Brevet FR2589110A1 — publié le 19870430

1. L'invention concerne l'électrification des chemins de fer et a notamment pour objet une ligne de prise de courant. L'invention peut être appliquée à l'installation de lignes de prise de courant dans des ouvrages artifi- ciels, par exemple dans les tunnels ainsi que sur les parties à ciel ouvert des chemins de fer généraux. On connaît des lignes de prise de courant (voir "Lignes de prise de courant" par I.I. Vlasov, K.G. Markvardt. "Transzheldorisdat". Moscou, 1961, page 161) installées dans des ouvrages artificiels et comportant un fil de contact disposé le long de l'axe d'une voie et deux câbles porteurs armés en forme de rhombe avec des suspensions glissantes aux points de raccordement aux fils de contact. Cette construction est caractérisée par un grand encombrement vertical du fait que les câbles porteurs sont disposés au-dessus des fils de contact. On connaît également des lignes de prise de courant rudimentaires ("Elaboration d'un projet de ligne de prise de courant de voies ferrées électrifiées" par A.V. Fraifeld et al., "Transport", Moscou, 1972, page 24) dans lesquelles les fils de contact sont fixés aux éléments de support à l'aide d'un câble auxiliaire passant en son milieu sur une poulie dans chaque portée et fixé au-dessus de l'axe de la voie. Cette structure ne peut elle non plus être utilisée dans les conditions des dimensions-réduites d'un tunnel, car le câble auxiliaire doit être disposé dans le plan vertical et augmente l'encombrement de la ligne. En outre, le câble auxiliaire ne fixe pas le fil de contact dans le plan et, pour cette raison, il est nécessaire de faire appel à des dispositifs de fixation appropriés. On connaît aussi une construction de système à ligne de prise de courant dite tridimentionnelle rhombique (cf. 2 2589110 certificats d'auteur URSS n 137538, n0 140819). Dans cette conception de la ligne de prise de courant, on utilise des éléments de support et des éléments de fixation se présentant sous forme de biellettes de support en boucle passant en leur milieu sur une poulie. La ligne de prise de courant a deux types de biellettes de support qui diffèrent par leur fonction, leur encombrement et leur tension, ainsi que leur disposition dans l'espace. Ce type de ligne de prise de courant peut être utilisé dans le cas o cette ligne comporte deux fils de contact. En outre, la présence d'une biellette de fixation fortement tendue dans la ligne et la fixation de celle-ci sur le dispositif de support au-dessous de la biellette de support se traduisent par le fait que cette biellette est inclinée sous un petit angle par rapport à l'horizontale. Pendant le déplacement d'un train électrique il y a risque d'accrochage du patin de contact de la prise de courant à la biellette. On connaît également une construction de ligne de prise de courant (cf. certificat d'auteur U.R.S.S. n 560774) comportant des biellettes de support obliques et auxiliaires, des isolateurs, des haubans, des éléments de fixation, des éléments supports et des éléments porteurs auxquels sont fixés des fils de contact armés en forme de rhombe. Ce type de ligne de prise de courant ne peut pas être utilisé sur les terrains à ciel ouvert des chemins de fer généraux pour la construction des lignes de prise de courant à grandes portées. On connaît une ligne de prise de courant (cf. certificat d'auteur URSS n 1047746) comportant deux fils de contact accouplés l'un à l'autre par des plaques d'articulation, et des câbles porteurs fixés de part et d'autre de l'axe de la voie. Les fils de contact sont raccordés aux câbles porteurs à l'aide d'éléments de 3 2 5 82589110 fixation. Des isolateurs sont montés aux points o les câbles porteurs sont fixés aux appuis. Cette construction ne peut pas être utilisée sur les terrains à ciel ouvert des chemins de fer généraux à portées de longueur ordinaire. On peut l'utiliser seulement pour des lignes à portées de petite longueur comprise approximativement entre 18 et 22 mètres. En outre, comme on le sait, la rigidité de la ligne de prise de courant dans la portée n'a pas une valeur constante. Aux points o sont suspendus les fils de contact, la valeur de la rigidité de la ligne est plus grande que celle de sa rigidité entre eux dans la portée. Etant donné que la ligne de prise de courant est symétrique par rapport à l'axe de la voie, les valeurs de la rigidité mesurées à certains points de la portée d'une moitié de la ligne ne coïncident pas avec les valeurs de la seconde moitié. La valeur totale d'uneligne à chaque point est la somme des valeurs correspondantes de la rigidité de chaque moitié, ce qui entraîne des usures locales sensibles des fils de contact. Il convient de noter qu'il est impossible d'utiliser les câbles porteurs de la ligne, qui ne sont pas utilisés pour le passage des courants de traction, comme lignes électriques indépendantes et comme prises de terre de groupes, car c'est la section des fils de cuivre qui assure le passage des courants. On s'est donc proposé de mettre au point une ligne de prise de courant dans laquelle un choix approprié de l'endroit de montage des isolateurs et des éléments de fixation des fils de contact dans la portée et du nombre d'éléments de fixation permettrait de réduire l'usure des fils de contact, d'augmenter la longueur de la portée, d'élargir les possibilités fonctionnelles et de réduire les encombrements vertical et horizontal de la ligne de prise de courant. 4 25 82589110 Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'une ligne de prise de courant comportant deux fils de contact, accouplés entre eux par des plaques d'articulation, des câbles porteurs fixés sur des appusi de part et d'autre de l'axe de la voie, des éléments de fixation à l'aide desquels les fils de contact sont raccordés aux câbles porteurs, et des moyens pour l'isolement des fils de contacts des appuis, caractérisé, selon l'invention, en ce qu'au moins deux paires d'éléments de fixation sont montés entre deux points de fixation des câbles porteurs, les éléments de fixation de chaque paire étant disposés de part et d'autre de l'axe de la voie, et au moins deux parallélogrammes étant formés par les fils de contact entre deux points de fixation des câbles porteurs et à l'aide d'éléments de fixation et de plaques d'articulation. Pour assurer, dans chaque portée, une répartition régulière de la rigidité de la ligne de prise de courant, il est avantageux que les éléments de fixation de chaque paire soient installés, l'un par rapport à l'autre, avec un décalage le long de l'axe de la voie. Il est très utile que les éléments de fixation de chaque paire soient décalés l'un par rapport à l'autre, suivant l'axe de la voie d'une distance égale à un tiers de la distance entre les plaques d'articulation. Il est possible que les moyens pour l'isolement des fils de contact par rapport à l'appui, constitués par des isolateurs, soient installés dans chaque élément de fixation et/ou aux points de fixation des câbles porteurs. Dans le but de réduire l'encombrement horizontal de la ligne de prise de courant, celle-ci comporte, dans le cas o le nombre de parallélogrammes formés par les fils de contact est supérieur à deux, au moins une plaque d'entretoisement montée entre les câbles porteurs à la partie médiane de la portée et liée rigidement par ses extrémités aux câbles porteurs. L'invention revendiquée assure un faible encombrement vertical de la ligne de prise de courant, permet de réduire l'usure des fils de contact grâce à l'espacement mutuel des points de suspension des fils de contact, points o la valeur de la rigidité de la ligne est maximale., d'utiliser les câbles porteurs dans la ligne en tant qu'éléments de support pour les fils de contact et en qualité de prises de terre des groupes de lignes électriques ou des lignes électriques individuelles, et de réduire l'encombre- ment horizontal de la ligne de prise de courant. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisaton donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 représente, en plan, une ligne de prise de courant conforme à l'invention; - la figure 2 représente une ligne de prise de courant dans laquelle les isolateurs sont montés conformé- ment à une variante de l'invention; - la figure 3 représente une ligne de prise de courant dans laquelle les isolateurs sont montés conformément à une autre variante de l'invention; - la figure 4 représente une variante de réalisation d'une ligne de prise de courant dans laquelle les éléments de fixation sont décalés l'un par rapport à l'autre, selon l'invention; la figure 5 représente une autre variante de réalisation de la ligne de prise de courant dans laquelle les éléments de fixation sont décalés conformément à l'invention; - la figure 6 représente une ligne de prise de courant dans laquelle est utilisée une plaque d'entretoisement conformément à l'invention; 6 2589110 - la figure 7 représente la disposition des fils de la ligne de prise de courant et de la plaque d'entretoisement dans le plan vertical, selon l'invention; - la figure 8 représente la disposition des éléments de la ligne de prise de courant sur un appui, dans le cas o cette ligne est utilisée sur une partie à ciel ouvert d'une ligne de chemin de fer générale, selon l'invention. La ligne de prise de courant comporte deux fils de contact 1 (figure 1) accouplés l'un à l'autre par une plaque d'articulation 2 montée au-dessus de l'axe 3 de la voie. Les fils de contact 1 sont raccordés aux câbles porteurs 4 fixés, de part et d'autre de l'axe 3 de la voie, par au moins deux paires d'éléments de fixation 5. Les câbles porteurs 4 sont fixés aux appuis 6 de la portée, soit par l'intermédiaire d'isolateurs 7, soit directement (figure 2). Les plaques d'articulation 2 (figures 1, 2) sont montées, dans chaque portée, à égale distance l'une de l'autre, alors que chaque paire d'éléments de fixation 5, disposés de part et d'autre de l'axe 3 de la voie, est montée au milieu de chaque intervalle entre les plaques d'articulation 2, au moins deux rhombes étant formés dans chaque portée, c'est-à-dire entre deux points de fixation des câbles porteurs 4. Dans le cas o les câbles porteurs 4 (figure 2) sont fixés aux appuis 6 directement, les isolateurs 7 sont montés dans chaque élément de fixation 5. Il est possible de disposer les isolateurs 7 (figure 3) dans les éléments de fixation 5 et aux points de fixation des câbles porteurs 4. Les éléments de fixation 5 (figure 4) peuvent, dans chaque paire, être décalés l'un par rapport à l'autre de manière que les fils de contact 1 forment des parallé- logrammes, la distance optimale entre ces éléments étant égale à un tiers de la distance L (figure 5) entre les plaques d'articulation 2. 7 2 5 82589110 Si le nombre de parallélogrammes ou de rhombes formés par les fils de contact 1 (figures 6 et 7) est supérieur à deux, il est avantageux de monter une plaque d'entretoise- ment rigide 8 dans la partie médiane de chaque portée, entre les câbles porteurs 4. La figure 8 représente la disposition des éléments de la ligne de prise de courant sur l'appui 6 en cas d'utilisation de la ligne sur une voie à ciel ouvert de chemin de fer général. La ligne de prise de courant fonctionne comme suit. Dans chaque portée, les fils de contact I (figure 1) sont suspendus chacun à un câble porteur 4 correspondant à l'aide des éléments de fixation 5, et sont en même temps fixés à ce point par rapport à l'axe 3 de la voie. Les autres points de fixation sont formés aux endroits o les fils de contact 1 sont accouplés par les plaques d'articulation 2. La ligne de prise de courant est du type à semi-compensation. Dans ce cas, les. variations de la température des fils de contact I provoquent, dans la portée, des déplacements correspondants des éléments de fixation 5. En se déplaçant le long de l'axe 3 de la voie aux points de raccordement avec les fils de contact 1, les éléments de fixation 5 (figure 4) augmentent la dimension transversale du rhombe, ce qui réduit les déplacements longitudinaux des fils de contact 1, résultant de la variation de la température de l'air ambiant. Il s'ensuit que la ligne de prise de courant possède une aptitude à l'autocompensation. La valeur de l'autocompen- sation dépend de la longueur de l'élément de fixation 5. Plus cet élément est court, plus la variation de la dimension transversale du rhombe formé par les fils de courant I est forte et plus l'autocompensation est importante. Pour une longueur des éléments de fixation 5 8 2589110 égale à un mètre, il est possible, grâce à l'autocompensa- tion, d'augmenter de deux fois (c'est-à-dire jusqu'à 3500 mètres) la longueur d'un secteur d'ancrage. Dans le cas o la longueur de l'élément de fixation 5 est inférieure à cette valeur, la longueur du secteur d'ancrage peut être augmentée encore davantage. La longueur de l'élément de fixation 5 est choisie de manière que les câbles porteurs 4 soient situés en dehors de la zone de travail du patin de contact de la prise de courant. La plus grande distance entre les éléments de fixation 5 ne dépasse pas 20 mètres, ce qui, à son tour, détermine le nombre nécessaire de rhombes formés dans une portée d'une longueur de 50 à 60 m, et qui est égal au moins à trois. Ainsi, le nombre nécessaire de raccordements articulés des fils de contact 1 dans la portée est déterminé par la longueur de la portée. La ligne de prise de courant a été soumise à des essais destructifs pour la détermination de l'étendue de ia zone d'endommagement et du temps nécessaire à sa réparation. On a étébli que la zone d'endommagement de la ligne en cas de rupture d'un fil de contact 1 ne dépasse pas une seule portée. En cas de rupture simultanée de deux fils de contact 1, elle est inférieure à une moitié d'un secteur d'ancrage grâce à la présence des connecteurs électriques. En cas de rupture d'un ou de deux fils de contact i des lignes de prise de courant verticales en service, la zone d'endommagement constitue une moitié du secteur d'ancrage. Cette valeur réduite de la zone d'endommagement en cas de rupture des fils de contact 1 de la ligne de prise de courant est assurée par le fait que la tension d'un fil de contact 1 rompu est transmise par l'intermédiaire des plaques d'articulation 2 et des éléments de fixation 5 aux autres fils de contact qui restent en bon état et, de ce fait, tous les fils de contact des portées voisines conservent leur position de- travail. Il en résulte que la zone d'endommagement et le volume des travaux nécessaires à la restauration d'une ligne de prise de courant sont sensiblement réduits. En outre, l'usure d'un fil de contact I est réduite du fait que, dans la portée,la rigidité de la ligne se répartit plus uniformément dans la ligne de prise de courant revendiquée que dans les lignes verticales. Le décalage des éléments de fixation 5 (figure 4) dans chaque paire contribue à une répartition plus régulière de la rigidité de la ligne de prise de courant dans la portée, du fait que les points les plus rigides aux endroits de fixation des fils de contact i aux câbles porteurs 4 sont décalés l'un par rapport à l'autre. La plus grande égalisation de la rigidité de la ligne suivant la longueur de la portée est obtenue quand les éléments de fixation 5 sont décalés l'un par rapport à l'autre d'une distance égale à un tiers de la distance L (figure 5) entre les plaques d'articulation 2. Les câbles porteurs 4 font office de charpente portante pour les fils de contact 1, mais, en même temps,ils sont électriquement isolés l'un de l'autre, les câbles porteurs 4 (figure 2) étant directement fixés sur les structures de support des appuis 6. Dans la ligne de prise de contact revendiquée, la liaison électrique entre les câbles porteurs 4 et les fils de contact I est supprimée, mais il existe une liaison mécanique entre eux. La présence des câbles porteurs 4 assure la position requise en hauteur des fils de contact I et une rigidité appropriée à la structure considérée. En même temps, il est possible d'utiliser les câbles porteurs (figures 1, 3, 4, 5) en tant que câbles 1 0 de prise de terre de groupes. Ces câbles 4 des prises de terre de groupes sont montés sur certains secteurs des chemins de fer généraux. Grâce à la présence de deux câbles 4, il est maintenant possible d'utiliser un câble comme prise de terre pour un groupe, et le second, en tant que guide d'ondes pour permettre les communications avec le train. Les câbles porteurs 4 remplissent simultané- ment deux fonctions et permettent ainsi de supprimer le montage de câbles auxiliaires. Dans les conditions des dimensions réduites d'un tunnel, il est difficile parfois de monter les câbles auxiliaires par suite du manque de place. Les essais effectués ont fait apparatre que, dans le cas d'utilisation d'isolateurs en matière polymère d'une masse voisine de 4 kg, la rigidité de la ligne et sa répartition dans la portée ne diffère pratiquement pas des valeurs appropriées quand les isolateurs 7 sont fixés sur des structures de support. Ceci est obtenu grâce aux facteurs suivants. Les câbles porteurs 4 sont soumis à l'action d'une charge verticale engendrée par le propre poids des fils de contact 1 et des isolateurs 7 et à la charge horizontale due à la disposition en rhombes des fils de contact 1. La charge résultante qui agit sur le câble porteur 4 lorsqu'on utilise un isolateur 7 d'une masse de 4 kg dans la structure revendiquée croit de 1,5% par comparaison avec la ligne dans laquelle les isolateurs 7 sont disposés entre les câbles porteurs 4 et les charpentes de support. Dans le cas o les fils de contact 1 (figures 3 et 8) et les câbles porteurs 4 constituent un système mécanique unique, les câbles porteurs 4 font office de structure de support pour les fils de contact 1 et, grâce à ces câbles, la position en hauteur nécessaire des fils de contact est maintenue. La coopération des câbles 4 et des fils de contact 1 détermine la rigidité de la ligne. L'isolement des câbles porteurs 4 par rapport aux structures de support et aux fils de contact 1 permet d'utiliser chacun d'eux comme une ligne individuelle. Le montage de la plaque d'entretoisement 8 (figure 6) au milieu de la portée réduit l'encombrement horizontal de la ligne. Pour déterminer la projection de la flèche d'un câble porteur 4, on utilise la formule suivante: n2.K.C a = T(1) a T dans laquelle: n est le nombre de rhombes formés par les fils de contact 1 dans une portée, K est la tension du fil de contact 1, T est la tension du câble porteur 4, C est la distance maximale entre l'axe 3 de la voie et le fil de contact 1. Pour une ligne dont le fil de contact 1 forme trois rhombes dans la portée, "a" est égal à 1,8m. L'encombrement horizontal total de la ligne est alors déterminé à l'aide de la formule suivante: G = 2a + 2c + 2b (2) dans laquelle b est la longueur minimale de l'élément de fixation 5. Pour une ligne avec n = 3, c = 0, 3 m, b = 0,4 m, l'encombrement total est: G = 2 x 1,8 + 2 x 0,3 + 2 x 0,4 = 5,o m (3) Lorsqu'on monte, au milieu de la portée, une plaque d'entretoisement 8 dont la longueur est égale à la distance horizontale entre les points de fixation du câble porteur 4, on obtient en plan, en quelque sorte, un point de fixation complémentaire. Dans ce cas, un rhombe et demi est formé par les fils de contact 1 entre la plaque 8 et les points de fixation voisins des câbles porteurs 4. Les forces horizontales résultant de la modification de la direction des fils de contact, forces qui déterminent la projection horizontale des câbles porteurs, sont alors plus faibles. Maintenant, la 12 2589110 projection horizontale du câble porteur 4 est a = 0,45 m. L'encombrement total de la ligne, déterminé à l'aide de la formule (2), est égal à 2,3 m. Il s'ensuit que, dans le cas considéré, le montage d'une seule plaque d'entretoisement 8 permet de réduire l'encombrement horizontal de plus de 2 fois. La longueur de la plaque d'entretoisement 8 peut être réglée. Ainsi, dans l'exemple considéré,quand la longueur de la plaque d'entretoisement 8 est inférieure à 2,3 m, la distance entre les câbles 4 aux endroits de leur fixation augmente. Il est évident qu'il est avantageux de choisir la longueur des plaques 8 de manière à ce qu'elles diminuent l'encombrement horizontal de la ligne de plus de deux fois. Une longueur de la plaque d'entretoisement inférieure à 2,3 m augmente la distance entre les câbles 4 aux endroits de leur fixation. Bien entendu, il est avantageux d'utiliser des plaques 8 d'une longueur permettant de réduire au maximum l'encombrement horizontal de la ligne. La ligne de prise de courant proposée est caracté- risée par un encombrement vertical minimal quand les fils de contact i (figure l) forment un ou deux rhombes dans la portée, ce qui est très important lorsqu'on l'utilise dans des ouvrages artificiels. La répartition régulière de la rigidité de la ligne suivant la longueur de la portée permet de l'utiliser sur des voies de chemins de fer généraux pour trains rapides pour les lignes à portées de longueur ordinaire. La ligne de prise de courant proposée présente une faible étendue de la zone d'endommagement en cas de rupture des fils de la ligne, cette étendue étant de o10 à fois inférieure à celle constatée dans les lignes de contact à suspension caténaire en usage actuellement, et qui correspond à une seule portée. L'absence de biellettes de support et la supression des travaux de régalge au cours 13 2 52589110 de l'exploitation ont permis de réduire les frais d'exploitation. L'utilisation des câbles porteurs 4 comme prises de terre de groupes ou pour d'autres lignes particulières a permis de diminuer notablement les investissements pour la construction de la ligne de prise de courant. 14 2589110 R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Ligne de prise de courant, notamment pour voie ferrée, du type comportant deux fils de contact (1) accouplés entre eux par des plaques d'articulation (2), des câbles porteurs (4) fixés sur des appuis (1) de part et d'autre de l'axe (3) de la voie, des éléments de fixation (5) à l'aide desquels les fils de contact (1) sont raccordés aux câbles porteurs (4), et des moyens d'isolement des fils de contact (1) par rapport auxdits appuis (6), caractérisée en ce qu'au moins deux paires d'éléments de fixation (5) sont montées entre deux points de fixation des câbles porteurs (4) aux appuis (6), les éléments de fixation (5) de chaque paire étant disposés de part et d'autre de l'axe (3) de la voie et au moins deux parallélogrammes étant formés,entre deux points de fixation des câbles porteurs (4), par les fils de contact (1) à l'aide des plaques d'articulation (2). 2. Ligne de prise de courant suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de fixation (5) de chaque paire sont décalés l'un par rapport à l'autre suivant l'axe (3) de la voie. 3. Ligne de prise courant suivant l'une-des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les éléments de fixation (5) de chaque paire sont décalés l'un par rapport à l'autre, suivant l'axe (3) de la voie, d'une distance L/3 égale à un tiers de la distance (L) entre les plaques d'articulation (2). 4. Ligne de prise de courant suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que les moyens d'isolement des fils de contact (1) sont constitués par des isolateurs (7) montés dans chaque élément de fixation (5) et/ou aux points de fixation des câbles porteurs (4). 2589110 5. Ligne de prise de courant suivant l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisée en ce que, dans le cas o le nombre de parallélogrammes formés par les fils de contact (1) est supérieur à deux, elle comporte au moins une plaque d'entretoisement (8) disposée entre les câbles porteurs (4), dans la partie médiane de la portée, et liée rigidement par ses extrémités aux câbles porteurs (4).