El tercer raíl o raíl de tracción es una técnica de captación de corriente utilizada para el suministro de energía eléctrica a determinados sistemas ferroviarios , utilizada en particular en las redes de metro o de cercanías .
Entre las muchas redes que utilizan un sistema eléctrico de tercer carril en los Estados Unidos , podemos mencionar los subterráneos de Nueva York , Los Ángeles y Washington , el BART en San Francisco, el MBTA en Boston y SEPTA en Filadelfia , etc. En el Reino Unido , el tercer carril es utilizado por el Metro de Londres , así como un cuarto, para el retorno de la corriente eléctrica que no es producida por los rieles de rodadura, sino por él, así como la red de los suburbios del sur de Londres y algunos servicios de larga distancia. En Alemania, las redes de metro de tipo U-Bahn y los suburbios de S-Bahn de Hamburgo y Berlín también utilizan el tercer carril. Lo mismo ocurre con los subterráneos de Amsterdam y Rotterdam en los Países Bajos , Bruselas en Bélgica, Varsovia en Polonia , Moscú y San Petersburgo en Rusia . En Francia, este sistema se utiliza tanto en el metro de París como en algunas líneas secundarias como la línea Saint-Gervais - Vallorcine , o la de la Cerdaña (línea conocida como " Tren Amarillo "), dos líneas de montaña de pequeño ancho ( métrico ) con radios y velocidades reducidos, por lo que es muy adecuado para este tipo de avance.
Con la excepción de los sistemas de acumuladores eléctricos a bordo de los trenes, la energía ferroviaria eléctrica (debajo del tren) es el sistema de energía eléctrica más antiguo utilizado en los ferrocarriles . Un tren eléctrico experimental que utiliza esta técnica de suministro de energía fue desarrollado por la empresa alemana Siemens & Halske y exhibido en la Feria de Berlín en 1879 . El uso del ferrocarril eléctrico en el transporte público comenzó en la década de 1880 para los tranvías y ferrocarriles tradicionales. El primer sistema de metro en utilizar este carril eléctrico (debajo del tren) fue el City & South London Railway , que entró en servicio en 1890 .
En 1901 , Granville Woods obtuvo una patente que cubría varias mejoras del tercer riel. Aunque fue el inventor del tercer riel (alimentación lateral, todavía en uso hasta el día de hoy), se presentaron muchas otras patentes sobre este tema después de su invención, en particular por Thomas Edison en 1882 . Thomas Edison, como otros inventores, intentó apropiarse de ciertos inventos de Granville Woods, y en dos ocasiones, la justicia dio la paternidad del invento a Granville Woods (a pesar de la segregación de la época).
El tercer raíl, históricamente de acero, está siendo sustituido cada vez más por un raíl de aluminio con superficie de acero inoxidable, sobre el que se frotan los colectores (cauchos o almohadillas) de los trenes.
Entre 1925 y 1930, el tramo Chambery - Modane fue electrificado en 3 rd carril de 1.500 voltios DC, sin embargo, debido a los múltiples inconvenientes, problema de recolección en caso de nieve o hielo, la vía es difícil con maquinaria de construcción moderna, especialmente adaptada locomotoras y de seguridad (electrocuciones), esta porción fue re-electrificada a 1500 voltios directos por catenarias convencionales durante la primera mitad de la década de 1970. Durante el verano de 1976, se reconvirtió definitivamente el último tramo entre Aiguebelle y Epierre , lo que cerró este gran proyecto. El PLM había puesto en marcha un proyecto, en la década de 1930, para electrificar las líneas de Grenoble a Montmelian de la misma forma que la línea Maurienne, pero el cruce de Grenoble (ruta e infraestructura de la época), seguía siendo inaceptable, la línea del La Riviera francesa, Marsella-Niza, también tuvo que equiparse de esta manera.
El tercer riel se coloca entre los rieles de rodadura o, con mayor frecuencia, en el exterior. La corriente eléctrica se transmite al tren mediante patines, que se mantienen en contacto con el tercer carril.
En muchos casos, se coloca un sistema de manta aislante sobre el riel para proteger al personal que trabaja cerca de las vías; en algunos casos, el zapato roza el lateral o la parte inferior del riel, lo que permite que la protección se monte directamente en la parte superior del riel. Cuando el zapato se desliza por la parte inferior del riel, esto tiene además la ventaja de no verse obstaculizado por la presencia de nieve u hojas muertas.
Captura desde abajo.
Captura desde arriba.
El tercer riel de acero todavía se usa hoy en día, pero cada vez más se reemplaza por el llamado riel compuesto, hecho de aluminio y acero inoxidable.
Los nuevos terceros rieles de aluminio, que ofrecen resistividad y menor peso que un riel de acero, limitan el consumo de energía al reducir las pérdidas por efecto Joule y permiten un buen suministro de energía a los trenes de última generación, que demandan cada vez más potencia (electrónica de a bordo , aire acondicionado, etc.).
Independientemente del tipo de captación (lateral, desde arriba o desde abajo), el tercer carril se fija al suelo mediante soportes aislantes de materiales cerámicos o compuestos y alimentado por una subestación eléctrica .
El seccionamiento eléctrico se realiza mediante rampas que permiten a los colectores de trenes salir de un carril de alimentación y engancharse suavemente en el siguiente. En estas rampas, el ángulo de ataque se define en función de la velocidad del tren, también permiten el cruce de desvíos e interrupciones de los niveles de los pasos de peatones.
Los terceros rieles, cuya longitud generalmente varía entre 12 y 15 metros , se conectan entre sí mediante eclisas cuyo diseño permite la continuidad eléctrica.
En algunas redes, el tercer raíl se cubre con un sistema de capota, antiguamente de madera y hoy de plásticos y composites. Las campanas de UPVC ( cloruro de polivinilo ), que son resistentes a los rayos UV y no propagan el fuego, generalmente se instalan al aire libre; donde las cubiertas PRFV (" plástico reforzado con vidrio", resina reforzada con fibra de vidrio) se instalan más bien en túneles, por su resistencia al fuego y la no propagación de humos tóxicos.
Se utilizan sistemas de anclaje y juntas de dilatación para compensar la dilatación del tercer raíl provocada por las variaciones de temperatura así como el calentamiento del raíl debido a la corriente.
El tercer carril es una alternativa al sistema de electrificación de catenaria que transmite corriente al tren a través de pantógrafos adheridos a los techos de los vehículos. El tercer riel, así como su contraparte aérea, la catenaria rígida , se pueden acomodar en pequeños túneles debido a su compacidad.
En determinados casos, metros o líneas comarcales, el sistema de abastecimiento es mixto, en parte por tercer carril y en parte por catenaria, debiendo equiparse los vehículos con dos sistemas de recogida de corriente. Este es el caso, por ejemplo, del metro de Rotterdam o del metro de Milán (línea M1 - catenaria en los depósitos, tercer carril con retorno por cuarto carril en el túnel). Mientras que los sistemas de catenaria pueden operar a voltajes de hasta 25 kV o más, en corriente alterna , la menor distancia de aislamiento alrededor del riel energizado impone un máximo de alrededor de 1.500 V (1.200 V en la red suburbana de Hamburgo , 1500 V en la línea Maurienne en el pasado). El uso del tercer raíl no implica necesariamente el de corriente continua, pero en la práctica los sistemas de tercer raíl han utilizado corriente continua porque puede transportar un 41% más de energía que un sistema de corriente alterna al mismo voltaje pico.
Como en el caso de las líneas aéreas, la corriente de retorno generalmente fluye a través de uno o ambos rieles de funcionamiento, sin que las fugas al suelo sean un problema. Cuando se trata de metro con neumáticos, como en Montreal o parcialmente en París , se proporcionan barras de energía en vivo para conducir la corriente. La corriente de tracción es devuelta por los rieles de carrera tradicionales colocados entre las pistas de carrera. El sistema compuesto por un tercer carril para la alimentación, colocado fuera de los carriles de rodadura, y un cuarto carril, colocado entre ellos, asegurando el retorno de la corriente de tracción (que tiene otras ventajas), es utilizado por unas pocas redes, la más importante. de los cuales es el metro de Londres .
El metro de Londres es una de las pocas redes del mundo que utiliza un cuarto carril. Este riel adicional asegura el retorno de la corriente de tracción, una función que desempeñan los rieles de rodadura en los sistemas de terceros rieles. En el Metro de Londres se coloca un tercer carril convencional con contacto superior a lo largo de la vía y se somete a una tensión continua de + 420 voltios y el cuarto carril, también en contacto desde arriba, se dispone en el centro de la vía entre los carriles de rodadura con una tensión de - 210 V , que proporciona una corriente de tracción de 630 voltios. Existen dispositivos especiales (conexión eléctrica entre el cuarto carril central y los carriles de rodadura) cuando las mismas vías deben ser transitadas por trenes de metro (destinados a 4 carriles) y conjuntos de trenes de cercanías (destinados a tres carriles con corriente de retorno por carriles de rodadura), sección de Gunnersbury a Richmond en la línea District, por ejemplo.
La ventaja del cuarto carril es que los dos carriles de rodadura están disponibles exclusivamente para circuitos de vía , este sistema también permite evitar que el retorno de corriente se lleve a cabo a través de las paredes del túnel (metálico en Londres en el tubo de las primeras líneas ) y así evitar daños por electrólisis. Además, la reducción de la tensión con respecto al suelo (“potencial de tierra”) es tal que hace menos peligrosa la caída de un pasajero en la vía.
Los sistemas de terceros rieles tienen algunos inconvenientes, que incluyen: