Đầu máy điện ngầm London đầu tiên dùng điện áp 600 V DC và chỉ chạy khi tàu dừng

Tàu điện ngầm London là hệ thống tàu điện ngầm lâu đời nhất thế giới, và ngay từ những năm đầu, nó đã phải giải bài toán kỹ thuật hóc búa: làm sao đưa điện xuống một đường hầm sâu dưới lòng đất mà không gây nguy hiểm cho hành khách. ^[1][2]

Ray thứ ba và điện áp 600 V DC

Giải pháp được chọn là ray thứ ba — một thanh ray dẫn điện đặt dọc theo đường ray, tách biệt với ray tàu chạy. Đầu máy tiếp điện qua một thanh trượt (shoe) cọ lên ray này, thay vì dùng dây điện trên cao như các tuyến đường sắt mặt đất thời đó. Điện áp danh định của hệ thống là 600 V DC, một mức được nhiều tuyến đường sắt đô thị tiên phong ở châu Âu và Mỹ sử dụng. ^[1][3]

Vì sao chỉ chạy khi tàu dừng?

Đầu máy điện đầu tiên trên tuyến City and South London Railway (nay là một phần của Northern line) có thiết kế tiếp điện rất khác ngày nay: chỉ khi tàu đứng yên tại ga, một cơ cấu mới hạ thanh trượt xuống tiếp xúc với ray thứ ba để lấy điện. Khi tàu chạy, thanh trượt được nâng lên khỏi ray. ^[1][2]

Cách làm này khiến động cơ không thể nhận điện liên tục trong lúc di chuyển — nghĩa là đầu máy không thể tự chạy suốt hành trình bằng chính nguồn điện đó. Thiết kế mang tính thử nghiệm và an toàn quá mức này nhanh chóng bộc lộ hạn chế. ^[1][4]

Từ thử nghiệm đến chuẩn mực

1. 1890

   City and South London Railway mở cửa, trở thành tuyến tàu điện ngầm điện chạy ngầm đầu tiên trên thế giới, dùng ray thứ ba 600 V DC.

2. Đầu thập niên 1900

   Các tuyến mới như Central London Railway hoàn thiện hệ thống tiếp điện liên tục, cho phép đầu máy lấy điện trong khi chạy.

3. Thế kỷ 20

   Ray thứ ba 600 V DC trở thành tiêu chuẩn của London Underground và nhiều hệ thống tàu điện ngầm khác.

• Ray thứ ba nằm sát mặt đường ray nên nguy cơ điện giật cao hơn dây trên cao — một lý do khiến thiết kế ban đầu phải cực kỳ thận trọng. ^[1][4]
• Việc chỉ tiếp điện khi dừng ga đồng nghĩa đầu máy phải dựa vào quán tính hoặc cơ cấu khác giữa các ga, khiến vận hành kém hiệu quả. ^[1][2]
• Chính những hạn chế này đã thúc đẩy các kỹ sư phát triển thanh trượt tiếp xúc liên tục, mở đường cho tàu điện ngầm hiện đại. ^[3][4]

Di sản kỹ thuật

Điện áp 600 V DC vẫn là chuẩn của London Underground đến nay, nhưng cách tiếp điện thì đã thay đổi hoàn toàn: thanh trượt luôn tiếp xúc với ray thứ ba trong suốt hành trình, cho phép tàu chạy liên tục và đạt tốc độ cao hơn nhiều. Câu chuyện về đầu máy 1890 nhắc nhở rằng ngay cả những hệ thống hạ tầng quen thuộc nhất cũng từng bắt đầu bằng những giải pháp vụng về nhưng cần thiết. ^[1][2][4]