Pantógrafo (transporte) - Pantograph (transport)
Um pantógrafo (ou " pan " ou " panto ") é um aparelho montado no teto de um trem elétrico , bonde ou ônibus elétrico para coletar energia por meio do contato com uma linha aérea . (Por outro lado, ônibus e trens elétricos a bateria são carregados em estações de carregamento ). O pantógrafo é um tipo comum de coletor de corrente . Normalmente, um fio simples ou duplo é usado, com a corrente de retorno passando pelos trilhos . O termo deriva da semelhança de alguns estilos com os pantógrafos mecânicos usado para copiar caligrafia e desenhos.
Invenção
O pantographe com uma tira de contato de grafite substituível de baixo atrito ou "sapato" para minimizar a tensão lateral no fio de contato, apareceu pela primeira vez no final do século XIX. As primeiras versões incluem o coletor de arco, inventado em 1889 por Walter Reichel, engenheiro-chefe da Siemens & Halske na Alemanha, e um pantógrafo plano deslizante usado pela primeira vez em 1895 pela ferrovia de Baltimore e Ohio
O familiar pantógrafo rolo em forma de diamante foi inventado e patenteado por John Q. Brown dos sistema de chave lojas para seus suburbanos trens que decorreu entre San Francisco e East Bay seção da Área de San Francisco Bay em Califórnia . Eles aparecem em fotos do primeiro dia de serviço, 26 de outubro de 1903. Por muitas décadas depois, a mesma forma de diamante foi usada por sistemas elétricos de trilhos em todo o mundo e continua em uso por alguns até hoje.
O pantógrafo foi uma melhoria do mastro simples , que prevalecia até então, principalmente porque o pantógrafo permite que um veículo ferroviário elétrico viaje a velocidades muito maiores sem perder o contato com as linhas aéreas, por exemplo, devido ao desarme do mastro. .
Apesar disso, a coleta de corrente de pólo de bonde foi usada com sucesso em até 90 milhas por hora (140 km / h) nos veículos Electroliner da Chicago North Shore e Milwaukee Railroad , também conhecida como North Shore Line.
Uso moderno
O tipo mais comum de pantógrafo hoje é o chamado meio-pantógrafo (às vezes em forma de 'Z'), que evoluiu para fornecer um projeto de braço único mais compacto e responsivo em altas velocidades conforme os trens se tornavam mais rápidos. Louis Faiveley inventou esse tipo de pantógrafo em 1955. O meio-pantógrafo pode ser usado em tudo, desde trens muito rápidos (como o TGV ) até sistemas de bonde urbano de baixa velocidade. O projeto opera com igual eficiência em ambas as direções de movimento, conforme demonstrado pelas ferrovias suíça e austríaca, cujas mais novas locomotivas de alto desempenho, Re 460 e Taurus , operam com elas posicionadas na direção oposta. Na Europa, a geometria e a forma dos pantógrafos são especificadas pelo CENELEC , o Comitê Europeu de Normalização Eletrotécnica.
Detalhes técnicos
O sistema de transmissão elétrica para sistemas ferroviários elétricos modernos consiste em um fio superior que carrega peso (conhecido como catenária ), do qual está suspenso um fio de contato. O pantógrafo é acionado por mola e empurra uma sapata de contato contra a parte inferior do fio de contato para puxar a corrente necessária para fazer o trem funcionar. Os trilhos de aço dos trilhos atuam como retorno elétrico . Conforme o trem se move, a sapata de contato desliza ao longo do fio e pode criar ondas estacionárias nos fios que quebram o contato e degradam a coleta de corrente. Isso significa que em alguns sistemas pantógrafos adjacentes não são permitidos.
Os pantógrafos são a tecnologia sucessora dos postes dos bondes , amplamente usados nos primeiros sistemas de bondes. Os mastros de bonde ainda são usados por trólebus , cuja liberdade de movimento e necessidade de um circuito de dois fios torna os pantógrafos impraticáveis, e algumas redes de bondes, como o sistema de bonde de Toronto , que têm curvas frequentes acentuadas o suficiente para exigir liberdade adicional de movimento em seus coleção atual para garantir um contato ininterrupto. No entanto, muitas dessas redes, incluindo a de Toronto, estão passando por atualizações para acomodar a operação do pantógrafo.
Pantógrafos com fios aéreos são agora a forma dominante de coleta de corrente para os trens elétricos modernos porque, embora mais frágeis do que um terceiro sistema ferroviário , eles permitem o uso de tensões mais altas.
Os pantógrafos são normalmente operados por ar comprimido do sistema de frenagem do veículo, seja para elevar a unidade e segurá-la contra o condutor ou, quando molas são usadas para efetuar a extensão, para baixá-la. Como precaução contra a perda de pressão no segundo caso, o braço é mantido na posição para baixo por uma lingueta. Para sistemas de alta tensão, o mesmo suprimento de ar é usado para "explodir" o arco elétrico quando disjuntores montados no telhado são usados.
Pantógrafos simples e duplos
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Os pantógrafos podem ter um braço simples ou duplo. Os pantógrafos de braço duplo são geralmente mais pesados, exigindo mais potência para subir e descer, mas também podem ser mais tolerantes a falhas.
Nas ferrovias da ex- URSS , os pantógrafos mais usados são aqueles com braço duplo ("feito de dois losangos"), mas desde o final da década de 1990 existem alguns pantógrafos de braço único nas ferrovias russas. Alguns bondes usam pantógrafos de braço duplo, entre eles o russo KTM-5, KTM-8, LVS-86 e muitos outros elétricos de fabricação russa, bem como alguns bondes Euro-PCC na Bélgica. Os bondes americanos usam postes de trole ou pantógrafos de um braço.
Sistemas de metrô e linhas aéreas
A maioria dos sistemas de trânsito rápido são alimentados por um terceiro trilho , mas alguns usam pantógrafos, especialmente aqueles que envolvem uma longa operação acima do solo. A maioria das linhas híbridas de metrô-bonde ou 'pré-metrô' cujas rotas incluem trilhos nas ruas da cidade ou em outras áreas de acesso público, como a linha 51 do Metrô de Amsterdã , a Linha Verde MBTA , RTA Rapid Transit em Cleveland, Frankfurt am Main U -Bahn e o metrô Muni de São Francisco usam cabos aéreos, já que um terceiro trilho padrão obstruiria o tráfego nas ruas e apresentaria um risco muito grande de eletrocussão.
Entre as várias exceções estão vários sistemas de bondes, como os de Bordeaux , Angers , Reims e Dubai, que utilizam um sistema subterrâneo próprio desenvolvido pela Alstom , denominado APS , que só aplica energia em trechos de via totalmente cobertos pelo bonde. Este sistema foi originalmente projetado para ser usado no centro histórico de Bordeaux porque um sistema de cabos aéreos causaria uma intrusão visual. Sistemas semelhantes que evitam linhas aéreas foram desenvolvidos por Bombardier , AnsaldoBreda , CAF e outros. Eles podem consistir em infraestrutura física no nível do solo ou usar energia armazenada em baterias para percorrer distâncias curtas sem cabeamento suspenso.
Pantógrafos suspensos às vezes são usados como alternativas aos terceiros trilhos porque os terceiros trilhos podem congelar em certas condições climáticas de inverno. A MBTA Blue Line usa a energia do pantógrafo para toda a seção de sua rota que corre na superfície, enquanto muda para a terceira energia ferroviária antes de entrar na parte subterrânea de sua rota. Todos os sistemas de metrô de Sydney , Madrid , Barcelona , Xangai , Hong Kong , Seul , Kobe , Fukuoka , Sendai , Jaipur , Chennai , Mumbai e Delhi usam fiação aérea e pantógrafos (bem como certas linhas dos sistemas de metrô em Pequim , Chongqing , Noida , Hyderabad , Jakarta , Tóquio , Osaka , Nagoya , Cingapura , Sapporo , Budapeste e Cidade do México ). Pantógrafos também foram usados nas linhas de trânsito rápido da Nord-Sud Company em Paris até que a outra empresa operacional da época, a Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris , comprou a empresa e substituiu toda a fiação aérea pelo terceiro sistema ferroviário padrão usado em outras linhas.
Numerosas linhas ferroviárias usam o terceiro trilho e a coleta de energia aérea ao longo de diferentes partes de suas rotas, geralmente por razões históricas. Eles incluem a linha North London e linhas oeste de Londres de Londres Overground , a linha de cidade do Norte da Great Northern , três das cinco linhas do Metro de Roterdão rede de Metro-North Railroad Linha New Haven , eo Chicago Transit Authority 's Linha Amarela . Neste último caso, a parte aérea era um resquício da rota de alta velocidade do Vale Skokie da ferrovia de Chicago North Shore e Milwaukee , e era a única linha em todo o sistema de metrô de Chicago a utilizar coleção de pantógrafos para qualquer comprimento. Como tal, a linha exigia vagões que apresentassem pantógrafos, bem como sapatas do terceiro trilho, e como a sobrecarga era uma porção muito pequena do sistema, apenas alguns vagões estariam equipados com isso. A mudança ocorreu na passagem de nível em East Prairie, o antigo local da estação Crawford-East Prairie . Aqui, os trens com destino a Dempster-Skokie elevariam seus pantógrafos, enquanto os com destino a Howard baixariam os deles, fazendo isso em alta velocidade em ambos os casos. Em 2005, devido ao custo e às necessidades únicas de manutenção para o que representava apenas uma pequena parte do sistema, o sistema aéreo foi removido e substituído pela mesma terceira energia ferroviária que era usada em todo o resto do sistema, o que permitiu todos os Os vagões de Chicago para operar na linha. Todos os pantógrafos foram removidos dos carros equipados com Skokie.
Em 2010, a linha 1 do metrô de Oslo mudou de terceiro trilho para linha aérea na estação Frøen. Devido às muitas passagens de nível, foi considerado difícil instalar um terceiro trilho no resto da via única da linha mais antiga . Depois de 2010, os terceiros trilhos foram usados, apesar das passagens de nível. Os terceiros trilhos têm folgas, mas há duas sapatas de contato.
Alimentação trifásica
Em alguns sistemas que usam fonte de alimentação trifásica , as locomotivas e vagões de tração têm dois pantógrafos com o circuito da terceira fase fornecido pelos trilhos em movimento. Em 1901, uma instalação experimental de alta velocidade, outro projeto de Walter Reichel na Siemens & Halske, usava três fios suspensos montados verticalmente com os coletores montados em pantógrafos estendidos horizontalmente.
Pantógrafos inclinados
Nas linhas onde os vagões abertos são carregados de cima, a linha aérea pode ser deslocada para permitir isso; os pantógrafos são então montados em ângulo com a vertical.
Fraquezas
O contato entre um pantógrafo e uma linha aérea geralmente é garantido por meio de um bloco de grafite . Este material conduz eletricidade enquanto trabalha como lubrificante . Como o grafite é quebradiço, os pedaços podem quebrar durante a operação. Pantógrafos ruins podem agarrar o fio suspenso e derrubá-lo, então há uma influência bidirecional em que fios ruins podem danificar o pantógrafo e pantógrafos ruins podem danificar os fios. Para evitar isso, uma estação de monitoramento de pantógrafo pode ser usada. Em altas velocidades sustentadas (acima de 300 quilômetros por hora (190 mph)), o atrito pode fazer com que a faixa de contato fique vermelha, o que, por sua vez, pode causar arco excessivo e eventual falha.
No Reino Unido, os pantógrafos ( Brecknell Willis , Stone Faiveley etc.) dos veículos são aumentados pela pressão do ar, e os "carbonos" de contato de grafite criam uma galeria de ar na cabeça do pantógrafo que libera o ar se uma tira de grafite for perdida, ativando o dispositivo de queda automática e abaixando o pantógrafo para evitar danos. As unidades de tração elétrica mais recentes podem usar métodos mais sofisticados que detectam as perturbações causadas pelo arco no ponto de contato quando as tiras de grafite são danificadas. Nem sempre existem dois pantógrafos em uma unidade múltipla elétrica , mas nos casos em que houver o outro pode ser utilizado um se um estiver danificado; um exemplo dessa situação seria um British Rail Class 390 . O pantógrafo traseiro em relação à direção de deslocamento é frequentemente usado para evitar danos a ambos os pantógrafos em caso de emaranhamento: se o pantógrafo dianteiro foi usado, os detritos de um emaranhamento poderiam causar danos ao pantógrafo traseiro, tornando ambos os pantógrafos e o veículo inoperáveis .