Onttrekken van elektriciteit via bovenleiding

In Nederland krijgen alle trams hun elektriciteit via een bovenleiding: een draad boven het spoor die met elektriciteit gevoed wordt vanuit een onderstation. Via een pantograaf op het dak van het voertuig komt de elektriciteit bij de motoren in het voertuig. Vaak is in de bovenleiding ten opzichte van het spoor een lichte zigzag in de draad aanwezig, zodat het sleepstuk van de pantograaf gelijkmatig slijt.

Voor de ophanging van de bovenleiding geldt dat er twee systemen gangbaar zijn, namelijk:

• klassieke trambovenleiding
  Dit type bovenleiding bestaat uit dwarsverbindingen of uithouders die de rijdraad boven het spoor houden. Het voordeel van een klassieke trambovenleiding is het gebruik van een enkele of dubbele (rij)draad boven het spoor: dat vermindert de visuele aanwezigheid van de bovenleiding in de omgeving. Het nadeel is dat de rijdraad niet horizontaal hangt, waardoor de rijsnelheid is begrensd (waslijneffect, zie figuur 8-52). Daarnaast is de capaciteit van de rijdraad beperkt en daarmee de weerstand hoog, waardoor meer onderstations of (dikkere) voedingsdraden nodig zijn. Bovendien bestaat bij een eventuele draadbreuk het risico dat de (onder spanning staande) draad personen of objecten op de grond raakt.
• kettingophanging
  Dit type bovenleiding bestaat uit dwarsverbindingen die een draagkabel met daaraan de rijdraad boven het spoor houden. Daardoor zijn minder dwarsverbindingen nodig om de bovenleiding op de juiste plek te houden, maar de kettingophanging is meer nadrukkelijk in het straatbeeld aanwezig. Voordeel is dat de rijdraad met hangdraden aan de draagkabel hangt en dat deze daardoor horizontaal hangt, waardoor hogere rijsnelheden mogelijk zijn. Omdat de kettingophanging zelf ook stroom geleidt, zijn minder onderstations of (dunnere) voedingsdraden nodig in vergelijking met de klassieke trambovenleiding om hetzelfde gebied of aantal voertuigen te kunnen voeden.

De bovenleiding wordt op zijn plek gehouden door dwarsverbindingen: spandraden of uithouders. Deze kunnen zijn bevestigd aan bovenleidingmasten of muurhaken om de bovenleiding in de lucht op de juiste plek te houden en het juiste zigzagpatroon te realiseren. Bij gebruik van muurhaken moet de constructie van het gebouw de bovenleiding kunnen dragen. Daarnaast zijn afspraken met pandeigenaren noodzakelijk om de bovenleiding te kunnen aanbrengen en onderhouden, al kan dit ook in een APV geregeld zijn. Bij bovenleidingmasten is dit niet nodig omdat deze onderdeel zijn van de openbare ruimte. Daar staat tegenover dat deze masten nadrukkelijker aanwezig zijn in de buitenruimte. Bovendien is specifieke aandacht nodig bij de plaatsing van masten: deze dienen het vrije zicht van weggebruikers op verkeerstekens en andere verkeersdeelnemers zo min mogelijk te beperken. Plaats masten bij voorkeur niet op aanrijdgevoelige plekken – zoals net voorbij kruispuntvlakken of aan de buitenzijde van bochten. Vooral middenmasten (met weinig ruimte tussen tram en mast) kunnen bij aanrijdingen een risico vormen doordat de tram een aangereden voertuig tegen de mast aan kan drukken. Het enkele meters verder plaatsen van een middenmast of een bovenleidingportaal met voldoende afstand aan weerszijden van de tramsporen, kan dan een veiligere oplossing zijn.

Trams in Nederland en omliggende buitenlanden rijden op gelijkspanning. Amsterdam, Rotterdam en Den Haag passen een spanning van 600 volt toe en Utrecht van 750 volt. De voeding vindt plaats vanuit een onderstation via de rijdraad, de retourstroom gaat via de spoorstaven. De rijdraden vormen daarom een risico in de stedelijke omgeving: alles wat in of aan de bovenleiding hangt en stroom geleidt, staat onder dezelfde bovenleidingspanning. De hoogte waarop de rijdraad hangt, beperkt het risico dat mensen zelf in aanraking komen met de bovenleiding. Bij incidenten bestaat er echter elektrocutiegevaar: bijvoorbeeld als een (te) hoog voertuig de rijdraad raakt of er boomtakken of andere voorwerpen in de bovenleiding hangen.

De stroomcapaciteit van de bovenleiding en het (maximum)aantal trams dat tegelijkertijd in een stroomsectie rijdt, bepalen de behoefte voor het aantal onderstations in een gebied die de stroom omvormen tot de juiste spanning om de bovenleiding te voeden. Onderstations nemen ruimte in en de apparatuur in de onderstations produceert geluid en elektromagnetische straling; inpassing van onderstations in een bebouwde omgeving kan daarom complex zijn. Een versterkingsleiding of dubbele rijdraad is een mogelijke aanvulling op de rijdraad of kettingophanging om de capaciteit in een bepaalde stroomsectie te kunnen verhogen (zie figuur 8-55).

Om de impact van verstoringen te beperken, zijn bovenleidingsystemen opgesplitst in secties: valt in een sectie de stoom uit, dan kunnen trams in een andere sectie ongehinderd blijven rijden. Stroomsecties zijn gescheiden door een kort stroomloos gedeelte: de sectie-afsluiter of lijnonderbreker (figuur 8-56). Bij passage van een dergelijke afsluiter krijgen trams dus korte tijd geen spanning. Komt het tramdeel met de pantograaf tot stilstand in het spanningsloze gedeelte, dan kan de tram niet zelfstandig verder rijden en moet deze door een andere tram worden weggesleept of opgeduwd. Vraagt de tram bij een passage veel stroom, dan kan een vlamboog ontstaan: een felle lichtflits omdat de stroom tussen rijdraad en pantograaf door de lucht wordt geleid - een fenomeen vergelijkbaar met bliksem. De hoge temperaturen die daarbij ontstaan, zorgen voor extra slijtage. Omdat dit ongewenst is, passeren trams sectie-afsluiters stroomloos door zo min mogelijk stroom te vragen - dus op dat moment niet te remmen of op te trekken. Plaat sectie-afsluiters dus bij voorkeur op locaties waar een tram niet hoeft te stoppen, te remmen of te accelereren, dus bijvoorbeeld niet op of vlak voor kruispunten, bij haltes, op brughellingen.