第三軌供電

德國的西門子公司於1879年的柏林博覽會展示了一列從第三軌取電的樣板列車。不久，很多鐵路和電車系統均應用第三軌牽引供電技術。位於倫敦的第一條電氣化地鐵在1890年開通時亦是使用第三軌作為供電系統。顧名思義，第三軌供電的概念就是在列車行走的兩條路軌以外，再加上帶電的鋼軌。這條帶電鋼軌通常設於兩軌之間或其中一軌的外側。電動列車的集電裝置在帶電路軌上接觸並滑行，把電力傳到列車上。這種集電裝置在英語稱為 shoe，中譯為集電靴（取流靴）。 ^[1] 

第三軌早期使用的為低碳鋼軌，如北京、天津早期的地鐵，近些年逐步使用鋼鋁複合軌，國內武漢軌道交通一號線上首次採用，後在北京、天津、廣州等地鐵已經全面應用。廣州地鐵已經使用國產化成功的鋼鋁複合軌用做第三軌，改善了第三軌受流的技術性能，新建設的城市軌道交通項目採用鋼鋁複合軌已成為趨勢。第三軌式接觸網的電壓多采用IEC 標準， 為直流 600 V或750 V ，我國1969年開通的北京地鐵採用的第三軌受電電壓為直流 750 V ,但也有的國家採用較高的電壓，如西班牙巴塞羅那地鐵就採用了直流1200 V。廣州地鐵是國內首先採用第三軌1500V直流供電系統的城市軌道交通單位。 ^[2] 

第三軌受流方式有三種：上接觸式、下接觸式和側接觸式

美國地鐵大都採用上接觸式，取流靴從上壓向第三軌軌頭，第三軌頂面受流。取流靴的接觸力是由下作用的彈簧的壓力進行調節的，受流平穩。施工作業簡便，可以在軌頭上部通過支架安裝不同類型的防護板，國內北京地鐵也採用此受流方式。側接觸式就是第三軌軌頭端面朝向走行軌，取流靴從側面受流，跨座式獨軌車輛就採用側面接觸式取流，其取流靴裝在轉向架下部，國內的重慶輕軌採用此受流方式。下接觸式的第三軌的軌頭朝下，通過絕緣肩架、橡膠墊、扣板收緊螺栓、支架等安裝在底座上，歐洲國家比較青 睞此受流方式。下接觸式的優點是防護罩從上部通過橡膠墊直接固定在第三軌周圍，對人員安全性好，利於防止下雪和冰凍造成的取流困難。但這種方式安裝結構複雜，費用較高。廣州地鐵四、五、六、十四、二十一號線亦採用此方式。 ^[1] 

主要組成部分：絕緣支座、第三軌托架

第三軌扣件緊固件：M12螺栓、螺母及墊片，材質為不鏽鋼。

第三軌軌絕緣支架由玻璃纖維增強樹脂（GRP 玻璃鋼）採用模壓工藝製造。第三軌安裝要點如下：

（1）第三軌托架和絕緣支座通過各自接觸面的齒槽咬合，經螺栓連接成為一體，齒槽咬合起到了垂直限位的作用，同時第三軌安裝時可進行上下微調；

（2）第三軌托架與第三軌扣件經螺栓連接成為一個整體；

（3）第三軌扣件具有一定特殊結構防止第三軌扣件沿第三軌敷設方向左右擺動；

（4）絕緣支座的結構應具備使整體絕緣支架具有良好的受力性能，滿足各種可能負荷出現的受力要求。絕緣支座的長孔，可使整體絕緣支架在水平方向30mm的調整餘量，在垂直方向有40mm的調整餘量，從而保證第三軌的相關安裝距離。

整體絕緣支架高度分為458mm、528mm兩種規格，應能承受氣温變化及空氣污染，室外能夠承受紫外線，並且應能承受由開關操作或短路引起的過電壓。同時整體絕緣支架表面自潔性好，並可用一般的清潔劑清洗，並對鹽溶液有抗腐蝕能力，不易溶入酒精、苯、碳氫化合物等有機溶劑。 ^[2] 

在地面段以及高架區段，因為廣州地區常年多雨，環境污染比較嚴重，第三軌直接暴露在外，長久會對接觸軌造成腐蝕和損傷，降低接觸軌的使用壽命，所以在這些區段採用防護罩作為保護。防護罩分為普通防護罩、支架防護罩、電纜接線板防護罩、特殊中心錨結防護罩等幾類。防護罩厚度為2.8±0.2mm，普通防護罩單位制造長度4600±5mm。防護罩的性能要求與絕緣支架的大致相同，具體要求如下：防護罩表面自潔性好，並可用一般的清潔劑清洗，並對鹽溶液有抗腐蝕能力，不易溶入酒精、苯、碳氫化合物等有機溶劑，可以應能承受氣温變化及空氣污染，室外能夠承受紫外線。同時能夠承受由開關操作或短路引起的過電壓。 ^[1] 

1、裝置帶電軌的成本往往比高架電纜低，因為高架電纜需要支架而帶電路軌不用。實際上，成本問題是很多軌道供電系統沒有轉用高架電纜的主因。

2、天災對帶電軌的影響較高架電纜少 （洪水氾濫除外）。

3、帶電軌比高架電纜更適合安裝於半徑較小的隧道。

4、有些乘客認為高架電纜有礙觀瞻，相比之下帶電軌的視覺效果較佳。

1、暴露户外的帶電軌道構成危險：有些企圖橫過路軌的人便因不幸踏在帶電軌道上而觸電致死。甚至有人因在帶電軌道上小便，電流從軌道經過尿液傳到人體而觸電死亡。例如台北捷運淡水線即有平面軌道供電路段，為防止民眾誤踏而加設嚴密的鐵絲網 ^[3] 

2、電壓問題：帶電軌道的電壓不能太高，否則電流會在路軌間形成電弧。由於電壓不高，故在興建鐵路時每隔一小段便要設立一個電站，以確保電力供應穩定──但這樣也加重了成本，因此只適合用在短距離的地下鐵或都市內的軌道運輸。另外，電壓問題亦使高速列車和貨運列車不適合於軌道供電系統，故一般只有速度較低、載重較小的列車 （亦即通常用於大眾運輸的一類列車） 才使用軌道供電系統 （但英格蘭東南部的鐵路幹線便大規模地採用軌道供電） ^[3] 

3、限速：由於集電靴在高速之下難以準確地抓緊帶電軌，故採用軌道供電系統的鐵路限速不能太高。一般而言，採用軌道供電系統的列車的時速上限是 160 公里 ^[3] 

4、電流流失：由於帶電軌道接近地面，故有時電流流失到地面。一些帶電軌道會加上鋁條以減少電流流失 （因為鋁的傳電能力比鋼為佳）。然而，由於鋁對熱力的膨脹反應與鋼有所不同，為避免損毀帶電軌，帶電軌的兩旁都必須有鋁條栓緊。 ^[3] 

5、縫隙問題：在轉轍器、平交道等處，帶電軌都必須留下空隙以容許其他路軌穿越其間。一般來説，使用軌道供電的列車都是動車組，列車幾乎一定擁有多於一個集電靴，所以空隙不會構成什麼問題。但在某些情況下，列車仍有可能因為全部的集電靴都在空隙之中，無法取得電力而不能行動。這時列車需要由其他機車推動、或接駁緊急用電纜到最近的帶電路軌上，以取得動力。由於這些事故多於繁忙的交匯處發生，故通常都會導致嚴重的擠塞及延誤。 ^[3]