Pantographe (transport) - Pantograph (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 double bras d'une UEM Toshiba

Un pantographe (ou " pan ", ou " panto ") est un appareil monté sur le toit d'un train électrique , d'un tramway ou d' un bus électrique pour collecter de l'énergie par contact avec une ligne aérienne . (En revanche, les bus et trains électriques à batterie sont rechargés aux bornes de recharge ). Le pantographe est un type courant de collecteur de courant . En règle générale, un fil simple ou double est utilisé, le courant de retour passant par les rails . Le terme provient de la ressemblance de certains styles avec les pantographes mécaniques utilisés pour copier l'écriture manuscrite et les dessins.

Invention

Début (1895) pantographe plat sur une locomotive électrique de 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 en graphite remplaçable à faible frottement ou « sabot » pour minimiser les contraintes latérales sur le fil de contact, est apparu pour la première fois à la fin du XIXe siècle. Les premières versions comprennent le collecteur d'arcs, inventé en 1889 par Walter Reichel, ingénieur en chef chez Siemens & Halske en Allemagne, et un pantographe à glissière plat utilisé pour la première fois en 1895 par le Baltimore and Ohio Railroad

Le célèbre pantographe à rouleaux 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 . Ils apparaissent sur des photographies du premier jour de service, le 26 octobre 1903. Pendant de nombreuses décennies par la suite, la même forme de losange a été utilisée par les systèmes de rails électriques du monde entier et reste utilisée par certains aujourd'hui.

Le pantographe était une amélioration par rapport au poteau de chariot 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 du chariot .

Malgré cela, la collecte de courant sur les poteaux de chariot a été utilisée avec succès jusqu'à 90 miles par heure (140 km/h) 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 demi-pantographe (parfois en forme de « Z »), qui a évolué pour offrir une conception à un seul bras plus compacte et réactive à grande vitesse à mesure que les trains devenaient plus rapides. Louis Faiveley a inventé ce type de pantographe en 1955. Le demi-pantographe peut être vu 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 le démontrent les chemins de fer suisses et autrichiens dont les dernières locomotives hautes performances, la Re 460 et la Taurus , fonctionnent avec elles dans la direction opposée. En Europe, la géométrie et la forme des pantographes sont spécifiées par le CENELEC , le Comité européen de normalisation électrotechnique.

Détails techniques

Le pantographe (asymétrique) en forme de « Z » du pick-up électrique sur la Berlin Straßenbahn . Ce pantographe utilise une conception à un seul bras.

Le système de transmission électrique pour les systèmes ferroviaires électriques modernes se compose d'un fil supérieur porteur de poids (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 au fonctionnement du train. Les rails en acier des voies font office 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 LRV Flexity Outlook avec son pantographe relevé. Notez le poteau de chariot à l'arrière, qui offre une compatibilité avec les sections non encore mises à niveau pour le fonctionnement du pantographe.

Les pantographes sont la technologie qui a succédé aux poteaux de chariot , qui étaient largement utilisés sur les premiers systèmes de tramway. Les poteaux de chariot sont encore utilisés par les trolleybus , dont la liberté de mouvement et la nécessité d'un circuit à deux fils rendent les pantographes peu pratiques, et certains réseaux de tramways, tels que le système de tramway de Toronto , qui ont des virages fréquents suffisamment serrés pour exiger une liberté de mouvement supplémentaire dans leur collecte de courant 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 avec caténaires sont désormais 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.

Pantographes simples et doubles

Vue rapprochée d'un pantographe à un bras sur une British Rail Class 333
Schéma des parties d'un pantographe de ICE S
Pantographe à un bras Faiveley de première génération sur une locomotive BR Class 85 , utilisé sur les premiers trains électriques britanniques 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 ("faits de deux losanges"), mais depuis la fin des années 1990, il existe des pantographes à un seul bras sur les chemins de fer russes. Certains tramways utilisent des pantographes à double bras, parmi lesquels les tramways russes KTM-5, KTM-8, LVS-86 et de nombreux autres tramways de fabrication russe, ainsi que certains tramways Euro-PCC en Belgique. Les tramways américains utilisent soit des poteaux de trolley, soit des pantographes à un bras.

Métros 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 étendue. La plupart des lignes de métro-tram hybride ou « pré-métro » dont les itinéraires incluent des voies dans les rues de la ville ou dans d'autres zones accessibles au public, telles que la ligne 51 du métro d'Amsterdam , la ligne verte MBTA , le RTA Rapid Transit à Cleveland, Frankfurt am Main U -Bahn et le métro Muni de San Francisco utilisent des câbles aériens, car un troisième rail standard gênerait la circulation dans la rue et présenterait un trop grand risque d'électrocution.

Parmi les différentes exceptions, plusieurs systèmes de tramway, comme ceux de Bordeaux , Angers , Reims et Dubaï , utilisent un système de métro propriétaire développé par Alstom , appelé APS , qui n'alimente en énergie que des 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 câbles aériens provoquerait une intrusion visuelle. Des systèmes similaires qui évitent les lignes aériennes ont été développés par Bombardier , AnsaldoBreda , CAF et d'autres. Ceux-ci peuvent consister en une infrastructure physique au niveau du sol ou utiliser l'énergie stockée dans des blocs-batteries pour parcourir de courtes distances sans câblage aérien.

Les pantographes suspendus sont parfois utilisés comme alternatives aux troisièmes rails, car les troisièmes rails peuvent givrer dans certaines conditions météorologiques hivernales. La ligne bleue MBTA utilise l'alimentation du pantographe pour toute la section de son itinéraire qui s'étend à la surface, tout en passant à l'alimentation du troisième rail 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 Delhi utilisent des caténaires et des 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 rapide de la Société Nord-Sud à Paris jusqu'à ce que l'autre société exploitante de l'époque, la Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris , rachète la société et remplace tout le câblage aérien par le troisième système de rail standard utilisé sur autres lignes.

De nombreuses lignes de chemin de fer utilisent à la fois un troisième rail et une collecte d'électricité aérienne le long de différentes portions de leurs itinéraires, généralement pour des raisons historiques. Elles comprennent les lignes North London et West London de London Overground , la Northern City Line de Great Northern , trois des cinq lignes du réseau du métro de Rotterdam , la New Haven Line 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 Skokie Valley Route à grande vitesse de Chicago North Shore et Milwaukee Railroad , et était la seule ligne de tout le 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 sabots de rail, et comme les frais généraux représentaient une très petite partie du système, seuls quelques wagons en seraient équipés. Le changement a eu lieu 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 le même troisième rail électrique qui a été utilisé dans tout le reste du système, ce qui a permis à tous Les autorails de Chicago opéreront 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 station 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 . 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 électrique triphasée , les locomotives et les motrices ont deux pantographes avec le circuit triphasé 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 câbles aériens montés verticalement avec les collecteurs montés sur des pantographes s'étendant horizontalement.

Pantographes inclinés

Pantographe incliné utilisé avec une 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 le permettre ; les pantographes sont alors montés en biais par rapport à la verticale.

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 lubrifiant . Comme le graphite est cassant, des morceaux peuvent se briser pendant le fonctionnement. De mauvais pantographes peuvent saisir le fil aérien et le déchirer, il y a donc une influence à double sens 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 kilomètres par heure (190 mph)), le frottement peut faire chauffer la bande de contact, ce qui peut à son tour provoquer un arc excessif et une défaillance éventuelle.

Au Royaume-Uni, les pantographes ( Brecknell Willis , Stone Faiveley etc.) des véhicules sont soulevés par la pression de l'air, et les "carbones" de contact du graphite créent une galerie d'air dans la tête du pantographe qui libère l'air si une bande de graphite est perdue, activant le dispositif de chute automatique et en abaissant le pantographe pour éviter tout dommage. Les engins de traction électrique plus récents 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 automotrice électrique , mais dans les cas où il y en a l'autre peut être utilisé si l'un est endommagé ; un exemple de cette situation serait une British Rail Class 390 . 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