集電装置
三菱電機: 主として近鉄や南海、神戸電鉄など、自社製機器の納入先各社へウェスティングハウス・エレクトリック(WH)社とのライセンス契約に基づく、あるいはそれを自社で独自に改良した集電装置を製造販売していた。このため型番は基本的にWH社の番号体系をそのまま踏襲していたが、一部にその体系から外れた型番を与えられた特異な機種も存在した。現在では製造販売から撤退している。
S-514形: 大阪電気軌道デボ1000・1300・1400形などに採用された機種。主に-Aというサフィックスを付与されたモデルが納入された。横型碍子を備え、上枠と下枠それぞれにX字状の支柱を備える。戦後も長く重用され、ク1560形を電装して近鉄初の高性能試作車であるモ1450形へ改造した際にもS-514-DCが搭載されている。
S-516形: S-514系の後継機種として近鉄モ2250形前期車などに採用。軽量化などに留意した設計となっている。
S-520形: S-516形の改良型。近鉄モ2250形後期グループに採用された。
S-710形: 大阪線以上に車両限界の制約が厳しい近鉄奈良線や神戸電鉄向け車両に標準採用された機種。横型碍子の採用はS-514・516系と同様であるが、枠寸法が縮小され、また構造も簡素化されている。伊予鉄道100形101-104、200形にS-710-B、105-106と300形304にS-710-CCを採用。
S-750形: 近鉄が奈良線モ800形用としてS-750-DCを採用した。
S-752形: 神戸電気鉄道デ300形、長野電鉄2000系、1100系にS-752-Aを採用。N字状の上枠とM字状の下枠を組み合わせた構造で、横方向の支持棒を持たない。前後方向の横型碍子を備える。
P-900-A形: 阪和(モタ300・モヨ100形)・東横・目黒蒲田(デハ510形の一部)などに採用。横型碍子で支持され、幅の広いスライダーシューを備える、ヨーロッパ風の空気圧上昇式大型パンタグラフ。Sで始まる型番を付与される通常の三菱電機製パンタグラフとは異なる番号体系に属する製品であり、愛好者の間では古くからスイス・ブラウンボベリ社(Brown Boveri & Co. Ltd: BBC社)からのOEM品であったと伝えられているが、その出自は未だ謎である。
日立製作所: 同社製私鉄用電気機関車、相鉄、京王、東武の戦前型などでの採用が多いが、採用後早期に東洋製に切替えている事業者がほとんどである。
K-100形: 相鉄、京王などが採用した。東武に納入していた機種より小型化されている。台枠の上下に碍子が配置され、下枠はPS13の支柱を撤去したようなもの、ほかは後述のPG16に似る。横剛性が乏しかったと見られ、相鉄、京王とも初期車のみの採用で、以降PS13に換装されている。
K-110形: 伊予鉄道300系電車303にK-110Cを採用。
東芝: 電装品一式が同社製の車両への採用が見られた。2014年現在は阪急や地方向けの部品保守程度に縮小されている。
PG16形: 東急5000系電車 (初代)から東急6000系電車 (初代)B編成まで採用され、地方譲渡時に各地へ渡った。外観は東洋のPT35やPT42に似ている。
PG18形: 阪急でPG18-Hを採用。
工進精工所: 西武への納品が多かった。新幹線N700系電車や新京成電鉄8900形電車、JR貨物EF200形電気機関車用のシングルアームパンタグラフの納入実績がある。
KP62形: 長期に亘り西武が採用した形式で、PS16に酷似している。3000系まで採用されていた。当初はアルミ製の主枠を使用していたが、1988年頃よりステンレスに改造されている。
菱形の下枠を交差させることで、作用高さを損なうことなく(集電舟の可動範囲を狭めることなく)上枠を小型化でき、それによる軽量化で架線追従性の向上を図ったもの。
1962年(昭和37年)に新幹線1000形電車で採用された試作型PS9009での試験を経て、1964年(昭和39年)に新幹線0系電車においてPS200形が量産形されて採用された。在来線用では、同じく1962年にED30形 (2代)でPS20形が採用され、1968年(昭和43年)には、日本海縦貫線用のEF81形や、函館本線用のED76形500番台、711系電化開業前のED75 501、の試験や、711系の試作車には菱形パンタグラフが使われていたが、電化開業を機にこれらもPS102系列(機関車がPS102A形、電車がPS102B形。)に統一された。など、豪雪・積雪地域から本格的に採用が始まった。他の国鉄電気機関車各形式も増備途中から下枠交差式に変更され、在来車の保守、換装用としても普及したが、電車での採用は北海道地区のみに留まった。
新幹線は、最初からパンタグラフを軽量化することを前提に、架線の方でも対応している。その後の新幹線電車では、パンタ台を架線に近づけることでさらにパンタグラフ全体を小型化し、上昇用ばねやカギ外しシリンダ、平衡リンク(イコライザ)等の台枠部分にある機器類全てを流線型のカバー内部に収容することによって空気抵抗と風切り音を減少させている。
私鉄車両では、従来の菱形と比較し、小型化による軽量化、空気抵抗減少、省スペース性から注目された。また、冷房装置などの搭載により屋根上搭載機器の増加した新世代の鉄道車両に適合したため、シングルアーム形が主流となるまでは主に関西私鉄(阪急電鉄、阪神電気鉄道、近畿日本鉄道、京阪電気鉄道、南海電気鉄道)、東武鉄道、西日本旅客鉄道(JR西日本)が積極的に採用。
一方で、製造コスト増を忌避し採用しなかった鉄道事業者(東京急行電鉄、京王電鉄や名古屋鉄道等)も多い。
ただ、1990年代以降に、より構造の簡便なシングルアーム形が登場したことで、上記の阪急、阪神、近鉄、南海、JR西日本など下枠交差型を採用してきた鉄道事業者においても、2000年代中頃以降、シングルアーム形が採用されるようになっている。なお、近鉄シリーズ21の一部や京阪13000系電車のように廃車発生品を流用した関係で下枠交差型を使用しているなどの例外はある。
呼び名や外観は違うが、基本原理はどちらも全く同じもの。「脚型」と呼ぶ国もある。日本でこのタイプが高速車両に普及していなかった頃は、欧州同様「Zパンタ」と呼ばれていた。
メインビームは横から見ると「く」の字形をしており、ほかに集電舟の平衡とパンタグラフ全体の変形を防ぐリンクを持つ。摺動抵抗となる関節を減らし、枠の軽量化と高剛性化を両立し、高速時の架線追従性を向上させたもの。受風しにくく、着雪面積が小さい点も有利とされ、実際に降雪地域(特に日本海側の豪雪地帯)では離線防止の目的で換装する例もある。
シングルアームパンタグラフは1955年(昭和30年)にフランスの大手鉄道用機器メーカーであるフェブレー社 (Faiveley S.A.) が開発し、特許を取得した。このため欧州では、路面電車から高速車両まで幅広く普及しており、特に高速化に熱心なフランス国鉄では1960年代後半以降標準的に採用されている。イタリア国鉄や西ドイツ国鉄の車両も、フランスへ乗り入れるものは架線高さの問題もあって、古くからシングルアームパンタグラフが採用されていた。
アメリカ合衆国においては、東海岸の都市部に路線をもっていたペンシルバニア鉄道の高速電車「メトロライナー」(1969年運用開始)に使われ、同社の電気機関車にも採用例があった。同社の旅客輸送および路線を引き継いだアムトラックでも最初の新車となったGE E60形電気機関車以来最新のACS-64形まで、高速列車のアセラ・エクスプレスを含めて電車・電気機関車において一貫して採用されている。
日本では、1955年(昭和30年)に路面電車用ビューゲル製造の大手であった泰平電鉄機械(現・泰平電機)が開発したZパンタグラフが路面電車各社局で使われた。これは、ビューゲルの枠を関節構造とし、リンク装置を設けて本体の倒れ込みを防止している。形状はビューゲルに類似しているが、構造上はパンタグラフの仲間である。スライダーシューが架線を押し上げる力の方向を垂直に近づけて架線の高さの変位に対する押し上げ圧力の変動を減少させたので、ビューゲルの欠点である頻発していた離線が大幅に減少した。車両の方向変換の際の反転操作も不要になり、付随する問題点を解決した。スライダーシューの平衡装置(イコライザー)を持たず、高速運転にも対応していないため、欧州型車両の「Z型パンタグラフ」とは異なる。
一方、高速電車用では、1971年(昭和46年)にフェブレー社製シングルアームパンタグラフの純正品が京阪電気鉄道で2000系に装着して試用されたが採用には至らず、これが高速電車や機関車で一般化したのは、同社の特許保護期間が終了し日本国内メーカーによる製造に制約が無くなった1980年代末以降である。日本で初めて本格的に採用した車両は1990年3月より営業運転を開始した大阪市交通局70系電車である。
集電舟を支持する上枠は逆三角形で、前から見るとY字型をしたものが多かったが、近年さらに簡略化が進み、上枠、下枠とも1本の鋼管で済ませ、前後視ではT字型の形状のものが現れている。新幹線に採用されたタイプは、上枠、下枠が中空構造のパイプとなっており、中に平衡リンクを通すことによって外部に露出する構造物を最小限として、空気抵抗と風切り音の低減化を図っている。慣例で「枠」と呼んでいるが、すでに枠構造を持っておらず、当然、従来型パンタグラフのようなトラス構造にもなっていない。このタイプは、架線高さの上下に対応できる範囲が大きく、最低有効作用高や、折畳み高さが低い点は、地下鉄や中央本線高尾 - 南木曽間・身延線といった狭小トンネルが多い区間では特に有利となるため、速度域がそれほど高くない日本では、高速性能より、この面の有用性が重視されている。
さらに、部品点数が少ないため、製造、保守コストともに安価であることから近年主流になりつつあり、コストメリットのため、事業者によっては、従来からの保有車両に取付けられていた菱形や下枠交差型のパンタグラフを全面的にこれに換装してしまうケースが見られるようになっている。
折りたたみ時の屋上の占有面積が菱形パンタグラフと比べ少なく済む事から、屋上に配置する空調やその他各種機器の配列の自由度が増す他、屋根上重量の軽減にも寄与する。近年路面電車で主流となりつつある超低床電車では、主要機器を床下に配置できないことから、占有面積も少なく軽いシングルアームパンタグラフが屋上の機器の配置がし易くなり、煩雑さを低減させている。
新幹線でも近年はシングルアームパンタグラフの採用例が増えている。新幹線の場合は架線への追随性のみならず、高速走行時に発生する「風切り音」の軽減に主力が置かれている。現在新幹線で主力となっているシングルアーム型は、通常露出しているイコライザーアームが全て中空構造となっている枠の中に収められ、側面から見ると完全な「く」の字型の一本アームとなっている。更にホーン部分に小さい穴を設けることにより、パンタグラフ自体から発生する風切り音を軽減している(後述の通り)。碍子とパンタグラフ基部を覆う車体前後に設けられたスロープ状のパンタグラフカバーと、側面の遮音版によって風切り音を抑える形態が騒音対策、空力抵抗軽減の主流であるが、近年はJR九州800系やJR東日本E2系1000番台の様に、碍子及びパンタグラフ基部に空力的な処理を施し、パンタグラフカバーそのものを廃しているケースもある。新幹線の場合はかつてはパンタグラフカバーによって騒音を低減するという考え方が主流だったが、カバー自体が騒音の元となることが、JR東海の955形"300X"で試用された「ワイングラス型」タイプや、JR東日本の952形・953形"STAR21"、JR西日本500系900番台"WIN350"といった高速試験車、そしてJR総研での風洞実験等で蓄積されたデータによって突き止められてきたことから、現在はカバーに頼ることなくパンタグラフ自体で騒音を軽減するという思想が主流となっている。
その後N700系の様に、シングルアーム型の下枠を極端に短くし、基部ともに流線型のカバーに納めたもの(この場合は遮音板とスロープ状カバーを組み合わせている)や、JR東日本のE954形"FASTECH360"で試用された、関節の無い完全シングルアーム(実際は下枠が極端に短く、カバーに覆われている)のタイプが登場する等、空力と騒音対策の試行錯誤が続いている。
岡山電気軌道の第六代社長であった石津龍輔が1951年に考案した独自のパンタグラフで、社名から「岡電式」「岡軌式」とも呼ばれる。
通常のパンタグラフのように空気圧やばねの力で架線に追従させるのではなく、パンタグラフ下枠を主軸や台枠よりもさらに下に延長し、その下部に下枠交差式パンタグラフを上下ひっくり返したような小型のパンタグラフ機構を形成してその直下に錘をつり下げ、その重力による降下で得られた力でパンタグラフを押し上げ、架線に追随させるものである。
構造上、錘のための小型パンタグラフ機構が台枠の下に組み込まれていることから台枠を屋根上に碍子を介して直接固定することができず、800mm前後の高さの櫓を組んでそこに錘のための機構部を格納し(過去にはこの両側面に広告板を取り付けて運行された例もあった)、その上に台枠を置く必要がある。
枠構造の平衡維持のための機構が備わっておらず高速走行での追随性に難があり、離線も発生しやすいため、路面電車のような低速で走る車両にしか適さないが、ばねも空気配管も不要で保守しやすい長所を持つ。
その開発以来現在に至るまで、岡山電気軌道のみ(9200型を除く)が採用している。
関節構造を用いず、二重の構造体(チューブ、ケース)が伸縮することで架線に追従する構造となっており、前後視ではT字型、側面視ではI型に見え、使用時は屋根上に直立する形となる。このため、関節構造を持たない。JR西日本の新幹線500系電車16両編成のみに採用されていた。
高速走行時の乱流による風切り騒音防止のため、音もなく滑空できるフクロウの羽根の構造を手本に開発された凸モールドがアウターチューブの表面にある(これはボルテックスジェネレータの一種である)。
高速域での安定した伸縮のため、ケース内部にダンパーが装備されているが、これの製造はF1用ショックアブソーバーの製作を通じて300 km/h以上でのデータとノウハウを数多く持つ、ショーワに依頼された。
翼型の長所としては、可動部分がシンプルで軽量、且つ風切り騒音の低減に有利であることで挙げられるが、欠点としては製造維持コストが高いことと、構造上あまり大きく伸縮させることができないため、架線高さの変動幅の大きな在来線では使用できないことがあげられる。
また、後年にシングルアーム型で安価で高性能な新幹線用パンタグラフが開発されたため、500系を開発したJR西日本においてもその後の新型新幹線車両ではT型パンタグラフは採用されておらず、「こだま」に転用改造された500系でも、組成変更に伴うパンタグラフ移設の際、車体の切り欠き加工が必須となることから移設はされず(アルミハニカム構体への穴あけ加工は強度が大きく損なわれるため)、シングルアームパンタグラフに換装されている。最後までT型パンタグラフで運用されていたW1編成が2014年3月28日に廃車されたため、T型パンタグラフは消滅した。
なお、よく「翼型パンタグラフ」と呼称されるが、これは翼型舟体とT型パンタグラフが混同された呼び方であり、正確には両者は別物のため誤った呼称である。
形状がT型類似のパンタグラフはかつて草軽電気鉄道で使用されていた。前節の石津式同様、上昇に錘を用いているが、パンタ押上力の確保にはばねを用いている点が、石津式とも500系とも異なる。
集電装置の基本をなす部品。鋼管を使用し、上枠と下枠からなる。高速時の離線を抑えるため、軽量であることと、十分な剛性と強度を持つことが必要となる。200 km/hを超える条件下で使用されるものは、空力も重要な設計用件となる。
パンタグラフが架線と接触する部分をスライダー(すり板、摺り板)または集電舟と呼ぶが、このスライダーは架線との接触状態を保った状態で走行するため、走行中は常に摩擦された状態になる。したがって使用しているうちに摩耗してくるので、定期的な交換が必要である。
スライダーの材質はカーボン(グラファイト)や銅系の焼結合金が主流であり、特性に応じて使い分けられている。一般的にカーボンすり板は離線によるアークに強く、金属すり板は伝導率が良いために大電流を流しやすい。そのほかの材質として、摩耗を少なくするために鉄系の焼結合金にしたり、銅系の合金に油脂や二硫化モリブデンなどの潤滑剤を混ぜて造ることもある。ただし、スライダーに摩耗の少ない材料を使用する場合、架線の摩耗が早くなることを考慮する必要がある。
また、スライダーの磨耗点が一点に集中することを防ぐため、一般にパンタグラフ集電の路線においては直線部分の架線は緩いジグザグ状に張られている。
通常スライダーは菱形・シングルアーム形共に2枚付いている事が多いが、新幹線では騒音防止のため1枚に減らされた。また第二次世界大戦前後の一部の電車でも1枚のものがあった。路面電車の菱形パンタグラフでは1枚であることが多い。
架線と接触する部分をローラーとして回転する形態となっているもので、接触部の磨耗を抑制する狙いがある。
日本では1914年(大正3年)に鉄道院デハ6340系に採用されたが、重量が過大で高速運転時に離線トラブルを起こしがち(架線追随性が悪く、度々アーク放電を起こして架線を断線させた他、軌道の状況が悪い区間ではパンタグラフが激しく上下動してタンピングを引き起こしていた)で、開業記念運転時に運転不能になるという致命的トラブルを起こしたことから、電車の運行を中止し、通常のシュー式に改造するという事態に陥った。低速での運行を行う坑内軌道ではその後も一部で用いられた。
新幹線E5系及びE6系にて採用されたもの。スライダー自体を分割し、それぞれにスプリングを組み込んだもの。これによって追従性が格段に向上し、運転時の集電装置使用数を1つに削減することに成功した。
スライダー両端の湾曲した部分で、ホーンとは角(つの)意味。架線の障害(通常走行時では分岐器等によって架線が交差する部分等)で偏倚が極端に大きくなった場合など、万一の際に集電装置の復元を助け、逸脱を防ぐ。車両やパンタグラフの形式によって、先端が一本のもの、二本のもの、先端が一本にまとまったY型など、形状も様々である。菱形パンタグラフは、日本では登場当初より長らくスライダーそのものがホーンとなっていて、これを平形ないしは船形と呼ぶ。その後私鉄ではPT43(一部例外あり)やPT44、国鉄ではPS21でスライダーとは別にホーンパイプが設けられ、スライダーそのものは集電に徹するようになっている。これによってスライダーが短縮され、その分軽量化に寄与している。現在、ホーンの先端には蛍光色のペイントもしくはテープの巻き付けが広く行われるようになっている。
新幹線用では、波線状に多数の長穴が開けられており、穴の中を抜ける気流により、カルマン渦を小さくし、高速時の「エオルス音(鈍音)」の発生を抑えている。
パンタグラフのイコライザーは、走行時に架線との間に働く摩擦力による、枠とスライダーの傾きを防ぐ平衡装置である。
留置時など、集電装置がばねの力で跳ね上がらないようにするためのフック状の留め金。
車両と集電装置の間に位置し、絶縁用に使われる部品。
交流用など電圧の高い場合は絶縁間隔確保のために段数が増え、海底トンネルや風の強い沿岸部で使われる場合、塩害を防ぐため、さらにシリコン系の絶縁材を塗布する場合がある。
通常は屋根上と集電装置の台枠の間に垂直に挿入して絶縁間隔を確保するが、トンネルなどの断面形状が小さく車両限界に制約がある場合には、碍子を横倒しに配置して台枠高さを可能な限り引き下げる例が近畿日本鉄道などで見られる。
既述のとおり、新幹線車輌によっては、碍子自体に空力的な形状処理を施し、騒音の軽減を図った碍子を採用するケースが増えている。
碍子の形状は風洞実験によって決定され、車輌の外観上のアクセントともなっている。
寒期に車上の集電装置を使用し架線に付着した霜や氷などを掻き取るものを「霜取り用」「除霜用」と称する。集電機能を持たない霜取り専用のものある。また、霜による離線の際に発生するアークを防止する目的でパンタグラフを2台化する場合や、走行方向の関係から霜取り作業用として増設したパンタグラフで集電しながら既設のパンタグラフで霜取りをする場合もある。
日本では新交通システムを除く一般鉄道で実用化されなかったが、ヨーロッパの一部では架空線の三相交流電化が行われている。ポール集電におけるダブルポール同様に架線を並行して2本張り、集電装置は横に2基を並べて集電を行う方式と、1基の集電装置に電気的に独立した2つの集電舟を左右に並べて装備する方式があるほか、初期の三相交流電化では架線を縦に3本張り、集電装置も縦に3機を並べて集電を行う方式も存在した。
日本ではパンタグラフは現在、東洋電機製造と工進精工所で製造されている。
かつては日立製作所、東芝、三菱電機、富士電機でも製造されていた。このうち日立製は相模鉄道、東芝製は阪急電鉄(神宝線管内のみ)、三菱電機製は神戸電鉄、富士電機製は山陽電気鉄道などで使用されていたが、いずれの会社も車両の経年廃車、パンタグラフ自体の更新などにより、現在は少数の車両を除き使われていない。
パンタグラフの押上力は、摺り板の磨耗や架線への追従性を考慮して静止状態で50N(およそ5kgf)以下であり、湿った雪が積もった程度でも離線してしまうほどである。
架空電車線方式では集電装置の高さと架線との高さ(建築限界・車両限界)などが異なる区間を走行する場合もままありうる。そういった区間を走行する場合には、通例高さが低い方に合わせる。これは他社の郊外路線と直通する地下鉄などが当てはまる。日本の旧国鉄では、電化工事の際、工期短縮と工費節減を目的として、明治時代に建設された設備(主にトンネル)を、大規模な改修を行わずにそのまま使用した箇所があり、これらの限界が他の線区より狭い。中央本線の高尾 - 中津川の山岳区間、篠ノ井線、私鉄を国有化した路線である身延線、民営化後に電化された予讃線の愛媛県内などの線区が知られている。飯田線も戦時買収私鉄であるが、この事例には該当しない。
国鉄時代、これらの「狭小トンネル」区間に使用または直通する車両は、パンタグラフの折りたたみ時に架線との一定の距離を保つため、その時の高さを通常より低くすること(国鉄の通常の直流区間向け車両では軌道上面から4,000 mm以上。中央本線は3,980 mm。身延線は3,960 mm。予讃線は3,900 mm)や、電気保安装置である避雷器など周辺装置、屋根上のヘッドライトなどの移設を行うことが求められ、既存車の改造や、既系列の新車を設計変更することで対応していた。特に移設装置で目立つものが避雷器であったことから、これらは避雷器移設工事車両といわれた。またパンタグラフ部の屋根を切り欠いて設置位置を低くしたものを低屋根車両と称する場合もあり、特に中央本線向けの車両は、勾配用に低められた電動車の歯数比との組み合わせで「山用電車」と呼ばれることもあった。これらの仕様は42系・71系・72系・80系・101系・115系・165系・JR東海211系などに見られ、72系以降の該当車両には主に800番台などの番台区分がなされている。
しかし、元々重心を下げる目的で全高を抑えた設計の特急形電車や、国鉄分割民営化後に該当路線に投入された車両は、低屋根車両とは呼ばれない。また、交流形電車・交直流電車については、20,000 Vの特高圧電流を使用する交流電化区間でその保安上、架線およびパンタグラフの基部を直流区間の場合よりも高い位置に取る必要がある事、あわせて関連機器を屋根上にも装備するためのスペースを確保しなければならない事から、元より前述の低屋根に近い設計がなされている。このことから前述の低屋根車両には該当しない。
中央本線については、最低作用高さと折りたたみ高さを低減したパンタグラフ(PS23形・PS24形、シングルアームのPS35形)が開発され、既存または新規の全高の高い車両もこれらのパンタグラフを搭載することでパンタグラフ降下時に架線との距離をクリアすることが可能になり、低屋根車両を製造する必要性がなくなった(対応車両は車番の前に◆のマークが付けられた)。それ以前に製造された低屋根車両は経年廃車が進み、数が減少している。ただし、身延線ではこれでも通れないため、パンタグラフ取り付け部を20 mm下げた専用の低屋根車両(115系2600番台電車)が製造された。なお、JR東海の現在の新型車(373系・313系)は改良型シングルアーム(C-PS27A形)を装着するなど、身延線を走行することを想定した屋根高さで設計されている。
予讃線の場合はさらに条件が悪いため、特別仕様のパンタグラフ(S-PS58形、S-PS59形)を装備し、新造車では屋根全体を低めている。
第三軌条方式では、台車の外側に取り付けられた集電装置(集電靴(しゅうでんか)英: contact shoe。日本語では「コレクターシュー」と称する)によって第三軌条から集電する方法が一般的である。架線と異なり柔軟性がないため、高速運転には不向きである(日本での第三軌条区間最高速路線は近鉄けいはんな線の95km/h)。イギリスのユーロスター走行区間では160km/h運転を行っているが、フランス国内の区間との速度差が大きいこともあり、架空線方式の高速新線 (CTRL) に順次切り替えられている。
日本では主に地下鉄事業者に採用され、それ以外の事業者では北大阪急行電鉄と近鉄けいはんな線のみ地上区間での採用となっている。これらの路線は、Osaka Metro御堂筋線や中央線に相互直通運転するため第三軌条方式を採用している。かつては信越本線の横川 - 軽井沢間の碓氷峠のアプト区間でも一時期採用されていた(なお、同区間は日本で最初の幹線電化区間である)。営業路線以外では、鹿児島県いちき串木野市にある金山跡を活用した観光施設「薩摩金山蔵」において、この方式を採用したかつての専用軌道が観光用として運行されている。
ロンドン地下鉄では、世界でも非常に珍しい「四軌条方式」(Four-rails system) を採用している。通常配置の第三軌条には直流+420 V、走行用レールの間に置かれた「第四軌条」(Fourth Rail) には直流-210 Vがそれぞれ印加されており、トータルで630 Vを得る仕組みとなっている。
路面電車で第三軌条を使用する地表集電方式の事例がある。
アルストムの子会社であるINNORAILが開発したAlimemtation par le Sol (APS)が、ボルドーの路面電車で使用されている。これは、軌道中央に給電用のレールを敷設し、車両側に取り付けられた集電靴で集電するシステムだが、そのままでは歩行者が集電レールを踏むと感電してしまう。そこで8mの集電セグメントと2mの絶縁セグメントに集電区間を区切り、絶縁セグメントの前後の給電セグメントを給電ボックスで区切って敷設し、車体側に取り付けた設置アンテナから信号を送ることにより、給電セグメントのON/OFFを走行しながら繰り返す、これにより、電流が流れている区間を電車と共に移動させ、感電を防いでいる。建設コストが架空線方式よりも割高になるが、架線によって都市景観が損なわれないため、ボルドーでは景観保護を重点的にしている区間をAPSシステムとしている。今後はフランスのランス、アンジェ、オルレアンB線がこの方式を採用することを決定している。
APS以外の地表集電方式として「コンデュイット方式」がボルドー、ロンドン、ニューヨーク等の路面電車で採用されていた。これは地中に埋設した給電線から、車体側に取り付けられた「脚」に取り付けられた集電靴で集電するものであった。この方式は、地面を60cm程度掘削する必要があり、保守にも手間が掛かる等様々な問題点があったことから、現在までに路線は全て廃止されている。現在ロンドンの鉄道博物館にこのシステムの解説が展示され、ボルドーには当時の車両が保存されている。