Łańcuchowy jest zestaw prowadzenia kabli i przewodów przewodzących przeznaczony do dostarczania elektryczne środki transportu do odbioru prądu przez urządzenie antenowe. Kable nośne wykonane są z brązu lub aluminium - stali , a przewodniki to w 98% czysta miedź lub miedź z dodatkiem cyny lub magnezu. Sieć trakcyjna jest używana do obsługi większości pociągów i tramwajów , ale także trolejbusów . Niektóre przejażdżki samochodzikami w wesołym miasteczku są również zasilane energią napowietrzną.
Napowietrzna elektryczna linia trakcyjna nazywana jest linią jezdną, gdy ma tylko jeden lub dwa przewody jezdne (FC). Sieć trakcyjna (od łacińskiego catena , łańcuch) składa się z jednego lub dwóch drutów jezdnych zawieszonych na wahadłach z jednego lub dwóch lin nośnych.
Te kolektory prądu przy wysokich prędkościach wymaga drutu kontaktowego o specyficznej strzałka pomiędzy dwoma kolejnymi elipsy (zakres). Nieprawidłowości skutkowałyby nieciągłością w gromadzeniu energii elektrycznej, prowadząc do znacznej degradacji materiału (taśma ochronna i drut jezdny).
Niektóre linie są wyposażone w uproszczone sieci trakcyjne (np. Linia Bourg Saint Maurice - Albertville ), prędkość na odcinkach linii wyposażonych w takie sieci nie przekracza 120 km / h . Na stacjach rozrządowych i zajezdniach, gdzie prędkość jest zawsze zmniejszona, zasilanie pociągów jest również zapewniane przez linię jezdną składającą się z jednego lub dwóch przewodów.
Ze względu na swój ciężar nić rozciągnięta między dwoma punktami nie może przebiegać po linii prostej. Podąża za krzywą zwaną strzałką lub łańcuchem (w postaci cosinusa hiperbolicznego ).
Rozwiązanie polega na podwieszeniu przewodu jezdnego, rowkowanego wzdłużnie u góry, do liny nośnej za pomocą wahadeł o zmiennej długości, na tej samej zasadzie co mosty wiszące. Zespół jest napinany za pomocą urządzeń napinających wyposażonych w przeciwwagi, które wywierają zrównoważony uciąg na dwóch drutach i utrzymują stałe naprężenie mechaniczne w określonym zakresie temperatur (w pełni regulowana sieć trakcyjna). Ten zespół między dwiema przeciwwagami nazywany jest sprzętem.
Pierwszy francuski tramwaj elektryczny, oddany do użytku w Clermont-Ferrand, był dostarczany przez „wahadłowiec” przesuwający się w dzielonej rurze i połączony z tramwajem elastycznym kablem.
W 1910 roku PLM przeprowadził testy między Grasse i Mouans-Sartoux, przy 10 kV 25 Hz; w tym samym czasie Cie. du Midi decyduje się na wyposażenie linii z Perpignan do Villefranche de Conflent w napięcie 12 kV - 16 2/3 Hz.
Testy te umożliwiły walidację pierwszych nośników nośnych i tej.
Pomiędzy Perpignan i Villefranche nadal istnieje duża liczba łańcuchów nośnych pochodzących z pierwszych testów przy 12 kV 16 2/3 Hz, które obecnie obsługują zunifikowaną sieć trakcyjną przy 1500 V DC.
Tarcie pałąka na przewodzie jezdnym generuje falę mechaniczną, która rozchodzi się po obu stronach punktu styku. Przy normalnym napięciu przewodu jezdnego fala ta rozchodzi się z prędkością mniejszą niż 500 km / h . Jeśli TGV osiągnie tę prędkość, pantograf dogania falę - jest to zjawisko Macha , czasami nazywane ścianą nośną . Może to spowodować rozerwanie linii napowietrznych i zniszczenie pantografu. Jest to jedna z przyczyn ograniczenia prędkości w pociągach typu TGV. Aby uniknąć tego zjawiska, konieczne jest zwiększenie napięcia drutu, co zwiększa prędkość propagacji fali. Stwarza to problem wytrzymałości mechanicznej sieci trakcyjnej. Należy znaleźć kompromis między dobrą wytrzymałością mechaniczną sieci trakcyjnej a jej dobrą przewodnością elektryczną - aby ograniczyć straty spowodowane efektem Joule'a .
Oprócz mechanicznego naprężenia wywieranego na sieć jezdną, wzrost prędkości fali uzyskano (podczas pracy) poprzez usztywnienie nośników nośnych i zablokowanie pantografu na stałej wysokości (5,08 m na francuskim LGV ). Amplituda tej fali jest również redukowana poprzez regulację częstotliwości drgań podpór tak, aby absorbowały tę falę. Modyfikacje te pozwoliły na przekroczenie prędkości 270 km / h oraz na obsługę linii z bardzo dużą prędkością od 300 do 320 km / h .
W przypadku elektryfikacji 25 000 V uzbrojenie, czyli sprzęt znajdujący się na słupie i przeznaczony do „przenoszenia” sieci trakcyjnej, jest najczęściej naprężony i składa się z konsol i osłon odizolowanych od nośników za pomocą izolatorów szklanych, ceramicznych lub materiał syntetyczny, którego wielkość zmienia się w zależności od napięcia zasilania i warunków atmosferycznych, na które są narażone (zanieczyszczenie morza itp.). Struktura sieci trakcyjnej jest silnie uzależniona od napięcia zasilania.
GenerałLiczba rozprowadzonych przewodów elektrycznych zależy od zastosowanego napięcia, prędkości linii, wymaganych wymiarów elektrycznych w zależności od liczby obiegów występujących jednocześnie w tym samym sektorze.
Korpus pojazdu może być:
W szynach, naprzemiennie, jedna z faz jest doprowadzana do szyny i do ziemi (skutki „prądów błądzących” są prawie nieistotne przy przemienności).
Prąd stały został zastosowany, gdy rozpoczęła się elektryfikacja sieci kolejowej. Na przykład sieci 1500 V DC można znaleźć we Francji lub Holandii . Znaczne prądy płynące w sieci trakcyjnej wymagają większej liczby przewodów i większego przekroju, jest to sieć trakcyjna bardziej skomplikowana w realizacji i wymagająca punktów zasilania ( podstacji elektrycznych ) oddalonych od 10 do 15 km . We Francji ten typ sieci trakcyjnej jest stosowany głównie w sieciach południowo-wschodniej i południowo-zachodniej (w Paryżu: odjazd z linii Gare de Lyon , Gare d'Austerlitz , Gare Montparnasse , RER C ).
Sieć trakcyjna 3000 V DC znajduje się w Belgii , Luksemburgu do września 2018 r. (Linia z Luksemburga do Brukseli), Włoszech , Hiszpanii i niektórych krajach Europy Wschodniej, takich jak Polska . Podwojenie napięcia ogranicza straty energii w linii przy tej samej dostarczanej mocy, ponieważ niezbędny prąd jest dzielony przez dwa, a strata przez efekt Joule'a w kablach jest dzielona przez cztery.
Napięcia od 600 V do 750 V występują również na przykład w sieciach tramwajowych, metra i trolejbusów.
W przypadku elektryfikacji prądem stałym „dodatni” jest przesyłany do jednostek trakcyjnych z podstacji za pośrednictwem sieci trakcyjnej lub sieci trakcyjnej. Powrót prądu do podstacji odbywa się za pomocą szyn. W rzeczywistości w tym trybie elektryfikacji przewód powrotny prądu (szyna) jest odizolowany od ziemi, aby uniknąć prądów błądzących w ziemi, które mogą powodować silną korozję na pobliskich masach metalicznych (np. Rurach gazowych itp.). W normalnym trybie pracy potencjał szyn względem ziemi jest zgodny z ochroną ludzi.
Przemysłowy prąd przemiennyJednofazowe napięcie przemienne 25 kV 50 Hz jest obecnie używane we francuskiej sieci kolejowej oraz w innych krajach, takich jak Hiszpania, Wielka Brytania, Chiny, Rosja, Włochy, Finlandia, Belgia, Senegal, Luksemburg, Czechy i Słowacja…. Istnieją również warianty: 20 kV i 25 kV 60 Hz w Japonii, 25 kV 60 Hz w Stanach Zjednoczonych ... 50 kV występuje nawet w RPA i na linii używanej do transportu węgla w Stanach Zjednoczonych.
Jest prostszy w realizacji, wymaga tylko podstacji elektrycznych oddalonych od siebie o 50 do 70 km lub nawet więcej przy 2 x 25 000 V ( straty energii elektrycznej są mniejsze niż w przypadku sieci trakcyjnych zasilanych prądem stałym. Przy niższych napięciach) i są prostsze (nie ma potrzeby prostowania prądu ani wygładzania go). Skutkuje to koszt za kilometr, która jest znacznie niższa niż 1500 V trakcyjnej .
Z drugiej strony, na niektórych podstacjach lub w ich pobliżu , wykonywana jest sekcja oddzielania źródeł zasilania. Zadaniem tego odcinka separacji, który nie jest zasilany, jest zapobieżenie mostkowaniu dwóch kolejnych sieci trakcyjnych, których zasilacze mają między sobą różnice fazowe (ze względu na jednofazowe połączenie z trójfazową siecią elektroenergetyczną) o jeden lub więcej pantografów. We Francji sieci 25 kV wychodzące z Paryża znajdują się na Gare du Nord , Gare de l'Est i Gare Saint-Lazare . Również wszystkie nowe linie we Francji są teraz zasilane tym napięciem.
Wyższe napięcie zwiększa ograniczenia bezpieczeństwa elektrycznego, szczególnie podczas czynności konserwacyjnych.
Prąd przemienny o niskiej częstotliwościNiektóre kraje europejskie, takie jak Szwajcaria , Niemcy , Austria , Norwegia , Szwecja , przyjęły napięcie przemienne 15 kV jednofazowe 16 Hz 2/3.
W USA preferowano częstotliwość 25 Hz zamiast 16 2/3 Hz przy napięciu 11 kV.
Francja eksperymentowała z częstotliwościami 16 2/3 Hz, przy 12 kV na linii z Perpignan do Villefranche - Vernet-les-Bains i przy 25 Hz, na licznych sieciach zelektryfikowanych 6,6 i 10 kV, kolei drugorzędnych z metrycznym skrajnia, taka jak CDHV (którego pozostałości są nadal obecne w Oradour-sur-Glane), Tramways des Alpes-Maritimes , Tramways de l'Ain , elektryczne tramwaje Loir-et-Cher , koleje Camargue itp. .
Ta niska częstotliwość umożliwiła zastosowanie bezpośrednich silników jednofazowych dzięki ograniczonemu efektowi dławienia. Wraz z pojawieniem się maszyn tyrystorowych (Re 4/4 IV CFF 10101 do 10104 z ciągłymi silnikami szeregowymi), a następnie asynchronicznych maszyn silnikowych (BR 120 DB, Re 460 CFF), niskie częstotliwości nie są już w ogóle uzasadnione.
Niższa częstotliwość półfalowa (podzielona przez trzy w porównaniu z przemysłową siecią elektryczną) umożliwia ograniczenie różnic faz między przewodem zasilającym a przewodem stykowym, a tym samym upraszcza ich podłączenie do sieci trakcyjnej.
Wymaga to jednak instalacji konwersji energii wzdłuż toru lub określonej sieci produkcyjnej i dystrybucyjnej, tym bardziej licznej, że straty na linii są większe niż przy normalnej częstotliwości, nawet jeśli są one ograniczone przez zastosowanie wysokiego napięcia.
jedzenieZe względów eksploatacyjnych i konserwacyjnych sieć jezdna jest podzielona na bloki elektryczne izolowane specjalnymi wyłącznikami, przez które można przejść pantografami.
Zasilanie 2 x 25 000 V: Linia zasilająca jest linią zasilającą, przymocowaną do słupków, w fazie przeciwstawnej do sieci trakcyjnej. Umożliwia zmniejszenie spadków napięcia w sieci i rozstawienie punktów przyłączenia sieci jezdnej do sieci dystrybucyjnej energii elektrycznej (podstacje). Autotransformatory umożliwiają przywrócenie napięcia zasilacza do fazy z napięciem sieci trakcyjnej (tzw. Technika „2 x 25 000”). Energia elektryczna jest następnie transportowana z podstacji do autotransformatora pod napięciem 50 000 V przez podajnik i sieć trakcyjną, podczas gdy autotransformator dostarcza energię do pociągu przy napięciu 25 000 V (między siecią jezdną a szyną).
Słupki trakcyjne są również połączone ze sobą tzw. Ekwipotencjalną linią uziemienia.
Regularyzacja to utrzymanie mechanicznego napięcia przewodnika.
Obecność przeciwwag, mających na celu utrzymanie stałego naprężenia mechanicznego w sieci jezdnej (na przykład dla zakresu regulacji 50 ° C , rozciągającego się od - 2,5 ° C do + 47,5 ° C ), n 'nie jest systematyczne. W rzeczywistości, w szczególności przy 1500 V DC, odpalanie pojedynczych (CS), lekkich (CL) lub „tramwajowych” sieci trakcyjnych (jeden lub dwa przewody jezdne, bez nośnika; wtedy mówimy o „LAC” dla napowietrznej linii jezdnej) ) są bezpośrednio zakotwiczone do wsporników, bez przeciwwagi, ponieważ mała prędkość pojazdów umożliwia kompensację w pantografie różnic wysokości liny, bez powodowania wstrząsów liny.
Pozycjonowanie boczneWidziany z góry, przewód jezdny sieci trakcyjnej nie tworzy linii prostej, ale zygzak. Taki układ ma zapobiegać sporadycznemu zużyciu pałąka pantografu . To ustawienie nazywane jest przesunięciem na łańcuchu.
Poprzeczne ustawienie przewodu jezdnego jest generalnie zapewniane przez ramiona powrotne zamontowane na łańcuchach uzbrojenia.
Aktualna kolekcjaZ taboru prąd pobierany jest przez pantograf wyposażony w dziób. Z kolei pociągi dużych prędkości są wyposażone w podwójne zawieszenie pantografów.
Inne systemy zbierania to kolektor łukowy i słup trolejbusowy . W tym drugim przypadku zbiórka jest prowadzona za pomocą pary słupów, które również pozwalają pojazdowi na kilkumetrową boczną swobodę ruchu, aby bez trudu dopasować się do ruchu miejskiego.
Szablon elektrycznyW sieci francuskiej wysokość napowietrznej linii trakcji elektrycznej musi spełniać następujące warunki:
Przy elektryfikacji istniejących linii należy wziąć pod uwagę wielkość konstrukcji inżynieryjnych (tunele i mosty), a przejazdy kolejowe poddać obróbce.
Generalnie powrót prądu odbywa się po torach kolejowych. Szyny muszą być wtedy podłączony do doskonałego uziemienia, przy zerowym wolta potencjał . Rzeczywiście, cała tusza pociągu (lub metra lub tramwaju) jest metalowa, a także w pełni połączona z ziemią, jeśli wystąpiło zwarcie doziemne, użytkownik może zostać porażony prądem przez dotknięcie tej tuszy. Dlatego opór elektryczny musi być bardzo niski (kilka omów). Na bardzo skalistych glebach (jak na przykład w Massif des Maures ) uziemienie jest bardzo głębokie (minimum 4 metry).
W trolejbusy wykorzystywać drugą linię do powrotu prądu, powrót przez nawierzchnią jest niemożliwe. Na niektórych torach kolejowych, na przykład tramwaj z Brześcia do Conquet , zastosowano również podwójną linię jezdną , dzięki czemu nie ma prądu zwrotnego trakcyjnego w szynach ze względu na bliskość kabla telegraf transatlantycki .
Zastosowanie prądu trójfazowego wymaga użycia kilku przewodów jezdnych. Na przykład kolej Jungfrau lub kolej zębata La Rhune wykorzystują napowietrzne przewody jezdne dla dwóch faz, a szyny dla trzeciej fazy, uziemienia.
Zastosowano dwuprzewodowy układ prądu stałego o napięciach 1200 V i 2400 V , z punktem środkowym na szynie, każdy przewód pod napięciem + 600 lub + 1200 V i - 600 lub - 1200 V , co umożliwiło uzyskanie izolacja na połowę napięcia, przy jednoczesnym umożliwieniu silnych skoków prądu bez zbytniej utraty napięcia sieciowego, dzięki ograniczonym prądom pobieranym w przewodach jezdnych. Systemy te były używane w tramwaju Grenoble w Chapareillan (przy 1200 V ) oraz na kolei Mure (przy 2400 V ).
Ukośna sieć trakcyjna to szczególny przypadek. Ramiona powrotne nie istnieją: tylko napięcie przewodu jezdnego, a także rozsądne ustawienie punktów mocowania drutu nośnego pozwala na podążanie przewodu jezdnego wzdłuż osi toru. To właśnie na łukach ta sieć trakcyjna ma swój najbardziej nietypowy wygląd, ponieważ jej oś jest wówczas zbliżona do poziomu, podczas gdy inne sieci trakcyjne pozostają pionowe.
Jest również znany jako sieć trakcyjna Westinghouse , nazwana na cześć firmy, która opracowała tę technikę w Stanach Zjednoczonych. We Francji najczęściej nazywana jest siecią trakcyjną „midi”, ponieważ była używana w sieci Compagnie des Chemins de fer du Midi do zasilania 1500 V DC. Znajduje się również na linii Médoc , łączącej Ravezies z Soulac sur Mer, Le Verdon i La Pointe de Grave, Facture - Arcachon, Bordeaux - Hendaye i Béziers - Neussargues.
W zależności od napięcia zasilania i ilości dostarczanej energii trakcyjnej, sieci trakcyjne mogą obejmować system z czterema kablami, których geometria jest jeszcze bardziej złożona w produkcji i utrzymaniu. Ten typ sieci jezdnej składa się zazwyczaj z dwóch drutów jezdnych zawieszonych w odległości równej pomocniczemu kablowi nośnemu, który jest zawieszony na wahadłach o zmiennej długości z głównej liny nośnej. W tego typu sieciach trakcyjnych tylko druty jezdne są utrzymywane przy stałym naprężeniu mechanicznym (regulowanym). Ten typ sieci trakcyjnej nazywany jest „siecią złożoną” lub złożoną . Ten typ sieci trakcyjnej jest używany do większości elektryfikacji przy 1500 V we Francji, a także w Belgii przy 3000 V.
Aby móc zelektryfikować się w bardziej ekonomiczny sposób, sieć trakcyjną zwaną „wózkiem”, bez regularnego przewodu jezdnego, przetestowano na liniach przy maksymalnej prędkości nieprzekraczającej 120 km / h , jak na Wielkim Bełcie, między Valenton i Bobigny, na Plaisir-Grignon - Épône-Mézières i innych liniach alpejskich. Ten rodzaj sieci trakcyjnej jest wszechobecny w stoczniach .