[Infrastructure] Electrification 25 kV : discussion technique

[frantz]

Je me posais la question, il existe certains poteaux de caténaire qui supporte juste la caténaire comme celui-ci et d'autres avec qui sont prolongé et qui porte un autre câble très certainement sous tension puisqu'il y a des isolateurs, mais je ne sais pas quelle est son utilité. Voir image

[dyonisos]

Je me posais la question, il existe certains poteaux de caténaire qui supporte juste la caténaire comme celui-ci et d'autres avec qui sont prolongé et qui porte un autre câble très certainement sous tension puisqu'il y a des isolateurs, mais je ne sais pas quelle est son utilité. Voir image

C'est le feeder 25kv qui amène la deuxième phase au sectionnement suivant, ce qui permet d'utiliser les deux, voire les trois phases sur une même ligne. C'est de cette façon que l'on a électrifié Tours - Vierzon.

PS: C'est pris où cette photo? Bretagne, Frasne?

[frantz]

Je n'en sais rien du tout j'ai pris ça sur internet. Ce qui est étonnant c'est que sur la ligne Paris-Clermont, c'est que sur la partie qui est électrifiée en 25 KV (entre Montargis et Clermont) seul la partie entre Chantenay-Saint-Imbert et Hauterive (près de Vichy) est électrifié avec le feeder.

[dyonisos]

Je n'en sais rien du tout j'ai pris ça sur internet. Ce qui est étonnant c'est que sur la ligne Paris-Clermont, c'est que sur la partie qui est électrifiée en 25 KV (entre Montargis et Clermont) seul la partie entre Chantenay-Saint-Imbert et Hauterive (près de Vichy) est électrifié avec le feeder.

Tout dépend de ce que tu peut (veux) mettre comme sous-stas en fonction des vitesses prévisionnelles pratiquées et du trafic attendu. On a du juger que l'on pouvait faire simple sur cette section finalement peu circulée; pas d'automotrices 25kV en Auvergne, les AGCs XGC roulant au diesel sous ficelle...

Sinon, Christian Thor-N a t'il un avis plus pointu sur la question?

PS: Tu peut modifier ton titre de la façon que je te suggère? De toutes façons, les poteaux caténaires HT français sont tous fabriqués dans du profilé IPN d'acier galva.

[lgv2030 - eomer]

Ce qui est étonnant c'est que sur la ligne Paris-Clermont, c'est que sur la partie qui est électrifiée en 25 KV (entre Montargis et Clermont) seul la partie entre Chantenay-Saint-Imbert et Hauterive (près de Vichy) est électrifié avec le feeder.

Entre St Germain et Clermont, cela se comprend facilement: il y a une sous station à proximité de St Germain et une à proximité de Riom mais il n'y a que 4 sections sur environ 65 km. La station de St Germain alimente la section 1 directement et la section 2 par l'intermédiaire du Feeder (ainsi que deux autres sections plus au nord). Celle de Riom, située entre les sections 3 et 4 alimente directement ces deux dernières. Donc, pas besoin de Feeder au sud d'Hauterive et de la section 1. D'ailleurs, on peut en théorie se passer totalement du Feeder: cela impose de construire deux fois plus de sous-stations.

[Aig]

Je me posais la question, il existe certains poteaux de caténaire qui supporte juste la caténaire comme celui-ci et d'autres avec qui sont prolongé et qui porte un autre câble très certainement sous tension puisqu'il y a des isolateurs, mais je ne sais pas quelle est son utilité. Voir image

Les électrifications modernes en 25 kV se font maintenant avec la technique dite "2 fois 25 kV", autrement dit, on ajoute un feeder (le câble qui apparait sur la 2ème photo) et la différence de tension entre la caténaire et le feeder est de 50 KV. Des autotransformateurs (cf http://en.wikipedia.org/wiki/25_kV_AC_r ... rification, voir la section 2 fois 25 kV, autotransformer system) permettent de récupérer une différence de tension de 25 kV entre la caténaire et le rail. Ce système permet de limiter le nombre des sous-stations car l'intensité dans la caténaire est 2 fois plus faible, donc la chute de tension et les pertes sont plus faibles (ça nécessiterait quelques explications complémentaires, en particulier il faudrait expliquer pourquoi l'intensité qui traverse la locomotive n'est pas modifiée, mais je passe les détails).

A+

[dyonisos]

Concrètement, avec un auto-transformateur, tu as une petite sous-station que tu n'as pas besoin de relier au réseau.
Si la tension est de 50kV entre phases, selon les lois fondamentales de l'électricité:

P = UI, à P égal si Ufeeder = 2Ucaténaire, Icaténaire = 2Ifeeder

[Aig]

Concrètement, avec un auto-transformateur, tu as une petite sous-station que tu n'as pas besoin de relier au réseau.
Si la tension est de 50kV entre phases, selon les lois fondamentales de l'électricité:

P = UI, à P égal si Ufeeder = 2Ucaténaire, Icaténaire = 2Ifeeder

Personne ne remet en cause les lois de l'électricité . Note que, en 2 fois 25 kV, U_feeder=-U_caténaire et non 2U_caténaire.
I_caténaire = 2I_feeder => Non, I_caténaire=I_feeder, sauf dans une petite partie de la caténaire où le sens du courant s'inverse, tout en gardant une intensité égale en valeur absolue à I_feeder (lois de l'électricité implacables )

A+

[frantz]

Merci à tous pour vos réponses, je comprends bien mieux l'utilité maintenant. En revanche pourquoi sur la LGV Sud-Est au environ de Macôn le systéme Feeder est doublé ? https://maps.google.fr/maps?hl=fr&ll=46 ... ,,1,-15.62

[dyonisos]

Là, rebelote, c'est du 2x25kV x2, avec deux sections d'autotransformateur...

[Aig]

Bonjour,

Pour compléter le commentaire humoristique de Dyonisos, je précise qu'il y a en général plusieurs auto-transformateurs consécutifs sur une même section de feeder-caténaire alimentée par une sous-station donnée.
je ne suis pas sûr de la réponse mais il me semble que les 2 feeders que l'on voit sur la photo sont en fait ... 3 (il y en a un qui s'appuie plus bas sur les poteaux de la caténaire). Je pense que 2 des 3 feeders vont alimenter une autre section de ligne un peu plus loin (il doit donc y avoir un sectionnement dans les parages) et que le 3ème est celui qui est en opposition de phase avec la caténaire à l'endroit où on regarde.

A+

[lgv2030 - eomer]

Bonjour,

Pour compléter le commentaire humoristique de Dyonisos, je précise qu'il y a en général plusieurs auto-transformateurs consécutifs sur une même section de feeder-caténaire alimentée par une sous-station donnée.
je ne suis pas sûr de la réponse mais il me semble que les 2 feeders que l'on voit sur la photo sont en fait ... 3 (il y en a un qui s'appuie plus bas sur les poteaux de la caténaire). Je pense que 2 des 3 feeders vont alimenter une autre section de ligne un peu plus loin (il doit donc y avoir un sectionnement dans les parages) et que le 3ème est celui qui est en opposition de phase avec la caténaire à l'endroit où on regarde.

A+

Macon: c'est pas le raccordement de Savoie ?
A moins que l'on utilise 3 fils car il s'agit de courant triphasé...

[Thor Navigator]

Salut,
la dernière photo est prise à proximité de la sous-station de Charnay, à Mâcon Loché. La section de séparation est décalée de plus d'un km par rapport au sectionnement (*) qui permet en situation dégradée d'alimenter de manière autonome les deux tronçons (de part et d'autre de la sous-sta). Il y a de ce fait une ligne bi-filaire qui alimente les deux (caténaires des) voies du tronçon électrique nord. S'ajoute une particularité propre à la LGV Paris-Lyon : de part et d'autre des sous-sta, des feeders "positifs" (comprendre "en phase avec la caténaire"... le terme est impropre en toute rigueur mais parlant) ont été ajoutés sur 2 à 5 km de part et d'autre de la sous-sta (ou de sa section de séparation associée), reliés à intervalles réguliers de qq. centaines de mètres à la caténaire. Ce qui fait que sur les zones alimentées en 2x25 kV (ce n'est pas le cas du secteur de Mâcon), on a 4 feeders (2 sur chaque poteau, posés symétriquement/plan vertical) : ceux coté intérieur aux voies sont en phase/caténaires, ceux extérieurs en opposition de phase, reliés aux autotransfos.

Pour revenir à la première question, le choix du 25 kV pour la section du sud de Saincaize à Randan (au sud de Vichy) s'explique non par le trafic (plutôt plus important que de Montargis exclus [sous sta double de Gripois] à Nevers exclus) mais par les caractéristiques du réseau d'alimentation national (aujourd'hui géré par RTE) dans ce secteur. Il y avait la possibilité d'alimenter la sous-sta créée à Billy (près de St Germain des Fossés) par un ligne THT 225 kV... ce qui permettait de réaliser des économies, en alimentant les 110 km de DV par cette unique sous-sta (au moyen des feeders en opposition de phase, reliés à de multiples autotransfos positionnés tous les 10 à 20 km, dans le cas présent). L'alimentation 2x25 kV présente aussi l'avantage de limiter les courants perturbateurs qui imposent de "blinder" les circuits électriques BT environants, tout en améliorant l'alimentation des trains, du fait de chutes de tension plus faible. Le(s) transfo(s) d'une sous-sta est/débitent sous 50 kV côté voie ferrée (le point milieu du secondaire étant relié au rail). Au isud de Randan, c'est la sous-sta de proche de Clermont qui alimente la ligne, en 1x25 kV sjmsb.

On réalise toujours des alimentations en 1x25 kV, même si le 2x25 kV est privilégié sur les tronçons de grande longueur. Par exemple, le tronçon Montmélian(exclu)-Gières (exclu) sur le Sillon alpin sud sera alimenté en 1x25 kV par une sous-sta unique située au nord de Pontcharra.

Christian

(*) afin d'éviter que les trains marquant l'arrêt en gare de Mâcon (vers le nord) soient trop pénalisés au redémarrage, voire s'arrêtent sous la section de séparation (non alimentée) lorsque celle-ci est activée (l'intégralité du convoi franchissant la zone sur sa lancée... disjoncteurs ouverts). On a un schéma similaire près de la gare TGV Meuse sur la LGV Est ou de Besançon TGV F-Comté sur la LGV Rhin-Rhône. La sous-sta de Mâcon est implantée à l'intérieur du poste de transformation RTE de Mâcon, jouxtant la zone de gare (côté nord)

[Aig]

Dans le prolongement de la question de Frantz, j'ai une petite colle à poser aux excellents contributeurs de Lineoz : On vient de voir que, parfois, l'électrification en 25 kV 50 hz "monophasé" nécessitait 2 fils en plus du retour de courant par le rail. Or, en chemin de fer, il existe ou a existé aussi des électrifications en triphasé : Il y a eu beaucoup de lignes électifiées de cette façon dans le passé en Italie, il y a eu la crémaillère de Langres, il y a le chemin de fer de la Rhune, qui existe encore aujourd'hui, il existe en Suisse les chemins de fer de montagne de la Jungfrau et du Matterhorn, et il doit y en avoir d'autres que j'oublie. A la lumière de ce qui a été dit sur le 25000 V monophasé où il y a parfois besoin de plus d'un fil, on se dit qu'il faudra "beaucoup" de fils pour une électrification triphasée. Et d'ailleurs, des électrifiations triphasées à 3 fils ont existé, par exemple en Allemagne dans les environs de Berlin, au debut des années 1900. Or la plupart du temps, les électrifications en triphasé ne comportent que 2 fils (tous 2 en contact avec la machine via un panto ou un trolley, à la différence du 2 fois 25 kV où un seul fil est en contact avec la machine). Comment se fait-il qu'on puisse se contenter de 2 fils, sachant que le rail est toujours à zéro Volts (donc pas de variation sinusoïdale de tension dans le rail), alors que ERDF utilise toujours 3 fils pour transporter son courant triphasé ? Autre info : pas de tranfo sur la machine.

A+

[tram21]

Dans le prolongement de la question de Frantz, j'ai une petite colle à poser aux excellents contributeurs de Lineoz : On vient de voir que, parfois, l'électrification en 25 kV 50 hz "monophasé" nécessitait 2 fils en plus du retour de courant par le rail. Or, en chemin de fer, il existe ou a existé aussi des électrifications en triphasé : Il y a eu beaucoup de lignes électifiées de cette façon dans le passé en Italie, il y a eu la crémaillère de Langres, il y a le chemin de fer de la Rhune, qui existe encore aujourd'hui...

A+

Langres était en 600 V continu !

[lgv2030 - eomer]

Dans le prolongement de la question de Frantz, j'ai une petite colle à poser aux excellents contributeurs de Lineoz : On vient de voir que, parfois, l'électrification en 25 kV 50 hz "monophasé" nécessitait 2 fils en plus du retour de courant par le rail. Or, en chemin de fer, il existe ou a existé aussi des électrifications en triphasé : Il y a eu beaucoup de lignes électifiées de cette façon dans le passé en Italie, il y a eu la crémaillère de Langres, il y a le chemin de fer de la Rhune, qui existe encore aujourd'hui, il existe en Suisse les chemins de fer de montagne de la Jungfrau et du Matterhorn, et il doit y en avoir d'autres que j'oublie. A la lumière de ce qui a été dit sur le 25000 V monophasé où il y a parfois besoin de plus d'un fil, on se dit qu'il faudra "beaucoup" de fils pour une électrification triphasée. Et d'ailleurs, des électrifiations triphasées à 3 fils ont existé, par exemple en Allemagne dans les environs de Berlin, au debut des années 1900. Or la plupart du temps, les électrifications en triphasé ne comportent que 2 fils (tous 2 en contact avec la machine via un panto ou un trolley, à la différence du 2 fois 25 kV où un seul fil est en contact avec la machine). Comment se fait-il qu'on puisse se contenter de 2 fils, sachant que le rail est toujours à zéro Volts (donc pas de variation sinusoïdale de tension dans le rail), alors que ERDF utilise toujours 3 fils pour transporter son courant triphasé ? Autre info : pas de tranfo sur la machine.

A+

Si j'ai bien compris le schéma ci-dessous, le rail est toujours neutre et le feeder est systématiquement en opposition de phases avec la caténaire.

En triphasé, je pense qu'on envoie 50 fois par seconde 3 phases dans la caténaire et 3 phases opposées dans le feeder: on utilise alors un seul câble pour 3 phases.

Apparemment ERDF utilise 4 câbles pour la distribution domestique (on peut observer les poteaux dans les rues): cela veut donc dire que le neutre est véhiculé mais ne me demandez pas pourquoi.
Cela explique pourquoi il peut arriver que, lors de pannes de courant, certaines maisons se retrouvent dans le noir alors que les maisons voisines restent éclairées: elles ne sont simplement pas sur la même phase.

Au passage: je vois bien a quoi ressemble une sous-station mais si quelqu’un pouvait poster la photo d'un auto transformateur, ce serait sympa.

[chris2002]

A la lumière de ce qui a été dit sur le 25000 V monophasé où il y a parfois besoin de plus d'un fil, on se dit qu'il faudra "beaucoup" de fils pour une électrification triphasée.

En monophasé, il faut deux conducteurs (la ligne de contact et le rail pour le retour du courant), le 3ème conducteur (feeder) ne sert qu'à améliorer les performances de l'ensemble, il n'est pas strictement nécessaire, d'ailleurs la locomotive n'est jamais connectée directement au feeder, uniquement aux deux autres conducteurs.

pour le triphasé ferroviaire, même s'il y n'y a que 2 fils (+la terre), il y a bien 3 phases, dont une à en permanence une amplitude nulle. Par exemple, sur les Bhe 4/8 du GCB, dont des schémas ont publiés par le professeur Allenbach de l'EPFL:
http://documents.epfl.ch/users/a/al/all ... ch0402.pdf
les moteurs sont montés en étoile, avec les entrées U et V respectivement montées sur les fils 1 et 2 de la caténaire, tandis que l'entrée W est montée sur le fil de terre (le rail). Les sorties sont elles reliées ensemble (si le montage avait été standard (chaque entrée reliée à un fil de même tension déphasé de 120°, comme si on se branche sur le réseau ERDF, par exemple), ce point aurait été la terre, ce qui n'est probablement pas le cas là)
Après, je ne sais pas à quoi ressemble la fonction sinusoïdale décrivant la tension dans chacune des lignes d'alimentation mais je serais curieux de savoir

[Harold92]

Bon, je vais pas faire un cours d'électrotech.....mais cependant, l'interprétation de schéma (qui semble bon) est inexacte:
Dans le système représenté, le transformateur (2) est alimenté en monophasé.
Il ne peut évidemment fournir un système d'alimentation triphasé, au sens normal du mot, à ses sorties.
Il fournit en fait deux sorties qui sont en opposition de phase (=180°) et le point milieu qui est relié au rail est considéré comme la référence de potentiel.
Dans un système d'alimentation triphasée (pas spécialement ferroviaire), chacune des 3 phases est déphasée de 120° (et non de 180!) par rapport aux deux autres (l'une en avance de 120° et l'autre en retard de 120°).
Ces 3 tensions déphasées sont crées par les alternateurs (triphasés..) dans les centrales, puis élevées en THT , distribuées en THT , et abaissées (HT ou BT suivant la puissance consommée).
L'utilisation d'un système triphasé peut se faire avec ou sans l'utilisation du neutre.
L'utilisation ferroviaire du triphasé peut se faire:
- avec les 3 phases en caténaire (1 par phase + le panto. associé): record du monde de vitesse à 210 km/h en...1903 au sud de Berlin (voie d'essais): les automotrices d''essai avaient chacune sur le toit 3 pantographes (latéraux) de captage.
-avec 2 phases en caténaire et la 3ème au rail: Tunnel du Simplon au début du 20ème siècle, Réseau Italien avant la conversion au 3000V continu.On économise ainsi 1 caténaire + 1 panto...mais il en reste quand même deux!

Le système a été abandonné sur tous le grands réseaux, en raison à la fois de la complexité de distribution & de captage de courant, mais surtout à cause de la rigidité d'exploitation.En effet, l'emploi de moteurs synchrones triphasés dans le matériel roulant conduit à n'avoir qu'un seule vitesse possible, ce qui n'est pas très pratique...

NOTA: si on injectait plusieurs phases sur la caténaire, il n'y aurait guère d'énergie disponible, on aurait juste un court-circuit géant.

[chris2002]

D'ailleurs, pour le triphasé, trouver à quoi ressemble la tension dans chacune des 2 caténaires est en fait relativement simple:

Si on prend un montage en étoile conventionnel, on a aux entrées U,V,W les signaux de tension suivants:

U(t) = A*sin (wt+120°)
V(t) = A*sin (wt+240°)
W(t)= A*sin (wt+0°)

et en sortie de moteur, la tension suivante:
T(t) = 0

avec A l'amplitude et w la période.

Maintenant si on veut que W(t) soit la terre, on peut soustraire W(t) à chacune des entrées et à la terre, pour la machine synchrone cela ne change rien, elle verra toujours les mêmes tensions instannées à ses bornes. On a alors

U*(t) = A*(sin(wt+120°)-sin(wt)) = racine(3)*A*sin(wt+150°) = tension à injecter dans la caténaire 1
V*(t) = A*(sin(wt+240°)-sin(wt)) = racine(3)*A*sin(wt+30°) = tension à injecter dans la caténaire 2
W*(t) = 0 = tension dans le rail
T(t) = -A*sin(wt) = tension au centre de l'étoile, qui n'est plus nulle.

PS: je ne suis de loin pas spécialiste de l'électrotechnique, donc si j'ai fait une erreur, n'hésitez pas à me corriger...

[Harold92]

[url]http://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_triphasé[/url]

Tout est là je crois...

Et un petit dessin qui en vient:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Fresnel_v_u.png

[Jojo]

[url]http://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_triphasé[/url]

Tout est là je crois...

Et un petit dessin qui en vient:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Fresnel_v_u.png

Ce schéma montre bien qu'en fait, les deux types de courants domestiques (220 et 380V) proviennent de la même alimentation: quand il y a 220V entre une phase et le neutre, il y a 380V entre deux phases.

[Harold92]

Forcément...
380 / 220 = Racine carrée (3)

[scoop54]

[url]http://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_triphasé[/url]

Tout est là je crois...

Et un petit dessin qui en vient:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Fresnel_v_u.png

Ce schéma montre bien qu'en fait, les deux types de courants domestiques (220 et 380V) proviennent de la même alimentation: quand il y a 220V entre une phase et le neutre, il y a 380V entre deux phases.

Tension ! Pas courant

Ça marche pour tout les montages triphasé :

U (tension entre phase) = racine de 3 x V (tension phase/neutre)

Dans quel cas les transformateurs Scott ou Leblanc sont utilisés ?

[Jojo]

Ce schéma montre bien qu'en fait, les deux types de courants domestiques (220 et 380V) proviennent de la même alimentation: quand il y a 220V entre une phase et le neutre, il y a 380V entre deux phases.

Tension ! Pas courant

Dans le ferroviaire, on parle de "machines bicourant", c'est pour ça que j'ai employé ce terme... D'ailleurs, la tension ne change pas, seul le nombre de phases utilisées change.

[Aig]

En monophasé, il faut deux conducteurs (la ligne de contact et le rail pour le retour du courant), le 3ème conducteur (feeder) ne sert qu'à améliorer les performances de l'ensemble, il n'est pas strictement nécessaire, d'ailleurs la locomotive n'est jamais connectée directement au feeder, uniquement aux deux autres conducteurs.

Bien d'accord, d'où la présence de l'adverbe "parfois" dans la phrase que tu commentes.

A+