un método para reducir las pérdidas de corriente (y, por lo tanto, aumentar el espaciamiento entre los alimentadores y las subestaciones, un costo importante en la electrificación del tercer carril) es utilizar un carril conductor compuesto de un diseño híbrido de aluminio y acero. El aluminio es un mejor conductor de electricidad y una superficie de rodadura de acero inoxidable ofrece un mejor desgaste.

Existen varias formas de unir el acero inoxidable al aluminio. La más antigua es un método de coextrusión, en el que el acero inoxidable se extruye junto con el aluminio. Este método ha sufrido, en casos aislados, deslaminación (donde el acero inoxidable se separa del aluminio); se dice que esto se ha eliminado en los rieles coextruidos más recientes. Un segundo método es un núcleo de aluminio, sobre el cual se colocan dos secciones de acero inoxidable como tapa y se sueldan linealmente a lo largo de la línea central del riel. Debido a que el aluminio tiene un coeficiente de expansión térmica más alto que el acero, el aluminio y el acero deben estar bloqueados positivamente para proporcionar una buena interfaz de recolección de corriente. Un tercer método remacha tiras de bus de aluminio al alma del riel de acero.

Al igual que con los cables aéreos, la corriente de retorno generalmente fluye a través de uno o ambos rieles de rodadura, y la fuga a tierra no se considera grave. Cuando los trenes circulan sobre neumáticos de caucho, como en partes del metro de Lyon , el metro de París , el metro de la Ciudad de México , el metro de Santiago , el metro municipal de Sapporo y en todo el metro de Montreal y algunos sistemas de tránsito con guías automatizadas (por ejemplo, la línea Astram ), se debe proporcionar un riel con corriente para alimentar la corriente. El retorno se efectúa a través de los rieles de la vía convencional entre estas barras guía ( ver metro con neumáticos de caucho ).

Otro diseño, con un tercer carril (alimentación de corriente, fuera de los carriles de rodadura) y un cuarto carril (retorno de corriente, a medio camino entre los carriles de rodadura), es utilizado por algunos sistemas de ruedas de acero; véase cuarto carril . El metro de Londres es el más grande de ellos (véase electrificación ferroviaria en Gran Bretaña ). La razón principal para utilizar el cuarto carril para transportar la corriente de retorno es evitar que esta corriente fluya a través de los revestimientos metálicos originales del túnel que nunca fueron pensados ​​para transportar corriente, y que sufrirían corrosión electrolítica si tales corrientes fluyeran por ellos.

Otro sistema de cuatro carriles es la línea M1 del metro de Milán , donde la corriente se extrae por una barra lateral plana con contacto lateral, con retorno a través de un carril central con contacto superior. A lo largo de algunos tramos de la parte norte de la línea también se ha dispuesto una catenaria para permitir que los trenes de la línea M2 (que utilizan pantógrafos y mayor voltaje, y no tienen zapatas de contacto) accedan a un depósito ubicado en la línea M1. En los depósitos, los trenes de la línea M1 utilizan pantógrafos por razones de seguridad, y la transición se realiza cerca de los depósitos, lejos de las vías de ingresos.

La electrificación del tercer carril es menos intrusiva visualmente que la electrificación aérea . ^[12]

Varios sistemas utilizan un tercer raíl para una parte del recorrido y otros medios de tracción, como catenaria aérea o diésel, para el resto. Estos sistemas pueden existir debido a la conexión de ferrocarriles de propiedad independiente que utilizan los diferentes sistemas de tracción, ordenanzas locales u otras razones históricas.

Varios tipos de trenes británicos han podido operar tanto en sistemas de catenaria como de tercer carril, incluidas las unidades electromecánicas (EMU) de las clases 313 , 319 , 325 , 350 , 365 , 375/6 , 377/2 , 377/5 , 377/7 , 378/2 , 387 , 373 , 395 , 700 y 717 de British Rail , así como las locomotoras de la clase 92 .

Network Rail afirma gestionar la red de tercer carril más grande del mundo. ^[13]

En la región sur de British Rail, los patios de carga tenían ^{[ ¿cuándo? ]} cables aéreos para evitar los riesgos de electrocución de un tercer riel. ^[14] Las locomotoras estaban equipadas con un pantógrafo y zapatas de recogida.

La Clase 373 utilizada para los servicios ferroviarios internacionales de alta velocidad operados por Eurostar a través del Túnel del Canal funciona con cables aéreos a 25 kV CA durante la mayor parte de su recorrido, con secciones de 3 kV CC en las líneas belgas entre la sección de alta velocidad belga y la estación Midi de Bruselas o 1,5 kV CC en las líneas ferroviarias del sur de Francia para servicios estacionales. Tal como se entregaron originalmente, las unidades de la Clase 373 estaban equipadas adicionalmente con zapatas colectoras de 750 V CC , diseñadas para el viaje en Londres a través de las líneas de cercanías hasta Waterloo . Se realizó un cambio entre el tercer carril y la recolección aérea mientras circulaba a alta velocidad, inicialmente en Continental Junction cerca de Folkestone, y más tarde en Fawkham Junction después de la apertura de la primera sección del enlace ferroviario del Túnel del Canal . Entre la estación de tren Kensington Olympia y el depósito del Polo Norte , fueron necesarios más cambios.

El sistema de doble voltaje causó algunos problemas. El hecho de no retraer las zapatas al entrar en Francia provocó graves daños en el equipo de la vía, lo que obligó a la SNCF a instalar un par de bloques de hormigón en el extremo de Calais de ambos túneles para romper las zapatas del tercer carril si no se habían retraído. En el Reino Unido se produjo un accidente cuando un maquinista de Eurostar no retrajo el pantógrafo antes de entrar en el sistema del tercer carril, lo que dañó un pórtico de señales y el pantógrafo.

El 14 de noviembre de 2007, las operaciones de pasajeros de Eurostar se transfirieron a la estación de trenes de St Pancras y las operaciones de mantenimiento a la cochera de Temple Mills , lo que hizo innecesario el equipo de recolección de tercer raíl de 750 V CC y se retiraron las zapatas del tercer raíl. Los trenes ya no están equipados con un velocímetro capaz de medir la velocidad en millas por hora (la indicación que solía cambiar automáticamente cuando se desplegaban las zapatas colectoras).

En 2009, Southeastern comenzó a operar servicios nacionales en vías de alta velocidad 1 desde St Pancras utilizando sus nuevas unidades de transmisión automática Clase 395. Estos servicios operan en la línea de alta velocidad hasta Ebbsfleet International o Ashford International , antes de transferirse a las líneas principales para dar servicio al norte y centro de Kent. Como consecuencia, estos trenes están habilitados para doble voltaje, ya que la mayoría de las rutas por las que viajan están electrificadas por tercer carril.

En Londres, la línea North London Line cambia del tercer raíl a la electrificación aérea entre Richmond y Stratford en Acton Central . Originalmente, toda la ruta utilizaba el tercer raíl, pero varios problemas técnicos de conexión a tierra, además del hecho de que ya hay cables eléctricos aéreos en parte de la ruta para los servicios de carga y Eurostar regional , llevaron al cambio. ^{[ cita requerida ]}

También en Londres, la línea West London cambia el suministro eléctrico entre Shepherd's Bush y Willesden Junction , donde se encuentra con la línea North London. Al sur del punto de cambio, la WLL está electrificada con tercer carril y, al norte de allí, con catenaria .

El servicio Thameslink que atraviesa la ciudad circula por la red ferroviaria de la región sur desde Farringdon hacia el sur y por la línea aérea hacia el norte hasta Bedford , Cambridge y Peterborough . El cambio se realiza mientras la estación está estacionada en Farringdon cuando se dirige hacia el sur y en City Thameslink cuando se dirige hacia el norte.

En las rutas de servicio suburbano de Moorgate a Hertford y Welwyn, las secciones de la línea principal de la costa este son de 25 kV CA, con un cambio al tercer carril en la estación de tren de Drayton Park . Todavía se utiliza un tercer carril en la sección del túnel de la ruta, porque el tamaño de los túneles que conducen a la estación de Moorgate era demasiado pequeño para permitir la electrificación aérea.

La línea North Downs no está electrificada en aquellas partes de la línea donde el servicio de North Downs tiene uso exclusivo.

Los tramos electrificados de la línea son:

• De Redhill a Reigate: permite que los servicios de Southern Railway lleguen a Reigate. Esto evita tener que dar la vuelta y terminar los servicios en Redhill, ya que debido al trazado de la estación, la inversión bloquearía casi todas las líneas en funcionamiento.
• Shalford Junction a Aldershot South Junction: línea compartida con los servicios eléctricos de South Western Railway en Portsmouth y Aldershot.
• Wokingham a Reading: línea compartida con los servicios eléctricos de South Western Railway desde Waterloo.

El metro de Bruselas utiliza un sistema de tercer carril de 900 V CC, colocado lateralmente, con contacto mediante una zapata que pasa por debajo del carril de alimentación y que tiene una capa aislante en la parte superior y en los laterales.

El metro de Helsinki utiliza un sistema de tercer carril de 750 V CC. ^[15] El tramo de Vuosaari al puerto de Vuosaari no está electrificado, ya que su único propósito es conectarse a la red ferroviaria finlandesa, cuyo ancho de vía difiere solo en un par de milímetros del del metro. La ruta ha sido utilizada anteriormente por locomotoras de maniobras diésel que trasladaban nuevos trenes de metro a la sección electrificada de la línea.

El nuevo tranvía de Burdeos (Francia) utiliza un novedoso sistema con un tercer carril en el centro de la vía. El tercer carril está separado en tramos de 10 m (32 pies 9 pulgadas) de ancho.+3 ⁄ 4  in) de largo conductor y3 m (9 pies 10 pulgadas) de largo.+Segmentos de aislamiento de 1 ⁄ 8  pulgadas de largo. Cada segmento conductor está conectado a un circuito electrónico que activará el segmento una vez que se encuentre completamente debajo del tranvía (activado por una señal codificada enviada por el tren) y lo apagará antes de que vuelva a quedar expuesto. Este sistema (llamado Alimentation par Sol (APS), que significa 'suministro de corriente a través del suelo') se utiliza en varios lugares de la ciudad, pero especialmente en el centro histórico: en otros lugares, los tranvías utilizan líneas aéreas convencionales (ver también suministro de energía a nivel del suelo ). En el verano de 2006 se anunció que dos nuevos sistemas de tranvía franceses utilizarían APS en parte de sus redes. Serán Angers y Reims , y se espera que ambos sistemas se inauguren alrededor de 2009-2010. ^{[ necesita actualización ]}

El ferrocarril francés Culoz-Modane se electrificó con un tercer raíl de 1500 V CC, que más tarde se convirtió en catenaria con el mismo voltaje. Las estaciones contaban con catenaria desde el principio.

El ramal francés que une Chamonix y la región del Mont Blanc ( Saint-Gervais-le-Fayet a Vallorcine ) es de tercer carril (contacto superior) y ancho de vía 1 metro. Continúa en Suiza, en parte con el mismo sistema de tercer carril y en parte con catenaria.

La línea del Tren Amarillo, de 63 km (39 mi) de longitud, en los Pirineos también cuenta con un tercer carril.

Muchas líneas suburbanas que salían de la estación Paris Saint Lazare usaban alimentación por tercer carril (contacto inferior).

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Para mitigar los costes de inversión, el metro de Róterdam , que básicamente es un sistema alimentado por un tercer carril, ha recibido algunos ramales periféricos construidos sobre vías de superficie como tren ligero (llamado sneltram  [nl] en holandés), con numerosos pasos a nivel protegidos con barreras y semáforos. Estos ramales tienen cables aéreos. El proyecto RandstadRail también requiere que los trenes del metro de Róterdam circulen bajo cables a lo largo de las antiguas líneas ferroviarias principales hacia La Haya y Hoek van Holland.

De manera similar, en Ámsterdam, una ruta de sneltram pasó por las vías del metro y pasó a la alineación de superficie en los suburbios, donde compartió vías con los tranvías estándar. En Ámsterdam , el tren ligero Sneltram usa un tercer carril y cambia a cables aéreos cuando se mueve hacia el tranvía tradicional compartido con los tranvías en Ámsterdam . La línea 51 a Amstelveen operaba el servicio de metro entre Amsterdam Centraal y Station Zuid. En Amsterdam Zuid cambió del tercer carril a cables de pantógrafo y catenaria . Desde allí hasta Amstelveen Centrum compartió sus vías con la línea de tranvía 5. Los vehículos de tren ligero en esta línea podían usar tanto 600 V CC como 750 V CC. A partir de marzo de 2019, esta línea de metro ha sido desmantelada, en parte debido a problemas relacionados con el cambio entre el tercer carril y los cables aéreos. Su línea número 51 ha sido asignada a una nueva línea de metro que recorre en parte el mismo recorrido desde la estación central de Ámsterdam hasta la estación Zuid y luego sigue el mismo recorrido que la línea de metro 50 hasta la estación de Ámsterdam Sloterdijk .

En los subterráneos de todos los países postsoviéticos , el raíl de contacto está fabricado según el mismo estándar. ^{[ cita requerida ]}

• Esquema del tercer carril
• 
  Esquema del tercer carril: dos soportes y un tercer carril para el contacto inferior
  1) Los soportes
  2) El tercer carril
  3) La superficie de contacto
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  Contacto inferior del tercer carril en el aislador de la vaina
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  Dos carriles de contacto en la estación Rechnoy Vokzal del metro de Novosibirsk , una estación con plataformas a la izquierda.

En la ciudad de Nueva York, la línea New Haven del ferrocarril Metro–North opera trenes eléctricos que parten de la Grand Central Terminal y que utilizan el tercer riel del antiguo ferrocarril New York Central, pero que cambian a líneas aéreas en Pelham para operar en el antiguo ferrocarril New York, New Haven and Hartford . El cambio se realiza "sobre la marcha" (a gran velocidad) y se controla desde la posición del ingeniero.

Las dos estaciones principales de la ciudad de Nueva York (Grand Central y Pennsylvania Station ) no permiten que las locomotoras diésel operen en sus túneles debido al riesgo para la salud que suponen los gases de escape. Por ello, el servicio diésel de Metro-North, Long Island Rail Road y Amtrak utiliza locomotoras diésel de modo dual/electro (la P32AC-DM y la DM30AC ) que pueden utilizar la energía del tercer carril en las estaciones y accesos. Cuando funcionan con el tercer carril, estas locomotoras son menos potentes, por lo que en vías al aire libre (no en túneles) los motores suelen funcionar en modo diésel, incluso cuando hay energía del tercer carril disponible. ^{[ cita requerida ]} New Jersey Transit también utiliza locomotoras de modo dual ALP-45DP para operar en Penn Station junto con su flota eléctrica normal. Sin embargo, sus locomotoras de modo dual utilizan en su lugar la fuente de alimentación aérea, ya que está disponible en otras partes de gran parte de su red. ^{[ 16 ]}

En la ciudad de Nueva York (en la mayor parte de la isla de Manhattan ) y en Washington, DC, las ordenanzas locales exigían que los tranvías electrificados tomaran corriente de un tercer raíl y la devolvieran a un cuarto raíl, ambos instalados en una bóveda continua debajo de la calle y al que se accedía por medio de un colector que pasaba por una ranura entre los raíles de circulación. Cuando los tranvías de estos sistemas entraban en territorio donde se permitían las líneas aéreas, se detenían sobre un foso donde un hombre desmontaba el colector ( arado ) y el conductor colocaba un poste de trolebús en la línea aérea. En los EE. UU., todos estos sistemas alimentados por conductos se han descontinuado y se han reemplazado o abandonado por completo. ^{[ cita requerida ]}

Algunas secciones del antiguo sistema de tranvía de Londres también utilizaban el sistema de recolección de corriente por conductos , incluso con algunos tranvías que podían recolectar energía tanto de fuentes aéreas como subterráneas.

La Línea Azul de la MBTA de Boston utiliza electrificación de tercer carril desde el inicio de la línea en el centro de la ciudad hasta la estación Airport , donde cambia a catenaria aérea para el resto de la línea hasta la estación Wonderland . La sección más externa de la Línea Azul corre muy cerca del Océano Atlántico , y existían preocupaciones sobre la posible acumulación de nieve y hielo en un tercer carril tan cerca del agua. La catenaria aérea no se utiliza en la sección subterránea debido a los estrechos espacios libres en el túnel de 1904 bajo el puerto de Boston. Los vagones de tránsito rápido Hawker Siddeley de la serie 01200 de la Línea Naranja de la MBTA (esencialmente una versión más larga de los 0600 de la Línea Azul) recientemente ^{[¿ cuándo? ]} tuvieron sus puntos de montaje del pantógrafo retirados durante un programa de mantenimiento; estos montajes se habrían utilizado para pantógrafos que se habrían instalado si la Línea Naranja se hubiera extendido al norte de su terminal actual.

El método de doble suministro de energía también se utilizó en algunos ferrocarriles interurbanos de EE. UU . que utilizaban el nuevo tercer carril en áreas suburbanas y la infraestructura de tranvías aéreos (trolebuses) existente para llegar al centro de la ciudad. Por ejemplo, la línea amarilla "L" de Chicago (que utiliza vías utilizadas originalmente por la línea North Shore ) utilizó cables aéreos en la mitad occidental de la ruta, que luego se transformaron en tercer carril para la mitad oriental de la ruta. Toda la línea se convirtió en tercer carril en 2004 para reducir los costos de mantenimiento y permitir una mejor compatibilidad con el material rodante.

Un ferrocarril puede electrificarse con una catenaria y un tercer raíl al mismo tiempo. Así sucedió, por ejemplo, en el S-Bahn de Hamburgo entre 1940 y 1955. Un ejemplo moderno es la estación de ferrocarril de Birkenwerder, cerca de Berlín, que tiene terceros raíles en ambos lados y catenarias. La mayor parte del complejo de la estación Penn Station en la ciudad de Nueva York también está electrificada con ambos sistemas. ^{[ cita requerida ]}

Algunos voltajes altos del tercer riel (1000 voltios y más) incluyen:

• S-Bahn de Hamburgo : 1200 V, desde 1940
• Manchester–Bury , Inglaterra: 1200 V (contacto lateral) (hasta la conversión a Metrolink en 1991)
• Ferrocarril Culoz-Modane , Francia: 1500 V, 1925-1976
• Líneas 4 y 5 del metro de Guangzhou : 1500 V
• Tránsito rápido del área de la Bahía , San Francisco , 1000 V ^{[17] [18]}

En la Alemania nazi , un sistema ferroviario con un ancho de vía de 3.000 mm ( 9 pies  10 pulgadas)+Se planeó un ancho de vía de 1 ⁄ 8  in. Para este sistema ferroviario de Breitspurbahn , se consideró la electrificación con una tensión de 100 kV tomada de un tercer carril, con el fin de evitar daños a los cables aéreos por cañones antiaéreos de gran tamaño montados sobre carriles. Sin embargo, un sistema de alimentación de este tipo no habría funcionado, ya que no es posible aislar un tercer carril para voltajes tan altos en las proximidades de los carriles. Todo el proyecto no avanzó más debido al inicio de la Segunda Guerra Mundial.

Los sistemas de electrificación por tercer carril son, junto con las baterías de a bordo, el medio más antiguo de suministrar energía eléctrica a los trenes en vías que utilizan sus propios corredores, sobre todo en las ciudades. Al principio, la alimentación eléctrica por catenaria se utilizaba casi exclusivamente en vías de tipo tranviario, aunque poco a poco fue apareciendo también en los sistemas de líneas principales.

La empresa alemana Siemens & Halske desarrolló un tren eléctrico experimental que utilizaba este método de suministro de energía y que se exhibió en la Exposición Industrial de Berlín de 1879 , con su tercer raíl entre los raíles de rodadura. Algunos de los primeros ferrocarriles eléctricos utilizaban los raíles de rodadura como conductor de corriente, como en el caso del Ferrocarril Eléctrico Volk's en Brighton, inaugurado en 1883. Se le añadió un raíl de alimentación adicional en 1886 y todavía sigue en funcionamiento. Le siguió el Tranvía de la Calzada del Gigante , equipado con un tercer raíl exterior elevado en 1883, que más tarde se convirtió en catenaria. El primer ferrocarril que utilizó el tercer raíl central fue el Tranvía de Bessbrook y Newry en Irlanda, inaugurado en 1885 pero ahora, al igual que la línea de la Calzada del Gigante, cerrado.

También en la década de 1880, los sistemas de tercer carril comenzaron a usarse en el transporte público urbano . Los tranvías fueron los primeros en beneficiarse de ello: usaban conductores en conductos debajo de la superficie de la carretera (ver Captación de corriente por conductos ), generalmente en partes seleccionadas de las redes. Esto se probó por primera vez en Cleveland (1884) y en Denver (1885) y luego se extendió a muchas grandes redes de tranvía (por ejemplo, Nueva York; Chicago; Washington, DC; Londres; París, todas las cuales están cerradas) y Berlín (el sistema de tercer carril en la ciudad fue abandonado a principios del siglo XX después de fuertes nevadas). El sistema se probó en el complejo turístico costero de Blackpool , Reino Unido, pero pronto se abandonó porque se descubrió que la arena y el agua salada ingresaban al conducto y causaban averías, y hubo un problema con la caída de voltaje . Algunas secciones de la vía del tranvía aún tienen los rieles de ranura visibles.

Un tercer raíl suministró energía al primer ferrocarril subterráneo eléctrico del mundo, el City & South London Railway , que se inauguró en 1890 (ahora parte de la línea Norte del Metro de Londres). En 1893, se inauguró en Gran Bretaña el segundo ferrocarril urbano propulsado por un tercer raíl del mundo, el Liverpool Overhead Railway (cerrado en 1956 y desmantelado). El primer ferrocarril urbano estadounidense propulsado por un tercer raíl en uso comercial fue el Metropolitan West Side Elevated de 1895 , que pronto pasó a formar parte del «L» de Chicago . En 1901, Granville Woods , un destacado inventor afroamericano, recibió la patente estadounidense 687.098 , que cubría varias mejoras propuestas a los sistemas de tercer raíl. Esto se ha citado para afirmar que inventó el sistema de tercer raíl de distribución de corriente. Sin embargo, para ese momento ya existían muchas otras patentes para sistemas electrificados de tercer carril, incluida la patente estadounidense 263.132 de 1882 de Thomas Edison , y los terceros carriles se habían utilizado con éxito durante más de una década, en instalaciones que incluían el resto de los "elevados" de Chicago, así como los utilizados en la Brooklyn Rapid Transit Company , sin mencionar el desarrollo fuera de los EE. UU.

En París , el tercer carril apareció en 1900 en el túnel de la línea principal que conectaba la Gare d'Orsay con el resto de la red de la CF París-Orléans. La electrificación del tercer carril en la línea principal se amplió posteriormente a algunos servicios suburbanos.

El sistema de transporte Woodford se utilizó en tranvías industriales , específicamente en canteras y minas a cielo abierto en las primeras décadas del siglo XX. Este utilizaba un tercer riel central de 250 voltios para alimentar vagones de descarga lateral autopropulsados ​​controlados a distancia . ^{[19] [20]} El sistema de control remoto funcionaba como un ferrocarril modelo , con el tercer riel dividido en múltiples bloques que podían configurarse para funcionar con energía, marcha por inercia o frenar mediante interruptores en el centro de control.

El tercer raíl de contacto superior o de gravedad parece ser la forma más antigua de recolección de energía. Los ferrocarriles pioneros en usar tipos menos peligrosos de tercer raíl fueron el New York Central Railroad en el acceso a la Grand Central Terminal de Nueva York (1907, otro caso de electrificación de línea principal con tercer raíl), la Market–Frankford Line de Filadelfia (1907) y la Hochbahn en Hamburgo (1912), cada uno con raíl de contacto inferior, también conocido como el sistema Wilgus-Sprague. ^[21] Sin embargo, la línea Manchester-Bury del Lancashire & Yorkshire Railway probó el raíl de contacto lateral en 1917. Estas tecnologías aparecieron en uso más amplio solo a finales de la década de 1920 y en la de 1930 en, por ejemplo, líneas de gran perfil del U-Bahn de Berlín , el S-Bahn de Berlín y el Metro de Moscú . El S-Bahn de Hamburgo ha utilizado un tercer raíl de contacto lateral a 1200 V CC desde 1939.

En 1956 se inauguró la primera línea ferroviaria del mundo con neumáticos de caucho, la línea 11 del metro de París . El carril conductor evolucionó hasta convertirse en un par de carriles guía necesarios para mantener el bogie en la posición adecuada en el nuevo tipo de vía. Esta solución se modificó en la línea Namboku de 1971 del metro de Sapporo , donde se utilizó un carril guía/de retorno colocado centralmente más un carril de alimentación colocado lateralmente como en los ferrocarriles convencionales.

En 2004, la tecnología del tercer carril en las líneas de tranvía de la ciudad se instaló en el nuevo sistema de Burdeos (2004). Se trata de una tecnología completamente nueva (véase más abajo).

Los sistemas de tercer carril no se consideran obsoletos. ^{[ cita requerida ]} Sin embargo, hay países (en particular Japón , Corea del Sur , España ) más ansiosos por adoptar el cableado aéreo para sus ferrocarriles urbanos. Pero al mismo tiempo, hubo (y todavía hay) muchos nuevos sistemas de tercer carril construidos en otros lugares, incluidos países tecnológicamente avanzados (por ejemplo, el metro de Copenhague , el metro de Taipei , el metro de Wuhan ). Los ferrocarriles con tracción inferior (puede que sea demasiado específico utilizar el término tercer carril ) también se utilizan habitualmente con sistemas que tienen trenes con neumáticos de caucho, ya sea un metro pesado (excepto otras dos líneas del metro de Sapporo ) o un transporte de personas (PM) de pequeña capacidad. Los nuevos sistemas ferroviarios electrificados tienden a utilizar la catenaria para sistemas regionales y de larga distancia. Los sistemas de tercer carril que utilizan voltajes más bajos que los sistemas aéreos todavía requieren muchos más puntos de suministro.

• Historia
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  En los sistemas de tercer y cuarto carril con contacto superficial, una "zapata" pesada suspendida de una viga de madera unida a los bogies recoge la energía deslizándose sobre la superficie superior del carril eléctrico. Esta imagen muestra un tren de la clase 313 de British Rail .
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  El metro de Londres utiliza un sistema de cuatro raíles en el que ambos raíles conductores están activos en relación con los raíles de rodadura y el raíl positivo tiene el doble de voltaje que el raíl negativo. Los arcos eléctricos como este son normales y se producen cuando las zapatas colectoras de energía eléctrica de un tren que está consumiendo energía llegan al final de una sección del raíl conductor.
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  Riel conductor en la Línea Roja de MBTA en la Estación Sur de Boston, que consta de dos tiras de aluminio sobre un riel de acero para ayudar con la conducción térmica y eléctrica.
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  MRT de Singapur con un tercer carril en el lado derecho
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  Un tren de la línea 1 del metro de Milán que muestra la zapata de contacto del cuarto carril.
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  Metro de Sapporo con carril guía/de retorno ubicado en el centro

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En 1906, los trenes eléctricos Lionel se convirtieron en los primeros trenes a escala en utilizar un tercer raíl para alimentar la locomotora. La vía Lionel utiliza un tercer raíl en el centro, mientras que los dos raíles exteriores están conectados eléctricamente entre sí. Esto resolvió el problema que tienen los trenes a escala de dos raíles cuando la vía está dispuesta para dar vueltas sobre sí misma, ya que normalmente esto provoca un cortocircuito. (Incluso si el bucle estuviera abierto, la locomotora crearía un cortocircuito y se detendría al cruzar los espacios). Los trenes eléctricos Lionel también funcionan con corriente alterna. El uso de corriente alterna significa que una locomotora Lionel no puede invertirse cambiando la polaridad; en cambio, la locomotora pasa por varios estados (adelante, neutral, atrás, por ejemplo) cada vez que se pone en marcha.

Los trenes de tres raíles de Märklin utilizan un pulso corto a un voltaje más alto que el que se utiliza para alimentar el tren, para invertir un relé dentro de la locomotora. La vía de Märklin no tiene un tercer raíl real; en su lugar, una serie de pines cortos proporcionan la corriente, que es absorbida por una "zapata" larga debajo de la locomotora. Esta zapata es lo suficientemente larga como para estar siempre en contacto con varios pines. Esto se conoce como el sistema de contacto de pernos y tiene ciertas ventajas cuando se utiliza en sistemas de modelismo ferroviario al aire libre. El colector de esquís se frota sobre los pernos y, por lo tanto, se limpia automáticamente de forma inherente. Cuando se utilizan ambos raíles de la vía para el retorno en paralelo, hay muchas menos posibilidades de interrupción de la corriente debido a la suciedad en la línea.

En la actualidad, muchos modelos de trenes utilizan solo dos raíles, generalmente asociados con sistemas de ancho de vía Z, N, HO o G. Estos suelen funcionar con corriente continua (CC), donde el voltaje y la polaridad de la corriente controlan la velocidad y la dirección del motor de CC del tren. Una excepción cada vez mayor es el control de comando digital (DCC), donde la CC bipolar se envía a los raíles a un voltaje constante, junto con señales digitales que se decodifican dentro de la locomotora. La CC bipolar transporta información digital para indicar el comando y la locomotora que se está comandando, incluso cuando hay varias locomotoras presentes en la misma vía. El sistema de ancho de vía O de Lionel mencionado anteriormente también sigue siendo popular hoy en día con su implementación de alimentación de CA y vía de tres raíles.

Algunos modelos de trenes imitan de manera realista las configuraciones del tercer riel de sus contrapartes de tamaño real, aunque casi todos no obtienen energía del tercer riel.

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• Patente del tercer carril de Thomas Edison (1882)
• Un tranvía sin cables: documento sobre el nuevo tranvía de Burdeos con un tercer carril a nivel de la calle (por el Consejo de Investigación sobre el Transporte de las Academias Nacionales)
• Detalles del diseño del 3er/4to carril del Reino Unido.
• Morrison-Knudsen 1992