Desenvolvimento Inicial
O desenvolvimento inicial da tecnologia do terceiro trilho resultou de inovações na tração elétrica durante o final do século 19, com base em experimentos com sistemas ferroviários motorizados para substituir o transporte a vapor e puxado por cavalos. A primeira ferrovia a usar um terceiro trilho central foi a Bessbrook and Newry Tramway, na Irlanda, inaugurada em 1885 como uma linha hidrelétrica de bitola estreita de 3 pés (914 mm) que transporta passageiros e carga. Granville T. Woods, um inventor afro-americano, contribuiu significativamente ao patentear melhorias no terceiro sistema ferroviário, incluindo uma ferrovia elétrica com segurança aprimorada em 1901 (Patente dos EUA 684.413). Frank J. Sprague desempenhou um papel fundamental em suas demonstrações de sistemas de bondes elétricos na década de 1890, mais notavelmente a Richmond Union Passenger Railway em Richmond, Virgínia, que iniciou suas operações em 1888 como a primeira ferrovia urbana elétrica bem-sucedida em grande escala do mundo, abrangendo 19 quilômetros em terrenos montanhosos e provando a viabilidade do controle de unidades múltiplas para veículos elétricos. Embora este sistema utilizasse principalmente fios aéreos para coleta de energia, os avanços de Sprague no projeto de motores e controle de trens influenciaram a transição para métodos de eletrificação baseados em trilhos, incluindo configurações de terceiros trilhos.
Um marco importante na adoção do terceiro trilho veio com a Liverpool Overhead Railway, na Inglaterra, inaugurada em 6 de março de 1893, como a primeira linha ferroviária elevada elétrica do mundo alimentada por um terceiro trilho central a 525 V DC, posicionado entre os trilhos para fornecer corrente para trens elétricos leves de unidades múltiplas. Esta linha portuária de 6,5 milhas demonstrou a praticidade do terceiro trilho para o transporte urbano e industrial, utilizando sinalização automática e frenagem regenerativa para aumentar a eficiência e a segurança. O sucesso do sistema destacou as vantagens do terceiro trilho em relação aos fios aéreos em estruturas fechadas ou elevadas, onde a flacidez e a manutenção dos fios eram preocupações.
Nos Estados Unidos, o terceiro trilho ganhou destaque com o metrô Interborough Rapid Transit (IRT) na cidade de Nova York, que começou a operar em 27 de outubro de 1904, empregando um terceiro trilho de superfície de 600 V DC ao longo de sua rota inicial de 9 milhas da Prefeitura até a 145th Street. Alimentada por sapatas de contacto que deslizam ao longo dos carris, esta configuração permitiu um trânsito subterrâneo rápido para a metrópole em crescimento, com comboios a atingir velocidades de até 35 mph e transportando mais de 300.000 passageiros no dia da inauguração. A implementação do IRT marcou a adaptação do terceiro trilho aos ambientes subterrâneos, onde as linhas aéreas eram impraticáveis devido às restrições de altura do túnel.
A tecnologia evoluiu a partir de sistemas de conduítes anteriores, que colocavam um condutor protegido em uma fenda subterrânea para bondes, como pioneiro em instalações como Eckington e Soldiers' Home Railway de Washington, D.C. em 1888 para cumprir as proibições de fios aéreos. Essas configurações de conduítes, adaptadas da infraestrutura do teleférico, permitiam que os carrinhos extraíssem energia por meio de um arado mergulhado na fenda, mas sofriam com altos custos de construção, quebras frequentes devido à entrada de detritos e água e velocidade limitada. No início de 1900, os engenheiros mudaram para um terceiro trilho de superfície exposta para linhas ferroviárias dedicadas, oferecendo instalação mais simples, melhor acessibilidade para manutenção e maior capacidade de corrente, embora exigindo separação de níveis para evitar interferência no nível da rua.
Antes de 1920, os desafios de segurança dominavam a implantação do terceiro trilho, já que o condutor de alta tensão exposto representava riscos de eletrocussão para os trabalhadores dos trilhos, passageiros que caíam nos trilhos e até mesmo para as equipes de manutenção. Essas preocupações levaram a inovações como coberturas de madeira sobre o trilho para isolá-lo e protegê-lo, conforme implementado no sistema IRT, onde o terceiro trilho foi montado 7 polegadas acima dos dormentes e protegido por uma bainha de madeira de 2 polegadas de espessura. Barreiras físicas, tais como plataformas vedadas e isoladores rígidos, também foram introduzidas para evitar contactos acidentais, com regulamentos iniciais obrigando sapatos isolados e ligação à terra para veículos; apesar disso, incidentes como choques durante o tempo chuvoso sublinharam a necessidade de aperfeiçoamentos contínuos nos sistemas de isolamento e detecção.[90]
Expansão Moderna
Após a Segunda Guerra Mundial, os terceiros sistemas ferroviários experimentaram uma expansão significativa nas redes metropolitanas urbanas, impulsionadas pela reconstrução do pós-guerra e pelo crescimento da população urbana. Em Londres, a Linha Victoria foi inaugurada em etapas a partir de 1968, representando a primeira grande nova linha de metrô em décadas e utilizando a configuração padrão de quarto trilho de 630 V DC para estender a conectividade de Walthamstow Central a Victoria. Da mesma forma, o Metrô de Paris viu extensões para a Linha 13, com a fusão de segmentos da Linha 14 em 1976 (planejada na década de 1960) para melhorar as ligações norte-sul, mantendo ao mesmo tempo seu fornecimento de terceiro trilho de 750 V DC em toda a rede em crescimento. Em Nova York, a terceira infraestrutura ferroviária do metrô (600 V DC) apoiou expansões planejadas no âmbito do Programa de Ação de 1968, que visava acrescentar mais de 100 km de novas linhas, embora muitos projetos enfrentassem atrasos; as atualizações contínuas incluíram substituições de terceiros trilhos nas linhas IRT na década de 1970 para aumentar a confiabilidade.[95]
No século 21, os sistemas de terceiros trilhos incorporaram avanços em automação e eficiência energética. A automação tornou-se proeminente com a operação totalmente sem motorista da Linha 1 do Metrô de Paris em 2011, a linha mais antiga a adotar o Grau de Automação 4 usando sua energia existente no terceiro trilho, melhorando a frequência e a segurança. Tecnologias de recuperação de energia, como conversores CC-CC, surgiram na década de 2010 para capturar energia de frenagem regenerativa em redes de terceiros trilhos CC, permitindo ganhos de eficiência de até 30% ao armazenar ou redistribuir energia de volta à rede ou a outros trens.[97] Até 2024-2025, os esforços de sustentabilidade integraram fontes renováveis, exemplificadas pelas subestações assistidas por energia solar nos sistemas ferroviários; por exemplo, o primeiro projeto ferroviário integrado renovável da China na linha eletrificada de CA Baotou-Shenmu apresentava um sistema fotovoltaico de 6 MW na subestação de Liujiagou em outubro de 2025, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis, com princípios semelhantes aplicáveis às redes urbanas de terceiros trilhos de CC.[98]
Embora o uso do terceiro trilho tenha diminuído nas ferrovias principais devido às limitações de velocidade e segurança que favorecem os sistemas aéreos de CA, ele persiste no trânsito urbano devido à sua compactação em túneis e metrôs. As abordagens híbridas promovem a interoperabilidade, como visto com os comboios Eurostar equipados para o terceiro carril de 750 V CC nas abordagens do Reino Unido ao Túnel da Mancha desde 1994, permitindo uma operação transfronteiriça contínua.[99] As recentes construções do metrô asiático, como as atualizações do metrô de Calcutá com segmentos terceiros ferroviários de alumínio em 2024, ressaltam a adoção urbana contínua para rotas de alta densidade.[100]