Pantographe (transport)

Le pantographe à tige électrique en forme de losange de la locomotive à crémaillère suisse du chemin de fer Schynige Platte à Schynige Platte , construit en 1911
Pantographe à bras croisé d'un Toshiba EMU

Un pantographe (ou " pan " ou " panto ") est un appareil monté sur le toit d'un train électrique , d'un tram ou d'un bus électrique [1] pour collecter de l'énergie par contact avec une ligne aérienne . Le terme provient de la ressemblance de certains styles avec les pantographes mécaniques utilisés pour copier l'écriture manuscrite et les dessins.

Le pantographe est un type courant de collecteur de courant ; généralement, un fil simple ou double est utilisé, le courant de retour passant par les rails . D'autres types de collecteurs de courant comprennent le collecteur d'étrave et le poteau de chariot .

Invention

Début (1895) pantographe plat sur une locomotive électrique Baltimore & Ohio Railroad . Le contact en laiton passait à l'intérieur de la barre de section Π , de sorte qu'une flexibilité latérale et verticale était nécessaire.

Le pantographe , avec une bande de contact ou «sabot» en graphite remplaçable à faible frottement pour minimiser les contraintes latérales sur le fil de contact, est apparu pour la première fois à la fin du 19e siècle. Les premières versions incluent le collecteur d'arc , inventé en 1889 par Walter Reichel, ingénieur en chef chez Siemens & Halske en Allemagne, [2] [3] et un pantographe à glissière plat utilisé pour la première fois en 1895 par le Baltimore and Ohio Railroad [4]

Le pantographe à rouleaux familier en forme de losange a été conçu et breveté par John Q. Brown des magasins Key System pour leurs trains de banlieue qui circulaient entre San Francisco et la section East Bay de la région de la baie de San Francisco en Californie . [5] [6] [7] [8] Ils apparaissent sur les photographies du premier jour de service, le 26 octobre 1903. [9] Pendant de nombreuses décennies par la suite, la même forme de diamant a été utilisée par les systèmes de rails électriques dans le monde entier et reste utilisé par certains aujourd'hui.

Le pantographe était une amélioration par rapport au poteau de trolley simple, qui prévalait jusqu'à cette époque, principalement parce que le pantographe permet à un véhicule électrique sur rail de se déplacer à des vitesses beaucoup plus élevées sans perdre le contact avec les lignes aériennes, par exemple en raison du débranchement du poteau de trolley. .

Malgré cela, la collecte de courant de poteau de chariot a été utilisée avec succès jusqu'à 140 km / h (90 mph) sur les véhicules Electroliner du Chicago North Shore et du Milwaukee Railroad , également connu sous le nom de North Shore Line.

Utilisation moderne

Le type de pantographe le plus courant aujourd'hui est le soi-disant demi-pantographe (parfois en forme de «Z»), qui a évolué pour fournir une conception à bras unique plus compacte et réactive à des vitesses élevées à mesure que les trains accéléraient. Louis Faiveley a inventé ce type de pantographe en 1955. [10] Le demi-pantographe peut être utilisé sur tout, des trains très rapides (comme le TGV ) aux systèmes de tramway urbain à basse vitesse. La conception fonctionne avec une efficacité égale dans les deux sens du mouvement, comme en témoignent les chemins de fer suisses et autrichiens dont les nouvelles locomotives hautes performances, les Re 460 et Taurus, opérer avec ceux-ci réglés dans le sens opposé. En Europe, la géométrie et la forme des pantographes sont spécifiées par le CENELEC , le Comité européen de normalisation électrotechnique. [11]

Détails techniques

Le pantographe en forme de 'Z' (asymétrique) du capteur électrique de la Berlin Straßenbahn . Ce pantographe utilise une conception à bras unique.

Le système de transmission électrique des systèmes ferroviaires électriques modernes se compose d'un fil porteur supérieur (appelé caténaire ) auquel est suspendu un fil de contact. Le pantographe est à ressort et pousse un sabot de contact contre le dessous du fil de contact pour tirer le courant nécessaire pour faire fonctionner le train. Les rails en acier des rails servent de retour électrique . Au fur et à mesure que le train se déplace, le sabot de contact glisse le long du fil et peut créer des ondes stationnaires dans les fils qui rompent le contact et dégradent la collecte de courant. Cela signifie que sur certains systèmes, les pantographes adjacents ne sont pas autorisés.

Un VLR Flexity Outlook avec son pantographe relevé. Notez le poteau de chariot à l'arrière, qui assure la compatibilité avec les sections non encore mises à niveau pour le fonctionnement du pantographe.

Les pantographes sont la technologie qui succède aux poteaux de chariot , qui étaient largement utilisés sur les premiers systèmes de tramway. Les poteaux de trolleybus sont encore utilisés par les trolleybus , dont la liberté de mouvement et le besoin d'un circuit à deux fils rendent les pantographes peu pratiques, et certains réseaux de tramway, comme le système de tramway de Toronto , qui ont des virages fréquents suffisamment prononcés pour nécessiter une liberté de mouvement supplémentaire dans leur collection actuelle pour assurer un contact ininterrompu. Cependant, bon nombre de ces réseaux, y compris celui de Toronto, font l'objet de mises à niveau pour permettre le fonctionnement du pantographe.

Les pantographes à caténaires sont aujourd'hui la forme dominante de captage de courant pour les trains électriques modernes car, bien que plus fragiles qu'un troisième système ferroviaire, ils permettent l'utilisation de tensions plus élevées.

Les pantographes sont généralement actionnés par l'air comprimé du système de freinage du véhicule, soit pour soulever l'unité et la maintenir contre le conducteur, soit, lorsque des ressorts sont utilisés pour effectuer l'extension, pour l'abaisser. Par précaution contre la perte de pression dans le second cas, le bras est maintenu en position basse par un loquet. Pour les systèmes à haute tension, la même alimentation en air est utilisée pour "souffler" l' arc électrique lorsque des disjoncteurs montés sur le toit sont utilisés. [12] [13]

Pantographes simples et doubles

Vue rapprochée d'un pantographe à bras unique Brecknell Willis sur un British Rail Class 333
Schéma des parties d'un pantographe de l'ICE S
Pantographe à bras unique Faiveley de première génération sur une locomotive British Rail Class 85 , utilisé sur les premières locomotives électriques à courant alternatif des années 1960

Les pantographes peuvent avoir un bras simple ou double. Les pantographes à double bras sont généralement plus lourds, nécessitant plus de puissance pour monter et descendre, mais peuvent également être plus tolérants aux pannes.

Sur les chemins de fer de l'ex- URSS , les pantographes les plus utilisés sont ceux à double bras ("constitués de deux losanges"), mais, depuis la fin des années 1990, il existe des pantographes à un bras sur les chemins de fer russes. Certains tramways utilisent des pantographes à double bras, parmi lesquels les KTM-5, KTM-8, LVS-86 russes et de nombreux autres tramways de fabrication russe, ainsi que certains tramways Euro-PCC en Belgique. Les tramways américains utilisent soit des poteaux de chariot , soit des pantographes à un bras.

Systèmes de métro et lignes aériennes

Pantographes symétriques en forme de losange sur un tramway de Prague

La plupart des systèmes de transport en commun rapide sont alimentés par un troisième rail , mais certains utilisent des pantographes, en particulier ceux qui impliquent une circulation en surface importante. La plupart des lignes hybrides de métro-tramway ou de « pré-métro » dont les itinéraires incluent des voies dans les rues de la ville ou dans d'autres zones accessibles au public, telles que (anciennement) la ligne 51 du métro d'Amsterdam, la MBTA Green Line , RTA Rapid Transit à Cleveland, Francfort am Main U-Bahn et le métro Muni de San Francisco utilisent des câbles aériens, car un troisième rail standard obstruerait la circulation routière et présenterait un trop grand risque d'électrocution.

Parmi les diverses exceptions figurent plusieurs systèmes de tramway, tels que ceux de Bordeaux , Angers , Reims et Dubaï qui utilisent un système de métro propriétaire développé par Alstom , appelé APS , qui alimente uniquement les segments de voie entièrement couverts par le tramway. Ce système a été conçu à l'origine pour être utilisé dans le centre historique de Bordeaux car un système de fil aérien provoquerait une intrusion visuelle. Des systèmes similaires qui évitent les lignes aériennes ont été développés par Bombardier , AnsaldoBreda , CAF et d'autres. Celles-ci peuvent consister en une infrastructure physique au niveau du sol ou utiliser l'énergie stockée dansbatteries pour parcourir de courtes distances sans câblage aérien.

Les pantographes aériens sont parfois utilisés comme alternatives aux troisièmes rails car les troisièmes rails peuvent geler dans certaines conditions météorologiques hivernales. La MBTA Blue Line utilise l'alimentation du pantographe pour toute la section de son itinéraire qui passe en surface, tout en passant à la troisième alimentation ferroviaire avant d'entrer dans la partie souterraine de son itinéraire. L'ensemble des métros de Sydney , Madrid , Barcelone , Shanghai , Hong Kong , Séoul , Kobe , Fukuoka , Sendai , Jaipur , Chennai , Mumbai et Delhiutiliser le câblage aérien et les pantographes (ainsi que certaines lignes des métros de Pékin , Chongqing , Noida , Hyderabad , Jakarta , Tokyo , Osaka , Nagoya , Singapour , Sapporo , Budapest et Mexico ). Des pantographes ont également été utilisés sur les lignes de transport en commun rapide de la Compagnie Nord-Sud à Paris jusqu'à l'autre société d'exploitation de l'époque, la Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris., a racheté l'entreprise et a remplacé tout le câblage aérien par le système de troisième rail standard utilisé sur d'autres lignes.

De nombreuses lignes de chemin de fer utilisent à la fois le troisième rail et la collecte d'électricité aérienne le long de différentes parties de leurs itinéraires, généralement pour des raisons historiques. Ils comprennent la ligne North London et les lignes West London de London Overground , la Northern City Line de Great Northern , trois des cinq lignes du réseau de métro de Rotterdam , la ligne New Haven de Metro-North Railroad et la ligne jaune de la Chicago Transit Authority. . Dans ce dernier cas, la partie aérienne était un vestige de la route à grande vitesse Skokie Valley du Chicago North Shore and Milwaukee Railroad , [14]et était la seule ligne sur l'ensemble du système de métro de Chicago à utiliser la collection de pantographes pour n'importe quelle longueur. En tant que telle, la ligne nécessitait des wagons équipés de pantographes ainsi que de troisièmes chaussures de rail, et comme les frais généraux représentaient une très petite partie du système, seuls quelques wagons en seraient équipés. Le changement s'est produit au passage à niveau d'East Prairie, l'ancien site de la station Crawford-East Prairie. Ici, les trains à destination de Dempster-Skokie lèveraient leurs pantographes, tandis que ceux à destination de Howard abaisseraient les leurs, le faisant à grande vitesse dans les deux cas. En 2005, en raison du coût et des besoins d'entretien uniques pour ce qui ne représentait qu'une très petite partie du système, le système aérien a été retiré et remplacé par la même puissance de troisième rail qui était utilisée dans le reste du système, ce qui a permis à tous les wagons de Chicago pour opérer sur la ligne. Tous les pantographes ont été retirés des voitures équipées de Skokie.

En 2010, la ligne 1 du métro d'Oslo est passée du troisième rail à la ligne aérienne à la gare de Frøen. En raison des nombreux passages à niveau, il a été jugé difficile d'installer un troisième rail sur le reste de la voie unique de l'ancienne ligne . [15] Après 2010, des troisièmes rails ont été utilisés malgré les passages à niveau. Les troisièmes rails ont des lacunes, mais il y a deux patins de contact.

Alimentation triphasée

Sur certains systèmes utilisant une alimentation triphasée , les locomotives et les motrices ont deux pantographes avec le circuit de troisième phase fourni par les rails de roulement. En 1901, une installation expérimentale à grande vitesse, une autre conception de Walter Reichel chez Siemens & Halske, utilisait trois fils aériens montés verticalement avec les collecteurs montés sur des pantographes s'étendant horizontalement. [16] [17]

Pantographes inclinés

Pantographe incliné utilisé avec ligne aérienne décalée pour permettre le chargement de wagons ouverts

Sur les lignes où les wagons découverts sont chargés par le haut, la caténaire peut être décalée pour permettre cela ; les pantographes sont alors montés en biais par rapport à la verticale. [18]

Faiblesses

Le contact entre un pantographe et une ligne aérienne est généralement assuré par un bloc de graphite . Ce matériau conduit l'électricité tout en agissant comme un lubrifiant . Comme le graphite est cassant, des morceaux peuvent se briser pendant le fonctionnement. De mauvais pantographes peuvent saisir le câble aérien et le déchirer, il y a donc une influence bidirectionnelle selon laquelle de mauvais fils peuvent endommager le pantographe et de mauvais pantographes peuvent endommager les fils. Pour éviter cela, une station de surveillance à pantographe peut être utilisée. À des vitesses élevées soutenues, au-dessus de 300 km/h (190 mph), le frottement peut faire chauffer la bande de contact au rouge, ce qui peut à son tour provoquer un arc électrique excessif et éventuellement une défaillance. [19]

Au Royaume-Uni, les pantographes ( Brecknell Willis et Stone Faiveley ) des véhicules sont soulevés par la pression d'air et les "carbones" de contact en graphite créent une galerie d'air dans la tête du pantographe qui libère l'air si une bande de graphite est perdue, activant la chute automatique dispositif et abaisser le pantographe pour éviter tout dommage. Les unités de traction électrique plus récentes peuvent utiliser des méthodes plus sophistiquées qui détectent les perturbations causées par l'arc au point de contact lorsque les bandes de graphite sont endommagées. Il n'y a pas toujours deux pantographes sur une unité multiple électrique mais, dans le cas où il y en a, l'autre peut être utilisé si l'un est endommagé ; un exemple de cette situation serait une classe 390 Pendolino. Le pantographe arrière par rapport au sens de la marche est souvent utilisé pour éviter d'endommager les deux pantographes en cas d'enchevêtrement : si le pantographe avant était utilisé, les débris d'un enchevêtrement pourraient endommager le pantographe arrière, rendant les deux pantographes et le véhicule inutilisables .

Voir également

Les références

  1. ^ "Solaris Urbino". Busmonde . 4 septembre 2016.
  2. ^ "Un siècle de traction. Inspections électriques, page 7, par Basil Silcove" . Archivé de l'original le 2015-04-02.
  3. ^ Brevet italien 35389/285, 18 décembre 1893; Brevet américain 547031, 1er octobre 1895
  4. ^ "Une locomotive électrique de quatre-vingt-seize tonnes" . Scientifique américain . New York. 10 août 1895.
  5. ^ Brevet américain n ° 764 224
  6. ^ Le Street Railway Journal, Vol.24, No.3, 16 juillet 1904, p.116
  7. ^ La route clé , Harre Demoro, v.1, pp.16-17, publ. Presse interurbaine (1985)
  8. ^ Sapeurs, Vernon (2007). Tramways à clé . Presse signée. p. 369.
  9. ^ Walter Rice et Emiliano Echeverria (2007). Le système clé: San Francisco et l'Empire Eastshore . Édition Arcadie. p. 13, 16.
  10. ^ Louis Faiveley, Current Collecting Device, US 2935576  , accordé le 3 mai 1960.
  11. ^ "Applications ferroviaires - Systèmes de collecte actuels - Critères techniques pour l'interaction entre le pantographe et la ligne de contact aérienne (pour obtenir un accès gratuit)" (PDF) . Autorité nationale de normalisation d'Irlande . Récupéré le 27 mars 2020 .
  12. ^ Hammond, Rolt (1968). "Développement de la traction électrique". Méthodes modernes d'exploitation ferroviaire . Londres : Frederick Muller. p. 71–73. OCLC  467723.
  13. ^ Ransome-Wallis, Patrick (1959). « Force motrice électrique ». Encyclopédie illustrée des locomotives ferroviaires du monde . Londres : Hutchinson. p. 173. ISBN 0-486-41247-4. OCLC  2683266.
  14. ^ Garfield, Graham. "Ligne jaune". Chicago "L".org . Consulté le 8 janvier 2011 .
  15. ^ exsuhmsgate2 (5 mars 2010). "Métro d'Oslo en transition III: ligne Frognerseteren". Archivé de l'original le 17/11/2021 - via YouTube.
  16. ^ Steimel, Andreas (1er décembre 2007). Traction électrique - force motrice et fourniture d'énergie : notions de base et expérience pratique . Munich : Oldenbourg Industrieverl. p. 4. ISBN 9783835631328.
  17. ^ "Walter Reichel". siemens.com . Récupéré le 27 mars 2020 .
  18. ^ Krzysztof, Zintel (janvier 2005). "Wąskotorowe lokomotywy elektryczne na tor 900 mm w kopalniach węgla brunatnego". Świat Kolei (en polonais): 14–21. ISSN  1234-5962.
  19. ^ Meunier, Jacob (2001). La politique de la grande vitesse ferroviaire en France, 1944-1983 . Westport, Conn. : Praeger. p. 84. ISBN 0275973778.