ENSIAME - Génie Ferroviaire - 5 Alimentation Electrique de Puissance2016 PDF [PDF]

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Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Cours de Génie Ferroviaire

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Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Cours de Génie Ferroviaire ***** 1- Généralités : Le système global ferroviaire 2- Recherche et Développement : Les trains de demain 3- Présentation & Caractéristiques des matériels existants 4- Conception des trains : Gabarit Architecture Masse Définition de la Traction 5- L’Alimentation Électrique de Puissance 6- Exercices d’application : Gabarit, Traction 7- Détails des principaux composants d’une Chaîne de Traction Électrique

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5- Alimentation électrique de puissance Les sous-systèmes du système ferroviaire Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

L’énergie Le contrôlecommande, la signalisation au sol et à bord

Le matériel roulant

Les applications télématiques au service des passagers et du fret

Les L’entretien infrastructur es L’exploitatio n et la gestion du trafic

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5- Alimentation électrique de puissance Un peu d’histoire : 1/6 Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

1879 Premier service de voyageurs réalisé à l'exposition de Berlin avec le petit train de W. Siemens captant l' énergie électrique sur un rail conducteur central, isolé.

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Puissance 2200W Alimentation 150V DC Vitesse max 7 km/h

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5- Alimentation électrique de puissance Un peu d’histoire 2/6 Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

1881 Pour l'exposition d'Electricité de Paris, mise en service par Siemens du tramway de la Place de la Concorde, premier à utiliser une prise de courant aérienne 1883 A partir de cette date, création à travers le monde de multiples tramways électrifiés, Portrush (Irlande), Brighton (G.B.), Toronto (C.N.D.), Cleveland, Baltimore (U.S.A.), Francfort (Allemagne), France,.... 1890 Premier Métro de Londres 1898 Suisse : mise en service de plusieurs installations à voies étroites en courant triphasé 40 à 42 Hz et 500 à 700 V CC 1899 Suisse : mise en service de la ligne Burgdorf-Thun, première ligne d'Europe en voie normale, électrifiée sur 41 Km 1900 28 mai 1900, la ligne ParisAusterlitz/Paris-Orsay électrifiée en courant continu 600 volts avec prise de courant sur un troisième rail parallèle à la voie, comme pour le métro.

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Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

5- Alimentation électrique de puissance Un peu d’histoire 3/6 1908 Décision d' électrifier le Midi Français en 12 kV-16 2/3 Hz 1911 Essais en France sur Grasse-Mouans-Sartous du 15kV-25 Hz 1918 Début de l'électrification du tunnel du Gothard en 15 kV-16 2/3 Hz

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Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

5- Alimentation électrique de puissance Un peu d’histoire 3/6 1908 Décision d' électrifier le Midi Français en 12 kV-16 2/3 Hz 1911 Essais en France sur Grasse-Mouans-Sartous du 15kV-25 Hz 1918 Début de l'électrification du tunnel du Gothard en 15 kV-16 2/3 Hz 1922 Mise en service du courant continu 1500 V sur le réseau Midi et conversion en continu de toutes les lignes déjà installées en alternatif 1928 Italie : première installation en courant continu 3000 V 1940 Italie : premier pays au monde à dépasser les 500 Km de ligne électrifiée 1942 Japon : premier grand tunnel électrifié 3,6Km en 1500V CC Suisse : premier réseau à voie métrique (430 Km) d'électrification homogène sur trois compagnies privées différentes, en 11 kV-16 2/3 Hz 1949 France : électrification à 20 kV-50 Hz de la ligne de Savoie, Aixles Bains-Annecy 1950 Conférence internationale du 50 Hz à Annecy, base de nombreuses électrifications ultérieures en faveur du monophasé à « fréquence industrielle » 1953 France : première Faulquemont-Folschwiller

électrification

25

kV-50Hz

,

HBL 7

5- Alimentation électrique de puissance Un peu d’histoire 4/6

Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

1954 : Le Chemin de fer devient un « abonné » du réseau général : sous l’impulsion de :

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Louis ARMAND (1905-1978) Président Directeur Général SNCF

Transformateur - abaisseur

Fernand NOUVION (1905-1999) Ingénieur Général Chef de la Division des Études de Traction Électrique SNCF

Conversion alternatif-alternatif et alternatif – continu à bord

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5- Alimentation électrique de puissance Un peu d’histoire 5/6 Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

1954 France : mise en service Mohon-Valenciennes en 25 kV-50 Hz 1955 France : mise en service Valenciennes-Thionville en 25 kV-50 Hz 1956 Portugal : première électrification en 25 kV-50 Hz. Naissance du Groupement Européen “50 Hz” 1958 France : Paris-Lille à 160 Km/h 25 kV-50 Hz 1960 Suisse : fin officielle de l'électrification complète du réseau (2800 Km en 15kV-16 2/3 Hz) 1961 France : arrivée des premières locomotives tricourant. Multiples essais en Alsace de circulations à 200-225 Km/h en 25 kV-50 Hz (SNCF BoBo 16007) 1964 France : essais systématiques à grande vitesse (200 à 250 Km/h) en 1500 V CC (SNCF-BoBo 9291) Japon : mise en service de la ligne nouvelle Tokyo-Osaka en service voyageur à 210 Km/h en voie normale 25 kV-50 Hz

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5- Alimentation électrique de puissance Un peu d’histoire 6/6 Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

1968 USA : première ligne minière en 25 kV-60 Hz 1969 France : 4000 Km de voies électrifiées en 50 Hz et 5000 Km en 1500 V CC Urss : 10 000 Km de voies électrifiées en 50 Hz 1970 France : première traversée souterraine de Paris de bout en bout en 1500V CC (RER Défense-Auber-Nation) 1974 France : premiers essais de l'automotrice Z 7001, banc d'essais pour les futurs TGV (309 Km/h) 1975 Allemagne : premier réseau ouest-européen à atteindre les 10 000 Km électrifiés 1980 France : premiers essais sur tronçon ligne nouvelle en Europe entre Le Creusot et Cluny (280 Km/h) avec une rame 25 kV-50 Hz et continu 1500 V 1983 France : ouverture de la totalité de la ligne Paris-Lyon à 25 kV-50 Hz et 1500 V CC 1984 Japon : ouverture du Tunnel du Seikan 54 Km, 25kV-50 Hz 10

5- Alimentation électrique de puissance Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

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5- Alimentation électrique de puissance Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

L’énergie Énergie électrique

Combustible embarquée Alimenter Distribuer Convertir

Traction autonome

Traction électrique

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5- Alimentation électrique de puissance Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Traction autonome

+

Infrastructures très réduites : -stations-service d’approvisionnement en carburant (dépôts ou points-relais) Puissance limitée, rendement faible Moteur polluant : bruit + gaz échappement Maintenance coûteuse

Traction électrique

+

- Puissance et rendement élevés - Aucune pollution - Maintenance réduite

Infrastructures lourdes : - interfaces avec le réseau de distribution - distribution répartie le long des lignes ferroviaires 13

5- Alimentation électrique de puissance Répartition dans le monde

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traction autonome

80 % Amériques Asie Afrique

traction électrique 20 %

Europe Chine Inde transports urbains 14

5- Alimentation électrique de puissance Répartition dans le monde

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Statistique U.I.C. 2009 Continent

Longueur totale (km)

Longueur électrifiée (km)

Pourcentage électrifiée (%)

EUROPE

353.747

177.305

50%

AFRIQUE

52.299

13.403

25.6%

AMERIQUES

383.079

279 ?

~0% ?

ASIE OCEANIE

224.151

73.954

33%

MONDE

1.013.276

264.952

26%

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5- Alimentation électrique de puissance Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

La mosaïque européenne

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5- Alimentation électrique de puissance Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

La mosaïque européenne Les réseaux électriques ferroviaires dans le monde

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5- Alimentation électrique de puissance Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

THALYS: European TGV Belgique : alimentation en 3kV continu.

Pays-Bas : alimentation en 1,5kV continu.

France : alimentation électrique : 25kV, 50Hz

Allemagne : alimentation en 15kV, 16Hz 2/3.

Suivant le pays où il se trouve, le Thalys dispose d’une source de tension avec des caractéristiques différentes.

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5- Alimentation électrique de puissance Historique de l ’électrification du réseau ferré français

Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

1980 2 x 25kV- 50Hz LGV Paris-Lyon

Bernard Plaquin Bombardier

1954

Didier Derks Ensiame

25kV- 50Hz Nord et Est

1951 20kV- 50Hz Aix-les Bains Annecy

1922

1500V DC PLM-PO-Midi

1912 1900

12kV-16Hz 2/3 Perpignan - Villefranche

600V par 3ème rail Orsay-Austerlitz 1900

1910

1920

1930

1940

1950

1960

1970

1980

1990

2000

2010

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5- Alimentation électrique de puissance Historique de l ’électrification du réseau ferré français Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

25kV-50Hz 8710km dont 1740km en 2 x 25kV 1500V DC 5820km Une sous-station DC pour 15km

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Une sous-station AC pour 57km

551 sous-stations : - 384 en courant continu 1500 V - 152 en courant alternatif 25 kV - 50 Hz - 15 autres tensions

1997 Électrification 1500V Vierzon-Bourges dernière en 1500V 2008 Électrification 2x25kV Tours Vierzon

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5- Alimentation électrique de puissance Continu ou alternatif ? Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Continu

Alternatif

Niveau de tension bien adapté au moteur CC à l’origine

« Sous-station embarquée » Masse volume transformateur importants

Permet un contrôle aisé du moteur CC série à l’origine

Fréquence spéciale pour une bonne commutation du moteur CC série direct

Basse tension, forts courants

Haute tension, bas courants

Chutes de tension, rendement médiocre

Harmoniques –Perturbations électromagnétiques

Nombreuses sous-stations

Sous-stations espacées divisées par 3 ou 4

Sous-stations complexes et caténaires lourdes (caténaires de fortes sections : 480 mm2 de cuivre au minimum)

Sous-stations simples en 50 ou 60Hz et caténaires légères

Isolement caténaire facile

Problème du déséquilibre du réseau triphasé ( en 50 ou 60Hz)

Récupération complexe

Récupération aisée 21

5- Alimentation électrique de puissance

50Hz ou 16.7Hz ? Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

50 Hz

16.7 Hz

Alimentation à partir du réseau industriel

Alimentation spéciale dédiée

Sous-stations simples

Sous-stations complexes rotatives ou statiques

Problème du déséquilibre du réseau triphasé industriel

Pas de déséquilibre du réseau triphasé industriel

Section neutres tous les 30 km environ

Pas de sections neutres

Manœuvres fréquentes Impédance ligne divisée par 2 environ des disjoncteurs de bord (TGV: 20/jour) Chute de tension moindre Très forts courants de court-circuit Transformateurs de traction plus lourds Rendement amoindri

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5- Alimentation électrique de puissance Le circuit de traction: un circuit électrique à géométrie variable Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

Alimenter

Distribuer

Bernard Plaquin Bombardier

Capter

Tractionner

Le captage panto-caténaire

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Caténaire

Sous-station

Retour rail L’adhérence roue-rail Infrastructure

Matériel roulant 23

5- Alimentation électrique de puissance Principe de base : essentiellement deux types d ’alimentation Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

Le 1500 V Continu Sous-station 1500V DC 3-5-6,6MW Espacement 2-15km

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R.T.E. 63-90 kV

Le 25 000 V Alternatif Sous-station 25kV AC 15-30-60MVA Espacement 20-70km R.T.E. 63-90225400kV 24

5- Alimentation électrique de puissance Principe de base Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Sous-station 1500V DC 3-5-6,6MW Espacement 2-15km R.T.E. 63-90 kV

Sous-station 25kV AC 15-30-60MVA Espacement 20-70km R.T.E. 63-90225400kV

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 1500V continu Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

V1*

V1

Bernard Plaquin Bombardier

Ured* V3*

Didier Derks Ensiame

Ured

U12D V3 V1

UredD

V1*

U31D

V1D

V3D

V2*

V3* V3

V2D

V2

Le transformateur triphasé comprend deux demi-secondaires: -L’un est couplé en étoile -L’autre est couplé en triangle Ceci afin d’assurer un déphasage de p/6 entre les entrées des deux redresseurs pour minimiser l’ondulation ured 26

5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 1500V continu Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier

V1 V1*

V3D

V1D

V3*

U12* -U31* U23* -U12* U31* -U23*

V3 U12D -U31D U23D -U12D U31D -U23D

Ured

V2* V2D

V2

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Ured* Ured

UredD

Ce redressement dodécaphasé permet de minimiser l’ondulation de tension résiduelle à quelques dizaines de volt 27

5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 1500V continu: le transformateur Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

Transformateur triphasé 7300kVA 90kV- 2 x 590V

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 1500V continu: le redresseur Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Redresseur dodécaphasé 6600 kW

2 redresseurs triphasés en série 48 Diodes au total 4 diodes en parallèle/bras Refroidissement naturel

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 1500V continu Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

Sous-station 1500V-6600kW

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 1500V continu Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Le problème de l’alimentation en tension continue : Ø niveaux de tensions faibles 750 V > U > 3000 V Ø courants forts Ø pertes par effet Joule élevées Ø chutes de tension très importantes Ø espacements des sous stations 8 km > e > Exemple : 15 km Considérons sous 1500 V un engin de traction qui consomme 4500 kW La résistance de la ligne = 0,015 Ω/km donc sur 10 km = 0,15 Ω Le courant absorbé vaut : I = P/U = 4500.103/1500 = 3000 A Les pertes Joule valent : p = r.I² = 0,15 x 9.106 = 1,35. 106 = 1350 kW La chute de tension vaut : u = r.I = 0,15 x 3000 = 450 V La tension à 10 km vaut donc : U10 = U – u = 1500 – 450 = 1050 V 31

5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 1500V continu Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

Rôle des sous-stations Réseau général HT

Sous - stations

Bernard Plaquin Bombardier

2 à 15 km 2 à 15 km

Didier Derks Ensiame

3

3

3

ligne H.T.

3

3 I/2

auxiliaire

I/2

3 Ligne de contact à 1500V

I

Compte tenu des très fortes intensités distribuées aux engins moteurs les configurations des sous-stations sont telles que l’on cherche à optimiser l’impédance de la ligne par leur alimentation en parallèle.

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 1500V continu Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier

Rôle des sous-stations Sous - stations

2 à 15 km

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Mise en parallèle des sous-stations et des voies avec un poste de mise en parallèle au point médian de chaque intervalle, pour réduire au maximum l ’impédance et les chutes de tension en ligne

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 1500V continu Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

En cas d’incident ou de travaux sur une section donnée, il permet d’isoler une portion de voie sans affecter les portions adjacentes. Conjugué avec la mise en parallèle des sous-stations, le schéma devient le suivant : 63 ou 90kV

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3

Rail

Distance 2 à 15km

3

Rail

Caténaire Voie1

Caténaire Voie2 34

5- Alimentation électrique de puissance Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

VILLEVAUDE Brunoy Plessis SIVRY MELUN Samorceau

PARIS Bercy Samois

Montereau

St Mammès

Bernard Plaquin Bombardier

ROUSSON

Champigny

CRENEY

St Martin du tertre Villeneuve le Guyard

Cezy

LAROCHE St Florentin

Didier Derks Ensiame

Flogny

Le Petit Beru Pacy Nuits-s/s Ravières St Barbe

Alimentation PARIS DIJON LYON 1500 V continu (1952)

Seigny

Verrey

Gissey

Velars

Baume la roche

VIELMOULIN

DIJON Gevrey

Vosnes

Centrale

Corgoloin

Beaune

Réseau général HT

Chagny Varennes

Sous-station de traction

Henri PAUL

Romanèches

Senozan MACON Crèches Belleville

St Georges Villefranche JOUX Quincieux Les Grands Violets

LYON

CHALONS

Sennecey Tournus Le Villars

Fleurville

Ligne auxiliaire HT 63 kV

Meursault

GENISSIAT

La BOISSE Cusset

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Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

5- Alimentation électrique de puissance Alimentation TGV PARIS LYON 25 kV 50 Hz (1981) PARIS

Bernard Plaquin Bombardier

Crisenoy PK 15

Le CHESNOY

90 km

Carisey PK 129

ROUSSON

Didier Derks Ensiame

24 km

La Voulzie PK 39

Sarry PK 164

ligne THT

35 km

93 km VIELMOULIN

Centrale Réseau général HT

St Martin de C. PK 257

39 km

Henri PAUL

Curtil PK 296

Sous-station de traction

37 km Charnay PK 333

38 km Rancé PK 371

LYON

La BOISSE

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de base Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Sous-station 1500V DC 3-5-6,6MW Espacement 2-15km R.T.E. 63-90 kV

Sous-station 25kV AC 15-30-60MVA Espacement 20-70km R.T.E. 63-90225400kV

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 25000 V alternatif Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Quand un système en monophasé est alimenté à partir du réseau électrique triphasé général, les sous-stations doivent être alimentées de façon équilibrée à partir des trois phases. Il en résulte que deux sections de caténaires qui se suivent peuvent être à des potentiels différents, car alimentées par des phases différentes. Il est alors impératif de prendre des précautions pour ne pas courtcircuiter les deux sections de caténaires par les pantographes. Il en est de même pour le passage d’un système d’alimentation à un autre. (par exemple du 1500V continu au 25 000 V alternatif et inversement) C’est le rôle des sections de séparation ou section neutre.

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de base Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

R.T.E. 63-90-225-400kV 1 2 3 Sousstations 25kV AC 15-30-60MVA Espacement 20-70km

Sections neutres

Sousstations 25kV AC 15-30-60MVA Espacement 20-70km

Sections neutres

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 25000 V alternatif Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier

Signalisation pour franchissement des sectionnements Changement de phase en AC : Coupez-courant

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Changement d’alimentation : Baissez pantographe

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de base Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

R.T.E. 63-90-225-400kV 1 2 3 Sous-station 25kV AC 15-30-60MVA Connectée entre la phase la phase 1 et 2 du réseau

Sous-station Le panneau annonce 25kV AC une zone de 15-30-60MVA sectionnement à 500 Connectée m : l’ouverture du entre la disjoncteur va donc phase la s’imposer phase 2 et 3 du réseau Sections neutres

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de base Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

R.T.E. 63-90-225-400kV 1 2 3 Sous-station 25kV AC 15-30-60MVA Connectée entre la phase la phase 1 et 2 du réseau

Au franchissement de la pancarte le disjoncteur doit être ouvert

Sous-station 25kV AC 15-30-60MVA Connectée entre la phase la phase 2 et 3 du réseau

Sections neutres

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de base Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

R.T.E. 63-90-225-400kV 1 2 3 Sous-station 25kV AC 15-30-60MVA Connectée entre la phase la phase 1 et 2 du réseau

Au passage de la section neutre, l’abaissement du pantographe n’est pas obligatoire, l’ouverture du disjoncteur suffit

Sous-station 25kV AC 15-30-60MVA Connectée entre la phase la phase 2 et 3 du réseau

Sections neutres

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de base Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

R.T.E. 63-90-225-400kV 1 2 3 Sous-station Sous-station Au passage de cette 25kV AC 25kV AC pancarte le 15-30-60MVA 15-30-60MVA sectionneur peut-être Connectée Connectée réarmé entre la entre la phase la phase la phase 1 et 2 phase 2 et 3 du réseau du réseau Sections neutres

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de base Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

R.T.E. 63-90-225-400kV 1 2 3 Sous-station 25kV AC 15-30-60MVA Connectée entre la phase la phase 1 et 2 du réseau

Le panneau annonce un changement de type d’alimentation : le train circule sous caténaire 25000 V et s'apprête à franchir un changement de tension.

Sous-station 1500V DC 3-5-6,6MW 3

Sections neutres

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de base Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

R.T.E. 63-90-225-400kV 1 2 3 Sous-station 25kV AC 15-30-60MVA Connectée entre la phase la phase 1 et 2 du réseau

Le panneau annonce au conducteur qu’il doit baisser son pantographe 25 000 V

Sous-station 1500V DC 3-5-6,6MW 3

Sections neutres

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de base Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

R.T.E. 63-90-225-400kV 1 2 3 Sous-station 25kV AC 15-30-60MVA Connectée entre la phase la phase 1 et 2 du réseau

Passé le panneau, le pantographe doit être baissé ; le train est dans la zone neutre

Sous-station 1500V DC 3-5-6,6MW 3

Sections neutres

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de base Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

R.T.E. 63-90-225-400kV 1 2 3 Sous-station 25kV AC 15-30-60 MVA Connectée entre la phase la phase 1 et 2 du réseau

Le panneau annonce au conducteur qu’il doit monter le pantographe 1500 V

Sous-station 1500V DC 3-5-6,6MW 3

Sections neutres

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 2 X 25000 V alternatif Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

A distance de la sous-station un autotransformateur à point milieu relié au rail, est branché entre la caténaire et un feeder, de sorte qu'il "reprend" les tensions fournies par la sous-station et les réinjecte à la caténaire. Ainsi, vu de la sous-station, l'énergie est transportée en 2 x 25 kV, soit 50 kV. Les chutes de tension sont par conséquent divisées par 2, car en dehors de la maille ou se trouve le train, le courant transportée par la caténaire est divisé par deux. Cela permet ainsi de doubler l'intervalle entre deux sous-stations. Cette technique se généralise nouvelle. 1 3 1 pour toute électrification 2

I

4

I

4

I

Caténaire

I 225kv 400kv

25kV

irail = 0 25kV

1 I 2

1 I 4

1 I 4 1 I 4

1 I 2

1 I 2

1 I 4

Rail

1 I 4 Feeder

10 km Sous-station

Autotransformateur

Autotransformateur 49

5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 2 X 25000 V alternatif Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

Le courant rail est très faible en dehors de la maille où se situe le train. Permet d’augmenter l’espacement entre sous-stations ( 60 à 90km) et en plus réduit le champ magnétique rayonné dû à la proximité feeder-caténaire Caténaire 1 I 2

Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

3 I 4

1 I 2

1 I 4

1 I 4

I 225kv 400kv

25kV

irail = 0

1 I 4

1 I 2

1 I 2 25kV

1 I 2

1 I 2

1 I 4

1 I 4

Feeder

1 I 4

10 km Sous-station

Autotransformateur

Autotransformateur

50

5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 15 000 V 16Hz 2/3 Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

SUISSE ALLEMAGNE

AUTRICHE

NORVEGE

SUÈDE

15 kV – 16,7 Hz

La production du 15 000 V 16 Hz 2/ 3 nécessite un réseau « dédié » d’alimentation : - Soit à partir de centrales de productions dédiées - Soit à partir du réseau de distribution

Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Turbine

Alternateur

G.S.

Sous-station THT15000V 16Hz 2/3

ICE

51

5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 15 000 V 16Hz 2/3 Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

Réseau de distribution triphasé très haute tension 50 Hz 1 2 3

Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

3

3

Sous-station T.H.T. 50 Hz H.T. 16Hz 2/3

Avantage du réseau : ne pose pas le problème des sections neutres en vue de rééquilibrer le réseau triphaé.

Réseau monophasé 110kV or 132kV 16.7Hz

ICE

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5- Alimentation électrique de puissance Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Autres types d’alimentation : l’alimentation par 3ème rail ou encore ligne de contact au sol Il existe différents systèmes d’alimentation par troisième rail utilisés sous faible tension : 600 V - 750 V ; ses applications sont : - Les transports urbains - faible gabarit : lorsque l’on ne peut pas installer une caténaire. - tunnel

Bangkok

53

5- Alimentation électrique de puissance Alimentation de puissance des Tramways Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

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5- Alimentation électrique de puissance Autres types d’alimentation : l’A.P.S. (Alimentation par le Sol) Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame Source :

L’exemple le plus célèbre étant le tramway de Bordeaux Le système A.P.S. consiste à alimenter un conducteur central ( constitué de sections) uniquement lorsque le tramway se trouve au dessus de ce dernier Les piétons ou véhicules traversant ce conducteur sont en contact uniquement avec un conducteur au potentiel de la terre L’A.P.S. en milieu urbain évite l’ inesthétisme de la caténaire et permet l’alimentation du tramway à des endroits où une caténaire ne pourrait être 55 implantée

5- Alimentation électrique de puissance Autres types d’alimentation : l’A.P.S. (Alimentation par le Sol) Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

patins et antennes

Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Cde

Section Section de rail isolée Section de conducteur 3m rail hors tension : conducteur 0V Boucle de sous tension 8 m détection présence 750V tramway 8m

Cde

Cde

Coffret de puissance enterré Feeder 750V Feeder 0V

Bandes de contacts

Boucle détection train

+Va

Signaux BT

Cable alimentation bandes de contact

Feeders alimentation

Sol

+Va +Va

0V

+Va

Rail isolant en fibre de verre

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5- Alimentation électrique de puissance Autres types d’alimentation : l’A.P.S. (Alimentation par le Sol) Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier

Le point délicat : La détection de présence train en sécurité Vers équipements traction Frotteur traction Antenne émission signal 483kHz codé

Didier Derks Ensiame

Tram Sol

Rail APS à 2 bandes conductrices

Boucle de détection sol

Fourche d’alimentation Coffre APS

Le tram émet en permanence un signal 483kHz modulé en fréquence L’alimentation du segment en 750V n’est autorisée que si la boucle de détection au sol capte un signal suffisant et que l’électronique le reconnaît Pour la sécurité il faut la concordance entre les 2 circuits de détection

Detection 483kHz ET

Detection 483kHz

+750V 0V 57

5- Alimentation électrique de puissance Autres types d’alimentation : l’A.P.S. (Alimentation par le Sol) Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier

Le point délicat : La détection de présence train en sécurité Frotteur avec antenne sous caisse et coffret de puissance

Patins

Axe central véhicule

Coffret de puissance enterré

Didier Derks Ensiame

Antenne émission 483kHz Alimentation rail aval

Entrées boucles détection

Feeder 0V Feeder 750V

Alimentation rail amont

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5- Alimentation électrique de puissance Autres types d’alimentation : l’A.P.S. (Alimentation par le Sol) Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier

En l’absence d’APS le train est alimenté par une batterie de secours qui se situe juste sous le pantographe

Didier Derks Ensiame

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5- Alimentation électrique de puissance Autres types d’alimentation : les super capacités Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

Mitrac Supercapacités

Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame Source :

Les nouvelles supercapacités à double couche stockent l’énergie libérée lors du freinage d’un véhicule et la réutilisent lors de l’accélération ou de la remise en opération du véhicule. Appliqué aux véhicules légers sur rail, il a été prouvé, au cours de plusieurs années de tests, que le système pouvait générer jusqu’à 40 % d’économies d’énergie. Par ailleurs, il permet un fonctionnement sans caténaire sur des distances réduites. Enfin, cette technologie peut également servir à optimiser les performances en apportant de l’énergie supplémentaire pendant l’accélération. 60

5- Alimentation électrique de puissance Autres types d’alimentation : les super capacités Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame Source :

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5- Alimentation électrique de puissance Le retour du courant Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Quel que soit le mode de captage, le retour de courant vers la sous-station s’effectue par les rails de roulement.(sauf dans le cas de certains métros sur pneus : V.A.L.) Le châssis du véhicule doit donc être relié électriquement à la borne négative de la chaîne de traction et aux rails. Le courant de retour du châssis aux rails ne doit pas passer par des surfaces en frottement ou en contact mobile, telles que paliers et roulements d’essieux, d’engrenages, de moteurs de traction. Il est impératif d’installer des dispositifs de «retour de courant». Chassis bogie

Isolant

La tresse permet au courant de suivre le chemin décrit et évite le passage par les roulements

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5- Alimentation électrique de puissance Le retour du courant Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier

Dispositif de retour de courant dans la boîte d’essieu. Extrémité de l’essieu avec plaque de contact

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Frotteurs fixes

Raccordement à la tresse

Dispositif de retour de courant Ferraz

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5- Alimentation électrique de puissance Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

Cours de messieurs André Thinières, Marc Debryune, Bernard Lerouge et Walter Schon dans le cadre du Mastère Systèmes de Transport Ferroviaire et guidés. http://www.citedutrain.com/fr/colle ction/quai-lhistoire http://archivchemindefer.free.fr/ele ctrification/electrificationcheminsd efer.html

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 15 000 V 16Hz 2/3 Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire

15 kV – 16,7 Hz

Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

15 kV – 16,7 Hz

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5- Alimentation électrique de puissance Principe de production du 15 000 V 16Hz 2/3 Cours électif 3ème année : Cours de Génie ferroviaire Bernard Plaquin Bombardier Didier Derks Ensiame

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