Caténaire

CATENAIRE

Caténaire classique 3 kV

Caténaire 3 kV régulée

Et que se passe-t-il sous 25 kV ?

Zones transitoires …

Caténaire classique 3 kV

La plupart des lignes sont équipées actuellement d'une caténaire compound (CC). Cette caténaire est adaptée jusqu'à une vitesse de 160 km/h. La caténaire est suspendue à des portiques ou à des consoles. Un portique se compose le plus souvent d'une traverse fixée au-dessus des poteaux caténaire.
Dans le cas des consoles, la traverse est fixée au poteau caténaire par des haubans. Une console de voie unique assure la suspension de la caténaire au-dessus d'une seule voie. Il existe également des consoles pour double voie (photo) ou voies multiples..
Dans les grills plus importants, il y également des portiques souples. Des hauts poteaux sont installés de part et d'autre des voies. Ils sont reliés à un long câble. Comme pour la caténaire, on travaille ensuite avec des pendules et des porteurs auxiliaires pour obtenir les points de suspension exacts. La caténaire est suspendue et alignée sur ces câbles transversaux.
Des poinçons verticaux sont fixés sur la traverse. Ils exercent un effort latéral qui positionne la caténaire à l'endroit voulu au-dessus de la voie. Cette fixation latérale de la caténaire est assurée à l'aide de biellettes fixées sur un tube antibalançant lui-même fixé au poinçon par l'intermédiaire d'un isolateur. Les fils de contact ne sont pas suspendus dans l'axe de la voie, mais avec un certain désaxement. Les désaxements normaux sont -20, -17, -8, 0, +8, +17 et +20 cm. Aux endroits venteux, on utilise en alternance -20 et +20 cm. Dès lors, les pantographes s'usent plus rapidement au milieu (plus de passages par zéro).
En cas de désaxement classique et de vent latéral sur la voie dans une portée de +17 à +20 cm, le pantographe peut toutefois glisser à côté de la caténaire. Le vent peut en effet déplacer rapidement cette caténaire jusqu'à 30 cm en dehors de l'axe de la voie. En appliquant un désaxement, l'usure des pantographes est uniforme sur toute la surface de contact. La caténaire proprement dite est directement suspendue à la traverse. Une caténaire compound se compose d'un câble porteur principal, d'un porteur auxiliaire et des fils de contact. Le câble porteur principal est suspendu à la traverse. Le porteur auxiliaire est maintenu plus ou moins à l'horizontale au moyen de pendules. Les deux fils de contact sont fixés à ce porteur auxiliaire au moyen de pendules coulissants.
Les fils de contact sont eux-mêmes régulés, c.-à-d. qu'ils sont maintenus sous une tension mécanique constante de 1000 kg par fil à l'aide de contrepoids. A cette fin, un équipement tendeur doit être placé tous les 1200 à 1500 mètres. Les fils de contact sont fixés à mi-chemin entre 2 équipements tendeurs. Un poids de 500 kg est fixé de part et d'autre via un appareil tendeur de transmission 1 à 4. Ces poids sont communs aux deux fils de contact. Les nouveaux appareils tendeurs ont une transmission de 1 à 5. Photo : appareil tendeur pour une caténaire R3
Le câble porteur principal et le porteur auxiliaire ne sont pas régulés. Si la température extérieure augmente, ces câbles se dilatent et l'effort de traction diminue. Ils s'affaisseront donc davantage par temps chaud. Sur les lignes secondaires, dans les grills et dans les voies accessoires des gares, il est souvent fait usage d'une caténaire simple. Le porteur auxiliaire est abandonné. Les fils de contacts sont directement suspendus au câble porteur principal. Cette caténaire est adaptée jusqu'à une vitesse de 90 km/h.

Données techniques relatives à la caténaire CC :

Câble porteur	matériel diamètre section effort de traction	cadmium-bronze 12,6 mm 94,13 mm² 1485 daN à 15°C
Porteur auxiliaire	matériel diamètre section effort de traction	cadmium-cuivre 11,5 mm 103,87 mm² 760 daN à 15°C
Fil de contact	matériel diamètre section effort de traction hauteur flèche	cuivre électrolytique 12,1 (11,35) mm 2 x 100 (107) mm² suspension variable 1000 daN (régulé) 5,30 m (min. 4,8 m - max. 6 m) 30 mm à +15°C (pour une portée de 63 m)
Câble de terre aérien	matériel section effort de traction	Almelec 75 mm² 350 daN à 15°C
Pendules	Type matériel section encombrement répartition	câble bronze 10 mm² 1,65 m petit : 1,75 m - 3,5 m - 3,5 m grand : 3,5 m - 7 m - 7 m
Portée	maximale minimale différence max.	63 m 7 m 14 m

Caténaire 3 kV régulée

Pour les électrifications 3 kV sur les lignes jusqu'à 200 km/h, on applique une caténaire entièrement régulée (R3). Le porteur principal est également régulé. Le porteur auxiliaire est abandonné. Les fils de contact sont directement suspendus au câble porteur principal. Les consoles proprement dites peuvent pivoter par rapport aux poteaux caténaire.

Données techniques relatives à la caténaire R3 :

Câble porteur	matériel diamètre section effort de traction	cadmium-bronze 12,6 mm 94 mm² 1275 daN (régulé)
Fil de contact	matériel diamètre section effort de traction hauteur flèche	cuivre-argent 12,1 mm 2 x 120 mm² suspension variable 1471 daN (régulé) 5,10 m (min. 4,8 m - max. 5,55 m) 40 mm à +15°C (portée 63 m)
Feeder	matériel section effort de traction	Almelec 366 mm² 830 daN à +15 °C
Câble de terre aérien	matériel section effort de traction	cuivre ou aluminium 95 mm² ou 181,6 mm² 600 daN à 15°C
Pendules	type matériel section encombrement répartition	câble cuivre 16 mm² 1,45 m 3,5 m - 3,5 m - 5,25 m - 3,5 m - ...
Portée	maximale minimale différence max.	63 m 21 m 14 m

Valeurs de résistance caténaire (en ohm par kilomètre) :

	Caténaire		Caténaire avec feeder 366 mm² Cu
	Uniquement caténaire	Avec courant de retour	Uniquement caténaire	Avec courant de retour
Compound	0,050	0,062	0,030	0,042
R3	0,058	0,070	0,032	0,044

Et que se passe-t-il sous 25 kV ?

Toutes les caténaires 25 kV sont en fait des variantes de la caténaire entièrement régulée. La tension plus élevée limite le courant, et on peut opter pour une section de caténaire inférieure. Un seul fil de contact suffit. Un feeder est souvent suspendu du côté extérieur des poteaux caténaire. Ce feeder aérien est en opposition de phase avec la caténaire. Le transport d'énergie s'effectue en fait sous 50 kV, l'alimentation des trains sous 25 kV.

Actuellement, le fil de contact est composé de cuivre-argent. Cet alliage sera remplacé à l'avenir par du cuivre-magnésium. De cette manière, l'effort de traction pourra encore être accru. La vitesse de circulation peut passer de 300 à 330 km/h. La hauteur du fil de contact reste constante (pour éviter les relâchements et les chocs). La hauteur maximale s'élève à 5,12 mètres.

Une version plus légère de la caténaire est appliquée sur les lignes 25 kV ardennaises. L'effort de traction est également plus faible. On n'utilise pas d'alliages spéciaux. Cette caténaire est adaptée à une vitesse de 120 km/h.

Données techniques :

Câble porteur	matériel diamètre section effort de traction	étain - bronze 10,5 mm 65,4 mm² 1400 daN (régulé)
Fil de contact	matériel section effort de traction hauteur flèche	cuivre-argent 150 mm² 2000 daN (régulé) 5,08 m 22 mm pour 56 m de portée
Feeder	matériel section effort de traction	Almelec 228 mm²
Câble de terre aérien	matériel section effort de traction	Almelec 115 mm²
Pendules	type matériel section encombrement répartition	câble bronze 12 mm² 1,40 m 5,25 m - 8,75 m - 7 m
Portée	maximale minimale différence max.	56 m 28 m 21 m

Zones transitoires ...

Lors du passage d'une caténaire 3 kV à une caténaire 25 kV, une zone d'interruption de tension ou zone neutre est prévue. La caténaire est interrompue. La zone isolée dans les voies est au moins aussi longue que le train le plus long autorisé, et ce surtout pour éviter le passage de composantes 50 Hz de la voie 25 kV à la voie 3 kV. Ces composantes 50 Hz peuvent perturber les circuits de voie. De plus, des filtres sont encore posés. Cette zone est parcourue avec les pantos abaissés.

neutrale zone

La tension de la caténaire alimentée à partir d'une sous-station, peut être en déphasage avec la tension fournie au départ de la sous-station suivante. Pour éviter les courts-circuits, une zone de séparation de phases est créée. Ces zones sont parcourues sans captage de courant. Le pantographe reste levé. La caténaire dans la zone de séparation de phases est flottante. Si un train s'immobilise dans cette courte zone, elle peut être mise sous tension.

Une zone de séparation de phases peut aussi être créée au droit de la sous-station (par ex., à Chièvres). L'alimentation destinée à la caténaire dans une direction est fournie entre deux phases. L'alimentation pour la caténaire dans l'autre direction est alors fournie entre deux autres phases. On a alors affaire à une "alimentation en V".