منبع تغذیه زمینی

بندانگشتی|چپ|تراموای سویا مجهز به سیستم تغذیه زمینی CAF ACR، سال ۲۰۱۹

**منبع تغذیه برق زمینی** (به انگلیسی: Ground-level power supply) که به عنوان **جمع‌آوری جریان سطحی** یا در فرانسوی ***Alimentation par le sol*** (تغذیه از طریق زمین) نیز شناخته می‌شود، مجموعه‌ای از فناوری‌ها و مفاهیمی است که به خودروهای الکتریکی اجازه می‌دهد انرژی الکتریکی مورد نیاز خود را به جای خطوط هوایی متداول، از سطح زمین دریافت کنند.

تاریخچه سیستم‌های تغذیه برق زمینی به آغاز پیدایش ترامواهای برقی بازمی‌گردد. این سیستم‌ها اغلب در مکان‌هایی اجرا می‌شدند که عموم مردم به دلایل زیبایی‌شناسی تمایل به اجتناب از نصب سیم‌های هوایی داشتند. برخی از نخستین سیستم‌ها از جمع‌آوری جریان مجرایی استفاده می‌کردند. سیستم‌های قرن بیست و یکم، مانند آلستوم ای‌پی‌اس (Alstom APS)، آنسالدو ترام‌ویو، کاف ای‌سی‌آر و الویز، مطابق با استانداردهای مدرن ایمنی و قابلیت اطمینان توسعه یافته‌اند و قابلیت تأمین برق برای اتوبوس‌های برقی، کامیون‌ها و خودروهای سواری را نیز دارا می‌باشند.

برخی از سیستم‌های تغذیه زمینی از خازن‌ها و باتری‌های پربازده و با چگالی انرژی بالا برای تأمین برق بخش‌هایی از سیستم حمل‌ونقل الکتریکی استفاده می‌کنند؛ برای مثال، این امکان را فراهم می‌کنند که اتوبوس‌ها و قطارها باتری‌های خود را در طول توقف در ایستگاه‌ها شارژ کنند.

## سیستم‌های اولیه
بندانگشتی|مجرای جمع‌آوری جریان بین ریل‌های ترامواهای واشینگتن، دی.سی.، ۱۹۳۹. این سیستم که اولین بار در ۱۸۹۵ نصب شد، تا سال ۱۹۶۲ فعال بود.
بندانگشتی|چپ|ریل تراموای مجرایی باقی‌مانده در رمپ ورودی به متروی تراموای کینگزوی متروکه در لندن، ۲۰۱۱، که گیاهان در مجرای آن رشد کرده‌اند

سیستم‌های جمع‌آوری جریان مجرایی (Conduit current collection) خیلی زود و در سال ۱۸۸۱ با «تراموای گراس-لیخترفلده» (Gross-Lichterfelde Tramway) پیاده‌سازی شدند. این سیستم عمدتاً از یک کانال یا مجرا تشکیل شده بود که در زیر سطح جاده حفر می‌شد. این مجرا یا در بین دو ریل حرکتی قرار می‌گرفت (بسیار شبیه به کابل در قطارهای کابلی)، یا در زیر یکی از ریل‌ها تعبیه می‌شد. واگن تراموا به یک «تیغه» (Plow) متصل بود که درون مجرا حرکت می‌کرد و برق را از دو ریل الکتریکی که در طرفین مجرا نصب شده بودند، به موتور الکتریکی واگن منتقل می‌کرد. تیغه‌ها هنگام تغییر خطوط ریلی به صورت دستی به واگن‌ها متصل یا از آن‌ها جدا می‌شدند.

کلیولند در سال ۱۸۸۵ یک خط مجرایی افتتاح کرد. شرکت‌های تراموا در بوداپست در سال ۱۸۸۷ یک سیستم جمع‌آوری جریان مجرایی را آزمایش کردند. از آنجا که خطوط هوایی به دلایل زیبایی‌شناسی با مخالفت عمومی روبرو شده بودند، پیمانکار پروژه، زیمنس-هالسکه، یک مجرای بتنی را در زیر یکی از ریل‌های واگن اجرا کرد. این مجرا دارای شکاف باریکی بود که اجازه می‌داد یک «تیغه» وارد شده و با سیم‌هایی که توسط عایق‌ها در دو طرف مجرا نگه داشته شده بودند، تماس الکتریکی برقرار کند. این سیستم در چندین شهر اروپا و ایالات متحده استفاده شد و به «سیستم بوداپست» معروف گردید. واشینگتن، دی.سی. اولین سیستم جمع‌آوری جریان مجرایی خود را در سال ۱۸۹۵ نصب کرد. تا سال ۱۸۹۹، تمام خطوط مرکز شهر به سیستم مجرایی تبدیل شدند که تا سال ۱۹۶۲ فعال باقی ماندند. این سیستم عموماً ایمن بود، اما تمایل زیادی به گرفتگی با گل و لای و خاک داشت. این سیستم طی چند سال به دلیل هزینه بالای حفاری مجرا از محبوبیت افتاد و عموماً با خطوط هوایی جایگزین شد.

سیستم‌های تماس گل‌میخی (Stud contact systems) از سال ۱۸۹۹ تا ۱۹۲۱ پیاده‌سازی شدند. سیستم‌های ابداعی توسط مخترعانی به نام‌های «دولتر» (Dolter) و «دیاتو» (Diatto) در تور، پاریس و چندین شهر انگلستان مورد استفاده قرار گرفتند. برق از طریق گل‌میخ‌هایی (Studs) که در فواصل مشخص در جاده کار گذاشته شده بودند، تأمین می‌شد. این گل‌میخ‌ها از طریق کفشک‌ها یا اسکی‌های تماسی به واگن‌های در حال حرکت متصل می‌شدند. گل‌میخ‌ها استوانه‌هایی بودند که سطح بالایی آن‌ها هم‌تراز با سطح جاده بود. در زیر آن‌ها مکانیزم سوئیچی وجود داشت که وقتی واگنی با آهنربای قوی در زیر خود از روی آن عبور می‌کرد، اتصال الکتریکی با بالای گل‌میخ برقرار می‌شد. سوئیچ‌های دیاتو حاوی جیوه بودند که اغلب نشت می‌کرد یا به دیواره سیلندر می‌چسبید و باعث می‌شد سطح بالایی گل‌میخ همچنان برق‌دار باقی بماند. سوئیچ‌های دولتر از بازوهای محوری استفاده می‌کردند که تمایل به گیر کردن در وضعیت برق‌دار داشتند. سیستم‌های مشابهی توسط تامسون-هیوستون در موناکو از ۱۸۹۸ تا ۱۹۰۳ و توسط فرانتیشک کریژیک در پراگ روی پل چارلز از ۱۹۰۳ تا ۱۹۰۸ اجرا شدند. سیستم‌های تماس گل‌میخی به دلیل مسائل ایمنی عمر کوتاهی داشتند.

سیستم‌های جمع‌آوری جریان مجرایی در چندین شهر بزرگ از جمله موناکو، درسدن، پراگ، تور، واشینگتن و لندن استفاده شدند، اما مشکلات تعمیر و نگهداری و ایمنی جاده‌ای را به همراه داشتند. سیستم‌های مجرایی بوردو و واشینگتن آخرین نمونه‌های فعال بودند که به ترتیب در سال‌های ۱۹۵۸ و ۱۹۶۲ از رده خارج شدند. برای دهه‌ها، این سیستم‌ها مجدداً معرفی نشدند زیرا با استانداردهای ایمنی مدرن مطابقت نداشتند.

## سیستم‌های مدرن
بندانگشتی|چپ|تراموای بوردو مجهز به سیستم تغذیه زمینی Alstom APS، سال ۲۰۰۶
تعدادی از سیستم‌های تغذیه برق زمینی از دهه ۱۹۷۰ تا ۱۹۹۰ توسعه یافتند، اما برای استفاده تجاری به اندازه کافی قابل اعتماد یا ایمن نبودند.
اولین سیستم تغذیه برق زمینی که با استانداردهای ایمنی مدرن توسعه یافت، آنسالدو استریم (Ansaldo Stream) بود، اگرچه یک سیستم رقیب به نام آلستوم ای‌پی‌اس (Alstom APS) نخستین سیستمی بود که به صورت تجاری در سال ۲۰۰۳ پیاده‌سازی شد. این موفقیت منجر به گسترش اجرای تجاری سیستم‌های تغذیه برق زمینی گردید.

پیشرفت‌های فناوری در اواخر دهه ۲۰۱۰ منجر به افزایش قابلیت اطمینان و توجیه اقتصادی سیستم‌های تغذیه زمینی شد.

### سیستم‌های جاده برقی
#### سوئد
بندانگشتی|کامیون برقی در حال رانندگی در یک جاده عمومی با سیستم تغذیه زمینی Elways-Evias، نزدیکی فرودگاه آرلاندا استکهلم، ۲۰۱۹.
جاده‌های برقی وسایل نقلیه الکتریکی را در حین رانندگی تغذیه و شارژ می‌کنند. سوئد سیستم‌های جاده برقی را آزمایش کرده است که باتری کامیون‌ها و خودروهای برقی را شارژ می‌کنند و در میان سیستم‌های آزمایش شده، دو سیستم تغذیه زمینی از سال ۲۰۱۷ مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند: ریلِ داخلِ جاده توسط Elways-Evias و ریلِ رویِ جاده توسط Elonroad. شرکت Elonroad بعداً یک سیستم ریل داخل جاده را برای استفاده در بزرگراه با سرعت‌های تا  توسعه داد.

مشخص شد که این سیستم‌ها نسبت به سیستم خطوط هوایی و سیستم شارژ القایی دینامیک آزمایش شده، اقتصادی‌تر هستند. سیستم ریل داخل جاده برای تحویل تا ۸۰۰ کیلووات انرژی به هر وسیله نقلیه‌ای که بر روی بخش برق‌دار ریل حرکت می‌کند، برنامه‌ریزی شده است و تخمین زده می‌شود که مقرون‌به‌صرفه‌ترین سیستم در بین چهار سیستم آزمایش شده باشد. انتظار می‌رود سیستم‌های جدید ایمن باشند، به طوری که بخش‌هایی از ریل تنها زمانی برق‌دار می‌شوند که وسیله نقلیه بر روی آن‌ها در حال حرکت باشد. این ریل‌ها در حالی که در آب نمک غوطه‌ور بودند آزمایش شده و برای عابران پیاده ایمن تشخیص داده شدند.

#### فرانسه
مدیر مشترک یکی از کارگروه‌های وزارت بوم‌شناسی فرانسه در زمینه سیستم‌های جاده برقی (ERS) اظهار داشت که ERS مبتنی بر ریل سودمندترین گزینه است، اگرچه فناوری خاص ریل هنوز استانداردسازی نشده است. فرانسه قصد دارد تا سال ۲۰۳۵ بین ۳۰ تا ۴۰ میلیارد یورو در یک سیستم جاده برقی به طول ۸۸۰۰ کیلومتر سرمایه‌گذاری کند. فناوری‌های تغذیه برق زمینی به عنوان محتمل‌ترین نامزدها برای جاده‌های برقی در نظر گرفته می‌شوند.

دو پروژه برای ارزیابی فناوری‌های جاده برقی در سال ۲۰۲۳ اعلام شد. اولین جاده عمومی فرانسه با سیستم جاده برقی قرار است در سال ۲۰۲۴ با استفاده از یک سیستم تغذیه زمینی مشتق شده از آلستوم ای‌پی‌اس افتتاح شود. دومین پروژه، با فناوری توسعه‌یافته توسط Elonroad، قرار است قبل از استقرار در طول دو کیلومتر در بزرگراه A10 در جنوب پاریس، تحت آزمایش‌های آزمایشگاهی برای بررسی اثرات لغزش بر روی موتورسیکلتها قرار گیرد.

### استانداردسازی
آلستوم، Elonroad و شرکت‌های دیگر در سال ۲۰۲۰ شروع به تدوین پیش‌نویس استانداردی برای جاده‌های برقی با تغذیه زمینی کردند. کمیسیون اروپا در سال ۲۰۲۱ درخواستی برای تنظیم مقررات و استانداردسازی سیستم‌های جاده برقی منتشر کرد. اندکی پس از آن، یک کارگروه از وزارت بوم‌شناسی فرانسه توصیه کرد که استاندارد جاده برقی اروپایی که با همکاری سوئد، آلمان، ایتالیا، هلند، اسپانیا، لهستان و دیگران تدوین شده است، اتخاذ گردد.

یک استاندارد برای تجهیزات الکتریکی درون‌خودرویی برای وسایل نقلیه‌ای که توسط سیستم جاده برقی ریلی (ERS) تغذیه می‌شوند، در اواخر سال ۲۰۲۲ تصویب و منتشر شد. این استاندارد، که استاندارد فنی ۵۰۷۱۷ کمیته اروپایی استانداردسازی الکتروتکنیک (CENELEC) است، موارد زیر را مشخص می‌کند: ولتاژ ERS برابر با ۷۵۰ ولت؛ یک کفشک تماسی با قابلیت تحمل ضربه سنگ‌ریزه و زباله‌های جاده‌ای مشابه در حداکثر سرعت عملیاتی؛ یک پیوند ضعیف که در صورت وارد شدن نیرویی بیشتر از حداکثر تعیین شده توسط سازنده خودرو، جمع‌کننده جریان را از نقاط اتصال ساختاری جدا می‌کند؛ نظارت خودکار بر وجود زیرساخت ERS؛ درگیری و جدا شدن خودکار؛ سیگنال حضور که می‌تواند آنالوگ یا دیجیتال باشد، و ارتباط دوطرفه استاندارد اختیاری؛ سهولت بازرسی و تعویض قطعات سایشی تماس لغزشی؛ و تست‌های استاندارد، علائم، نگهداری و شرایط محیط عملیاتی. استاندارد ۵۰۷۱۷ سه معماری را برای زیرساخت ERS برای اهداف هنجاری (Normative) مشخص می‌کند (اما محدود به آن‌ها نیست): معماری نوع A با دو ریل رسانای موازی هم‌سطح زمین، یکی مثبت و دیگری منفی؛ معماری نوع B با یک مسیر تکی هم‌سطح یا برجسته با قطعات کوتاه که در آن هر دو قطعه متوالی شامل یک قطعه مثبت و یک قطعه منفی است؛ و معماری نوع C با سه ریل رسانای موازی، یکی مثبت و دیگری منفی در زیر سطح در کانال‌های با عرض ۱٫۵ سانتی‌متر، و یک یا چند ریل اتصال‌زمین (Earthed) در سطح.

یک استاندارد کامل قدرت و ارتباطات برای راه‌حل یکپارچه و تعامل‌پذیر جهت تغذیه برق زمینی از طریق ریل‌های تعبیه شده برای وسایل نقلیه جاده‌ای مطابق با دستورالعمل ۲۰۲۳/۱۸۰۴ اتحادیه اروپا، در استاندارد فنی ۵۰۷۴۰ کمیته اروپایی استانداردسازی الکتروتکنیک مشخص شده است. این استاندارد در سال ۲۰۲۵ تصویب شد.
## پیاده‌سازی‌های مدرن
### آنسالدو استریم (Ansaldo Stream)
اولین سیستم مدرن تغذیه برق زمینی که توسعه یافت، سیستم Ansaldo Stream است. واژه STREAM مخفف عبارت "**S**istema di **TR**asporto **E**lettrico ad **A**ttrazione **M**agnetica" به معنی «سیستم حمل‌ونقل الکتریکی با جاذبه مغناطیسی» است. این سیستم از یک کانال در جاده ساخته شده از مواد عایق کامپوزیت فایبرگلاس استفاده می‌کند که حاوی یک نوار مسی انعطاف‌پذیر است؛ وقتی وسیله نقلیه‌ای با یک کفشک تماسی مغناطیسی مخصوص از روی کانال عبور می‌کند، هادی را به سطح می‌کشد و اجازه می‌دهد جریان برق به وسیله نقلیه منتقل شود. بخش‌های نوار تنها زمانی برق‌دار می‌شوند که وسیله نقلیه از روی آن‌ها عبور کند. این سیستم در سال ۱۹۹۴ توسعه یافت و در سال ۱۹۹۸ روی یک خط تراموای عمومی آزمایش شد، اما در نهایت در سال ۲۰۱۲ برچیده شد.

### آلستوم ای‌پی‌اس (Alstom APS)

سیستم Alstom APS از یک ریل سوم که بین ریل‌های حرکتی قرار گرفته استفاده می‌کند که از نظر الکتریکی به قطعات ۱۱ متری تقسیم شده است. این قطعات تنها زمانی که تراموا از روی آن‌ها عبور می‌کند، توسط سیگنال رادیویی به طور خودکار روشن می‌شوند و بدین ترتیب از هرگونه خطر برای سایر استفاده‌کنندگان از جاده جلوگیری می‌کنند. تراموا دارای دو کفشک جمع‌کننده برق است و در هر لحظه دو قطعه از ریل فعال هستند تا از قطع برق هنگام عبور بین قطعات جلوگیری شود. APS توسط Innorail، زیرمجموعه Spie Enertrans توسعه یافت اما زمانی که Spie توسط Amec خریداری شد، به Alstom فروخته شد. این سیستم در ابتدا برای تراموای بوردو ساخته شد که ساخت آن در سال ۲۰۰۰ آغاز و در سال ۲۰۰۳ افتتاح شد و به اولین سیستم تجاری مدرن تغذیه برق زمینی تبدیل گردید. از سال ۲۰۱۱، این فناوری در تعدادی از شهرهای دیگر در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفته است.

دولت فرانسه گزارش داده است که هیچ‌گونه برق‌گرفتگی یا حادثه الکتریکی در هیچ‌یک از خطوط تراموا در فرانسه از سال ۲۰۰۳ تا تاریخ ۳۱ دسامبر ۲۰۲۲ رخ نداده است.

آلستوم سیستم APS را برای استفاده در اتوبوس‌ها و سایر وسایل نقلیه توسعه بیشتری داد. این سیستم از نظر ایمنی در زمان پاکسازی جاده توسط برف‌روبها، قرار گرفتن در معرض برف، یخ، نمک‌مایه‌ها و آب‌نمک اشباع‌شده آزمایش شده است، و همچنین برای لغزش و ایمنی چسبندگی جاده برای وسایل نقلیه از جمله موتورسیکلت‌ها تست شده است. آلستوم سیستم جاده برقی (ERS) خود را در جاده عمومی RN205 در منطقه رون-آلپ بین سال‌های ۲۰۲۴ تا ۲۰۲۷ آزمایش خواهد کرد. انتظار می‌رود این سیستم ۵۰۰ کیلووات توان برای کامیون‌های سنگین برقی و همچنین برق مورد نیاز برای وسایل نقلیه خدمات جاده‌ای و خودروهای برقی که با سرعت تا  حرکت می‌کنند، تأمین کند.

### کاف ای‌سی‌آر (CAF ACR)

شرکت Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles (CAF) سیستم Acumulador de Carga Rápida (ACR) خود را در سال ۲۰۰۷ در سویل آزمایش کرد. این سیستم قابلیت شارژ از طریق نوارهای روی زمین یا سیم‌های بالاسری را دارد. بخش‌هایی از تراموای متروسنترو سویل در اطراف کلیسای جامع سویل به سیستم تغذیه زمینی ACR تبدیل شدند. اولین نصب تجاری ACR بر روی ترامواهای Urbos تحویل داده شده به متروسنترو در سال ۲۰۱۱ بود که امکان حذف دائمی خطوط هوایی در اطراف کلیسای جامع را فراهم کرد.

خط ۱ تراموای ساراگوسا نیز از زمانی که فاز دوم ساخت آن در سال ۲۰۱۳ تکمیل شد، از ACR استفاده می‌کند. استفاده از ACR از نصب خطوط هوایی در مرکز تاریخی شهر جلوگیری کرد.

سیستم ACR همچنین در قطار سبک نیوکاسل در استرالیا و سیستم جدید تراموای لوکزامبورگ گنجانده شد.

### آنسالدو ترام‌ویو (Ansaldo Tramwave)
این سیستم که از Ansaldo Stream مشتق شده و توسط شرکت ایتالیایی Ansaldo STS (که بعداً به هیتاچی ریل STS تبدیل شد) توسعه یافت، در سال ۲۰۱۷ با افتتاح فاز اول خط ۱ تراموای ژوهای در چین وارد کاربرد تجاری موفق شد. این تراموا اولین سیستم تراموای کاملاً کف‌کوتاه است که از فناوری تغذیه برق زمینی استفاده می‌کند. اواخر همان سال ۲۰۱۷، خط حومه غربی در پکن با همان فناوری آنسالدو افتتاح شد. این فناوری به CRRC Dalian مجوز داده شد و تمام تکنولوژی‌ها به چین منتقل گردید.
در سال ۲۰۱۹، شهر ژوهای پس از ۳ سال فعالیت، ارزیابی برای برچیدن خط تراموا را آغاز کرد. تا سال ۲۰۲۴، شرکت CRRC Dalian با برچیدن آن مخالفت کرده و پیشنهاد راه‌اندازی مجدد عملیات را داده است.

## پیوند به بیرون
* 

## جستارهای وابسته
* تراموا
* خودروی برقی
* ریل سوم

## منابع

رده:تاریخ ترابری

رده:ترابری ریلی برقی