パンタグラフ（輸送）

パンタグラフ（または「パン」または「パント」）は、電車、路面電車、または電気バス^[1]の屋根に取り付けられ、架線との接触を通じて電力を集める装置です。この用語は、手書きや図面をコピーするために使用される 機械式パンタグラフにいくつかのスタイルが似ていることに由来しています。

パンタグラフは一般的なタイプの集電装置です。通常は 1 本または 2 本のワイヤが使用され、戻り電流はレールを通って流れます。その他のタイプの集電装置には、弓型集電装置やトロリーポールなどがあります。

パンタグラフは、低摩擦で交換可能なグラファイト製の接触ストリップまたは「シュー」を備え、接触線にかかる横方向の応力を最小限に抑えるもので、19世紀後半に初めて登場しました。初期のバージョンには、ドイツのシーメンス・ハルスケ社の主任技師であるウォルター・ライヒェルが1889年に発明したバウコレクター^{[2] [3]と、1895年に}ボルチモア・アンド・オハイオ鉄道で初めて使用されたフラットスライドパンタグラフ^{[4]があります。}

よく知られているダイヤモンド型のローラーパンタグラフは、カリフォルニア州サンフランシスコとサンフランシスコ湾岸地域のイーストベイ地区の間を走る通勤列車のために、キーシステムショップのジョン・Q・ブラウンによって考案され特許を取得しました。^{[5] [6] [7] [8]}これらは、1903年10月26日の運行初日の写真に写っています。^[9] その後数十年にわたって、同じダイヤモンド形状のパンタグラフが世界中の電気鉄道システムで使用され、現在でも一部で使用されています。

パンタグラフは、当時主流だった単純なトロリー柱の改良版であり、主な理由は、パンタグラフにより、トロリー柱の配線が外れることなどにより架線との接触を失うことなく、電気鉄道車両がはるかに高速で走行できるようになることである。

それにもかかわらず、トロリー柱集電は、シカゴ・ノースショア・アンド・ミルウォーキー鉄道（ノースショア線としても知られる）のエレクトロライナー車両で最高時速 140 km (90 mph) での使用に成功しました。

今日最も一般的なタイプのパンタグラフは、いわゆるハーフパンタグラフ（Z字型の場合もある）であり、列車の速度が上がるにつれて、高速でよりコンパクトで応答性の高いシングルアーム設計を提供するように進化しました。ルイ・フェイヴレーは1955年にこのタイプのパンタグラフを発明しました。^{[10]ハーフパンタグラフは、超高速列車（} TGVなど）から低速の都市路面電車システムまで、あらゆるものに使用されています。この設計は、スイスとオーストリアの鉄道で最新の高性能機関車であるRe 460とTaurusが反対方向に設定された状態で動作していることからもわかるように、どちらの方向の移動でも同等の効率で動作します。ヨーロッパでは、パンタグラフの形状と形状は、欧州電気標準化委員会（CENELEC）によって指定されています。 ^[11]

パンタグラフは主に鉄道の牽引装置に動力を供給するために使用されますが、牽引以外の機能を持つ場合もあります。

• 架線および電車線検査車での新しい架線（電圧ありまたはなし）の機械的測定およびテスト。
• 計測車の一般電源
• 機関車がない場合、空調付き列車への電力供給（例：RENFE貨車に搭載されたパンタグラフから UIC 列車線または暖房線を介して列車の残りの部分に 3,000 V DC 電力を供給する）。
• レストラン車両の電力供給は、15 kV AC 16⅔ Hz で電化された架線の下、側線に停車しているときのみ行われます。このシステムは、スイスおよびドイツの鉄道のレストラン車両で使用されています。
• 特定の作業車両から作業を実行する際に架線を接地する。

現代の電気鉄道システムの送電システムは、上部の重量を支えるワイヤー (カテナリーと呼ばれる) と、そこから吊り下げられたトロリ線で構成されています。パンタグラフはバネ仕掛けで、トロリ線の下側に接触シューを押し付け、列車の走行に必要な電流を引き出します。線路の鋼鉄レールは電気の戻り線として機能します。列車が移動すると、接触シューがワイヤーに沿ってスライドし、ワイヤーに定在波を発生させて接触を切断し、集電性を低下させる可能性があります。つまり、一部のシステムでは、隣接するパンタグラフが許可されていません。

パンタグラフは、初期の路面電車システムで広く使用されていたトロリーポールの後継技術です。トロリーポールは、動きの自由度と2線式回路の必要性からパンタグラフが実用的でないトロリーバスや、トロントの路面電車システムなどの一部の路面電車ネットワークで今でも使用されています。トロントの路面電車システムなど、頻繁に急カーブを曲がるため、現在の車両群に途切れのない接触を確保するため動きの自由度をさらに高める必要があります。しかし、トロントの路面電車システムを含むこれらのネットワークの多くは、パンタグラフ操作に対応するためにアップグレード中です。

架線付きパンタグラフは、第三軌条システムよりも脆弱ではあるものの、より高い電圧を使用できること から、現代​​の電車の集電方式として現在主流となっています。

パンタグラフは、通常、車両のブレーキシステムからの圧縮空気によって作動し、ユニットを持ち上げて導体に押し付けるか、バネを使用して伸長させる場合は下げる。後者の場合、圧力損失を防ぐため、アームはキャッチによって下向きの位置に保持される。高電圧システムの場合、屋根に取り付けられた回路遮断器が使用されるときに、同じ空気供給が電気アークを「吹き消す」ために使用される。^{[12] [13]}

パンタグラフにはシングルアームまたはダブルアームがあります。ダブルアームのパンタグラフは通常より重く、上げ下げにより多くの電力を必要としますが、耐障害性もより高くなります。

旧ソ連の鉄道で最も広く使用されているパンタグラフはダブルアーム（「2つの菱形から成る」）のパンタグラフですが、1990年代後半から、ロシアの鉄道ではシングルアームのパンタグラフもいくつか使用されています。一部の路面電車はダブルアームのパンタグラフを使用しており、その中にはロシアのKTM-5、KTM-8、LVS-86、その他多くのロシア製の路面電車、およびベルギーの一部のEuro-PCC路面電車が含まれます。アメリカの路面電車はトロリーポールまたはシングルアームのパンタグラフのいずれかを使用します。

ほとんどの高速輸送システムは第三軌条で動力を得ているが、特に地上を広範囲に走行するものではパンタグラフを使用している。アムステルダム地下鉄の51号線（旧） 、MBTAグリーンライン、クリーブランドのRTAラピッドトランジット、フランクフルト・アム・マインUバーン、サンフランシスコのミュニメトロなど、市街地の道路やその他の公共エリアの線路を含むほとんどのハイブリッド地下鉄・路面電車または「プレメトロ」路線では、標準的な第三軌条では道路交通の妨げとなり、感電の危険性が大きすぎるため、架空線を使用している。

さまざまな例外の中には、ボルドー、アンジェ、ランス、ドバイなどの路面電車システムがあり、これらはアルストムが開発した独自の地下システムであるAPS を使用し、路面電車で完全に覆われた線路セグメントにのみ電力を供給します。このシステムは、架空線システムが視覚的な侵入を引き起こすため、もともとボルドーの歴史的中心部で使用するために設計されたものです。架空線を回避する同様のシステムは、ボンバルディア、アンサルドブレダ、CAFなどによって開発されています。これらは、物理的な地上レベルのインフラストラクチャで構成される場合もあれば、バッテリーパックに蓄えられたエネルギーを使用して架空線なしで短距離を移動する場合があります。

第三軌条は特定の冬季気象条件で凍結する可能性があるため、第三軌条の代替として頭上のパンタグラフが使用されることがある。MBTAブルーラインは、地上を走る路線の全区間でパンタグラフ電力を使用し、路線の地下部分に入る前に第三軌条電力に切り替えている。シドニー、マドリード、バルセロナ、ポルト、上海、香港、ソウル、神戸、福岡、仙台、ジャイプール、チェンナイ、ムンバイ、デリーの地下鉄システム全体では、架空線とパンタグラフが使用されている（北京、重慶、ノイダ、ハイデラバード、ジャカルタ、東京、大阪、名古屋、シンガポール、札幌、ブダペスト、メキシコシティの地下鉄システムの一部の路線も同様）。パンタグラフはパリの北南鉄道の高速鉄道路線でも使用されていたが、当時の他の運行会社であるパリ地下鉄会社が同社を買収し、すべての架空配線を他の路線で使用されている標準的な第三軌条システムに置き換えた。

多くの鉄道路線では、一般的に歴史的な理由から、ルートのさまざまな部分で第三軌条と架空集電の両方を使用しています。これらには、ロンドン・オーバーグラウンドのノース・ロンドン線とウェスト・ロンドン線、グレート・ノーザンのノーザン・シティ線、ロッテルダム・メトロネットワークの5つの路線のうち3つ、メトロノース鉄道のニューヘイブン線、シカゴ交通局のイエローラインが含まれます。最後のケースでは、架空部分はシカゴ・ノースショア・アンド・ミルウォーキー鉄道の高速スコーキー・バレー路線の名残であり、^[14]シカゴ地下鉄システム全体でパンタグラフ集電を任意の距離で使用している唯一の路線でした。そのため、この路線には第三軌条シューだけでなくパンタグラフを備えた車両が必要でしたが、架空部分はシステムの非常に小さな部分であったため、パンタグラフを装備した車両はわずかでした。切り替えはイースト・プレーリーの踏切で行われました。ここはかつてクロフォード・イースト・プレーリー駅があった場所です。ここでは、デンプスター・スコーキー行きの列車はパンタグラフを上げ、ハワード行きの列車はパンタグラフを下げ、どちらの場合も速度を上げます。2005 年、システムのごく一部にしか該当しないもののコストと独自の保守の必要性から、架空システムは取り外され、システムの残りの部分で使用されているものと同じ第 3 軌条電源に置き換えられました。これにより、シカゴのすべての鉄道車両がこの路線で運行できるようになりました。スコーキーを装備した車両からすべてのパンタグラフが取り外されました。

2010年まで、オスロ地下鉄1号線はフローエン駅で第三軌条から架空線電力に変更されていました。踏切が多いため、旧路線の単線部分に第三軌条を設置することは困難であると判断されました。^[15] 2010年以降は踏切があるにもかかわらず第三軌条が使用されています。第三軌条には隙間がありますが、接触シューは2つあります。

三相電源を使用するシステムでは、機関車と動力車に2つのパンタグラフがあり、3番目の相回路は走行レールによって提供されます。1901年に実験的な高速設備が、シーメンス・ハルスケのウォルター・ライヒェルによる別の設計で、3本の垂直に取り付けられた架線と水平に伸びるパンタグラフに取り付けられた集電装置を使用しました。^{[16] [17]}

オープン貨車に上から荷物を積む路線では、これを可能にするために架線をオフセットすることがある。その場合、パンタグラフは垂直に対して斜めに取り付けられる。^[18]

パンタグラフと架空線との接触は、通常、グラファイトのブロックを介して確保されます。この材料は、潤滑剤として機能しながら電気を伝導します。グラファイトは脆いため、動作中に破片が折れることがあります。粗悪なパンタグラフは架空線を掴んで引き裂く可能性があり、また、状態の悪い線はパンタグラフを損傷する可能性があります。これを防ぐために、パンタグラフ監視ステーションを使用することができます。時速300 km (190 mph)を超える高速で持続すると、摩擦によって接触ストリップが赤熱し、過剰なアーク放電を引き起こし、最終的に故障する可能性があります。^[19]

英国では、車両のパンタグラフ ( Brecknell WillisおよびStone Faiveley ) は空気圧によって上昇し、グラファイト接触「カーボン」がパンタグラフヘッドに空気ギャラリーを形成し、グラファイトストリップが失われた場合に空気を放出して自動落下装置を作動させ、パンタグラフを下降させて損傷を防止します。新しい電気牽引ユニットでは、グラファイトストリップが損傷したときに接触点でアーク放電によって引き起こされる障害を検出する、より洗練された方法が使用される場合があります。電気多重ユニットには必ずしもパンタグラフが 2 つあるわけではありませんが、パンタグラフが 2 つある場合は、片方が損傷した場合にもう 1 つを使用できます。この状況の例には、クラス 390ペンドリーノがあります。パンタグラフが絡まった場合に両方のパンタグラフが損傷するのを避けるために、進行方向に対して後方のパンタグラフが使用されることがよくあります。前方のパンタグラフを使用すると、絡まった破片によって後方のパンタグラフが損傷し、両方のパンタグラフと車両が動作不能になる可能性があります。

自動落下装置（ADD）は、障害物や緊急時に事故を防ぐために電車のパンタグラフを自動的に下降させる安全装置である。 ^{[20] [21]}パンタグラフ落下装置とも呼ばれる。^[22]自動落下装置は、運行速度が160km/h以上の列車に義務付けられている。^[要出典]それ以外の場合、列車運行会社はこれらの装置を自由に設置できる。 パンタグラフが落下する原因となる損傷には、ストリップヘッド、パンタグラフヘッド、その他の部品が含まれる可能性がある。ADDは主に空気圧システムを使用して損傷を検出します。たとえば、接触ストリップが破損すると、内部の空気チューブで圧力が低下します。

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