CATENAIRE. Problématique

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1 CATENAIRE Problématique La caténaire est un système mécanique dans lequel transite du courant électrique. En fonction de la vitesse, ce système doit: -résister aux sollicitations mécaniques, -présenter un comportement dynamique satisfaisant à l interface pantographe/caténaire, -assurer la conduction d intensités croissantes. Jean-Pierre MENUET Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

2 Simulation du comportement dynamique du couple pantographe-caténaire Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

3 Représentation d'une portée type de caténaire Porteur encombrement Fil de contact Pendule Portée Tensions et sections des conducteurs Section des pendules Module d élasticité des pendules Masse volumique des conducteurs et des pendules Masse des griffes de pendule Masse dynamique équivalente des bras de rappel Flèche du plan de contact en milieu de portée Encombrement au support Répartition des pendules dans une portée 3Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

4 Modélisation d une portée de caténaire 25 kv 4Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

5 Modélisation d un pantographe à 3 étages Archet (1) (5) (4) (3) (6) (2) Intermédiaire (1) (5) (4) (3) (6) (2) Cadre (1) (5) (4) (3) (6) (2) Pour chaque étage (1) Masse dynamique équivalente (2) Frottement sec (3) Raideur équivalente des plongeurs (4) Amortissement visqueux à la montée (5) Amortissement visqueux à la descente (6) Longueur du ressort Effort statique Coefficient de portance du pantographe 5Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

6 Critères de qualité du captage 1 Soulèvement du fil de contact Pour les lignes à grande vitesse, on admet que le fil de contact ne doit pas se soulever au-delà de 120 mm. 2 Pourcentage de décollements du pantographe La règle appliquée est liée à l observation visuelle d un arc aux 100 m soit un pourcentage en temps de décollement inférieur à 1%. 6Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

7 Critères de qualité du captage 3 Efforts de contact dans le système pantographe-caténaire L élément statistique F m 3s calculé à partir des efforts de contact (avec F m l effort de contact moyen et s l écart type de l effort de contact) permet d apprécier la régularité du contact entre le pantographe et les conducteurs électriques. Le terme F m 3s doit être supérieur à 0 N pour vérifier l absence de décollements entre fil et pantographe. 4 Trajectoire du pantographe 4 Trajectoire du pantographe Ce résultat est présenté sous forme graphique, ce qui permet de visualiser la position du pantographe en fonction de sa position dans le canton et d évaluer l amplitude de son mouvement. 7Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

8 Circulation en unité multiple à V = 300 km/h sur LGV Méditerranée Portées de 63 m Effort de contact en N Trajectoire du pantographe en cm Position statique du fil de contact en cm Pantographe n 1 35 (en cm) (en N) m support 63 m support 63 m 8Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

9 Circulation en unité multiple à V = 300 km/h sur LGV Méditerranée Portées de 63 m Effort de contact en N Trajectoire du pantographe en cm Position statique du fil de contact en cm Pantographe n 2 35 (en cm) (en N) m support 63 m support 63 m Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

10 Caténaire 25000V à grande vitesse -V350km/h Type TGV Méditerranée

11 LGV Méditerranée V350-Principales caractéristiques Porteur encombrement Fil de contact Pendule Portée -Porteur en cuivre allié de 116mm², à 72% de conductivité, tendu à 20kN -Fil de contact en cuivre allié de 150mm² tendu à 25kN (cuivre allié au magnésium ou à l étain à 80% de conductivité) -Conducteur de protection aérien en aluminium acier de 93.3mm² tendu à 4kN à +15 C -Feeder négatif en aluminium acier de 288mm² tendu à 9kN à +15 C -Pendules connexion en câble de 12mm² -Flèche du plan de contact en milieu de portée égale au 1/2000ème de la portée -Encombrement normal au support de 1.40m -Portées maximales de 63m -Hauteur constante du fil de contact au support de 5.08m -Répartition des pendules dans une portée: 4.50m, 6.75m,., 6.75m, 4.50m -Désaxement +200, -200 en alignement 11Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

12 LGV méditerranée V350 - Armement caténaire MATERIEL DE L ARMEMENT (particularités par rapport aux autres LGV) isolateurs d armement en céramique haute résistance bras de rappel coudés en aluminium à simple courbure assemblés par sertissage permettant un soulèvement de 30cm en voie courante tube d antibalançant et suspension rigide d antibalançant assemblés par sertissage 12Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

13 LGV Méditerranée V350 - Appareil tendeur à contrepoids Chaque conducteur,, porteur et fil de contact, est tendu à l aide d appareils tendeurs à chaque extrémité du canton de pose. Appareils tendeurs à 5 poulies à moufles à axes parallèles avec roulement à billes de diamètre 62mm. La tension mécanique des conducteurs est maintenue constante entre les températures de -20 C à +60 C ou de -10 C à +70 C suivant la zone concernée. Les appareils tendeurs réalisent une démultiplication de la tension mécanique. Le coefficient de démultiplication est égal à 5. 13Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

14 Section de séparation de phases type STI Une nouvelle section de séparation de phases a été mise en place pour tenir compte de la variété des rames susceptibles de circuler en application de la mise en œuvre de l interopérabilité ferroviaire. Elle est constituée de deux zones neutres électriquement décalées dans le sens longitudinal et est réalisée sur huit portées en réalisant trois axes de sectionnement par un relèvement en alternance des deux caténaires 14Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

15 Performances obtenues 1-Performances obtenues lors des montées en vitesse en janvier 2001, avec une rame TGV Réseau et pantographe GPU en position normale avec archet REX monobloc à bandes carbone, instrumenté, sous une installation neuve: Soulèvement moyen du fil de contact à V300: 6cm à V350: 8.5cm 2-Performances obtenues depuis la mise en service en juin 2001 avec différents types de rames TGV (TGV PSE, TGV Réseau, TGV Duplex,..) Soulèvement moyen du fil de contact à V300: 5cm 15Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

16 Comparatif caténaires à grande vitesse Type DB AG Re330 (1999) SNCF LGVM (2001) Vitesse Porteur Bz 120mm² Bz 116mm² Diamètre (mm) 14 Tension (dan) Suspension Y Diamètre (mm) Bz 35mm² Longueur (m) 18 Tension (dan) 350 Fil de contact 120 CuMg 150 CuMg-CuSn 80% conductivité Diamètre (mm) 14.5 Tension (dan) Température maximale du fil de contact 110 C Contrainte maximale 49daN/mm² 43 dan/mm² Contrainte maximale avec coef sécurité 21.5 dan/mm² Usure maximale 20% 22% Pendules Flèche du plan de contact Encombrement à la suspension (m) Bz 16mm² Pas de 9.2m (5-9) Bz 12mm² connexion Pas de 6.75m 0 a/ Plage de régularisation -20,+60-10,+70 sud Longueur max de la portée (m) Hfc (m) Désaxement maximal 300mm 200mm 16Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004

17 Caténaires à grande vitesse 17Formation Systèmes Grande Vitesse UIC juillet 2004