Brevet FR3030180A1 — publié le 20160617

Système dissipatif de chaleur de fil de contact conducteur de caténaire et portion de caténaire comportant au moins un tel système. L'invention concerne principalement un système dissipatif de chaleur de fil de contact conducteur de caténaire destiné à alimenter électriquement des locomotrices circulant sur les voies. L'invention concerne également une portion de caténaire munie d'au moins un tel système. La transmission du courant électrique aux trains est assurée au moyen d'un ou de plusieurs fils conducteurs disposés au-dessus de la voie ferrée et en contact avec les pantographes situés en partie supérieure des locomotrices en circulation. Le ou les fils conducteurs, aussi appelés fils de contact, forment avec les moyens de maintien de ces fils des caténaires. En référence à la figure 1 qui représente schématiquement une portion de caténaire pour une alimentation électrique en continu de 1,5 kilovolts, une caténaire 1 est essentiellement constituée d'un fil de contact conducteur 2 qui est suspendu à un câble porteur auxiliaire 3 par une série de pendules 4, le câble porteur auxiliaire 3 étant lui-même suspendu à un câble porteur principal 5 par une série de pendules 6 de longueurs variables. Le maintien du câble porteur auxiliaire 3 est assuré par un antibalançant 7 solidaire d'un poteau 8 et relié au câble porteur auxiliaire 3 par un dispositif de suspension 9. Le maintien du câble porteur principal 5 est quant à lui assuré par une console 10, un hauban 11 et un dispositif de suspension 12 reliant le hauban 11, la console 10 et le câble porteur principal 5. Le fil de contact est généralement en cuivre. Sur certaines caténaires, deux fils de contact sont prévus. Le diamètre des fils de contact est par ailleurs agencé selon le type de caténaire et la vitesse de circulation autorisée, généralement compris entre 107 mm2 et 150 mm2. L'invention porte particulièrement, sans s'y limiter, aux zones de stationnement prolongé du matériel ferroviaire, telles que les voies de service servant au garage des rames nécessitant des opérations de pré-conditionnement ou de préchauffage, ou encore les voies principales situées en amont de signaux d'arrêt. 3030180 2 Dans ces zones de stationnement, l'appel de courant prolongé au niveau du contact entre les pantographes et le fil de contact conducteur entraîne un échauffement excessif de ce fil de contact. Cet échauffement provoque l'affaiblissement mécanique du fil de contact pouvant engendrer des déformations 5 et dégradations, voire une rupture du fil sous l'effet de la tension mécanique à laquelle le conducteur est soumis, cette tension mécanique pouvant aller jusqu'à 30 kilo Newton selon les conditions de mise en oeuvre et de température. Cette tension mécanique est néanmoins nécessaire au maintien de la caténaire pour compenser le phénomène de flèche apparaissant entre deux points de 10 suspension consécutifs du fil de contact. C'est particulièrement le cas pour les voies électrifiées en courant continu de 1,5 kilovolt. L'utilisation de plusieurs fils de contact ou l'augmentation de la surface de contact entre le fil et les pantographes s'avèrent insuffisants. 15 Ainsi, sur certaines zones, le stationnement prolongé a été interdit tandis que sur d'autres zones, des tournées d'inspection régulières veillent à prévenir l'apparition de signes de dégradation du fil de contact. Dans ce contexte, la présente invention vise un système permettant d'éviter les phénomènes d'échauffements définis précédemment, en visant ainsi à 20 permettre un stationnement avec conservation de l'alimentation en énergie sans limite de durée et sans détérioration mécanique du fil de contact. A cet effet, le système dissipatif de chaleur de fil de contact conducteur de caténaire de l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il s'étend longitudinalement autour d'au moins un fil de contact, et en ce qu'il comporte un 25 manchon de solidarisation au fil de contact recouvrant le dit fil de contact au niveau de la zone de contact avec les pantographes, duquel manchon de solidarisation s'étend une portion dissipative de chaleur, le manchon de solidarisation et la portion dissipative de chaleur étant réalisés en un matériau conducteur thermique. 30 Le système de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles : 3030180 3 - la portion dissipative de chaleur comporte au moins deux ailettes s'étendant depuis une zone supérieure du manchon de solidarisation opposée à la zone de contact avec les pantographes. - chaque ailette de la portion dissipative de chaleur présente une forme de 5 portion d'anneau tronconique dont la largeur minimum est définie par son bord inférieur solidaire de la zone supérieure du manchon de solidarisation. - la portion d'anneau tronconique de chaque ailette est centrée sur l'axe longitudinal du manchon de solidarisation et l'angle formé par les deux bords latéraux inclinés extrapolés jusqu'au dit axe longitudinal est compris entre 75 et 85 10 degrés. - les ailettes de la portion dissipative de chaleur s'étendent perpendiculairement à l'axe longitudinal du manchon de solidarisation. - la face externe du manchon de solidarisation présente une section en coupe circulaire, le bord inférieur de chaque ailette solidaire de la zone supérieure 15 du manchon de solidarisation étant ainsi en arc de cercle, et la face interne du manchon de solidarisation présente une section en coupe qui est ajustée au diamètre et au profilé du fil de contact en permettant ainsi d'assurer un contact surfacique du manchon de solidarisation au dit fil de contact. - le système dissipatif de l'invention s'étend longitudinalement autour d'un fil 20 de contact unique et la face interne du manchon de solidarisation présente une section générale en coupe circulaire sur laquelle sont ménagées deux nervures longitudinales coïncidant avec deux rainures longitudinales réalisées sur le fil de contact. - le manchon de solidarisation est fait en deux parties, les deux parties étant 25 aptes à être assemblées l'une à l'autre autour du fil de contact et comportant chacune sur leur face interne une nervure longitudinale coïncidant avec l'une des rainures longitudinales du fil de contact. - le manchon de solidarisation s'étend longitudinalement autour de deux fils de contact parallèles. 30 L'invention concerne également une portion de caténaire qui est essentiellement caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un système dissipatif de chaleur tel que précédemment défini, monté sur au moins un fil de contact de sa ligne d'alimentation électrique. 3030180 4 La portion de caténaire de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles : - la ligne d'alimentation électrique comporte un unique fil de contact sur 5 lequel est monté le système dissipatif de chaleur précédemment défini pour une caténaire monofilaire. - la ligne d'alimentation électrique comporte deux fils de contact parallèles réunis sur au moins une partie de la dite ligne d'alimentation en un unique fil de contact au moyen d'un système de transition, le système dissipatif de chaleur io précédemment défini pour une caténaire monofilaire étant monté sur l'unique fil de contact. - la ligne d'alimentation électrique comporte deux fils de contact parallèles sur lesquels est monté le système dissipatif de chaleur précédemment défini pour une caténaire bifilaire. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 déjà décrite représente schématiquement en perspective un système de suspension de caténaire de l'art antérieur, 20 - la figure 2 est une représentation schématique en coupe du système dissipatif de l'invention monté sur un unique fil de contact conducteur selon une première variante, - la figure 3 est une représentation schématique en perspective du système dissipatif de l'invention de la figure 2, 25 - la figure 4 est une représentation schématique de côté du système dissipatif de l'invention de la figure 2, - la figure 5 est une représentation schématique en perspective de la portion de caténaire de l'invention munie du système dissipatif de l'invention selon la première variante, 30 - la figure 6 est une représentation schématique en élévation d'une portion de caténaire bifilaire sur laquelle est agencée le système dissipatif de l'invention selon la première variante, et 3030180 5 - la figure 7 est une représentation schématique en coupe du système dissipatif de l'invention monté sur une portion de caténaire bifilaire selon une seconde variante. Le système dissipatif de l'invention comporte un manchon de solidarisation à 5 un ou deux fils de contact conducteur de la ligne d'alimentation électrique, duquel manchon de solidarisation s'étend une portion dissipative de chaleur. Le manchon de solidarisation entoure intégralement le ou les fils de contact, y compris au niveau de la bande de frottement avec les pantographes. Ce manchon de solidarisation est ajusté au diamètre du ou des fils de contact de 10 façon que le transfert de chaleur entre le ou les fils de contact conducteur et le manchon de solidarisation puisse opérer. La portion dissipative de chaleur s'étend quant à elle depuis la zone supérieure du manchon de solidarisation qui est opposée à la zone de contact avec les pantographes. Cette portion dissipative de chaleur comporte une série 15 d'ailettes adjacentes, de préférence disposées perpendiculairement au fil de contact pour que le refroidissement par le vent qui circule entre les ailettes soit le plus efficace possible. Ainsi, le contact surfacique entre le manchon de solidarisation et le fil de contact conducteur, et la disposition des ailettes de la portion dissipative de 20 chaleur permettent de diminuer la température du fil de contact conducteur par dissipation de la chaleur accumulée au niveau de la zone de contact avec les pantographes. En référence aux figures 2 à 4, le système dissipatif de l'invention 21 selon une première variante est adapté à un unique fil de contact conducteur 22. 25 Le manchon de solidarisation 23 du système dissipatif 21 est monté coaxialement autour du fil de contact 22, sa face externe 24 présentant une section en coupe circulaire. Sa face interne 25 présente une section générale en coupe circulaire sur laquelle sont ménagées deux nervures longitudinales 26,27 qui coïncident avec 2 rainures longitudinales 28,29 usinées sur la partie 30 supérieure du fil de contact 22. Ces rainures longitudinales 28,29 sont présentes sur les fils de contact existants pour maintenir ces fils sur les armements. Le profilé de la face interne 25 du manchon de solidarisation 23 s'adapte ainsi aux fils de contact existants. 3030180 6 Le diamètre et le profilé de la face interne 25 du manchon de solidarisation 23 sont ajustés au diamètre et au profilé du fil de contact 22 pour que le manchon de solidarisation soit en contact surfacique sur tout le pourtour du fil de contact 22. Ce contact optimum entre le manchon de solidarisation 23 et le fil de contact s 22 permet d'assurer au mieux le transfert de chaleur du fil de contact 22 au manchon de solidarisation 23. Le manchon de solidarisation 23 est réalisé en deux parties formant deux demi-coques 23a,23b assemblées ensemble autour du fil de contact 22 lors du montage du système dissipatif de l'invention 21 sur le fil de contact 22. Une io première demi-coque 23a comporte sur sa face interne la première nervure 26 coïncidant avec la première rainure 28 du fil de contact 22, et la seconde demi-coque 23b comporte sur sa face interne la seconde nervure 27 coïncidant avec la seconde rainure 29 du fil de contact 22, et sur sa face externe la portion dissipative de chaleur 30 décrite ci-après. Les deux demi-coques 23a,23b sont 15 assemblées ensemble par exemple par boulonnage. Le manchon de solidarisation 23 recouvre ainsi totalement la surface du fil du contact 22 en présentant une zone de contact 31 avec les pantographes, le fil de contact 22 n'étant pour sa part pas en contact direct avec les pantographes sur la longueur du système dissipatif 21. 20 La portion dissipative de chaleur 30 comporte une série d'ailettes 22, au nombre de 22 sur les figures 3 et 4, qui s'étendent vers le haut depuis la zone supérieure 33 du manchon de solidarisation 23 opposée à la zone de contact 31 avec les pantographes. Chaque ailette 32 présente une forme de portion d'anneau tronconique 25 centrée sur l'axe longitudinal XX' du manchon de solidarisation 23, dont la largeur minimum correspond à son bord inférieur en arc de cercle 34 en liaison avec le manchon de solidarisation 23. Chaque ailette 32 s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal XX' du manchon de solidarisation 23. Cette disposition particulière favorise la dissipation 30 de chaleur par diffusion thermique par convection, en permettant au vent de traverser les ailettes 32 et de les refroidir de façon optimale. En référence à la figure 7 et selon une seconde variante de l'invention, le système dissipatif de l'invention 1 a s'adapte à une caténaire bifilaire comportant deux fils de contact 32a,32b parallèles, en prévoyant un manchon de 3030180 7 solidarisation 23a qui entoure les deux fils de contact 32a,32b. Dans cette configuration, la portion dissipative de chaleur 10a constituée par les ailettes 32a reste inchangée. Le manchon de solidarisation 23 et la portion dissipative de chaleur 32 des s sont réalisés en un même matériau conducteur thermique, par exemple en cuivre, en aluminium ou en alliage de cuivre ou d'aluminium. Le manchon de solidarisation 23 et la portion dissipative de chaleur 32 sont réalisés par moulage, extrusion ou par usinage. Le nombre, la taille et la disposition des ailettes 32 ainsi que l'épaisseur du 10 manchon de solidarisation 23 sont adaptés au regard du matériau utilisé pour réaliser le système dissipatif. A titre d'exemple, le système dissipatif de l'invention 21 adapté aux caténaires monofilaires comme illustré sur les figures 2 à 4 présente les dimensions suivantes : 15 - le rayon R1 du manchon est de 9 millimètres - le rayon R2 extrapolé de chaque ailette 12 est de 25,6 millimètres - l'angle a de chaque ailette 12 par rapport à l'axe longitudinal XX' du manchon de solidarisation 3 est de 90 degrés (figure 4), - l'épaisseur e de chaque ailette 12 est de 1 millimètre, et 20 - l'angle 13 (figure 2) entre les bords latéraux inclinés 35a,35b de la portion d'anneau de chaque ailette 32 est d'environ 82 degrés. Cet angle 13 est matérialisé sur la figure 2 par extrapolation des bords latéraux inclinés 35a,35b jusqu'à l'axe longitudinal XX' du manchon de solidarisation 23, et défini entre les deux segments extrapolés représentés en pointillés. Cet angle sera défini de façon à 25 être suffisant pour assurer la diffusion thermique tout en restant inférieur à 180 degrés pour éviter un encombrement trop important sur la ligne d'alimentation électrique et empêcher tout contact des ailettes 32 avec le pantographe. On favorisera de façon générale un nombre important d'ailettes de fine épaisseur et de plus grande hauteur pour assurer au mieux la diffusion thermique 30 de la chaleur accumulée au niveau du fil de contact conducteur 22. En référence à la figure 5, le système dissipatif 21 décrit précédemment et adapté à une caténaire monofilaire est monté sur le fil de contact 22 d'une ligne d'alimentation électrique. 3030180 8 Le système de l'invention 1 représenté de façon schématique est maintenu en place relativement à un poteau 36 au moyen d'une console 37, d'un hauban 38 et d'un système de suspension 39. La console 37, le hauban 38 et le système de suspension 39 pourront être déjà existants sur la ligne d'alimentation électrique. Il 5 sera prévu des moyens de fixation 40 adaptés à la portée de l'homme du métier du système de suspension 39 sur le système dissipatif de l'invention 21. La fixation du système de l'invention à la caténaire peut être réalisée de façon différente selon la position du système sur la ligne d'alimentation électrique. On peut notamment prévoir un porteur longitudinal, par exemple celui de la 10 caténaire si cette dernière présente un tel porteur, un porteur transversal ou tout armement rigide lié à une structure de maintien. On pourra par ailleurs prévoir d'ajouter des pendules pour rectifier la géométrie de la caténaire dans le cas où le système dissipatif de l'invention entraînerait un abaissement trop important du plan de contact de la caténaire avec les pantographes du fait du poids 15 supplémentaire imposé par le système dissipatif de l'invention. En référence à la figure 6, lorsque la caténaire est de type bifilaire et ainsi constituée de deux fils de contact 22a',22b', on peut prévoir en alternative au système dissipatif 21a de la figure 7, d'agencer un système de transition 31 réunissant les deux fils de contact 22a',22b' en un unique fil de contact 22c' sur 20 lequel est monté le système dissipatif 21 selon la première variante des figures 2 à 4. La transformation d'une caténaire bifilaire en caténaire monofilaire est subordonnée à la condition que le courant électrique admissible soit suffisant pour l'ensemble formé par la partie de caténaire monofilaire et le système dissipatif 21 de l'invention. 25 Le système dissipatif de l'invention permet ainsi de réduire la température du fil de contact. Par ailleurs, les ailettes confèrent un faible poids au système de l'invention, ce qui lui permet d'être installé sur une ligne d'alimentation électrique sans modifications substantielles des structures portantes existantes. En raison du fait que le manchon de solidarisation entoure totalement le ou 30 les fils de contact, des systèmes d'interfaces seront ménagés aux extrémités du système dissipatif de l'invention pour compenser le différentiel de hauteur entre le fil de contact et la zone de contact du manchon de solidarisation avec les pantographes. 3030180 9 Le système dissipatif de l'invention s'adapte préférentiellement aux voies électrifiées en courant continu de 1,5 kilovolt mais trouve également application sur les voies électrifiées en courant alternatif de 15 et 25 kilovolts et en courant continu de 3 kilovolts. 5 La longueur du système dissipatif peut aller jusqu'à 20 mètres pour un poids linéique d'environ 4 kilogramme/mètre. Le système de l'invention peut s'appliquer à des longueurs plus importantes, par exemple en prévoyant plusieurs systèmes dissipatifs consécutifs reliés entre eux par des interfaces adaptées. 10 15 REVENDICATIONS1. Système dissipatif de chaleur de fil de contact conducteur de caténaire, 5 caractérisé en ce qu'il s'étend longitudinalement autour d'au moins un fil de contact (22), et en ce qu'il comporte un manchon de solidarisation (23) au fil de contact recouvrant le dit fil de contact (22 ;22a,22b ;22c') au niveau de la zone de contact (31) avec les pantographes, duquel manchon de solidarisation (23) s'étend une portion dissipative de chaleur (30), le manchon de solidarisation (23) 10 et la portion dissipative de chaleur (30) étant réalisés en un matériau conducteur thermique. 2. Système dissipatif de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion dissipative de chaleur (30) comporte au moins deux ailettes (32) 15 s'étendant depuis une zone supérieure (33) du manchon de solidarisation (23) opposée à la zone de contact (31) avec les pantographes. 3. Système dissipatif de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque ailette (32) de la portion dissipative de chaleur (30) présente une 20 forme de portion d'anneau tronconique dont la largeur minimum est définie par son bord inférieur (34) solidaire de la zone supérieure (33) du manchon de solidarisation (30). 4. Système dissipatif de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce 25 que la portion d'anneau tronconique de chaque ailette est centrée sur l'axe longitudinal (XX') du manchon de solidarisation (23,23a) et en ce que l'angle ([3) formé par les deux bords latéraux inclinés (35a, 35b) extrapolés jusqu'au dit axe longitudinal (XX') est compris entre 75 et 85 degrés. 30 5. Système dissipatif de chaleur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les ailettes (32) de la portion dissipative de chaleur (40) s'étendent perpendiculairement à l'axe longitudinal (XX') du manchon de solidarisation (23,23a). 3030180 11 ' 6. Système dissipatif de chaleur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la face externe (24) du manchon de solidarisation (23,23a) présente une section en coupe circulaire, le bord inférieur de chaque ailette (32) solidaire de la zone supérieure (33) du manchon de solidarisation (23) étant ainsi en arc de cercle, et en ce que la face interne (25) du manchon de solidarisation (23) présente une section en coupe qui est ajustée au diamètre et au profilé du fil de contact (22 ;22a,22b ;22c') en permettant ainsi d'assurer un contact surfacique du manchon de solidarisation (23) au dit fil de contact (22). 7. Système dissipatif de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il s'étend longitudinalement autour d'un fil de contact unique (22 ;22c') et en ce que la face interne (25) du manchon de solidarisation (23) présente une section générale en coupe circulaire sur laquelle sont ménagées deux nervures longitudinales (26,27) coïncidant avec deux rainures longitudinales (28,29) réalisées sur le fil de contact (22 ;22c'). 8. Système dissipatif de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le manchon de solidarisation (23) est fait en deux parties (23a,23b), les deux parties (23a,23b) étant aptes à être assemblées l'une à l'autre autour du fil de contact (22) et comportant chacune sur leur face interne une nervure longitudinale (26,27) coïncidant avec l'une des rainures longitudinales (28,29) du fil de contact (22 ;22c'). 9. Système dissipatif de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le manchon de solidarisation (23a) s'étend longitudinalement autour de deux fils de contact parallèles (32a,32b). 10. Portion de caténaire, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un 30 système dissipatif de chaleur (21,21a) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 monté sur au moins un fil de contact (22 ;22a,22b,22c') de sa ligne d'alimentation électrique. 11. Portion de caténaire selon la revendication 10, caractérisée en ce que la 35 ligne d'alimentation électrique comporte un unique fil de contact (22) sur lequel est 3030180 12 monté le système dissipatif de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 12. Portion de caténaire selon la revendication 10, caractérisée en ce que la 5 ligne d'alimentation électrique comporte deux fils de contact parallèles (22a',22b') réunis sur au moins une partie de la dite ligne d'alimentation en un unique fil de contact (22c') au moyen d'un système de transition (41), le système dissipatif de chaleur (21) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 étant monté sur l'unique fil de contact (22c'). 10 13. Portion de caténaire selon la revendication 10, caractérisée en ce que la ligne d'alimentation électrique comporte deux fils de contact parallèles (22a,22b) sur lesquels est monté le système dissipatif de chaleur (21a) selon la revendication 9. 15