Línea aérea

Una línea aérea o cable aéreo es un cable eléctrico que se utiliza para transmitir energía eléctrica a locomotoras eléctricas , unidades múltiples eléctricas , trolebuses o tranvías . El término genérico utilizado por la Unión Internacional de Ferrocarriles para esta tecnología es línea aérea . ^{[ 1 ]} Se conoce con diversos nombres como catenaria aérea , línea de contacto aérea (OCL), sistema de contacto aéreo (OCS), equipo aéreo (OHE), equipo de línea aérea (OLE u OHLE), líneas aéreas (OHL), cableado aéreo (OHW), cable de tracción y cable de trole .

Una línea aérea consta de uno o más cables (o rieles, especialmente en túneles) situados sobre vías férreas , elevados a un alto potencial eléctrico mediante su conexión a estaciones alimentadoras a intervalos regulares a lo largo de la vía. Las estaciones alimentadoras suelen recibir energía de una red eléctrica de alta tensión .

Los trenes eléctricos que obtienen su corriente de las líneas aéreas utilizan un dispositivo como un pantógrafo , un colector de arco o un trole . Este presiona contra la parte inferior del cable aéreo más bajo, el cable de contacto. Los colectores de corriente son conductores eléctricos y permiten que la corriente fluya hacia el tren o tranvía y regrese a la estación alimentadora a través de las ruedas de acero en uno o ambos rieles de rodadura. Las locomotoras no eléctricas (como las diésel ) pueden circular por estas vías sin afectar la línea aérea, aunque puede haber dificultades con el espacio libre de la catenaria . Los sistemas alternativos de transmisión de energía eléctrica para trenes incluyen el tercer riel , el suministro de energía a nivel del suelo , las baterías y la inducción electromagnética .

Los vehículos como los autobuses, que tienen neumáticos de caucho, no pueden proporcionar una vía de retorno para la corriente que circula por sus ruedas y, en su lugar, deben utilizar un par de cables aéreos para proporcionar tanto la corriente como su vía de retorno.

Una buena captación de corriente requiere que la geometría del cable de contacto se mantenga dentro de los límites definidos. Esto generalmente se logra soportando el cable de contacto desde un segundo cable conocido comoCable mensajero , ocatenaria,siguiendo elrecorrido naturalde un cable tendido entre dos puntos. Este cable se une al cable de contacto a intervalos regulares mediante cables verticales llamados "cables de bajada" o "cables de caída". Se apoya regularmente en estructuras mediante unapolea, un enlace ouna abrazadera. Todo el sistema queda sometido atensión.

Para prolongar la vida útil del inserto de carbono situado sobre el pantógrafo, el hilo de contacto sobre la vía recta se desvía ligeramente hacia la izquierda y la derecha del centro entre cada soporte, de modo que el inserto se desgaste de manera uniforme. En las curvas, el hilo recto entre los soportes provoca que el punto de contacto cruce la superficie del pantógrafo a medida que el tren recorre la curva. Este movimiento del hilo de contacto sobre la cabeza del pantógrafo se denomina "barrido".

El trazado en zigzag de la catenaria no es necesario para los troles. Para los tranvías , se utiliza un cable de contacto sin cable portador.

Las áreas de depósito suelen tener un solo cable y se conocen como "equipos simples" o "cables de trole". Los primeros sistemas de líneas aéreas tenían un solo cable, lo que limitaba las velocidades máximas. Para permitir velocidades más altas, se desarrollaron dos tipos más de equipos:

• Los sistemas de cableado cosido utilizan un cable adicional en cada estructura de soporte, que termina a ambos lados del cable portador/catenario.
• Los equipos compuestos utilizan un segundo cable de soporte, denominado «auxiliar», entre el cable portador/catenario y el cable de contacto. Unos cables de conexión sostienen el auxiliar desde el cable portador, mientras que otros cables de conexión sostienen el cable de contacto desde el auxiliar. El cable auxiliar puede ser de un metal más conductor pero menos resistente al desgaste, lo que aumenta la eficiencia de la transmisión.

Los cables de conexión anteriores proporcionaban soporte físico al cable de contacto sin conectar eléctricamente la catenaria con los cables de contacto. Los sistemas modernos utilizan cables de conexión conductores de corriente, lo que elimina la necesidad de cables separados.

El sistema de transmisión actual se originó hace aproximadamente 100 años. En la década de 1970, la empresa constructora Pirelli propuso un sistema más sencillo, que consistía en un único cable incrustado en cada soporte a lo largo de 2,5 metros (8 pies 2 pulgadas) de su longitud en una viga de aluminio extruido y recortada, con la superficie de contacto del cable expuesta. Una tensión ligeramente superior a la utilizada antes de recortar la viga produjo un perfil deflectado para el cable que podía ser manejado fácilmente a 400 km/h (250 mph) por un servopantógrafo neumático con una aceleración de tan solo 3 g .     

Líneas aéreas paralelas

Un circuito eléctrico requiere al menos dos conductores. Los tranvías y ferrocarriles utilizan la catenaria como terminal positivo del circuito y los raíles de acero como terminal negativo. En el caso de un trolebús o un trolebús , no hay raíles disponibles para la corriente de retorno, ya que estos vehículos utilizan neumáticos de caucho sobre la superficie de la carretera. Los trolebuses utilizan una segunda catenaria paralela para el retorno y dos trolebuses , uno en contacto con cada cable aéreo. ( Los pantógrafos generalmente son incompatibles con las catenarias paralelas). El circuito se completa utilizando ambos cables. Las catenarias paralelas también se utilizan en los pocos ferrocarriles con electrificación trifásica de corriente alterna .

En la Unión Soviética se utilizaban los siguientes tipos de cables. ^{[ 2 ]} Para el cable de contacto, se utilizaba cobre macizo estirado en frío para garantizar una buena conductividad . El cable no es redondo, sino que tiene ranuras en los laterales para permitir la fijación de los colgadores. Los tamaños eran (en área de sección transversal) de 85, 100 o 150  mm² . Para aumentar la resistencia del cable, se podía añadir un 0,04 % de estaño. El cable debe resistir el calor generado por el arco eléctrico y, por lo tanto ^, estos cables nunca deben empalmarse por medios térmicos.

El cable mensajero (o catenaria) debe ser resistente y tener buena conductividad. Se utilizaban cables multifilares con 19 hebras cada uno. Para las hebras se utilizaban cobre , aluminio y/o acero . Las 19 hebras podían ser del mismo metal o una mezcla de metales según las propiedades requeridas. Por ejemplo, se utilizaban alambres de acero para mayor resistencia, mientras que los de aluminio o cobre se utilizaban para mayor conductividad. ^{[ 3 ]} Otro tipo parecía tener solo alambres de cobre, pero dentro de cada alambre había un núcleo de acero para mayor resistencia. Las hebras de acero estaban galvanizadas, pero para una mejor protección contra la corrosión podían recubrirse con una sustancia anticorrosiva.

En Eslovenia , donde  se utiliza un sistema de 3 kV, los tamaños estándar para el hilo de contacto son 100 y 150 ^mm²  . El hilo de catenaria está hecho de cobre o aleaciones de cobre de 70, 120 o 150 mm² ^. Las secciones transversales más pequeñas están hechas de 19 hilos, mientras que las más grandes tienen 37. Dos configuraciones estándar para líneas principales consisten en dos hilos de contacto de 100 mm² y uno o dos hilos de catenaria de 120 mm² , con un total ^de 320 o 440 mm² . ^A menudo se utiliza solo un hilo de contacto para vías secundarias ^{. [ 4 ]}    

En el Reino Unido y los países de la UE , el cable de contacto suele estar hecho de cobre aleado con otros metales. Los tamaños incluyen áreas de sección transversal de 80, 100, 107, 120 y 150 mm² ^{. Los materiales comunes incluyen} cobre normal y de alta resistencia , cobre-plata , cobre-cadmio , cobre-magnesio y cobre-estaño , cada uno identificable por ranuras de identificación distintivas a lo largo del lóbulo superior del cable de contacto. Estas ranuras varían en número y ubicación en el arco de la sección superior. ^{[ 5 ]} El cobre se elige por su excelente conductividad , con otros metales añadidos para aumentar la resistencia a la tracción . La elección del material se basa en las necesidades del sistema en particular, equilibrando la necesidad de conductividad y resistencia a la tracción.

Los cables de la catenaria se mantienen bajo tensión mecánica debido a las oscilaciones mecánicas que produce el pantógrafo . Las ondas deben viajar más rápido que el tren para evitar la formación de ondas estacionarias , que podrían romper el cable. Al tensar la línea, las ondas se propagan más rápido y, además, se reduce la comba causada por la gravedad.

Para velocidades medias y altas, los cables se tensan generalmente mediante contrapesos o, en ocasiones, mediante tensores hidráulicos. Ambos métodos se conocen como "autotensado" (AT) o "tensión constante" y garantizan que la tensión sea prácticamente independiente de la temperatura. Las tensiones suelen oscilar entre 9 y 20 kN (2000 y 4500 lbf ) por cable. Cuando se utilizan contrapesos, estos se deslizan verticalmente sobre una varilla o tubo fijado al mástil para evitar que se balanceen. Recientemente, se han empezado a utilizar tensores de resorte. Estos dispositivos contienen un resorte de torsión con un mecanismo de leva para asegurar una tensión constante (en lugar de variar proporcionalmente con la extensión). Algunos dispositivos también incluyen mecanismos para ajustar la rigidez del resorte, lo que facilita el mantenimiento.  

Para bajas velocidades y en túneles con temperaturas constantes, se puede utilizar equipo de terminación fija (FT), con los cables conectados directamente a las estructuras en cada extremo de la línea aérea. La tensión suele ser de unos 10 kN (2200 lbf) . Este tipo de equipo se comba en condiciones de calor y se tensa en condiciones de frío.  

Con AT, la longitud continua de la línea aérea está limitada debido a la variación en la altura de los contrapesos a medida que la línea aérea se expande y contrae con los cambios de temperatura. Este movimiento es proporcional a la distancia entre anclajes. La longitud de tensión tiene un máximo. Para la mayoría de los equipos de líneas aéreas de 25 kV en el Reino Unido, la longitud de tensión máxima es de 1970 m (6460 pies) . ^{[ 6 ]}  

Un problema adicional con los equipos AT es que, si se colocan contrapesos en ambos extremos, toda la longitud de tensión puede moverse libremente a lo largo de la vía. Para evitar esto, un anclaje de punto medio (MPA), cerca del centro de la longitud de tensión, restringe el movimiento del cable portador/catenario al fijarlo; el cable de contacto y sus soportes de suspensión solo pueden moverse dentro de los límites del MPA. Los MPA a veces se fijan a puentes bajos o se anclan a postes de catenaria verticales o soportes de catenaria de pórtico. Una longitud de tensión puede considerarse como un punto central fijo, con las dos mitades de la longitud de tensión expandiéndose y contrayéndose con la temperatura.

La mayoría de los sistemas incluyen un freno para evitar que los cables se desenrollen por completo si se rompe uno o se pierde la tensión. Los sistemas alemanes suelen utilizar una sola polea tensora grande (básicamente un mecanismo de trinquete ) con una llanta dentada, montada en un brazo articulado al mástil. Normalmente, la fuerza descendente de los contrapesos y la fuerza ascendente reactiva de los cables tensados ​​elevan la polea de modo que sus dientes queden bien alejados de un tope en el mástil. La polea puede girar libremente mientras los contrapesos se mueven hacia arriba o hacia abajo a medida que los cables se contraen o se expanden. Si se pierde la tensión, la polea cae hacia atrás, hacia el mástil, y uno de sus dientes se atasca contra el tope. Esto detiene la rotación, limita los daños y mantiene intacta la parte del cable hasta que pueda repararse. Otros sistemas utilizan diversos mecanismos de frenado, generalmente con varias poleas más pequeñas en un sistema de poleas .

Las líneas se dividen en secciones para limitar el alcance de una interrupción del servicio y permitir el mantenimiento.

salto de sección

Para permitir el mantenimiento de la catenaria sin tener que desconectar todo el sistema, la línea se divide en secciones aisladas eléctricamente. Estas secciones suelen corresponder a longitudes de tensión. La transición entre secciones se denomina "cambio de sección" y se configura de manera que el pantógrafo del vehículo mantenga contacto continuo con uno u otro cable.

Para los colectores de arco y los pantógrafos, esto se logra mediante dos cables de contacto que discurren paralelos entre soportes de 2 o 4 cables. Un cable nuevo desciende y el antiguo asciende, permitiendo que el pantógrafo realice una transición suave entre ambos. Los dos cables no se tocan (aunque el colector de arco o el pantógrafo entran brevemente en contacto con ambos). En condiciones normales de funcionamiento, las dos secciones están conectadas eléctricamente; según el sistema, esto puede ser mediante un aislador, un contacto fijo o un transformador elevador. El aislador permite interrumpir la corriente en la sección para realizar tareas de mantenimiento.

En los cables aéreos diseñados para trolebuses, esto se logra mediante una sección neutra entre los conductores, que requiere un aislante. El conductor del tranvía o trolebús debe reducir temporalmente el consumo de energía antes de que pase el trolebús para evitar daños por arco eléctrico en el aislante.

Las locomotoras equipadas con pantógrafo no deben atravesar una sección de la línea cuando un lado está desenergizado. La locomotora quedaría atrapada, pero al pasar por la sección, el pantógrafo provoca un cortocircuito momentáneo entre las dos líneas de la catenaria. Si la línea opuesta está desenergizada, este transitorio de voltaje puede disparar los interruptores de suministro. Si la línea está en mantenimiento, puede producirse una lesión al energizarse repentinamente la catenaria. Incluso si la catenaria está correctamente conectada a tierra para proteger al personal, el arco eléctrico generado en el pantógrafo puede dañar el pantógrafo, el aislador de la catenaria o ambos.

Sección neutra (interrupción de fase)

En sistemas ferroviarios, de tranvía o de trolebús electrificados de mayor tamaño, a veces es necesario alimentar diferentes tramos de vía desde distintas redes eléctricas, sin garantizar la sincronización de las fases. Las líneas largas pueden conectarse a la red eléctrica nacional en varios puntos y con diferentes fases. (En ocasiones, los tramos se alimentan con diferentes voltajes o frecuencias). Las redes pueden estar sincronizadas normalmente, pero ciertos eventos pueden interrumpir dicha sincronización. Esto no supone un problema para los sistemas de corriente continua (CC) . Los sistemas de corriente alterna (CA) presentan una particular implicación en materia de seguridad, ya que el sistema de electrificación ferroviaria actuaría como una conexión indirecta entre diferentes partes, lo que provocaría, entre otras cosas, que un tramo de la red desenergizado para mantenimiento se volviera a energizar desde la subestación ferroviaria, creando un peligro.

Por estas razones, se colocan secciones neutras en la electrificación entre las secciones alimentadas desde diferentes puntos de una red nacional, o diferentes fases, o redes que no están sincronizadas. Es sumamente indeseable conectar redes no sincronizadas. Una simple interrupción de sección es insuficiente para evitar esto, ya que el pantógrafo conecta brevemente ambas secciones. ^{[ 7 ]}

En países como Francia, Sudáfrica, Australia y el Reino Unido, un par de imanes permanentes junto a los rieles a cada lado de la sección neutra accionan un transductor montado en el bogie del tren, lo que provoca que un gran interruptor automático eléctrico se abra y se cierre cuando la locomotora o el vehículo pantógrafo de una unidad múltiple pasa sobre ellos. ^{[ 8 ]} En el Reino Unido se utiliza un equipo similar al Sistema de Advertencia Automática (AWS), pero con pares de imanes colocados fuera de los rieles de rodadura (a diferencia de los imanes del AWS, que se colocan a mitad de camino entre los rieles). Señales al borde de la vía en la aproximación a la sección neutra advierten al conductor que corte la tracción y atraviese la sección muerta por inercia.

Una sección neutra o desconexión de fase consta de dos interrupciones aisladas conectadas en serie con un tramo corto de línea que no pertenece a ninguna de las redes. Algunos sistemas aumentan el nivel de seguridad al conectar a tierra el punto medio de la sección neutra. La presencia de esta conexión a tierra en el centro garantiza que, en caso de fallo del aparato controlado por el transductor y de que el controlador tampoco corte la alimentación, la energía del arco eléctrico generado por el pantógrafo al pasar a la sección neutra se conduzca a tierra, activando los interruptores de la subestación, en lugar de que el arco puentee los aisladores hacia una sección inactiva para mantenimiento, una sección alimentada por una fase diferente o establezca una conexión indirecta entre distintas partes de la red eléctrica nacional.

En el Ferrocarril de Pensilvania , los cambios de fase se indicaban mediante una señal luminosa con lentes en las ocho posiciones radiales, pero sin luz central. Cuando se producía un cambio de fase (las secciones de la catenaria estaban desfasadas), todas las luces se encendían. Este sistema de señalización luminosa fue ideado originalmente por el Ferrocarril de Pensilvania, continuado por Amtrak y adoptado por Metro-North . Se colgaban letreros metálicos de los soportes de la catenaria con las letras "PB" formadas por un patrón de perforaciones.

Brechas

En ocasiones, pueden existir interrupciones en las líneas aéreas al cambiar de voltaje o para dar espacio libre a los barcos en puentes levadizos, como una alternativa más sencilla a los rieles de alta tensión móviles. Los trenes eléctricos circulan por estas interrupciones. Para evitar arcos eléctricos, se debe desconectar la alimentación antes de llegar a la interrupción y, por lo general, se baja el pantógrafo.

Dada la limitación de espacio, como en los túneles , el cable aéreo puede sustituirse por un riel aéreo rígido. Un ejemplo temprano se dio en los túneles de la Baltimore Belt Line , donde se utilizó una barra de sección Π (fabricada con tres tiras de hierro y montada sobre madera), con el contacto de latón instalado en el interior de la ranura. ^{[ 9 ]} Cuando se elevó la línea aérea en el túnel Simplon para acomodar material rodante más alto, se utilizó un riel. Un riel aéreo rígido también puede utilizarse en lugares donde el tensado de los cables es impracticable, por ejemplo, en puentes móviles . En la actualidad, es muy común que los tramos subterráneos de tranvías, metros y ferrocarriles de línea principal utilicen un cable aéreo rígido en sus túneles, mientras que en sus tramos sobre el suelo utilizan cables aéreos normales.

En un puente móvil que utiliza un riel aéreo rígido, es necesario realizar la transición del sistema de catenaria a un riel conductor aéreo en el pórtico del puente (el último pilón de corriente de tracción antes del puente móvil). Por ejemplo, el suministro de energía puede realizarse mediante un sistema de catenaria cerca de un puente giratorio . La catenaria generalmente consta de un cable portador (también llamado cable de catenaria) y un cable de contacto donde se une al pantógrafo. El cable portador termina en el pórtico, mientras que el cable de contacto se introduce en el perfil del riel conductor aéreo en la sección de transición antes de terminar en el pórtico. Existe un espacio entre el riel conductor aéreo en la sección de transición y el riel conductor aéreo que recorre todo el tramo del puente giratorio. Este espacio es necesario para que el puente giratorio se abra y se cierre. Para conectar los rieles conductores cuando el puente está cerrado, existe otra sección de riel conductor llamada "superposición rotativa" que está equipada con un motor. Cuando el puente está completamente cerrado, se acciona el motor del solape giratorio para girarlo desde una posición inclinada a la posición horizontal, conectando los rieles conductores en la sección final de transición y el puente entre sí para suministrar energía. ^{[ 10 ]}

En las paradas de tranvía se instalan rieles conductores aéreos cortos como en el Combino Supra . ^{[ 11 ]}

Los tranvías obtienen su energía de un único cable aéreo a unos 500 a 750 V CC. Los trolebuses se alimentan de dos cables aéreos a un voltaje similar, y al menos uno de los cables del trolebús debe estar aislado de los cables del tranvía. Esto generalmente se logra haciendo que los cables del trolebús discurran de forma continua a través del cruce, con los conductores del tranvía unos centímetros más abajo. Cerca de la bifurcación en cada lado, el cable del tranvía se convierte en una barra sólida que corre paralela a los cables del trolebús durante aproximadamente medio metro. Otra barra, con un ángulo similar en sus extremos, cuelga entre los cables del trolebús, conectada eléctricamente por encima al cable del tranvía. El pantógrafo del tranvía salva la distancia entre los diferentes conductores, proporcionándole una captación continua. 

En el punto donde se cruza el cable del tranvía, los cables del trolebús están protegidos por una canaleta invertida de material aislante que se extiende 20 o 30 mm (0,79 o 1,18 pulgadas) por debajo.  

Hasta 1946, un paso a nivel en Estocolmo , Suecia, conectaba la vía férrea al sur de la Estación Central de Estocolmo con un tranvía. El tranvía funcionaba con 600–700  V CC y la vía férrea con 15 kV CA. En el pueblo suizo de Oberentfelden , la línea Menziken–Aarau–Schöftland, que funciona con 750  V CC, cruza la línea SBB  de 15 kV CA; solía haber un cruce similar entre las dos líneas en Suhr , pero fue reemplazado por un paso subterráneo en 2010. En Alemania existen algunos cruces entre tranvías/trenes ligeros y vías férreas. En Zúrich , Suiza, la línea 32 de trolebuses de VBZ tiene un paso a nivel con la línea ferroviaria Uetliberg de 1200 V CC ; en muchos lugares, las líneas de trolebuses cruzan la vía del tranvía. En algunas ciudades, los trolebuses y los tranvías compartían un cable positivo (de alimentación). En tales casos, se puede utilizar un cruce de trolebuses normal. 

Como alternativa, se pueden colocar interrupciones en la sección transversal en el punto de cruce, de modo que dicho cruce quede sin suministro eléctrico.

Algunos ferrocarriles utilizaban dos o tres líneas aéreas, generalmente para transportar corriente trifásica . Este sistema se empleaba únicamente en el ferrocarril de Gornergrat y el ferrocarril de Jungfrau en Suiza, el tren Petit train de la Rhune en Francia y el ferrocarril de cremallera de Corcovado en Brasil. Hasta 1976, su uso estaba muy extendido en Italia. En estos ferrocarriles, los dos conductores se utilizaban para dos fases distintas de la corriente alterna trifásica, mientras que el raíl se utilizaba para la tercera fase. El neutro no se utilizaba.

Algunos ferrocarriles de corriente alterna trifásica utilizaban tres cables aéreos. Entre ellos se encontraban una línea ferroviaria experimental de Siemens en Berlín-Lichtenberg en 1898 (con una longitud de 1,8 kilómetros (1,1 millas) ), el ferrocarril militar entre Marienfelde y Zossen entre 1901 y 1904 (con una longitud de 23,4 kilómetros (14,5 millas) ) y un tramo de 800 metros (2600 pies) de longitud de un ferrocarril de carbón cerca de Colonia entre 1940 y 1949.   

En los sistemas de corriente continua, a veces se utilizaban líneas aéreas bipolares para evitar la corrosión galvánica de las piezas metálicas cercanas a la vía férrea, como en el Chemin de fer de la Mure .

Todos los sistemas con múltiples líneas aéreas presentan un alto riesgo de cortocircuitos en los desvíos y, por lo tanto, tienden a ser poco prácticos en su uso, especialmente cuando se utilizan altos voltajes o cuando los trenes pasan por los desvíos a gran velocidad.

El ferrocarril Sihltal Zürich Uetliberg Bahn contaba con dos líneas con electrificación diferente. Para poder utilizar distintos sistemas eléctricos en vías compartidas, la línea Sihltal tenía su catenaria justo encima del tren, mientras que la línea Uetliberg la tenía a un lado. Esta configuración se utilizó hasta el verano de 2022; desde entonces, la línea Uetliberg se ha adaptado a la  configuración estándar de 15 kV y 16,7 Hz. ^{[ 13 ]}

Una catenaria es un sistema de cables aéreos que se utiliza para suministrar electricidad a una locomotora , tranvía o vehículo ferroviario ligero equipado con un pantógrafo .

A diferencia de los cables aéreos simples, en los que el cable sin aislamiento se sujeta con abrazaderas a travesaños muy próximos entre sí, sostenidos por postes, los sistemas de catenaria utilizan al menos dos cables. El cable de catenaria o cable portador se mantiene a una tensión específica entre las estructuras de la línea, y un segundo cable se mantiene a tensión gracias al cable portador, al que se une a intervalos frecuentes mediante abrazaderas y cables de conexión conocidos como cables de suspensión . El segundo cable es recto y horizontal, paralelo a la vía férrea , suspendido sobre ella como la calzada de un puente colgante lo está sobre el agua.

Los sistemas de catenaria son adecuados para operaciones de alta velocidad, mientras que los sistemas de cable simple, que son menos costosos de construir y mantener, son comunes en líneas de tren ligero o tranvía, especialmente en calles urbanas. Estos vehículos pueden equiparse con un pantógrafo o una pértiga .

Estructuras de soporte para la electrificación

Se utilizan diversos métodos para el soporte de los equipos de catenaria. Estos deben proporcionar soporte (posición vertical de la catenaria y los cables de contacto) y alineación (posición horizontal de la catenaria y los cables de contacto). Las piezas metálicas que proporcionan la alineación de la catenaria suelen estar diseñadas para ajustarse en el plano vertical a medida que el pantógrafo se desplaza por debajo. A menudo, se diseñan para permitir una alineación mecánicamente independiente, en la que cada cable de contacto y de catenaria de cada vía es mecánicamente independiente de los cables adyacentes.

A continuación se resumen los tipos genéricos de estructuras de apoyo. ^{[ 14 ] : 136–147}

• Voladizo simple
  • El tipo de estructura OLE más básico y común que soporta y registra un cable que discurre por encima de una vía.
• Doble voladizo
  • Similar al anterior, pero con dos brazos en voladizo adyacentes entre sí en un mismo mástil. Se utiliza frecuentemente donde convergen dos tendidos de cables.
• Voladizo espalda con espalda
  • Dos cables discurren sobre dos vías, sostenidos y registrados por un mástil situado en el centro de las vías, con brazos en voladizo fijados a los lados opuestos. Se utiliza con frecuencia en sistemas de tranvía y tren ligero, pero también puede aparecer en líneas de ferrocarril pesado.
• Voladizo de dos vías (TTC)
  • Dos cables discurren sobre dos vías, sostenidos por un mástil con una estructura de brazo que se extiende hasta la segunda vía. Los sistemas TTC suelen proporcionar un registro mecánicamente independiente, pero existe un subtipo denominado "voladizo de dos vías con cable de tramo", en el que ambos brazos de registro están conectados mecánicamente. Los sistemas TTC se utilizan a menudo en terrenos con malas condiciones u obstrucciones en un lado de una vía férrea de dos vías. También se utilizan a veces para minimizar la necesidad de pilotaje, ya que solo es necesario dejar fuera de servicio una vía durante esta fase de la construcción.
• Portales
  • También conocidos genéricamente como pórticos, los pórticos son grandes estructuras con mástiles a ambos lados y una viga de acero fija entre ellos. Se utilizan frecuentemente en tramos de vía férrea con más de dos vías. Los pórticos suelen proporcionar una alineación mecánica independiente; sin embargo, existen variantes con cables de alineación que conectan mecánicamente los tramos de cable adyacentes. En ocasiones, los pórticos se utilizan en ferrocarriles de dos vías sobre puentes y viaductos o en terrenos con condiciones desfavorables. Esto se debe a que los pórticos ejercen menos fuerzas de rotación sobre sus cimientos.
• Envergadura
  • Como método alternativo para soportar áreas de múltiples vías, los tramos de cabecera consisten en un mástil a cada lado de la vía férrea y varios cables que discurren horizontalmente entre ambos mástiles (denominados cables de enlace) para soportar y mantener tensados ​​todos los cables. Dado que la tensión de todos los cables y de los cables de enlace debe mantenerse simultáneamente para sostener los cables de la catenaria, los tramos de cabecera, por definición, no proporcionan un registro mecánicamente independiente, y un fallo en un cable de la catenaria o de un cable de enlace provocará que todos los cables se salgan de los límites geométricos. Los tramos de cabecera son más económicos y menos intrusivos que los pórticos, por lo que resultan idóneos para áreas complejas de múltiples vías de baja velocidad, como estaciones, accesos a estaciones, depósitos y apartaderos, y áreas donde la intrusión visual es un factor importante. También son capaces de soportar vías con velocidades de hasta 200 km/h (125 mph), pero presentan importantes desventajas en cuanto a fiabilidad en comparación con los pórticos o los TTC para esta aplicación.

Los túneles, los pasos elevados bajos y otras características específicas del lugar (muros de contención, paredes rocosas adyacentes, etc.) suelen requerir estructuras de catenaria a medida que pueden incorporar algunas características de los tipos genéricos mencionados anteriormente.

Las líneas aéreas pueden resultar dañadas por vientos fuertes. ^{[ 17 ]} Los rayos pueden impactar los cables aéreos o los sistemas de soporte, deteniendo los trenes con una sobrecarga eléctrica . ^{[ 14 ]}

Durante el clima frío o helado, el hielo puede cubrir las líneas aéreas. Esto puede provocar un mal contacto eléctrico entre el colector y la línea aérea, lo que resulta en arcos eléctricos y sobretensiones. ^{[ 18 ]} Las capas de hielo también añaden peso adicional y aumentan su superficie expuesta al viento, incrementando así la carga sobre los cables y sus soportes.

Los cables pueden combarse durante el clima cálido y, si un pantógrafo se enreda, esto puede provocar que se suelte el cable. Del mismo modo, en climas muy fríos pueden contraerse y romperse.

La instalación de líneas aéreas puede requerir la reconstrucción de puentes para proporcionar un espacio libre eléctrico seguro. ^{[ 19 ]}

Las líneas aéreas, al igual que la mayoría de los sistemas electrificados, requieren una mayor inversión inicial en su construcción que un sistema equivalente no eléctrico. Mientras que una línea ferroviaria no electrificada solo requiere la pendiente, el balasto, las traviesas y los rieles, un sistema aéreo también requiere un complejo sistema de estructuras de soporte, líneas, aisladores, sistemas de control de potencia y líneas eléctricas, todo lo cual requiere mantenimiento. Esto hace que los sistemas no eléctricos sean más atractivos a corto plazo, aunque los sistemas eléctricos pueden amortizarse con el tiempo. Además, el costo adicional de construcción y mantenimiento por milla hace que los sistemas aéreos sean menos atractivos en ferrocarriles de larga distancia ya existentes, como los de Norteamérica, donde las distancias entre ciudades suelen ser mucho mayores que en Europa. Estas líneas largas requieren una enorme inversión en equipos aéreos, en los que es improbable que las compañías ferroviarias privadas estén interesadas, y presentan grandes dificultades para energizar tramos largos de cable aéreo de forma permanente, especialmente en áreas donde la demanda de energía ya supera la oferta.

Muchas personas consideran que las líneas aéreas constituyen una " contaminación visual " debido a las numerosas estructuras de soporte y al complejo sistema de cables que llenan el aire. Estas consideraciones han impulsado la sustitución de las líneas aéreas de energía y comunicaciones por cables subterráneos siempre que sea posible. El problema alcanzó su punto álgido en el Reino Unido con el proyecto de electrificación de la Great Western Main Line , especialmente en el paso de Goring Gap . Se ha formado un grupo de protesta con su propio sitio web. ^{[ 20 ]}

El valioso conductor de cobre también puede ser objeto de robo, como por ejemplo la línea Lahore-Khanewal en Pakistán y el tramo Gweru-Harare en Zimbabue .

El primer tranvía con catenaria fue presentado por Werner von Siemens en la Exposición Internacional de Electricidad de París de 1881 ; la instalación fue retirada después de dicho evento. En octubre de 1883, el primer servicio permanente de tranvía con catenaria se realizó en el tranvía de Mödling y Hinterbrühl en Austria. Los tranvías tenían catenarias bipolares, compuestas por dos tubos en U, en las que los pantógrafos colgaban y se desplazaban como lanzaderas. De abril a junio de 1882, Siemens había probado un sistema similar en su Electromote , un precursor del trolebús .

Mucho más sencillo y funcional era un sistema de catenaria combinado con un pantógrafo montado en el vehículo y accionado desde abajo sobre la vía. Este sistema, para el tráfico ferroviario con línea unipolar, fue inventado por Frank J. Sprague en 1888. A partir de 1889, se utilizó en el ferrocarril Richmond Union Passenger Railway en Richmond, Virginia , siendo pionero en la tracción eléctrica.

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