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第三軌条（導体レール、電気レール、活線レール、電力レールとも呼ばれる）は、鉄道線路のレールに沿って、またはレール間に敷設された半連続の剛性導体を通して、鉄道機関車や列車に電力を供給する方式です。これは通常、外部環境から完全に、またはほぼ完全に隔離された専用通路内に線路が敷設されている大量輸送システムや高速輸送システムで使用されます。第三軌条システムは通常、直流で電力が供給されます。
路面を走る現代の路面電車システムは、露出した電線による感電事故のリスクを回避するため、セグメント化された地上電源を導入している。各セグメントは、電力を使用している車両が通過している間だけ通電される。[ 2 ]
第三軌条方式の電化は、複線鉄道で使用される第三軌条とは関係がない。
このシステムは一般的に低電圧（750 Vを超えることはまれ）に関連付けられており、より高い電圧で変電所間の距離を長くできる架線に比べて、幹線での使用ははるかに少ない。また、安全上の理由から、第三軌条システムは一般的に完全に立体交差化されている。第三軌条は、トンネルの小ささが変電所の数の少なさよりも重要な地下鉄システムでニッチな地位を確立したが、南イングランドの路線、マージーレール、ロングアイランド鉄道、メトロノース鉄道のハドソン線とハーレム線、ブエノスアイレス大都市圏のミトレ線、サルミエント線、ウルキサ線など、一部の幹線では第三軌条が使用されている。
第三軌条方式は、専用のレール（「導体レール」と呼ばれる）を使用して列車に電気牽引力を供給する手段です。ほとんどのシステムでは、導体レールは走行レールの外側の枕木端に配置されますが、一部のシステムでは中央導体レールが使用されます。導体レールは、上部接触部ではセラミック絶縁体（「ポット」と呼ばれる）によって、下部接触部では絶縁ブラケットによって支持され、通常は約3.0メートル（10フィート）間隔で配置されます。
列車には、導体レールと接触する集電靴（接触靴またはピックアップ靴とも呼ばれる）と呼ばれる金属製の接触ブロックがあります。牽引電流は、走行レールを介して発電所に戻されます。北米では、導体レールは通常、高導電性鋼または導電性を高めるためにアルミニウムにボルトで固定された鋼でできています。世界の他の地域では、電気抵抗が低く、寿命が長く、軽量であるため、ステンレス鋼の接触面またはキャップを備えた押し出しアルミニウム導体が好ましい技術です。[ 3 ]走行レールは、電気回路の抵抗を最小限に抑えるために、ワイヤボンディングまたはその他のデバイスを使用して電気的に接続されています。接触靴は、使用される第三レールの種類に応じて、第三レールの下、上、または横に配置できます。これらの第三レールは、それぞれ、下接触、上接触、または側面接触と呼ばれます。
導体レールは、踏切、渡り線、変電所の隙間などで途切れる必要があります。各区間の両端にはテーパー状のレールが設けられており、列車の接触シューがスムーズに係合できるようになっています。
列車とレールの接触位置は様々である。初期のシステムでは上面接触が用いられていたが、後の発展では側面接触や下面接触が用いられるようになり、導体レールを覆うことが可能になった。これにより、線路作業員が誤って接触するのを防ぎ、導体レールを霜、氷、雪、落葉から保護することができるようになった。[ 4 ]
同じ車両サイズの場合、第三軌条式電化は架線式電化に比べて垂直構造ゲージが小さくて済みます。 [ 5 ]この点は、都市部の地下鉄では特に重要になります。構造ゲージが小さいほどトンネルの断面が小さくなり、建設コストの削減につながります。
地面に近い位置に設置される第三軌条方式は感電の危険性があるため、高電圧（1500V以上 ）は安全とはみなされていません。そのため、列車に十分な電力を供給するには非常に大きな電流が必要となり、その結果、抵抗損失が大きくなり、比較的狭い間隔で給電点（変電所）が必要となります。
電化されたレールは、線路上のすべての人にとって危険です。この危険は、プラットホームのスクリーンドアを使用するか、駅のレイアウトで許可されている場合は導体レールをプラットホームから離れた線路脇に設置するか、ブラケットで支えられた板であるカバーボードで導体レールを覆うことによって軽減できます。ただし、カバーボードはレールの上部付近の構造ゲージを狭め、ひいては車両限界も狭めてしまうため、使用できない場合がよくあります。シカゴの「L」線第三軌条はカバーされていません。
立体交差が完全に実施されない限り、歩行者が踏切で線路に立ち入って第三軌条に触れる危険性もある。米国では、1992年にイリノイ州最高裁判所が、ケジー駅の踏切で泥酔者が線路に立ち入って排尿しようとしたのを阻止しなかったとして、シカゴ交通局に150万ドルの賠償金を支払うよう 命じる判決を下した。[ 6 ]
導体レールの端部ランプ（レールが途切れている箇所、または左右が変わる箇所）は、シューの機械的衝撃により速度に実際的な制限をもたらし、161 km/h (100 mph)が実用的な第三軌条方式の運転の上限と考えられています。第三軌条方式の列車の世界速度記録は、 1988 年 4 月 11 日に英国のClass 442 EMUによって達成された175 km/h (109 mph)です。[ 7 ]
異物との衝突の場合、底部走行システムの傾斜した端部ランプは、第三軌条が客車内部に突き刺さる危険性を高める可能性がある。これは、2015年のヴァルハラ列車事故で5人の乗客が死亡した原因の一つと考えられている。 [ 8 ]
地上電源供給（2003年にボルドーの路面電車で初めて採用）などの最新システムは、電力供給レールを分割し、各セグメントは電力を使用する車両が完全に通過したときにのみ電力が供給されるようにすることで、安全上の問題を回避している。[ 2 ]
上面接触式の第三軌条方式では、雪や再凍結した雪から形成される氷が堆積しやすく、運行に支障をきたすことがあります。一部のシステムでは、専用の除氷列車を運行し、導線レールに油性液体や不凍液（プロピレングリコールなど）を塗布して凍結を防いでいます。また、第三軌条を加熱することで、氷の問題を軽減することも可能です。
架線設備とは異なり、第三軌条方式は強風や着氷性の雨の影響を受けにくい。これらの要因によって架線が切断され、列車の運行が停止することはない。また、架線方式のシステムでは、雷雨による落雷で電力供給が停止し、過電圧や断線が発生すると列車の運行が停止する可能性がある。
列車と線路の形状によっては、導体レールの隙間（例えば、踏切や分岐点）によって、列車がすべての集電シューが隙間に入った状態で停止し、牽引力が全く得られなくなることがあります。このような列車は「ギャップ状態」にあると言われます。この場合、立ち往生した列車の後ろに別の列車を走らせて導体レールに押し上げるか、ジャンパーケーブルを使用して列車に十分な電力を供給し、集電シューの1つを活線レールに戻す必要があります。この問題を回避するには、線路で運行できる列車の最小長が必要です。機関車には車載ディーゼルエンジンシステムのバックアップ（例えば、英国国鉄クラス73）があるか、または車両の集電シューに接続されている（例えば、メトロポリタン鉄道）かのいずれかです。
外部電源から列車に電力を供給する最初のアイデアは、列車が走行する両方のレールを使用するというもので、各レールがそれぞれの極性の導体となり、枕木によって絶縁されるというものでした。この方法はほとんどのスケールモデル列車で使用されていますが、枕木は絶縁体として優れていないため、大型列車には適していません。さらに、電気接続には絶縁された車輪または絶縁された車軸が必要ですが、ほとんどの絶縁材料は、この目的で使用される金属に比べて機械的特性が劣るため、列車の安定性が低下します。それでも、電気列車の開発初期には、この方法が使用されることもありました。世界最古の電気鉄道であるイギリスのブライトンにあるフォルクス鉄道は 、当初このシステムを使用して50ボルトの直流で電化されていました（現在は3線式システムです）。このシステムを使用した他の鉄道システムには、グロス・リヒターフェルデ路面電車とウンゲラー路面電車があります。
第三軌条は通常、2本の走行レールの外側に配置されますが、一部のシステムでは、それらの間に取り付けられます。電気は、レールに接触しているスライドシューを介して列車に伝送されます。多くのシステムでは、線路付近で作業する従業員を保護するために、第三軌条の上に絶縁カバーが設けられています。シューは、第三軌条の側面（「サイドランニング」と呼ばれる）または底面（「ボトムランニング」または「アンダーランニング」と呼ばれる）に接触するように設計されている場合があり、保護カバーを上面に直接取り付けることができます。シューが上面に沿ってスライドする場合、「トップランニング」と呼ばれます。シューが底面に沿ってスライドする場合、雪、氷、または落ち葉の堆積の影響を受けにくく、[ 4 ]レールに接触して人が感電する可能性が低くなります。アンダーランニング第三軌条を使用するシステムの例としては、ニューヨーク都市圏のメトロノース鉄道[9]、フィラデルフィアのSEPTAマーケット-フランクフォード線[ 4 ] 、ロンドンのドックランズ・ライト・レールウェイなどがあります。[ 10 ]
遠隔地の発電所で発電された電力を列車に送電する電気牽引列車は、各列車に個別の動力装置を搭載する必要があるディーゼル機関車や蒸気機関車に比べて、はるかに費用対効果が高い。この利点は、交通密度の高い都市交通や高速鉄道システムにおいて特に顕著である。
第三軌条との接触における機械的な制約のため、この方式で電力を供給する列車は、架線とパンタグラフを使用する列車よりも速度が遅くなります。しかしながら、都市部では高速走行の必要がなく、景観を損なうことも少ないため、この方式が好まれる場合があります。
第三軌条方式は、列車に取り付けられたパンタグラフを介して列車に電力を供給する架線方式の代替手段です。架線方式は交流（AC）を使用して25kV 以上の電圧で動作できますが、活線レールの周囲のクリアランスが小さいため、最大電圧は約1200Vに制限され、一部のシステムでは1500Vを使用しています（広州地下鉄4号線、広州地下鉄5号線、深圳地下鉄3号線）。また、直流（DC）が使用されます。一部の路線やネットワークでは、両方の電源供給方式を使用する列車もあります（下記の§混合システムを参照）。
世界中のすべての第三軌条システムは直流電源で稼働しています。これには歴史的な理由があります。初期の牽引機関車は直流モーターであり、当時利用可能だった整流装置は大型で高価であり、列車に搭載するには実用的ではありませんでした。また、必要な比較的高い電流を伝送すると、直流よりも交流の方が損失が大きくなります。[ 12 ]直流システムの変電所は、（通常）約2キロメートル（1.2マイル）間隔でなければなりませんが、実際の間隔は、路線の輸送能力、最高速度、およびサービス頻度によって異なります。
電流損失を低減する（ひいては、第三軌条方式の電化における主要なコスト要因であるフィーダー／変電所の間隔を広げる）ための一つの方法は、アルミニウムと鋼鉄を組み合わせた複合導体レールを使用することである。アルミニウムは電気伝導性に優れており、ステンレス鋼製の走行面は耐摩耗性を向上させる。
ステンレス鋼をアルミニウムに接合する方法はいくつかあります。最も古い方法は、ステンレス鋼をアルミニウムと一緒に押し出す共押出成形法です。この方法では、まれに剥離（ステンレス鋼がアルミニウムから分離する現象）が発生することがありましたが、最新の共押出成形レールではこの問題は解消されていると言われています。2つ目の方法は、アルミニウム製の芯材の上に2つのステンレス鋼製の部材をキャップとして取り付け、レールの中心線に沿って直線溶接する方法です。アルミニウムは鋼よりも熱膨張係数が高いため、良好な集電界面を確保するには、アルミニウムと鋼を確実に固定する必要があります。3つ目の方法は、アルミニウム製のバスバーを鋼製レールのウェブにリベットで固定する方法です。
架線と同様に、帰還電流は通常、片方または両方の走行レールを流れ、接地への漏電は深刻な問題とはみなされません。リヨン地下鉄、パリ地下鉄、メキシコシティ地下鉄、サンティアゴ地下鉄、札幌市営地下鉄の一部、モントリオール地下鉄の全線、および一部の自動ガイドウェイ交通システム（例：アストラム線）のように、ゴムタイヤで走行する列車の場合、電流を供給するために活線レールを設ける必要があります。帰還は、これらのガイドバー間の従来の軌道のレールを通して行われます（ゴムタイヤ式地下鉄を参照）。
もう一つの設計として、走行レールの外側に第三レール（電流供給レール）と走行レールの中間に第四レール（電流帰還レール）を設ける方式が、一部の鋼車式鉄道で採用されている。ロンドン地下鉄は、こうした方式の中で最大規模である（イギリスの鉄道電化を参照）。帰還電流を第四レールに流す主な理由は、電流を流すことを想定して設計されていないトンネルの金属製内張りに電流が流れるのを防ぐためである。もし電流が流れると、トンネルは電解腐食を起こす可能性がある。
ミラノ地下鉄のM1線も4線式システムを採用しており、電流は側面接触式の横方向の平棒レールで引き込まれ、上面接触式の中央レールで戻ります。路線の北部の一部区間には架線も設置されており、M2線の列車（パンタグラフと高電圧を使用し、接触シューがない）がM1線上の車両基地にアクセスできるようになっています。車両基地内では、安全上の理由からM1線の列車はパンタグラフを使用し、車両基地付近で営業線から離れた場所で切り替えが行われます。
第三軌条方式の電化は、架線方式の電化よりも視覚的に目立たない。[ 13 ]
いくつかのシステムでは、路線の一部に第三軌条を使用し、残りの区間には架線やディーゼル機関などの別の動力源を使用している。こうしたシステムが存在する理由は、異なる動力源を使用する別々に所有されている鉄道の接続、地方条例、またはその他の歴史的理由によるものと考えられる。
イギリスの列車には、架線式と第三軌条式の両方のシステムで運行されているものがいくつかあり、これには、ブリティッシュ・レールのクラス313、319、325、350、365、375 / 6、377 / 2、377 / 5、377 / 7、378 / 2、387、373、395、700、717の電車や、クラス92の機関車などが含まれる。
ネットワーク・レールは、世界最大の第三軌条ネットワークを運営していると主張している。[ 14 ]
英国国鉄の南部地域では、貨物ヤードに第三軌条による感電の危険を避けるために架線が設置されていた。[ 15 ]機関車にはパンタグラフと集電シューが装備されていた。
ユーロスターが運行する英仏海峡トンネル経由の国際高速鉄道サービスに使用されるクラス373は、 その行程の大部分で25kV交流の架線を使用し、 ベルギー高速区間とブリュッセル南駅間のベルギー路線では3kV直流、 季節運行用の南フランスの鉄道路線では1.5kV直流を使用する。当初納入されたクラス373には、ロンドン郊外の通勤路線を経由してウォータールー駅まで走行するために設計された750V直流集電シューが追加装備されていた。第三軌条方式と架線方式の切り替えは、最初はフォークストン近郊のコンチネンタル・ジャンクションで、その後、英仏海峡トンネル鉄道 リンク の最初の区間が開通した後はフォークハム・ジャンクションで、高速走行中に行われた。ケンジントン・オリンピア駅とノースポール車両基地の間では、さらに切り替えが必要だった。
二重電圧システムはいくつかの問題を引き起こした。フランスに入る際にパンタグラフを格納しなかったために線路脇の設備が深刻な損傷を受けたため、SNCFは両トンネルのカレー側にコンクリートブロックを設置し、格納されていない第三軌条靴を外すようにした。イギリスでは、ユーロスターの運転士が第三軌条システムに入る前にパンタグラフを格納しなかったために、信号架台とパンタグラフが損傷する事故が発生した。
2007年11月14日、ユーロスターの旅客業務はセント・パンクラス駅に、保守業務はテンプル・ミルズ車両基地に移管されたため、750V直流第三軌条集電装置は不要となり、第三軌条シューも撤去された。列車自体にも、時速マイル で速度を計測できる速度計は搭載されなくなった（以前は集電シューが作動すると表示が自動的に切り替わっていた）。
2009年、サウスイースタン社は、セント・パンクラス駅から高速鉄道1号線（HS1）の線路を経由する国内列車の運行を、新型の395形電車（EMU）で開始しました。これらの列車は、エブスフリート・インターナショナル駅またはアシュフォード・インターナショナル駅まで高速鉄道線を走行した後、本線に乗り換えてケント州北部および中部を運行します。そのため、これらの列車は、走行する路線の大部分が第三軌条方式で電化されているため、デュアルボルテージに対応しています。
ロンドンでは、ノース・ロンドン線はアクトン・セントラル駅でリッチモンド駅とストラトフォード駅の間を走行し、第三軌条方式から架線方式に切り替わります。当初は全線で第三軌条方式が採用されていましたが、電気的な接地に関する技術的な問題がいくつか発生したことに加え、貨物列車やリージョナル・ユーロスターの運行のために既に一部区間に架線が敷設されていたことから、この変更に至りました。
ロンドン市内では、ウェスト・ロンドン線はシェパーズ・ブッシュとウィルズデン・ジャンクションの間で電力供給が切り替わります。ウィルズデン・ジャンクションは、ウェスト・ロンドン線がノース・ロンドン線と接続する地点です。切り替え地点より南側は第三軌条方式で電化されていますが、北側は架線方式となっています。
テムズリンク・シティ・サービスは、ファリンドンから南へはサザン・リージョン第三軌条網を、北へは架線を利用してベッドフォード、ケンブリッジ、ピーターバラへと運行しています。乗り換えは、南行きの場合はファリンドン駅で、北行きの場合はシティ・テムズリンク駅で停車中に行われます。
ムーアゲート～ハートフォード間およびウェルウィン間の郊外路線では、イースト・コースト本線区間は25kV交流で、ドレイトン・パーク駅 で第三軌条方式に切り替えられます。ムーアゲート駅へ続くトンネルは架線式電化には小さすぎたため、トンネル区間では依然として第三軌条方式が使用されています。
ノースダウンズ線は、ノースダウンズ専用区間においては電化されていない。
電化区間は以下のとおりです。
フランスのボルドーの新しい路面電車は、線路の中央に第三軌条を敷設する斬新なシステムを採用しています。第三軌条は、長さ10メートル（32フィート9インチ3/4 ）の導体部分と長さ3メートル（9フィート10インチ1/8）の絶縁部分に分かれています。各導体部分は電子回路に接続されており、路面電車が完全に路面電車の真下に入ると（電車から送られるコード化された信号によって作動）、通電状態になり、再び路面電車の真下に出る前に遮断されます。このシステム（「Alimentation par Sol（APS）」、つまり「地面からの電流供給」と呼ばれる）は、市内のさまざまな場所で使用されていますが、特に歴史地区で使用されています。それ以外の場所では、路面電車は従来の架線を使用しています（地上電源も参照）。2006年の夏には、フランスの2つの新しい路面電車システムが、ネットワークの一部でAPSを使用することが発表されました。これらはアンジェとランスの2都市で、両都市とも2009年から2010年頃に開業予定である。
フランスのキュロ・モダンヌ鉄道は、当初1500Vの直流第三軌条方式で電化され 、後に同電圧の架線方式に切り替えられた。駅には当初から架線が設置されていた。
シャモニーとモンブラン地域を結ぶフランス側の支線（サン＝ジェルヴェ＝ル＝ファイエ～ヴァロルシーヌ間）は、第三軌条方式（上面接触式）で、軌間はメートルである。スイス国内でもこの路線は続き、一部はフランス側と同じ第三軌条方式、一部は架線方式となっている。
ピレネー山脈を走る全長63km （39マイル）の「トレイン・ジョーヌ」線にも、第三軌条方式が採用されている。
パリ・サン・ラザール駅から発着する多くの郊外路線は、第三軌条方式（底面接触式）給電を採用していた。
投資コストを軽減するため、第三軌条方式を採用しているロッテルダム地下鉄では、郊外の支線の一部が路面電車（オランダ語でスネルトラム）として地上線上に建設されており、多数の踏切には遮断機と信号機が設置されている。これらの支線には架線が敷設されている。ランドスタットレール計画では、ロッテルダム地下鉄の列車が、ハーグとフック・オブ・ホランドへ向かう旧幹線鉄道の線路跡に沿って架線の下を走行することも求められている。
同様に、アムステルダムでは、スネルトラムの路線の1つが地下鉄の線路を通り、郊外で地上線路に切り替わり、そこで通常の路面電車と線路を共有していました。アムステルダムでは、スネルトラムのライトレールは第三軌条を使用し、アムステルダムの路面電車と共有する従来の路面電車線路に入ると架線に切り替わります。アムステルフェーン行きの51番線は、アムステルダム中央駅と南駅の間で地下鉄サービスを提供していました。アムステルダム南駅で、第三軌条からパンタグラフと架線に切り替わりました。そこからアムステルフェーン中央駅までは、路面電車5番線と線路を共有していました。この路線のライトレール車両は、600V DCと750V DCの両方を使用することができました。2019年3月現在、この地下鉄路線は、第三軌条と架線間の切り替えに関する問題などが原因で廃止されています。その路線番号51は、アムステルダム中央駅から南駅までの一部区間を同じルートで走り、その後、地下鉄50号線と同じルートでアムステルダム・スローテルダイク駅まで走る新しい地下鉄路線に割り当てられました。
ニューヨーク市では、メトロノース鉄道のニューヘイブン線がグランドセントラル駅から電気列車を運行しており、旧ニューヨーク・セントラル鉄道の線路では第三軌条方式を採用しているが、ペルハムで架線方式に切り替えて旧ニューヨーク・ニューヘイブン・アンド・ハートフォード鉄道の線路へと進む。この切り替えは走行中に行われ、運転士席から制御される。
ニューヨーク市の主要駅であるグランドセントラル駅とペンシルバニア駅では、排気ガスによる健康被害のため、トンネル内でのディーゼル機関車の運行が禁止されています。そのため、メトロノース鉄道、ロングアイランド鉄道、アムトラックのディーゼル列車は、駅構内やアプローチで第三軌条電源を使用できるデュアルモード/電気ディーゼル機関車（P32AC-DMとDM30AC ）を使用しています。第三軌条運転中はこれらの機関車の出力が低下するため、トンネル外の線路では、第三軌条電源が利用可能な場合でも、通常はディーゼルモードで運行されます。ニュージャージー・トランジットも、通常の電気機関車に加えて、ペンシルバニア駅への運行にALP-45DPデュアルモード機関車を使用しています。ただし、同社のデュアルモード機関車は、ネットワークの大部分で利用可能な架線電源を使用しています。[ 16 ]
ニューヨーク市（マンハッタン島の大部分）とワシントンDCでは、かつて地方条例により、電化された路面電車は、道路下の連続した地下室に設置された第3レールから電流を引き出し、第4レールに電流を戻すことが義務付けられていました。これらのレールには、走行レール間のスロットを通る集電装置を介してアクセスしていました。このような路面電車が架線が許可されている地域に入ると、ピットの上で停車し、そこで作業員が集電装置（プラウ）を外し、運転士が架線にトロリーポールを設置しました。米国では、これらの導管給電方式の電化システムはすべて廃止され、代替システムが導入されるか、完全に廃止されました。
かつてのロンドン路面電車システムの一部区間でも、導管式集電システムが採用されており、架線と路面下の両方の電源から電力を収集できる路面電車も存在した。
ボストンのMBTAのブルーラインは、ダウンタウンの始点から空港駅までは第三軌条方式で電化され、そこからワンダーランド駅までの残りの区間は架線方式に切り替わります。ブルーラインの最外縁部は大西洋に非常に近いため、水辺に近い第三軌条に雪や氷が積もる可能性が懸念されていました。ボストン港の下を通る1904年のトンネルはクリアランスが狭いため、地下区間では架線は使用されていません。MBTAオレンジラインのホーカーシドレー01200シリーズの高速鉄道車両（基本的にブルーラインの0600の長尺版）は、耐用年数の途中で行われたメンテナンスプログラムでパンタグラフの取り付けポイントが取り外されました。これらの取り付けポイントは、オレンジラインが現在の終点より北に延伸されていた場合に取り付けられるはずだったパンタグラフに使用されていました。
米国の一部の都市間鉄道では、郊外では新しい第三軌条方式を採用し、都心部へは既存の架線式路面電車（トロリー）のインフラを利用するという二重電源方式が採用されていました。例えば、シカゴの「L」イエローライン（元々はノースショア線で使用されていた線路を使用）では、路線の西半分は架線方式、東半分は第三軌条方式に切り替えていました。保守コストの削減と車両との互換性向上を図るため、2004年に全線が第三軌条方式に転換されました。
旧ソ連諸国では、第三軌条は接触レールと呼ばれています。導電性を向上させるため、低炭素鋼を用いて単一規格で製造されています。電流は下から集められ、第三軌条の上部はプラスチック製のケーシングで覆われています。接触レールの標準長さは12.5メートルです。トンネル内の半径300メートル以上の直線部および曲線部では、接触レールは100メートル長のストリングに溶接されます。地上部ではストリングの長さは37.5メートル、半径300メートル未満のヤード線路および曲線部では長さは12.5メートルです。第三軌条自体はブラケットを使用して取り付けられます。
鉄道は架線と第三軌条の両方で同時に電化することができる。例えば、1940年から1955年までのハンブルクSバーンではそうであった。現代の例としては、ベルリン近郊のビルケンヴェルデル駅があり、両側に第三軌条 と架線が設置されている。ニューヨーク市のペンシルバニア駅の大部分も、両方の方式で電化されている。
1000ボルト以上の高電圧第三レールには、以下のようなものがあります。
ナチス・ドイツでは、軌間3,000mm（9フィート10インチ＋1/8）の鉄道システムが計画されていた。このブライトスプルバーン鉄道システムでは、架線が大型のレール搭載型対空砲によって損傷するのを避けるため、第三軌条から100kVの電圧を供給して電化することが検討された。しかし、レール近傍 でこのような高電圧に対応するために第三軌条を絶縁することは不可能であり、この電力システムは実現不可能であった。第二次世界大戦の勃発により、このプロジェクトはそれ以上進展しなかった。
第三軌条方式の電化システムは、車載バッテリーを除けば、特に都市部において、専用線路を使用する鉄道で列車に電力を供給する最も古い手段である。架線式電力供給は当初、路面電車のような鉄道でほぼ独占的に使用されていたが、徐々に幹線鉄道にも導入されるようになった。
この電力供給方式を用いた実験的な電気列車は、ドイツのシーメンス・ハルスケ社によって開発され、1879年のベルリン産業博覧会で展示された。この列車は、走行レールの間に第三軌条が設けられていた。初期の電気鉄道の中には、1883年にブライトンに開業したフォルクス電気鉄道のように、走行レールを電流導体として用いたものもあった。フォルクス電気鉄道は1886年に電力レールが追加され、現在も運行されている。ジャイアンツ・コーズウェイ路面電車はこれに続き、1883年に高架式の外側第三軌条を備え、後に架線方式に変更された。中央第三軌条を最初に採用した鉄道は、1885年に開業したアイルランドのベスブルック・アンド・ニューリー路面電車であったが、現在ではジャイアンツ・コーズウェイ線と同様に廃止されている。
1880年代には、公共の都市交通機関で第三軌条方式が使用され始めました。最初にその恩恵を受けたのは路面電車で、路面下の導管に導体を敷設し（導管集電を参照）、通常はネットワークの特定の区間で使用されました。これは最初にクリーブランド（1884年）とデンバー（1885年）で試みられ、その後、多くの大規模な路面電車ネットワーク（ニューヨーク、シカゴ、ワシントンDC、ロンドン、パリなど、いずれも現在は廃止）やベルリン（ベルリンの第三軌条方式は20世紀初頭に大雪のため廃止された）に広がりました。このシステムはイギリスの海辺のリゾート地ブラックプールでも試みられましたが、導管に砂や海水が入り込んで故障の原因となり、電圧降下の問題もあったため、すぐに廃止されました。路面電車の線路の一部には、今でもスロットレールが見える箇所があります。
第三軌条は、1890年に開業した世界初の電気地下鉄であるシティ・アンド・サウス・ロンドン鉄道（現在はロンドン地下鉄ノーザン線の一部）に電力を供給した。1893年には、世界で2番目に第三軌条方式で電力を供給される都市鉄道であるリバプール高架鉄道がイギリスで開業した（1956年に閉鎖され、解体された）。営業運転された米国初の第三軌条方式の都市鉄道は、1895年に開業したメトロポリタン・ウェストサイド高架鉄道で、すぐにシカゴの「L」の一部となった。1901年、著名なアフリカ系アメリカ人発明家であるグランビル・ウッズは、第三軌条方式のさまざまな改良案を網羅した米国特許687,098を取得した。これは、彼が電流配電の第三軌条方式を発明したと主張する根拠として引用されている。しかし、その頃には、トーマス・エジソンの1882年の米国特許第263,132号をはじめとする、電化第三軌条システムに関する特許が数多く存在しており、第三軌条は10年以上にわたってシカゴのその他の高架鉄道やブルックリン・ラピッド・トランジット・カンパニーで使用されているものなど、様々な施設で成功裏に使用されていた。言うまでもなく、米国以外での開発も進んでいた。
パリでは、1900年にオルセー駅とCFパリ・オルレアン線網を結ぶ本線トンネルに第三軌条が導入された。本線の第三軌条電化はその後、一部の郊外路線にも拡大された。
ウッドフォード運搬システムは、20世紀初頭の数十年間、特に採石場や露天掘り鉱山などの産業用路面電車で使用されました。これは、250ボルトのセンター第三軌条を使用して、遠隔操作の自走式サイドダンプカーに電力を供給しました。[ 19 ] [ 20 ]遠隔制御システムは模型鉄道のように操作され、第三軌条は複数のブロックに分割され、制御センターのスイッチで電力供給、惰性走行、またはブレーキをかけるように設定できました。
上接触式または重力式の第三軌条は、最も古い集電方式のようです。危険性の低い第三軌条の使用を先駆的に行った鉄道としては、ニューヨークのグランドセントラル駅へのアプローチ線路（1907年 - 第三軌条による本線電化のもう一つの事例）、フィラデルフィアのマーケット-フランクフォード線（1907年）、ハンブルクの高架鉄道（1912年）があり、いずれも下接触式レール、別名ウィルガス-スプラーグ方式を採用していました。[ 21 ]しかし、ランカシャー・アンド・ヨークシャー鉄道のマンチェスター-ベリー線は、1917年に側面接触式レールを試しました。これらの技術が広く使用されるようになったのは、1920年代初頭から1930年代にかけて、例えばベルリン地下鉄、ベルリンSバーン、モスクワ地下鉄などの大路線で見られるようになりました。ハンブルクSバーンは、1939年以来、1200V DCの側面接触式第三軌条を使用しています。
1956年、世界初のゴムタイヤ式鉄道であるパリメトロ11号線が開業した。この新型線路では、車台を適切な位置に維持するために必要な誘導レールが、従来のレールとは異なる2本のガイドレールへと進化した。この方式は、1971年に開業した札幌地下鉄南北線で改良され、中央にガイドレール兼リターンレールを配置し、従来の鉄道と同様に横方向に動力レールを配置する方式が採用された。
2004年、路面電車に第三軌条方式が採用されたのはボルドーの新システム（2004年）であった。これは全く新しい技術である（下記参照）。
第三軌条方式は時代遅れとは見なされていません。しかし、日本、韓国、スペインなど、都市鉄道に架線方式を採用することに積極的な国もあります。同時に、コペンハーゲン地下鉄、台北地下鉄、武漢地下鉄など、技術的に先進的な国を含め、他の地域では多くの新しい第三軌条方式が建設されてきました（そして今も建設されています）。底部給電式の鉄道（第三軌条という用語を使うには限定的すぎるかもしれません）は、重量級地下鉄（札幌地下鉄の他の2路線を除く）であろうと、小型の旅客輸送システム（PM）であろうと、ゴムタイヤ式列車を使用するシステムで一般的に使用されています。新しい電化鉄道システムは、地域システムと長距離システムの両方で架線方式を使用する傾向があります。架線方式よりも低い電圧を使用する第三軌条方式は、依然として多くの給電ポイントを必要とします。
1906年、ライオネルの電気列車は、機関車に電力を供給するために第三軌条を使用する最初の模型列車となりました。ライオネルの線路は中央に第三軌条を使用し、両端の2本のレールは電気的に接続されています。これにより、線路がループ状に配置された場合に発生する2線式模型列車の問題を解決しました。通常、ループ状に配置された線路は短絡を引き起こします。（ループに隙間があっても、機関車は隙間を通過する際に短絡を起こして停止します。）ライオネルの電気列車は交流電流でも動作します。交流電流を使用するため、ライオネルの機関車は極性を変更しても逆方向には動作しません。代わりに、機関車は始動するたびにいくつかの状態（前進、中立、後退など）を順番に切り替えます。
メルクリンの3線式鉄道模型は、列車の動力源として使用される電圧よりも高い電圧の短いパルスを使用して、機関車内のリレーを反転させます。メルクリンの線路には実際の3番目のレールはありません。代わりに、一連の短いピンが電流を供給し、機関車の下にある長い「シュー」によって電流が受け取られます。このシューは、常に複数のピンに接触できるほど長くなっています。これはスタッドコンタクトシステムとして知られており、屋外の鉄道模型システムで使用する場合にいくつかの利点があります。スキーコレクターがスタッドの上を擦れるため、本質的に自己洗浄されます。両方の線路レールを並列にリターンに使用すると、線路上の汚れによる電流の中断の可能性が大幅に減少します。
現在、多くの鉄道模型セットは2本のレールのみを使用しており、通常はZ、N、HO、またはGゲージシステムに関連付けられています。これらは一般的に直流（DC）で駆動され、電流の電圧と極性によって列車のDCモーターの速度と方向が制御されます。例外として、デジタルコマンドコントロール（DCC）が普及しつつあり、これは双極性DCを一定電圧でレールに供給し、同時にデジタル信号が機関車内でデコードされます。双極性DCは、たとえ同じ線路上に複数の機関車が存在する場合でも、コマンドとコマンド対象の機関車を示すデジタル情報を伝送します。前述のライオネルOゲージシステムも、3本のレールと交流電源を採用しているため、現在でも人気があります。
模型鉄道の中には、実物大の鉄道の第三軌条構成をリアルに再現しているものもあるが、ほとんどすべてが第三軌条から電力を供給されているわけではない。