รางที่สี่

รางที่สี่ หรือ อังกฤษ: Fourth Rail เป็นรางตัวนำไฟฟ้าอีกรางหนึ่งที่ใช้ในการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับการเดินรถระบบราง โดยเป็น return path ของรางที่สาม รางที่สี่นี้ปกติถูกวางไว้ระหว่างรางวิ่งทั้งสอง โดยทั่วไปของการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้การเดินรถระบบราง กระแสไหลกลับจะวิ่งผ่านทางรางวิ่งทั้งสอง

การเดินรถในระบบรางที่ใช้ไฟฟ้าเป็นพลังงานฉุดลากขบวนรถไฟ ในปัจจุบันจะใช้พลังงานไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าย่อยที่สร้างขึ้นต่างหาก แยกจากไฟฟ้าสำหรับชุมชนหรือเพื่อการพานิชย์อื่นไฟฟ้าที่ใช้ในการเดินรถมีทั้งการใช้กระแสสลับและกระแสตรง รายละเอียดหาอ่านได้จาก การจ่ายไฟฟ้าให้ระบบราง ระบบรางที่สี่ใช้กับระบบการเดินรถไฟด้วยไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น

กระแสตรงที่ใช้ส่วนใหญ่มีแรงดันที่ 750 V ถูกส่งมาในรางที่สามที่เป็นตัวนำไม่หุ้มฉนวน และไหลกลับไปในรางวิ่งสองราง รางที่สามจะวางขนานไปกับรางวิ่ง แต่อยู่ด้านนอก และอยู่คนละฝั่งกับชานชลาเพื่อความปลอดภัย หัวรถจักรรับพลังงานไฟฟ้าจากรางที่สามผ่านทาง'รองเท้า' ที่ติดอยู่ด้านล่างของตัวรถ ไฟฟ้าดังกล่าวถูกจ่ายให้มอเตอร์ขับเคลื่อนขบวนรถและอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ กระแสไฟฟ้าจะไหลกลับแหล่งกำเนิดผ่านทางล้อรถไฟที่เป็นเหล็กและรางวิ่งจนครบวงจร ในบางกรณี รางวิ่งไม่สามารถใช้เป็นตัวนำส่งผ่านกระแสไหลกลับได้ จึงต้องวางรางตัวนำเพิ่มเป็นรางที่สี่

รถไฟใต้ดินลอนดอนในประเทศอังกฤษเป็นหนึ่งในเครือข่ายไม่กี่เครือข่ายที่ใช้ระบบรางที่สี่ รางที่เพิ่มมานี้ถูกใช้เป็น return path โดยที่ในระบบรางที่สามและระบบเหนือศีรษะใช้รางวิ่งเป็น return path บนรถไฟใต้ดินลอนดอน รางที่สามถูกวางอยู่ข้างรางวิ่ง มีกระแสไฟ 420 V DC, และรางที่สี่ถูกวางตรงกลางระหว่างรางวิ่งทั้งสอง มีกระแสไฟ -210 V DC ซึ่งเมื่อรวมกันจะให้แรงฉุดที่ 630 V DC ระบบเดียวกับที่ใช้สำหรับรถไฟใต้ดินสายที่เก่าแก่ที่สุดของมิลาน, สายรถไฟใต้ดิน 1 ของมิลานซึ่งมีหลายเส้นทางล่าสุดใช้ทั้งแบบ catenary เหนือศีรษะและแบบรางที่สี่

รูปแบบนี้ถูกนำมาใช้เพราะปัญหาจากกระแสไหลกลับ ซึ่งควรมาทางรางวิ่ง(สายดิน) แต่กลับไหลทางผนังอุโมงค์เหล็กแทน สิ่งนี้ทำให้เกิดความเสียหายจากไฟฟ้า shock และแม้กระทั่งการอาร์คเป้นประกายไฟถ้าทุกส่วนของอุโมงค์ไม่ bond กันให้ดี เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลไม่สะดวกช่วงรอยต่อจะทำให้เกิดประกายไฟกระโดดข้ามระหว่างตัวนำได้ แต่ปัญหาก็เลวร้ายลงไปอีกเพราะกระแสไหลกลับยังมีแนวโน้มที่จะไหลผ่านท่อเหล็กที่ใกล้เคียงที่ใช้สร้างท่อน้ำและท่อก๊าซ บางส่วนของท่อเหล่านี้คือท่อเมนวิคตอเรียที่สร้างก่อนรถไฟใต้ดินกรุงลอนดอนไม่ได้ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อรับกระแสและไม่มีการ bond เพียงพอระหว่างกลุ่มท่อ ระบบรางที่สี่แก้ปัญหานี้ แม้ว่าการจ่ายกระแสไฟฟ้ามีจุดกราวด์ที่ถูกสร้างขึ้น การเชื่อมต่อแบบนี้ยังได้มาโดยใช้วัสดุที่มีความนำไฟฟ้าสูงซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่ากระแสดินที่กระจัดกระจายจะถูกจัดการให้อยู่ในระดับที่บริหารจัดการได้

รถไฟใต้ดินกึ่งพื้นผิวในกรุงลอนดอนยังทำงานในรูปแบบรางที่สี่ในหลายพื้นที่ (เช่นสาย Piccadilly และสายบริการปริมณฑล Uxbridge) ขบวนบรรทุกกึ่งพื้นผิวและขบวนระดับลึกวิ่งบนรางเดียวกัน

บนรางที่รถไฟใต้ดินลอนดอนใช้ร่วมกับรถไฟแห่งชาติแบบรางที่สาม (เบเกอร์ลูและเส้นในเขตอำเภอ), รางที่สี่อยู่ตรงกลางเชื่อมต่อรางวิ่งทั้งสอง ที่ช่วยให้ทั้งสองประเภทของรถไฟทำงานที่แรงดันประนีประนอมที่ 660 V รถไฟใต้ดินวิ่งผ่านจากส่วนหนึ่งไปยังอีกส่วนหนึ่งที่ความเร็วการเชื่อมต่อไฟฟ้า lineside และความต้านทานแยกทั้งสองประเภทของแหล่งจ่าย

รถไฟระบบที่ใช้รางที่สี่บางครั้งทำงานบนระบบรถไฟแห่งชาติที่เป็นระบบที่ใช้รางที่สาม ในขณะที่ใช้ระบบรางที่สาม รองเท้าสำหรับรางที่สี่ที่อยู่ตรงกลางจะถูก bond เข้ากับล้อเพื่อทำ return path ผ่านทางรางวิ่งทั้งสอง การ bonding นี้จะต้องถูกเอาออกก่อนใช้งานอีกครั้งเมื่อกลับมาวิ่งบนระบบรางที่สี่เพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจร

มีบางสายของรถไฟใต้ดินในกรุงปารีสประเทศฝรั่งเศสที่ใช้ระบบสี่รางโดยมีรางที่สามและที่สี่อยู่ระหว่างรางวิ่ง เนื่องจากสายเดินรถเหล่านี้ใช้ล้อทำด้วยยางธรรมชาติ ซึ่งวิ่งบน roadway แคบๆสองเส้นคู่ ทำด้วยเหล็ก บางช่วงเป็นคอนกรีต เนื่องจากยางนำไฟฟ้ากลับไม่ได้ รางเหล็กกั้นตามแนว roadway ทั้งสองด้านจึงถูกทำเป็นรางตัวนำ ดังนั้นอย่างน้อยมันก็สามารถทำตัวเหมือนระบบสี่รางได้ ราวเหล็กด้านหนึ่งถูก bond เข้ากับ roadway แถวหนึ่งที่ถูกกำหนดให้เป็น return path เพื่อให้ระบบนี้ใช้ไฟ DC ได้อีกเพียงขั้วเดียวคือไม่บวกก็ลบ รถไฟถูกออกแบบมาเพื่อทำงานจากขั้วของแหล่งจ่ายอย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น เพราะเส้นบางช่วงใช้ไฟฟ้ากลับขั้วที่ปลายด้านหนึ่งทำให้รถไฟวิ่งกลับทางเป็นการจบการเดินทางในเส้นทางนั้น

ระบบ monorail ยกระดับที่ National Motor Museum, Beaulieu ถึงแม้จะถูกเรียกว่ารางเดี่ยว ระบบจะใช้ล้อรถเป็นยางธรรมชาติที่วิ่งบนรางโลหะ 2 ราง ข้างละรางของ guide ตรงกลาง เนื่องจากยางธรรมชาติไม่นำไฟฟ้าจึงต้องใช้ 2 รางเป็นรางนำกระแสไฟฟ้า อีก 2 รางเป็นทางกระแสไหลกลับ(ถึงได้เรียกว่าระบบสี่ราง)