Pantograf (kereta api)

**Pantograf** (atau "**pan**" atau "**panto**") adalah alat yang dipasang di atap kereta rel listrik (KRL), trem, atau bus troli untuk menangkap aliran listrik dari listrik aliran atas (LAA). Istilah ini berasal dari kemiripan bentuk beberapa modelnya dengan pantograf mekanik yang dipakai untuk menyalin tulisan tangan dan gambar.

Pantograf adalah jenis umum alat penangkap arus; biasanya digunakan satu atau dua kawat, dengan arus balik mengalir melalui rel. Jenis penangkap arus lainnya meliputi busur penangkap arus dan tiang troli.

## Penemuan

Pantograf, dengan strip kontak grafit berfriksi rendah yang dapat diganti—disebut "sepatu"—untuk meminimalkan tekanan lateral pada kawat kontak, pertama kali muncul akhir abad ke-19. Versi awalnya juga disebut sebagai busur penangkap arus, yang ditemukan tahun 1889 oleh Walter Reichel, kepala insinyur Siemens & Halske di Jerman, serta pantograf geser datar yang pertama kali dipakai pada 1895 oleh Baltimore and Ohio Railroad.

Pantograf berbentuk belah ketupat yang sangat banyak digunakan di perkeretaapian dirancang dan dipatenkan oleh John Q. Brown dari bengkel Key System untuk kereta komuter yang melayani San Francisco dan East Bay di California. Foto hari pertama operasinya, 26 Oktober 1903, sudah menampakkan bentuk pantograf belah ketupat tersebut. Selama berpuluh tahun sesudahnya, bentuk belah ketupat yang serupa digunakan di berbagai sistem KRL di seluruh dunia dan masih dipakai sebagian hingga kini.

Pantograf merupakan penyempurnaan dari tiang troli sederhana yang dominan sebelumnya, terutama karena pantograf memungkinkan kendaraan listrik melaju jauh lebih cepat tanpa kehilangan kontak dengan kabel LAA, misalnya akibat tiang troli yang tidak menyentuh kawat.

Meski demikian, penangkapan arus dengan tiang troli berhasil digunakan hingga kecepatan  pada rangkaian Electroliner milik Chicago North Shore and Milwaukee Railroad.

## Penggunaan modern
Jenis pantograf paling umum saat ini adalah pantograf berbentuk setengah berlian (sering berbentuk Z), dikembangkan agar lebih ringkas dan responsif pada kecepatan tinggi seiring makin cepatnya KRL. Louis Faiveley menciptakan tipe ini pada 1955. Setengah pantograf dipakai di berbagai kendaraan, mulai kereta kecepatan tinggi (seperti TGV) hingga trem perkotaan berkecepatan rendah. Desain ini bekerja sama baiknya di kedua arah, sebagaimana ditunjukkan oleh KRL Swiss dan Austria terbaru—lokomotif Re 460 dan Taurus—yang memasang pantograf menghadap belakang. Di Eropa, geometri dan bentuk pantograf diatur oleh CENELEC, Komite Standardisasi Elektroteknik Eropa.

Pantograf umumnya dipakai untuk menyuplai daya traksi, tetapi pada kasus tertentu digunakan untuk fungsi lain, misalnya:
* Pengukuran mekanis dan pengujian LAA baru (dengan atau tanpa tegangan) menggunakan kereta inspeksi;
* Catu daya umum untuk kereta pengukuran;
* Catu daya AC 3 kV sebuah rangkaian ber-AC melalui pantograf di van RENFE ketika tidak ada lokomotif;
* Catu daya kereta restorasi yang diparkir di jalur samping di bawah LAA 15 kV 16 ⅔ Hz (dilakukan di Swiss dan Jerman);
* Pembumian LAA saat pekerjaan perawatan dari kendaraan kerja tertentu.

## Rincian teknis

Sistem transmisi listrik KRL modern terdiri atas listrik aliran atas, tempat kawat kontak digantung. Pantograf diberi pegas untuk menekan sepatu kontak ke permukaan bawah kawat kontak guna menangkap arus. Rel baja menjadi penghantar balik. Saat KRL berjalan, sepatu kontak menyentuh kawat dan dapat membangkitkan gelombang stasioner yang memutus kontak serta menurunkan kualitas penangkapan arus. Oleh karena itu, di beberapa sistem, pantograf tidak diizinkan dinaikkan bersamaan.

Pantograf menggantikan tiang troli pada kebanyakan sistem modern. Tiang troli masih dipakai bus troli, yang membutuhkan dua kawat dan keluwesan ekstra, serta beberapa jaringan trem seperti Trem Toronto dengan tikungan tajam. Jaringan-jaringan tersebut kini tengah ditingkatkan untuk operasi pantograf.

Pantograf dan kawat LAA kini dominan dalam sistem listrik KRL modern perkotaan, antarkota, hingga kecepatan tinggi karena—walau lebih rapuh daripada rel ketiga—lebih aman bagi publik (terlindung oleh jarak), memungkinkan tegangan lebih tinggi (khususnya AC), dan mendukung kecepatan lebih tinggi.

Pantograf dapat digerakkan menggunakan udara tekan seperti halnya sistem abar sarana: udara tekan mendorong pantograf membuka dan menahannya pada kawat, atau—bila pegas yang mengangkat—menutupnya. Pada sistem tegangan tinggi, udara yang sama digunakan untuk memadamkan busur listrik pada pemutus sirkuit atap.

## Pantograf tunggal dan ganda

Pantograf bisa berlengan tunggal atau ganda. Lengan ganda biasanya lebih berat dan membutuhkan lebih banyak tenaga untuk naik-turun, tetapi cenderung lebih toleran terhadap kerusakan.

Di bekas Uni Soviet, pantograf lengan ganda (“dua belah ketupat”) paling banyak dipakai, tetapi sejak akhir 1990-an pantograf lengan tunggal mulai digunakan di Rusia. Beberapa trem—misalnya KTM-5, KTM-8, LVS-86—juga memakai lengan ganda. Trem Amerika umumnya memakai tiang troli atau lengan tunggal.

## Sistem metro dan kawat LAA

Sebagian besar moda raya terpadu menggunakan rel ketiga, tetapi beberapa memakai pantograf, terutama jika banyak lintasan permukaan. Sistem hibrida metro-trem (*pre-metro*) seperti Amsterdam Metro Lin 51 (lama), MBTA Green Line, RTA Rapid Transit Cleveland, Frankfurt U-Bahn, dan Muni Metro San Francisco menggunakan kawat atas karena rel ketiga akan menghalangi lalu lintas jalan dan berbahaya.

Beberapa sistem trem (Bordeaux, Angers, Reims, Dubai) memakai sistem pembumian proprieter Alstom bernama APS, hanya memberi daya pada petak-petak jalan yang sedang terisi kereta—untuk menjaga estetika kawasan bersejarah. Sistem serupa dikembangkan Bombardier, AnsaldoBreda, CAF, dll., berupa infrastruktur pembumian atau baterai agar trem dapat melintas tanpa kawat.

Pantograf kadang dipilih daripada rel ketiga di iklim dingin—rel ketiga dapat membeku. Blue Line (MBTA) memakai pantograf di jalur permukaan, lalu beralih ke rel ketiga di terowongan. Seluruh metro Sydney, Madrid, Barcelona, Porto, Shanghai, Hong Kong, Seoul, Kobe, Fukuoka, Sendai, Jaipur, Chennai, Mumbai, Delhi, serta sebagian jalur metro di Beijing, Chongqing, Noida, Hyderabad, Jakarta, Tokyo, Osaka, Nagoya, Singapore, Sapporo, Budapest, Mexico City menggunakan kawat LAA. Pantograf juga dipakai di jalur cepat Nord-Sud Company Paris hingga diubah ke rel ketiga setelah diambil alih Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris.

Banyak jalur memakai rel ketiga dan pantograf di petak-petak jalan tertentu karena faktor historis—misalnya North London line, New Haven Line, jalur Yellow Line Chicago (sebelum 2005), dll.

Hingga 2010, Oslo Metro Lin 1 memiliki sistem gonta-ganti antara rel ketiga dan pantograf di Stasiun Frøen; setelah 2010 dipasang rel ketiga meski banyak perlintasan sebidang.

## Pasokan tiga fase

Pada sistem listrik tiga fase, lokomotif memiliki dua pantograf dan fase ketiga pada rel. Tahun 1901, instalasi kecepatan tinggi eksperimental Walter Reichel (Siemens & Halske) memakai tiga kawat vertikal dengan pantograf horizontal.

## Pantograf miring

Pada jalur kereta api tempat gerbong terbuka memiliki metode bongkar-muat dari atas gerbong, LAA dapat digeser untuk memungkinkan hal ini; pantograf kemudian dipasang pada sudut tertentu terhadap sumbu vertikal sarana.

## Kelemahan
Kontak pantograf–kawat biasanya memakai blok grafit, yang menghantar listrik sambil bertindak sebagai lubrikasi. Grafit memiliki sifat sangat rapuh sehingga membuat kontaknya patah. Pantograf yang tidak bekerja semestinya dapat merusak kawat LAA; sedangkan kawat yang sudah buruk juga dapat merusak pantograf. Gardu pemantau pantograf dapat mencegah hal ini. Pada kecepatan >, gesekan dapat memanaskan strip kontak menjadi merah membara, memicu busur api yang dapat membahayakan perjalanan KRL.

Di Britania Raya, pantograf (Brecknell Willis dan Stone Faiveley) dibuka menggunakan udara tekan; kerusakan pada grafit pantograf dapat menurunkan tekanan udara, memicu sebuah sistem gagal-aman dengan menurunkan pantograf. Unit modern memakai deteksi busur api lebih canggih. Biasanya pantograf belakang (menurut arah jalannya KRL) dipakai agar jika rusak, pantograf muka tidak merusak yang belakang.

## Perangkat penutup otomatis
Perangkat penutup pantograf otomatis menutup pantograf guna mencegah kerusakan. Di Eropa, perangkat ini wajib untuk kecepatan ≥160&nbsp;km/jam (satu pantograf) atau ≥120&nbsp;km/jam (lebih dari satu).

Sistem ini biasanya bersifat pneumatik; penurunan tekanan akibat grafit yang rusak dapat menurunkan pantograf. Pada pantograf non-pneumatik, pin penarik kabel dapat digunakan. Kinerja (jarak, gaya, waktu) tidak dibakukan.

## Lain-lain
Berbagai penampang kepala pantograf disesuaikan dengan batas ruang bebas dan elektrifikasi tiap negara. Di Eropa, dua penampang interoperabel 1600&nbsp;mm dan 1950&nbsp;mm ditetapkan. Beberapa infrastruktur menerima beberapa profil, misalnya kepala *Variopanto* dengan dua panjang.

Pantograf datar juga digunakan pada KRL dengan atap sempit, sehingga meminimalkan dampak aerodinamika—misalnya pantograf ETR1000.

## Referensi