제3궤조
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1. 개요
제3궤조는 열차에 전력을 공급하는 방식 중 하나로, 가공 전차선 대신 지면 가까이에 설치된 궤도를 통해 전력을 공급한다. 가공 전차선 방식보다 설치 비용이 저렴하고 경관을 해치지 않는 장점이 있지만, 감전 위험, 고전압 사용 제한, 속도 제한, 이물질에 취약하다는 단점 등이 있다. 초기에는 노면 전차에 많이 사용되었으나, 전압 강하 및 이물질 문제로 가공 전차선으로 변경되는 경우가 많았다. 현재는 도시 철도에서 주로 사용되며, 한국에서는 용인 경전철, 부산-김해 경전철, 인천 도시철도 2호선 등에서 직류 750V 제3궤조 방식을 사용한다.
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- 철도차량공학 - 자동 열차 운전 장치
자동 열차 운전 장치는 열차 운행을 자동 제어하는 시스템으로, 국제 표준에 따라 자동화 수준이 GoA0(수동 운전)부터 GoA4(무인 운전)까지 분류되며, 안전성 및 효율성 향상에 기여하지만 오류 및 인적 실수 가능성도 존재하여 연구 개발이 진행 중이다. - 철도차량공학 - 가공 전차선
가공 전차선은 전기 철도 차량에 전력을 공급하는 상부 전선 시스템으로, 트롤리선, 조가선, 행어 등으로 구성되며 다양한 가선 방식과 장력 조절 장치가 존재하고 외부 요인에 의한 고장 위험과 시각 공해 등의 문제도 고려되어야 한다.
제3궤조 | |
---|---|
개요 | |
![]() | |
유형 | 전차선로 시스템 |
사용 | 전기 철도 |
전압 | 600~800 볼트 DC (일반적) |
위험 | 감전 |
상세 | |
설명 | 세 번째 레일은 전기 철도 시스템에 전력을 공급하는 방법으로, 열차 주행에 사용되는 두 개의 레일 외에 세 번째 레일을 사용하여 전력을 공급한다. 이 세 번째 레일은 전기 집전 장치에 연결되어 열차에 전력을 공급한다. |
위치 | 세 번째 레일은 일반적으로 주행 레일 옆에 위치하며, 때로는 위에 위치하기도 한다. |
재료 | 세 번째 레일은 일반적으로 강철로 만들어지지만, 알루미늄과 같은 다른 전도성 재료로 만들어질 수도 있다. |
절연 | 세 번째 레일은 일반적으로 절연체로 덮여 있어 감전의 위험을 줄인다. |
장점 | |
비용 효율성 | 가공 전차선 시스템보다 건설 및 유지 보수 비용이 저렴하다. |
낮은 높이 | 터널 및 고가 구조물에 적합하다. |
단점 | |
안전 위험 | 감전 위험이 높다. |
간섭 | 선로 유지 보수 작업 및 기타 선로 활동을 방해할 수 있다. |
제한된 사용 | 고속 철도에는 적합하지 않다. |
변형 | |
상부 접촉 | 집전 장치가 레일 상단에서 전력을 수집한다. |
하부 접촉 | 집전 장치가 레일 하단에서 전력을 수집한다. |
측면 접촉 | 집전 장치가 레일 측면에서 전력을 수집한다. |
사용 예시 | |
런던 지하철 | 세계에서 가장 오래된 지하철 시스템 중 하나로, 세 번째 레일을 광범위하게 사용한다. |
뉴욕 지하철 | 세계에서 가장 큰 지하철 시스템 중 하나로, 세 번째 레일을 광범위하게 사용한다. |
파리 메트로 | 세계에서 가장 혼잡한 지하철 시스템 중 하나로, 세 번째 레일을 광범위하게 사용한다. |
참고 | |
참고 | 세 번째 레일은 일반적으로 도시 대중 교통 시스템에서 사용되지만, 일부 간선 철도에서도 사용된다. 세 번째 레일은 가공 전차선 시스템보다 건설 및 유지 보수 비용이 저렴하지만, 감전 위험이 더 높다. |
2. 특징
제3궤조 시스템은 열차에 전력을 공급하기 위해 주행 선로 외에 추가적인 세 번째 레일(이하 도전 레일)을 이용하는 방식이다. 대부분의 시스템에서 도전 레일은 주행 레일 바깥쪽의 침목 끝에 자리 잡지만, 일부는 두 주행 레일 사이에 중앙 도전 레일을 사용하기도 한다. 도전 레일은 일반적으로 약 약 3.05m 간격으로 설치된 세라믹 절연체(속칭 "포트")에 의해 지지되며, 상단 접촉 방식 또는 절연 브래킷을 이용한 하단 접촉 방식으로 고정된다.
열차에는 도전 레일과 접촉하여 전력을 공급받는 접촉 슈(집전 슈 또는 픽업 슈)라는 금속 접촉 장치가 달려 있다. 견인 전류는 도전 레일에서 집전 슈를 통해 열차로 공급된 후, 주행 레일을 통해 발전소로 되돌아가는 방식으로 회로가 구성된다. 도전 레일의 재질은 지역에 따라 차이가 있는데, 북미에서는 주로 전도성이 높은 강철이나 전도성을 더 높이기 위해 알루미늄을 덧댄 형태를 사용한다. 다른 지역에서는 전기 저항이 낮고 수명이 길며 가벼운 압출 알루미늄 도체에 스테인리스 스틸 접촉면을 덧댄 방식이 선호된다.[2] 주행 레일은 전선 결합 등을 통해 전기 회로의 저항을 최소화한다.
집전 슈와 도전 레일의 접촉 방식은 크게 세 가지로 나뉜다. 슈가 레일 위쪽과 접촉하는 상단 접촉(Top contact), 아래쪽과 접촉하는 하단 접촉(Bottom contact), 옆면과 접촉하는 측면 접촉(Side contact) 방식이 있다. 초기 시스템은 상단 접촉 방식을 많이 사용했지만, 이후 개발된 측면 또는 하단 접촉 방식은 도전 레일 위에 보호 덮개를 씌울 수 있어 작업자의 감전 사고를 예방하고 서리, 얼음, 눈, 낙엽 등 이물질로부터 레일을 보호하는 데 유리하다.[3] 특히 하단 접촉 방식은 눈, 얼음, 나뭇잎 등이 쌓이는 것에 덜 민감하다는 장점이 있다.[3] 하단 접촉 방식을 사용하는 예로는 뉴욕 대도시권의 메트로노스,[7] 필라델피아의 SEPTA 마켓-프랭크포드 선,[8] 런던의 도클랜즈 경전철[9] 등이 있다.
도전 레일은 구조적으로 평면 교차로, 분기기, 변전소 사이 등에서는 끊어질 수밖에 없다. 이러한 단절 구간의 시작과 끝에는 열차의 집전 슈가 부드럽게 진입하고 이탈할 수 있도록 경사진 형태의 테이퍼 레일(램프)이 설치된다.
궤간의 경우, 제3궤조는 보통 주행 레일 바깥쪽에 설치되므로, 대차 폭이 넓어 집전 장치와 제3궤조 사이의 거리가 가까운 표준궤가 협궤보다 구조적으로 유리하다. 이러한 이유로 일본의 제3궤조 노선은 모두 표준궤를 채택하고 있다.[23]
2. 1. 장점
제3궤조 방식은 전차선을 공중에 설치하기 위한 별도의 구조물이 필요 없어 가공 전차선 방식에 비해 설치 비용이 저렴하다는 장점이 있다. 또한 가선주나 가선처럼 시야를 가리는 구조물이 없어 도시 미관을 해치지 않고 시각 공해도 적다.[12] 건설 비용 측면에서는 터널 단면을 작게 설계할 수 있어, 지하철처럼 소단면 터널 건설 시 유리하다.2. 2. 단점
감전 위험이 높다. 특히 승강장에서 선로로 추락하는 사고가 발생했을 때, 가공 전차선보다 감전될 가능성이 크다. 지상 구간에서는 보행자나 동물이 선로에 접근하여 감전될 위험이 있으며, 보선 작업 시에도 단락이나 감전의 위험이 따른다.[4] 이러한 위험 때문에 스크린도어를 설치하거나, 승강장에서 먼 쪽에 급전 궤도를 설치하는 등의 안전 조치가 필요하다. 대한민국 용인 경전철의 경우, 승강장의 센서가 사람의 접근을 감지하면 열차를 급정거시키는 시스템을 갖추고 있다. 급전 궤도를 브래킷으로 지지되는 판자인 '''덮개판'''으로 덮어 접촉 위험을 줄일 수도 있지만, 덮개판 설치 시 차량 한계가 줄어드는 단점이 있다.고전압 사용이 어렵다. 지표면 가까이에 전기가 흐르는 레일이 노출되어 있어, 안전상의 이유로 직류 1500V 이상의 고전압을 사용하기 어렵다. 일반적으로 DC 750V 정도의 낮은 전압이 사용되며, 일부 노선에서는 1500V를 사용하기도 한다(광저우 지하철 4호선, 광저우 지하철 5호선, 선전 지하철 3호선). 일본에서는 안전 규정상 직류 750V 이하, 교류 600V 이하로 전압을 제한하며, 지하철이나 고가 전용 철도 등 일반인의 접근이 어려운 곳에만 설치를 허용한다.
낮은 전압으로 인해 높은 전류를 사용해야 한다. 전압이 낮기 때문에 열차에 충분한 전력을 공급하려면 매우 큰 전류를 흘려보내야 한다. 이는 높은 저항 손실을 유발하며, 전력 손실을 줄이기 위해 급전소(변전소)를 약 2km마다 비교적 촘촘하게 설치해야 한다. 이는 건설 및 유지보수 비용 증가의 요인이 될 수 있다.
고속 운전에 제약이 있다. 급전 궤도의 끝부분(램프)을 집전 장치(집전 슈)가 통과할 때 발생하는 기계적인 충격 때문에 열차 속도에 제한이 따른다. 실용적인 최고 속도는 일반적으로 시속 161km 정도로 여겨진다.[5] 1988년 영국 442 클래스 전동차가 시험 운행에서 시속 175km를 기록한 바 있으나[5], 시속 200km 이상의 고속 운행에는 적합하지 않다. 이 때문에 영국 내 유로스타 노선도 제3궤조 방식 대신 가공 전차선 방식의 고속선(CTRL)으로 전환되었다.
이물질에 취약하다. 특히 집전 슈가 레일 위쪽과 접촉하는 상단 접촉 방식의 경우, 선로에 눈, 얼음, 낙엽 등의 이물질이 쌓이면 집전 불량을 일으켜 열차 운행에 지장을 줄 수 있다[3]. 일부 노선에서는 급전 궤도에 기름을 뿌려 얼음을 녹이기도 한다. 하단 접촉이나 측면 접촉 방식은 보호 덮개를 설치할 수 있어 상대적으로 이물질의 영향을 덜 받는다[3].

궤도 단절 구간이 존재한다. 분기기나 건널목, 변전소 사이 등 구조적으로 급전 궤도를 설치할 수 없는 구간(Gap)이 존재한다. 열차는 이 구간을 지날 때 관성으로만 운행해야 하며, 만약 이 구간에서 정지하면 ("간극" 상태) 자력으로 움직일 수 없어 다른 열차의 도움(구원 운전)을 받거나 점퍼 케이블을 연결해야 한다. 따라서 단절 구간의 길이를 고려하여 운행 가능한 열차의 최소 길이가 정해진다.
평면 교차 설치에 부적합하다. 선로가 도로 등과 직접 만나는 평면 교차(건널목) 구간에는 감전 위험 때문에 급전 궤도를 설치하기 어렵다. 이 때문에 제3궤조를 사용하는 노선은 대부분 입체 교차 방식으로 건설된다. 일부 건널목이 존재하는 노선도 있지만(런던 지하철, 베를린 S반, 시카고 L 등), 안전을 위해 추가적인 차단 시설이 필요하다. 도쿄 메트로 긴자선 우에노역 인근 검차구의 건널목에는 선로 측에도 차단 울타리를 설치하여 일반인의 접근을 막고 있으며, 도로와의 교차부에는 제3궤조를 설치하지 않았다.
기타 단점으로는 경질의 레일을 사용하기 때문에 집전 슈와의 마찰로 인한 소음이나 진동이 발생하기 쉽고, 특히 곡선 구간에서 더 심하다는 점이 있다. 또한, 충돌 사고 시 하단 접촉 방식의 경사진 램프가 차량을 관통하여 피해를 키울 수 있다는 위험성도 제기되었다(2015년 발할라 열차 충돌 사고[6]). 협궤의 이점을 살리기 어렵다는 점도 있는데, 제3궤조는 보통 주행 레일 바깥쪽에 설치되므로 레일 폭이 좁은 협궤보다는 표준궤처럼 대차 폭이 넓은 편이 집전에 유리하다. 이 때문에 일본의 제3궤조 노선은 모두 표준궤를 채택하고 있다[23].
3. 역사
제3궤조 방식은 전기 철도의 역사에서 내장 축전지 방식 다음으로 가장 오래된 전력 공급 방식이다. 초기에는 전기를 공급하는 궤도가 레일 위쪽에 노출된 상단 접촉 방식이 먼저 개발되었으며, 이후 안전성을 개선한 측면 접촉 방식이나 하단 접촉 방식이 개발되어 사용되었다.
가공 전차선 방식이 주로 노면 전차에서 사용되고 이후 간선 철도로 확대된 반면, 제3궤조 방식은 초기의 실험적인 노선부터 시작하여 지하철과 같은 도시 철도 시스템을 중심으로 꾸준히 사용되어 왔다. 1879년 베를린 산업 박람회에서 지멘스가 선보인 실험적인 전동차가 그 시초 중 하나로 알려져 있으며, 이후 여러 국가에서 다양한 형태로 도입되었다.
일부에서는 제3궤조 방식을 오래된 기술로 여기기도 하지만, 기술 발전을 통해 안전성과 효율성이 개선되면서 현대에도 여러 도시의 철도 시스템, 특히 지하철이나 경전철 노선에서 활발하게 건설되고 사용되고 있다. 자세한 개발 과정과 국가별 도입 사례는 하위 문단에서 다룬다.
3. 1. 초기 역사
제3궤조 방식은 전기 철도의 역사에서 내장 축전지 다음으로 가장 오래된 급전 방식이다. 상단부 접촉 급전이 최초로 개발되었고, 측면이나 하단 접촉 방식은 이후에 개발되었다. 가공 전차선은 노면 전차(트램)에서 주로 사용하였으며, 이후 간선 철도에 천천히 등장하였다.1879년 베를린 산업 박람회에서 독일 회사인 지멘스 & 할스케가 개발한 실험적인 전기 열차가 처음 선보였다. 이 열차는 주행 레일 사이에 제3궤조를 설치하여 운행되었다. 일부 초기 전기 철도는 주행 레일 자체를 전류 전도체로 사용했는데, 1883년에 개통된 영국의 볼크 전기 철도가 대표적인 예이다. 이 철도는 1886년에 추가로 급전 궤도를 설치했으며, 현재까지도 운행 중이다.
같은 해(1883년)에는 아일랜드의 자이언츠 코즈웨이 트램웨이가 궤도 바깥쪽에 설치된 가공 제3궤조 방식으로 개통되었으나, 나중에 가공 전선 방식으로 변경되었다. 최초로 레일 가운데에 제3궤조를 설치한 철도는 1885년 아일랜드에서 개통한 베스브룩 및 뉴리 트램웨이였지만, 이 노선 역시 현재는 폐쇄되었다.
1880년대에는 대중 교통, 특히 노면 전차(트램)에 제3궤조 시스템이 도입되기 시작했다. 이 방식은 도로 표면 아래 도관에 전도체를 설치하는 도관 전류 집전 방식을 사용했으며, 주로 네트워크의 특정 구간에서 활용되었다. 미국 클리블랜드(1884년)와 덴버(1885년)에서 처음 시도된 후, 뉴욕, 시카고, 워싱턴 D.C., 런던, 파리, 베를린 등 여러 대도시의 트램 네트워크로 확산되었다. 하지만 영국 블랙풀 해변 리조트에서는 모래와 염수가 도관에 들어가 고장을 일으키고 전압 강하 문제가 발생하여 곧 폐기되었다. 베를린의 제3궤조 시스템 역시 폭설 문제로 20세기 초에 폐기되는 등, 많은 도시에서 전압 강하와 이물질 문제 때문에 결국 가공 전차선 방식으로 변경되었다.
제3궤조는 1890년에 개통된 세계 최초의 전기 지하철인 런던의 시티 & 사우스 런던 철도(현재 런던 지하철 노던선의 일부)에 전력을 공급하는 데 사용되었다. 1893년에는 영국 리버풀에서 세계에서 두 번째로 제3궤조를 사용하는 도시 철도인 리버풀 오버헤드 철도가 개통되었으나, 1956년에 폐쇄되고 해체되었다. 미국 최초의 제3궤조 방식 도시 철도는 1895년 개통된 메트로폴리탄 웨스트 사이드 엘리베이티드였으며, 이는 곧 시카고 'L'의 일부가 되었다.
1901년, 아프리카계 미국인 발명가 그랜빌 우즈는 제3궤조 시스템의 여러 개선 사항에 대한 미국 특허 687098호를 받았다. 이 특허 때문에 그가 제3궤조 시스템을 발명했다는 주장이 나오기도 했지만, 실제로는 토머스 에디슨의 1882년 미국 특허 263132호를 포함하여 이미 다수의 전철화된 제3궤조 시스템 관련 특허가 존재했으며, 제3궤조는 이미 10년 이상 성공적으로 운영되고 있었다.
파리에서는 1900년 오르세역과 나머지 CF 파리-오를레앙 네트워크를 연결하는 간선 터널 구간에 제3궤조가 도입되었다. 이후 일부 교외 노선에도 제3궤조 전철화가 확대되었다.
20세기 초, 특히 채석장이나 노천 광산에서는 우드퍼드 운반 시스템이라는 산업용 트램웨이가 사용되었다. 이 시스템은 250볼트 중앙 제3궤조를 사용하여 원격으로 제어되는 사이드 덤프 카에 전력을 공급했다.[19][20] 제3궤조를 여러 구역으로 나누어 제어 센터에서 전원, 관성, 제동을 조절하는 방식으로, 마치 모형 철도처럼 작동했다.
전력 수집 방식 중에서는 상부 접촉(중력형) 제3궤조가 가장 오래된 형태이다. 이후 안전성을 높인 하부 접촉 방식이 개발되어, 1907년 뉴욕의 그랜드 센트럴 터미널로 접근하는 뉴욕 센트럴 철도 노선과 필라델피아의 마켓-프랭크포드선, 그리고 1912년 함부르크의 호흐반 등에서 채택되었다 (윌거스-스프라그 시스템이라고도 함).[21] 한편, 1917년에는 랭커셔 & 요크셔 철도의 맨체스터-버리 노선에서 측면 접촉 방식이 시도되었다. 이러한 하부 및 측면 접촉 기술은 1920년대와 1930년대에 들어 베를린 U-Bahn, 베를린 S-Bahn, 모스크바 지하철 등에서 널리 사용되기 시작했다. 함부르크 S-Bahn은 1939년부터 1200V DC의 측면 접촉 제3궤조를 사용해오고 있다.
3. 2. 현대의 발전
1956년, 세계 최초의 고무 차륜 철도 노선인 파리 메트로 11호선이 개통되었다. 이 시스템에서는 전력을 공급하는 전도체 레일이 대차를 올바른 위치로 안내하는 가이드 레일의 역할도 겸했다.
1971년에 개통된 삿포로 지하철 난보쿠선은 이러한 방식을 일부 수정하여 적용했다. 삿포로 지하철은 중앙에 안내 및 전류 귀환 역할을 하는 레일을 두고, 전력 공급 레일은 기존 철도처럼 측면에 배치하였다.
2004년에는 프랑스 보르도에서 새로운 노면 전차 시스템이 개통하면서, 한동안 사용되지 않던 노면 전차용 제3궤조 방식이 부활하였다. 이는 지면 전력 공급(APS)이라는 새로운 기술을 적용한 것으로, 안전 문제를 개선하기 위해 개발되었다. 이 시스템은 전력 공급 레일을 여러 구간으로 나누어, 열차가 해당 구간을 완전히 덮고 있을 때만 전력을 공급하는 방식으로 감전 위험을 줄였다.[1]
일부 국가에서는 제3궤조 방식을 거의 사용하지 않아 구식 기술로 여겨지기도 하지만, 실제로는 현대에도 여전히 사용되고 있으며 새로운 노선 건설도 이루어지고 있다. 예를 들어 코펜하겐 지하철, 타이베이 첩운, 우한 지하철 등 기술적으로 발전된 국가에서도 제3궤조 시스템을 채택하여 건설하고 운영 중이다. 다만, 도시 철도 시스템에서 일본, 대한민국, 스페인 등 일부 국가는 가공 전차선 방식을 더 선호하는 경향을 보이기도 한다.
3. 3. 한국에서의 제3궤조 방식
대한민국에서는 일부 경전철 노선에서 제3궤조 방식을 채택하여 운영하고 있다. 해당 노선들은 모두 직류 750V 전압을 사용한다.노선 | 전압 |
---|---|
부산-김해 경전철 | 직류 750V |
용인 경전철 | 직류 750V |
인천 도시철도 2호선 | 직류 750V |
서울 경전철 우이신설선 | 직류 750V |
김포 도시철도 | 직류 750V |
의정부 경전철 | 직류 750V |
4. 기술
제3궤조 시스템은 열차에 전력을 공급하기 위해 주행 레일 외에 추가로 설치된 도전 레일(conductor rail)을 사용하는 방식이다. 대부분의 시스템에서 도전 레일은 주행 레일 바깥쪽의 침목 끝에 위치하지만, 일부 시스템에서는 주행 레일 사이에 중앙 도전 레일을 사용하기도 한다.[2] 도전 레일은 일반적으로 약 약 3.05m 간격으로 세라믹 절연체(포트, pot)에 의해 지지되며, 상단 접촉 방식 또는 절연 브래킷을 사용한 하단 접촉 방식 등 접촉 방식에 따라 지지 구조가 달라진다.
열차에는 도전 레일에 접촉하여 전력을 공급받는 집전기 슈(contact shoe 또는 pickup shoe)라고 하는 금속 접촉 블록이 장착되어 있다. 전력은 이 슈를 통해 열차로 전달된다.
=== 접촉 방식 ===
집전 슈와 도전 레일의 접촉 위치에 따라 여러 방식으로 나뉜다.
- 상단 접촉 (Top contact): 초기 시스템에서 주로 사용된 방식으로, 슈가 레일의 윗면에 접촉한다. 구조가 간단하지만, 도전 레일 위에 눈, 얼음, 낙엽 등 이물질이 쌓이면 전력 공급에 문제가 생길 수 있다.[3] 또한 감전 위험에 노출되기 쉬워 절연 덮개를 씌우는 경우가 많다. 일본에서는 신에츠 본선의 요코가와-카루이자와 구간을 제외하고는 모두 이 방식을 사용한다.
- 하단 접촉 (Bottom contact / Under-running): 슈가 레일의 아랫면에 접촉하는 방식이다. 이물질이 쌓이는 문제에서 비교적 자유로우며, 레일 상단과 측면을 보호 덮개로 완전히 감쌀 수 있어 안전성이 높다.[3][7] 뉴욕 대도시권의 메트로노스,[7] 필라델피아 SEPTA의 마켓-프랭크포드 선,[8] 런던의 도클랜즈 경전철[9] 등에서 사용된다.
- 측면 접촉 (Side contact): 슈가 레일의 옆면에 접촉하는 방식이다. 하단 접촉 방식과 유사하게 보호 덮개 설치가 용이하고 이물질 영향이 적다. 함부르크 S반, 베를린 S반 등에서 사용된다.
=== 귀선 전류 ===
가공전차선 방식과 마찬가지로, 사용된 전류(귀선 전류)는 일반적으로 하나 또는 두 개의 주행 레일을 통해 변전소로 돌아간다. 주행 레일 간 전기적 연결을 강화하여 회로 저항을 최소화한다.
고무 타이어 지하철 시스템(리옹 지하철, 파리 메트로, 몬트리올 지하철 등)은 주행 레일이 절연체 역할을 하므로 귀선 전류를 흘릴 수 없다. 따라서 별도의 귀선용 레일이나 가이드 바가 필요하다.
런던 지하철은 4궤조 방식을 사용한다. 이는 주행 레일 외부에 제3궤조(급전용, +420V DC)를 설치하고, 주행 레일 사이에 제4궤조(귀선용, -210V DC)를 설치하는 방식이다. 주행 레일은 접지 전위(0V)를 유지한다. 이는 터널 벽을 이루는 금속 라이닝을 통해 귀선 전류가 흘러 발생하는 전해 부식을 방지하기 위한 목적도 있다.[2]
밀라노 지하철 M1호선은 측면 접촉 방식의 제3궤조로 급전하고, 주행 레일 사이에 있는 중앙 레일(상단 접촉)을 통해 귀선하는 독특한 4궤조 방식을 사용한다.
=== 재질 ===
도전 레일의 재질은 전력 손실을 줄이고 급전소 간격을 넓히기 위해 전기 전도성이 중요하며, 동시에 마모에 강해야 한다.
- 북미 지역에서는 주로 고전도성 강철이나 전도성을 높이기 위해 알루미늄을 볼트로 부착한 강철 레일을 사용한다.
- 그 외 지역에서는 전기 저항이 낮고 수명이 길며 가벼운 압출 알루미늄 도체에 스테인리스 스틸 접촉면을 덧댄 방식이 선호된다.[2] 알루미늄은 우수한 전기 전도성을 제공하고, 스테인리스 스틸은 마모에 강하다. 제3궤조는 차량 중량을 지지하지 않으므로 주행 레일보다 가늘거나 전기 저항이 낮은 저탄소강 레일을 사용하기도 한다.
=== 안전 및 기술적 문제 ===
제3궤조는 지면 가까이에 설치되므로 감전의 위험이 상존한다. 이 때문에 일반적으로 1500V DC 이상의 고전압을 사용하기 어렵고, 주로 600V ~ 750V DC, 일부 노선에서는 최대 1200V DC 정도가 사용된다. 일본에서는 직류 750V 이하, 교류 600V 이하로 제한하며 지하 또는 고가 전용 부설 철도에 한정하는 것을 원칙으로 한다. 낮은 전압으로 충분한 전력을 공급하려면 높은 전류를 흘려야 하므로, 저항 손실이 커지고 급전 변전소를 비교적 촘촘하게 설치해야 한다.
승강장에서 선로로 추락하거나 직원이 작업 중 접촉할 경우 심각한 감전 사고로 이어질 수 있다. 이를 방지하기 위해 다음과 같은 조치가 취해진다.
- 절연 덮개(Coverboard): 도전 레일 상부나 측면을 덮어 직접적인 접촉을 막는다. 특히 상단 접촉 방식에서 필수적이다. 다만, 덮개는 차량 한계를 줄여 적재 한계에 영향을 줄 수 있다.
- 스크린도어 설치: 승강장에서의 추락 사고를 원천적으로 방지한다.
- 도전 레일 위치 조정: 승강장에서 먼 쪽에 도전 레일을 설치한다.
- 접근 감지 센서: 용인 경전철처럼 승강장 안전선에 접근하는 사람을 감지하여 경고하거나 열차를 급정거시키는 시스템을 사용하기도 한다.
평면 교차로에서는 보행자나 차량이 도전 레일에 접촉할 위험이 있다. 이 때문에 제3궤조 방식 노선은 대부분 입체 교차로 건설된다. 미국 시카고 교통국은 평면 교차로에서 발생한 감전 사고로 인해 거액의 배상 판결을 받기도 했다.[4] 일본 도쿄 메트로 긴자선 우에노역 검차구 인입선처럼 일반 도로와 교차하는 건널목이 있지만, 선로 측 차단 울타리 설치 및 교차부 제3궤조 미설치 등 안전 조치가 되어 있다.
도전 레일은 분기기, 평면 교차로, 변전소 구간 등에서 불가피하게 끊어진다(Gap). 이 구간을 통과할 때 열차는 일시적으로 전력 공급이 중단되며, 관성으로 운행한다. 만약 열차의 모든 집전 슈가 동시에 이 구간 위에 멈추면('간극됨', gapped) 자력으로 움직일 수 없게 되어 다른 열차의 도움(추진 또는 점퍼 케이블 연결)을 받아야 한다. 이를 방지하기 위해 노선에서 운행하는 열차의 최소 길이가 제한되기도 한다. 도전 레일의 끝부분에는 슈가 부드럽게 진입하고 이탈하도록 경사진 램프(ramp)가 설치된다. 그러나 이 램프에 슈가 부딪힐 때 발생하는 기계적 충격은 열차의 운행 속도를 제한하는 요인이 된다. 일반적으로 161km/h가 실용적인 최고 속도로 여겨진다.[5] (1988년 영국 클래스 442 열차가 109mph를 기록한 바 있다.[5]) 긴테쓰 게이한나선에서는 95km/h 운전이 이루어진다.[22]
상단 접촉 방식은 눈이나 얼음이 쌓이면 집전 불량을 일으킬 수 있다. 일부 시스템에서는 도전 레일에 기름이나 부동액(프로필렌 글리콜 등)을 뿌리거나 레일을 가열하여 결빙을 방지한다. 하단 접촉이나 측면 접촉 방식은 이러한 문제에 상대적으로 덜 민감하다.
한편, 제3궤조 방식은 가공전차선 방식에 비해 강풍, 어는 비, 낙뢰 등 악천후의 영향을 덜 받는다는 장점이 있다.
=== 장점 및 단점 요약 ===
장점 | 단점 |
---|---|
* 가공전차선 방식 대비 낮은 건설 비용 (공중 구조물 불필요) |
5. 보완 시스템
일부 철도 시스템에서는 노선의 특정 구간에만 제3궤조를 사용하고, 나머지 구간에서는 가공 전차선이나 내연기관(디젤 등)을 동력원으로 사용하는 혼합 방식을 채택하고 있다. 이러한 방식은 서로 다른 동력 시스템을 사용하는 철도 노선이 연결되거나, 지역 규정, 역사적 배경 등 다양한 이유로 사용된다.
=== 영국 ===
영국에서는 여러 종류의 열차가 가공 전차선과 제3궤조 시스템 모두에서 운행할 수 있도록 설계되었다. 대표적인 예는 다음과 같다.
열차 종류 | 형식 |
---|---|
전동차 | 313형, 319형, 325형, 350형, 365형, 375/6형, 377/2형, 377/5형, 377/7형, 378/2형, 387형, 373형 (유로스타), 395형, 700형, 717형 |
기관차 | 92형 |
네트워크 레일은 세계에서 가장 큰 규모의 제3궤조 네트워크를 운영하고 있다고 밝히고 있다.[13] 영국 철도의 남부 지역에서는 화물 야적장에서 제3궤조로 인한 감전 위험을 피하고자 가공 전차선을 설치하기도 했다.[14] 이 구간을 운행하는 기관차에는 제3궤조용 집전 장치(집전슈)와 가공 전차선용 팬터그래프가 모두 장착되었다.
유로스타 서비스를 운영하는 373형 고속 열차는 채널 터널을 통과하며 대부분의 구간에서 25kV AC 가공 전차선을 사용한다. 벨기에 고속선과 브뤼셀 미디역 사이에서는 3kV DC 가공 전차선을, 프랑스 남부의 일부 노선에서는 1.5kV DC 가공 전차선을 이용한다. 처음 도입될 당시에는 런던 시내 워털루역까지 운행하기 위해 750V DC 제3궤조용 집전 장치도 갖추고 있었다. 제3궤조와 가공 전차선 사이의 전환은 고속 운행 중에 이루어졌으며, 전환 지점은 포크스톤 인근의 컨티넨탈 정션에서 채널 터널 레일 링크 1단계 개통 후 포크햄 정션으로 변경되었다. 켄싱턴 올림피아역과 노스 폴 차량기지 사이에서도 추가 전환이 필요했다.
이 이중 전압 시스템은 몇 가지 문제를 일으켰다. 프랑스로 진입할 때 집전 장치를 접어 넣지 않으면 선로변 설비가 손상될 수 있어, 프랑스 철도청(SNCF)은 칼레 쪽 터널 입구에 콘크리트 블록을 설치하여 접히지 않은 집전 장치를 파손시켰다. 반대로 영국에서 제3궤조 구간 진입 전에 팬터그래프를 내리지 않아 신호 설비나 팬터그래프가 손상되는 사고도 발생했다.
2007년 11월 14일, 유로스타의 런던 종착역이 워털루에서 세인트 판크라스 역으로 변경되고, 유지보수 기지가 템플 밀스로 이전되면서 750V DC 제3궤조 집전 장비는 더 이상 필요 없게 되어 제거되었다.
2009년부터 사우스이스턴은 새로운 395형 전동차를 사용하여 세인트 판크라스 역에서 출발하는 국내 고속 서비스를 시작했다. 이 열차는 Ebbsfleet International이나 Ashford International까지 고속선(High Speed 1)으로 운행한 뒤, 켄트 지역의 일반 노선으로 진입한다. 이 노선 대부분이 제3궤조로 전철화되어 있기 때문에 395형 열차 역시 이중 전압 기능을 갖추고 있다.
=== 프랑스 ===
프랑스 보르도에서는 2004년에 개통된 노면 전차 시스템에 지면 전력 공급 방식(APS)을 도입했다. 이는 선로 중앙에 설치된 급전 궤도를 통해 전력을 공급하는 방식이다. 급전 궤도는 8m 급전 구간과 3m 단전 구간으로 나뉘어 있으며, 차량에서 보내는 신호에 따라 해당 구간에만 전력이 공급되어 안전성을 높였다. 이 시스템은 이후 다른 프랑스 도시에도 도입되었다.[1]
한편, 모당(Modane)으로 향하는 프레유스(Fréjus) 철도 노선은 과거 1500V DC 제3궤조로 전철화되었으나, 이후 같은 전압의 가공 전차선 방식으로 변경되었다. 다만, 역 구내에는 가공 전차선이 설치되어 있었다.
=== 노르웨이 ===
오슬로 메트로는 서부 노선에서는 가공 전차선을 사용했고(일부는 이후 제3궤조로 변경됨), 동부 노선에서는 제3궤조를 사용했다. 과거에는 두 방식 모두에서 운행 가능한 차량이 있었으나, 2010년까지 모두 폐차되었고, 가공 전차선 구간을 제3궤조로 전환하는 작업이 진행되었다.
=== 네덜란드 ===
로테르담 메트로는 기본적으로 제3궤조를 사용하지만, 일부 교외 노선에서는 가공 전차선을 사용한다.
=== 미국 ===
뉴욕시에서는 메트로-노스 철도의 뉴 헤이븐선 열차가 그랜드 센트럴 터미널까지 제3궤조를 이용하여 운행한다. 이는 과거 뉴욕 센트럴 철도가 사용하던 방식이다. 펠햄 역에서는 가공선으로 전환하여 이전 뉴욕, 뉴 헤이븐 앤 하트퍼드 철도 구간을 운행한다. 이 전환 작업은 열차가 운행하는 도중에 기관사의 조작으로 이루어진다.
뉴욕의 주요 역인 그랜드 센트럴 터미널과 펜실베이니아 역은 터널 내 디젤 기관차 운행 시 발생하는 배기가스 문제로 인해 디젤 기관차의 진입을 금지하고 있다. 따라서 메트로-노스, 롱아일랜드 철도, 암트랙의 디젤 열차는 이 역들과 연결된 터널 구간에서 제3궤조 전력을 사용할 수 있는 듀얼 모드 기관차(P32AC-DM, DM30AC)를 사용한다. 이 기관차들은 제3궤조 운행 시 출력이 제한되므로, 터널 외부의 개방된 구간에서는 제3궤조 사용이 가능하더라도 주로 디젤 모드로 운행한다. 뉴저지 트랜짓 역시 ALP-45DP 듀얼 모드 기관차를 사용하여 펜실베이니아 역까지 운행하지만, 이 기관차는 제3궤조 대신 가공 전력 공급 장치를 사용한다.[16]
과거 워싱턴 D.C.와 뉴욕시(맨해튼 섬 대부분)에서는 한때 지역 조례에 따라 전철화된 노면 전차가 제3궤조에서 전력을 공급받고, 4번째 궤조로 전류를 반환해야 했으며, 이 두 궤조는 모두 거리 아래에 연속적으로 설치된 볼트 안에 설치되었고, 주행 레일 사이의 슬롯을 통과하는 집전 장치를 통해 접근할 수 있었다. 이러한 시스템의 노면 전차가 가공선이 허용된 구역으로 들어갈 때, 그들은 인부가 집전 장치(''쟁기'')를 분리하고 기관사가 전차선 지지대를 가공선에 놓는 구덩이에 멈춰 섰다. 미국에서는 이러한 모든 도관 공급 방식의 시스템이 중단되었으며, 완전히 교체되거나 폐기되었다.
보스턴 MBTA의 블루 라인은 시내 노선 시작부터 공항 역까지 제3궤조 전철화를 사용하며, 이곳에서 원더랜드 역까지 나머지 노선에 대해 가공 전차선으로 전환한다. 블루 라인의 가장 바깥쪽 구간은 대서양과 매우 가깝게 운행하며, 물과 너무 가까운 제3궤조에 눈과 얼음이 쌓일 가능성에 대한 우려가 있었다. 가공 전차선은 보스턴 항구 아래 1904년 터널의 좁은 공간 때문에 지하 구간에서는 사용되지 않는다. MBTA 오렌지 라인의 호커 시들리 01200 시리즈 급행 수송 차량(기본적으로 블루 라인의 0600s의 더 긴 버전)은 유지보수 프로그램 동안 팬터그래프 장착 지점이 제거되었다. 이 장착 지점은 오렌지 라인이 현재 종착역의 북쪽으로 연장되었을 경우 설치되었을 팬터그래프에 사용되었을 것이다.
시카고 "L" 옐로우 라인은 원래 노스 쇼어 라인에서 사용했던 선로를 사용하는데, 노선의 서쪽 절반에서 가공선을 사용했으며, 노선의 동쪽 절반에서는 제3궤조로 전환되었다. 유지보수 비용을 절감하고 차량과의 호환성을 높이기 위해 2004년에 전체 노선이 제3궤조로 전환되었다.
=== 일본 ===
일본에서 처음으로 제3궤조 방식을 채택한 신에쓰 본선에서는 앞서 언급했듯이 가공 전차선 방식과 병용한 하이브리드 집전의 기관차로 운행했으나, 1963년에 가공 전차선 방식의 신선으로 전환되어 소멸되었기 때문에, 다른 집전 방식과 병용하여 운용되고 있는 노선이나 양 전철화 방식을 오갈 수 있는 전기 기관차나 전동차는 현재 없다. 2025년 일본 국제 박람회에 맞춰, 킨키 일본 철도(近畿日本鉄道, 긴테츠)가 동사의 나라선 (가공 전차선 방식)과 게이한나선 (제3궤조 방식), 오사카 메트로 중앙선(Osaka Metro中央線, 오사카 메트로 주오선) (제3궤조 방식)을 직통할 수 있는 전용 특급 차량을 개발할 구상을 발표했다.[24] 또한, 양 전철화 방식이 혼재하는 미국의 뉴욕 근교의 메트로노스 철도(Metro-North Railroad)에서의 전용 차량에 대해, 일본의 철도 차량 제조 회사인 도큐 차량 제조(東急車輛製造)와 가와사키 중공업(川崎重工業)이, 영국의 런던 근교에서의 전용 차량에 대해서는 히타치 제작소(日立製作所)가 납품한 실적이 있다.
=== 기타 ===
평소에는 디젤 발전기로 발전한 전기로 운행하는 전기식 디젤 기관차로 운용되고 있지만, 배출 가스 규제가 있는 지하 터미널역에 진입할 때에는 엔진을 멈추고 제3궤조 방식 (혹은 가공 전차선 방식)에 의해 집전한 전기로 운행하는 전기 기관차로 하여 진입을 가능하게 한 차량이 있다.
여러 전철화 방식에 대응하는 고가 전용 차량을 사용하지 않아도, 직통 운전이나 효율적인 운용을 할 수 있도록, 같은 구간이 가공 전차선 방식과 제3궤조 방식의 양쪽 방식으로 전철화된 곳도 있으며, 주로 큰 터미널역 구내나 그 주변에 많다.
6. 변환
제3궤조와 가공 전차선 모두를 사용하는 차량이 존재하며, 노선 전체를 같은 방식으로 전철화하면 비용을 절감할 수 있기 때문에 제3궤조와 가공 전차선 사이를 변환하는 경우도 있다.
=== 제3궤조에서 가공 전차선으로 변경 ===
파리의 생 라자르역, 앵발리드역, 오르세이역(현재 미술관)은 각각 1924년, 1901년, 1900년에 제3궤조로 전철화되었으나, 이후 다른 SNCF 철도 노선의 전철화 방식에 맞춰 가공 전차선으로 변경되었다. 맨체스터 지역의 L&YR 철도는 1913년 가공 전차선, 1917년 제3궤조를 도입했으나, 도심 지역 노면 전차에서 제3궤조 사용이 보행자에게 위험하다는 이유 등으로 1992년 다시 가공 전차선으로 변경되었다. 바르셀로나 메트로의 경우 5개 노선 중 3개 노선이 제3궤조에서 가공 전차선 방식으로 변경되었다.
=== 복합 전철 시스템 ===
여러 시스템에서는 노선의 일부 구간에 제3궤조를 사용하고, 나머지 구간에서는 전차선이나 디젤 동력 같은 다른 동력을 사용한다. 이는 서로 다른 동력 시스템을 사용하는 별도 소유 철도의 연결, 지역 조례 또는 기타 역사적 이유로 인해 발생할 수 있다.
==== 영국 ====
영국에서는 313형, 319형, 325형, 350형, 365형, 375/6형, 377/2형, 377/5형, 377/7형, 378/2형, 387형, 373형, 395형, 700형, 717형 전동차와 92형 기관차 등 다수의 열차가 가공선과 제3궤조 시스템 모두에서 운행할 수 있도록 설계되었다. 네트워크 레일은 세계에서 가장 큰 제3궤조 네트워크를 운영한다고 주장한다.[13] 영국 철도 남부 지역의 일부 화물 야적장에서는 제3궤조의 감전 위험을 피하기 위해 가공선이 설치되기도 했다.[14]
유로스타 서비스를 운영하는 373형 고속열차는 영국 해협 터널 통과를 포함한 대부분의 구간에서 25kV AC 가공 전차선을 사용하며, 벨기에 고속선 및 브뤼셀 미디역 구간에서는 3kV DC, 프랑스 남부 일부 노선에서는 1.5kV DC를 사용한다. 초기에는 런던 교외의 750V DC 제3궤조 구간을 통해 워털루역까지 운행하기 위해 집전 슈를 장착했다. 제3궤조와 가공 전차선 간의 전환은 고속 운행 중에 이루어졌으며, 전환 지점은 채널 터널 레일 링크 개통에 따라 변경되었다. 이 이중 전압 시스템은 슈 미회수 시 선로변 장비 파손(프랑스 측), 팬터그래프 미하강 시 신호 설비 및 팬터그래프 파손(영국 측) 등의 문제를 일으켰다. 2007년 런던 종착역이 세인트 판크라스 역으로 변경되면서 제3궤조 집전 장비는 불필요해져 제거되었다.
2009년부터 사우스이스턴은 395형 열차를 이용해 세인트 판크라스에서 출발하는 국내 고속 서비스를 운영한다. 이 열차는 고속선(High Speed 1)을 이용하다가 앱스플릿 국제역 또는 애쉬포드 국제역에서 켄트 지역의 제3궤조 구간으로 진입하므로 이중 전압 기능을 갖추고 있다.
런던의 여러 노선에서도 전력 공급 방식 전환이 이루어진다.
- 노스 런던선: 액턴 센트럴역에서 제3궤조와 가공선 간 전환이 이루어진다. 기술적 문제와 기존 가공선 활용을 위해 변경되었다.
- 웨스트 런던선: 셰퍼드 부시역과 윌스던 정션역 사이에서 전환된다.
- Thameslink: 패링던역(남행 시) 또는 시티 템즈링크역(북행 시)에서 제3궤조와 가공선 간 전환이 이루어진다.
- 노던 시티 선: 드레이턴 파크역에서 제3궤조로 전환된다. 무어게이트역으로 이어지는 터널 구간의 차량 한계가 작아 가공 전차선 설치가 어렵기 때문이다.
- 노스 다운스 선: 전 구간이 전철화된 것은 아니며, 서던이나 사우스 웨스턴 철도의 전기 열차와 선로를 공유하는 일부 구간(레드힐-리게이트, 셜포드 분기점-올더숏 사우스 분기점, 워킹엄-레딩)만 제3궤조로 전철화되어 있다.
==== 네덜란드 ====
로테르담 지하철은 기본적으로 제3궤조 방식이지만, 경전철( sneltram|스넬트람nl )로 운영되는 일부 지상 외곽 지선에서는 건널목 안전을 위해 가공 전차선을 사용한다. 란트스타트레일 프로젝트에 따라 로테르담 지하철 열차가 헤이그 등지로 운행할 때도 가공 전선을 이용한다.
암스테르담에서는 한때 암스테르담 지하철 선로(제3궤조)를 이용하다 지상으로 나와 암스테르담 트램과 선로를 공유하며 가공 전차선으로 전환하는 sneltram|스넬트람nl 노선(51호선)이 있었다. 이 노선은 제3궤조(750 V DC)와 가공선(600 V DC) 모두를 사용할 수 있었으나, 전환 문제 등으로 2019년 폐지되었다.
==== 미국 ====
뉴욕의 메트로-노스 철도 뉴 헤이븐선 열차는 그랜드 센트럴 터미널 부근에서는 제3궤조를 사용하다가 펠햄에서 가공선으로 전환하며, 이 전환은 운행 중에 이루어진다. 뉴욕의 주요 터미널역(그랜드 센트럴, 펜실베이니아 역)은 디젤 기관차의 터널 내 운행이 금지되어 있어, 메트로-노스, 롱아일랜드 철도, 암트랙은 터널 구간에서 제3궤조 전력을 사용할 수 있는 듀얼 모드 기관차(P32AC-DM, DM30AC)를 사용한다. 뉴저지 트랜짓도 펜실베이니아 역 운행을 위해 ALP-45DP 듀얼 모드 기관차를 사용하지만, 이 기관차는 가공 전차선 방식을 이용한다.[16]
과거 뉴욕과 워싱턴 D.C.의 노면 전차 일부는 도관 전류 수집 방식을 사용했다. 이는 제3궤조와 전류 회수용 제4궤조를 도로 밑에 설치하고 집전 장치로 전력을 공급받는 방식으로, 가공선 구간으로 이동할 때는 특정 지점에서 집전 장치를 분리하고 트롤리 폴을 올리는 방식으로 전환했다. 현재 미국에서 이 방식은 사용되지 않는다. 런던의 과거 트램 시스템 일부에서도 유사한 방식을 사용했다.
보스턴 MBTA의 블루 라인은 시내 지하 구간에서는 제3궤조를 사용하다가 공항역에서 지상으로 나오면서 가공 전차선으로 전환한다. 이는 해안가에 인접한 외부 구간에서 제3궤조가 눈과 얼음에 취약할 수 있다는 우려와, 오래된 지하 터널 구간의 좁은 공간 때문에 가공선 설치가 어렵기 때문이다. MBTA 오렌지 라인의 호커 시들리 01200 시리즈 차량은 최근 유지보수 프로그램 동안 팬터그래프 장착 지점이 제거되었다.
시카고 "L"의 옐로우 라인은 과거 노스 쇼어 라인 시절에는 일부 구간에서 가공선을 사용했으나, 2004년 유지보수 및 차량 호환성을 위해 전 구간 제3궤조 방식으로 통일되었다.
7. 최고 전압
지면에 가깝게 위치한 제3궤조 시스템은 감전의 위험이 있어, 고전압(1500V 이상)은 안전하지 않은 것으로 간주된다. 그럼에도 일부 시스템에서는 1000V 이상의 고전압을 사용한다. 고전압 제3궤조 시스템(1000V 이상)의 사례는 다음과 같다.
노선/시스템 | 국가 | 전압 | 비고 |
---|---|---|---|
함부르크 S반 | 독일 | 1200 V | 1940년부터 |
맨체스터-버리 선 | 영국 | 1200 V | 측면 접촉, 1991년 메트로링크 전환 전까지 사용 |
퀼로-모단 철도 | 프랑스 | 1500 V | 1925년–1976년 |
광저우 지하철 4호선 및 5호선 | 중국 | 1500 V | |
베이 에어리어 래피드 트랜짓 (BART) | 미국 | 1000 V | [17][18] |
한편, 나치 독일 시기에는 3m 궤간의 광궤철도(Breitspurbahn) 시스템을 계획하면서, 대공포 공격으로 인한 가공 전차선 파괴를 우려하여 제3궤조에서 100 kV의 초고전압으로 전력을 공급하는 방안을 검토하기도 했다. 그러나 이러한 높은 전압을 안전하게 절연하는 기술적 문제와 제2차 세계 대전 발발로 인해 실현되지는 못했다.
대한민국의 용인경전철은 750V의 제3궤조 시스템을 사용한다.
8. 가공 전차선과 병용
일부 시스템에서는 노선의 특정 구간에 제3궤조를 사용하고, 나머지 구간에서는 가공 전차선이나 디젤 동력과 같은 다른 동력원을 사용하기도 한다. 이러한 혼합 시스템은 서로 다른 동력 시스템을 사용하는 별개의 철도 회사가 연결되거나, 지역 조례, 또는 다른 역사적 이유로 인해 존재할 수 있다.
철도 노선에 가공 전차선과 제3궤조를 동시에 설치하여 전철화하는 것도 가능하다. 예를 들어, 함부르크 S반은 1940년부터 1955년까지 이 방식을 사용했다. 현대적인 예로는 베를린 근처의 비르켄베르더(Birkenwerder) 기차역과 뉴욕의 펜실베이니아 역 단지 대부분이 있으며, 이들 구간은 두 시스템으로 전철화되어 있다. 그러나 직류와 교류를 함께 사용하는 이중 전철화는 교류 변압기가 의도치 않게 작동할 수 있어 잘 사용되지 않는다.
프랑스와 이탈리아의 국경역인 모당(Modane) 역에서는 과거 프랑스 열차가 직류 1500V 제3궤조를, 이탈리아 열차가 직류 3000V 가공 전차선(초기에는 3상 교류)을 사용했다. 프랑스 측에서 제3궤조를 가공 전차선으로 교체하면서 역 전체 전압이 1500V로 통일되었고, 현재 이탈리아 열차는 이 역에서 전압을 변경해야 한다.
=== 영국 ===
영국에서는 여러 종류의 열차가 가공 전차선과 제3궤조 시스템 모두에서 운행할 수 있도록 설계되었다. 대표적인 예로는 313형, 319형, 325형, 350형, 365형, 375/6형, 377/2형, 377/5형, 377/7형, 378/2형, 387형, 373형, 395형, 700형, 717형 전동차와 92형 기관차가 있다. 네트워크 레일은 세계에서 가장 큰 제3궤조 네트워크를 운영한다고 주장한다.[13]
영국 철도의 남부 지역에서는 화물 야적장에서 제3궤조의 감전 위험을 피하기 위해 가공 전차선이 설치된 곳이 있었다.[14] 이 구간을 운행하는 기관차에는 제3궤조용 집전 슈뿐만 아니라 가공 전차선용 팬터그래프도 장착되어 있었다.
=== 미국 ===
뉴욕 시에서는 메트로-노스 철도의 뉴 헤이븐선 열차가 그랜드 센트럴 터미널까지는 제3궤조를 사용하고, 펠햄부터는 가공 전차선으로 전환하여 운행한다. 이 전환은 열차가 운행 중에 기관사의 조작으로 이루어진다. 뉴욕의 주요 역인 그랜드 센트럴과 펜실베이니아 역은 배출 가스로 인한 문제로 디젤 기관차의 터널 내 운행을 금지하고 있다. 따라서 메트로-노스, 롱아일랜드 철도, 암트랙의 디젤 열차는 역과 터널 구간에서 제3궤조 전력을 사용할 수 있는 듀얼 모드 기관차(P32AC-DM, DM30AC)를 사용한다. 이 기관차들은 제3궤조 운행 시 출력이 제한되므로, 터널 외부에서는 주로 디젤 모드로 운행한다. 뉴저지 트랜짓 역시 펜실베이니아 역 운행을 위해 ALP-45DP 듀얼 모드 기관차를 사용하지만, 이 기관차는 제3궤조 대신 가공 전차선 전력을 사용한다.[16]
보스턴 MBTA의 블루 라인은 시내 구간과 공항역까지는 제3궤조를 사용하고, 이후 원더랜드 역까지의 구간에서는 가공 전차선으로 전환한다. 이는 노선 일부가 대서양과 매우 가까워 제3궤조에 눈이나 얼음이 쌓일 우려가 있기 때문이다. 지하 구간에서는 1904년에 건설된 터널의 좁은 공간 때문에 가공 전차선을 사용하지 않는다.
과거 시카고 "L"의 옐로우 라인은 서쪽 구간에서 가공 전차선을, 동쪽 구간에서 제3궤조를 사용했으나, 유지보수 비용 절감과 차량 호환성 증대를 위해 2004년 전 구간이 제3궤조로 전환되었다.
=== 일본 ===
일본에서는 과거 신에쓰 본선의 일부 구간에서 가공 전차선과 제3궤조를 함께 사용했지만, 1963년 해당 구간이 가공 전차선 방식의 신선으로 대체되면서 사라졌다. 현재 일본에는 두 방식을 병용하는 노선이나 듀얼 모드 차량은 운행되지 않는다. 그러나 2025년 일본 국제 박람회 개최에 맞춰, 긴키 일본 철도(긴테츠)는 킨테츠 나라선(가공 전차선)과 킨테츠 게이한나선(제3궤조), 오사카 메트로 주오선(제3궤조)을 직통 운행할 수 있는 특급 듀얼 모드 차량 개발 계획을 발표했다.[24] 일본의 철도 차량 제조사인 도큐 차량 제조와 가와사키 중공업은 뉴욕 메트로-노스 철도에, 히타치 제작소는 런던 근교 노선에 듀얼 모드 차량을 납품한 실적이 있다.
=== 디젤-전기 병용 ===
평상시에는 디젤 발전기로 전기를 만들어 운행하는 디젤 기관차 중 일부는, 배출 가스 규제가 엄격한 지하 터미널역에 진입할 때 엔진을 끄고 제3궤조나 가공 전차선으로부터 전력을 공급받아 전기 기관차처럼 운행하는 기능을 갖추고 있다.
9. 제3궤조 방식 채택 노선 (한국)
해당 섹션 제목과 요약에 명시된 대한민국의 제3궤조 채택 노선에 대한 정보는 주어진 원본 자료('source') 내에서 찾을 수 없습니다. 원본 자료는 주로 유럽과 미국의 제3궤조 시스템 사례를 다루고 있습니다. 따라서 원본 자료만을 기반으로 해당 섹션의 내용을 작성할 수 없습니다.
참조
[1]
간행물
Innovative power supply technologies for traction systems in public transport
https://www.urban-tr[...]
2020-06-17
[2]
학술발표
Aluminium/Stainless Steel Conductor Technology: A Case for its Adoption in the US
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