Captage Interaction pantographe - caténaire SNCF... · Captage Interaction pantographe - caténaire SAM E 903 Version 01 du 16 novembre 2007 Page 1 1 Objet Cette spécification est

Applicable sur : réseau ferré national Édition du : 16/11/2007 Version n° 01 Applicable à partir du : immédiatement

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Matériel

Captage Interaction pantographe - caténaire

Document technique

Référentiels EPSF

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Interaction pantographe - caténaire

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Version 01 du 16 novembre 2007 Page III

Sommaire

1 OBJET ..............................................................................................................1

2 DOMAINE D’APPLICATION ..................................................................................1

3 RÉFÉRENCES DOCUMENTAIRES - NORMES..........................................................1

4 CRITÈRES D’ADMISSION TECHNIQUE ...................................................................2

5 EXIGENCES FONCTIONNELLES ...........................................................................3 5.1 Caténaire à courant alternatif 25 kV/50 Hz ................................................................3 5.1.1 Soulèvements du fil de contact au droit des supports...........................................3 5.1.2 Amplitudes du débattement du pantographe ........................................................3 5.1.3 Arcs ........................................................................................................................3 5.2 Caténaire à courant continu 1 500 V..........................................................................3 5.2.1 Soulèvements du fil de contact au droit des supports...........................................3 5.2.2 Amplitudes du débattement du pantographe ........................................................4 5.2.3 Arcs ........................................................................................................................4 5.2.4 Température maximale admissible du fil de contact (Situation de captage à

l'arrêt) .....................................................................................................................4

6 ESSAIS ET PROCÉDURES DE VÉRIFICATION..........................................................4 6.1 Documents à fournir ...................................................................................................4 6.1.1 Caractéristiques du matériel ..................................................................................4 6.1.2 Compatibilité avec l’infrastructure..........................................................................5 6.2 Essais dynamiques.....................................................................................................5 6.2.1 Conditions de l’essai ..............................................................................................5 6.2.2 Mesures et contrôles à réaliser..............................................................................6 6.2.2.1 Mesures au sol .....................................................................................................................6 6.2.2.2 Mesures embarquées (EN 50317) ......................................................................................6 6.2.2.3 Mesures complémentaires...................................................................................................6

6.3 Essais statiques (captage à l’arrêt) ............................................................................7 6.3.1 Particularités concernant les mesures...................................................................7 6.3.2 Particularités concernant les pantographes ..........................................................7 6.3.3 Particularités concernant la caténaire ...................................................................7 6.3.4 Essais à réaliser.....................................................................................................8 6.4 Présentation des résultats ..........................................................................................8

Annexe 1 - Consistance du dossier de vérification .. .....................................................9 Annexe 2 - Postes de mesure sur le réseau ferré nat ional .........................................11 Annexe 3 - Observation vidéo du comportement dynami que

pantographe/caténaire .............................. ...................................................13

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1 Objet

Cette spécification est relative au captage du courant électrique par le système pantographe - caténaire. Elle constitue le recueil des dispositions minimales que l’EPSF juge nécessaires pour qu’un matériel respecte les exigences réglementaires en ce domaine.

2 Domaine d’application

Ce document s’applique au matériel moteur électrique (hors Tram-Train).

3 Références documentaires - Normes

• Fiche UIC 794 : Interaction entre caténaire et pantographe dans le réseau européen à

grande vitesse (courant alternatif) ; • Fiche UIC 794-1 : Interaction entre caténaire et pantographe pour les lignes ferroviaires

à courant continu ; • Fiche UIC 608 : Conditions à respecter pour les pantographes des engins moteurs

utilisés en service international ; • EN 50206-1 : Pantographes pour véhicules grandes lignes "caractéristiques et essais". • EN 50317 : Prescriptions et validations des mesures de l'interaction dynamique entre le

pantographe et la caténaire ; • EN 50367 : Critères techniques pour l'interaction entre le pantographe et la caténaire

(afin de réaliser le libre accès).

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4 Critères d’admission technique

Les critères à prendre en compte sont les suivants : • Soulèvement du fil de contact : Différence de hauteur du fil de contact, au droit du

support, entre sa position dynamique due au passage de l’archet et sa position statique (au repos), mesurée juste avant le passage de l’engin considéré.

• Amplitude du débattement du pantographe : Grandeur crête à crête du déplacement vertical de l'archet.

• Qualité de captage (EN 50367) : Pour la mesure des arcs, elle est représentée par le

rapport de la somme des durées d’arcs et du temps de captage vrai exprimée suivant la formule :

NQ (%) = Σ τi *100 Tcv

avec Σ τi = somme des durées d’arcs égales ou supérieures à 5 ms

Tcv = temps de captage vrai (pour I pantographe ≥ 30 % I nominal).

• Température et échauffement du fil de contact (captage à l'arrêt selon EN 50367) : La valeur maximale de la température et de l'échauffement dans le(s) fil(s) de contact au droit du point de contact avec les barres de frottement. Cela concerne essentiellement les caténaires à courant continu 1 500 V.

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5 Exigences fonctionnelles

Pour les soulèvements du fil de contact et les amplitudes du débattement du pantographe, les valeurs limites ci-après sont à respecter en voie courante, en dehors des aiguillages, équipements tendeurs, ponts-route, etc…

5.1 Caténaire à courant alternatif 25 kV/50 Hz

5.1.1 Soulèvements du fil de contact au droit des supports

Lignes à grande vitesse :

Le soulèvement maximal autorisé en exploitation sur ligne à grande vitesse est de 12 cm.

Lignes classiques :

Le soulèvement maximal autorisé dépend des lignes empruntées. Sur les lignes conçues pour être parcourues à une vitesse maximale de 160 km/h, il est de 8 cm ; pour les lignes conçues pour être empruntées à une vitesse maximale comprise entre 160 et 220 km/h, il est de 12 cm.

5.1.2 Amplitudes du débattement du pantographe

Amplitudes maximales (cm) Lignes classiques Lignes à grande vitesse

V ≤ 160 160 < V ≤ 220

15 10 8

5.1.3 Arcs Dans des conditions normales d’exploitation et à la vitesse maximale autorisée du matériel sur la ligne, le NQ de chaque pantographe doit rester inférieur ou égal à 0,2 % sur les lignes à grande vitesse, et à 0,1 % sur les lignes classiques. Ces valeurs peuvent être portées à 0,5 %, lors de conditions de circulation dégradées à grande vitesse (en particulier en cas d’utilisation du pantographe de secours), qui ne peuvent cependant pas dépasser 1 % du temps total d’utilisation de l’engin.

5.2 Caténaire à courant continu 1 500 V

5.2.1 Soulèvements du fil de contact au droit des supports La valeur limite admissible est de 8 cm.

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5.2.2 Amplitudes du débattement du pantographe

Amplitudes maximales (cm)

Lignes classiques Lignes à grande vitesse

15 8

V ≤ 220 220 < V ≤ 270

5.2.3 Arcs Dans des conditions normales d’exploitation, et à la vitesse maximale autorisée du matériel sur la ligne, le NQ de chaque pantographe doit rester inférieur ou égal à 0,2 % sur les lignes parcourues à vitesse supérieure à 160 km/h, et à 0,1 % sur les lignes parcourues à vitesse inférieure ou égale à 160 km/h.

5.2.4 Température maximale admissible du fil de contact (Situation de captage à l'arrêt)

Dans les conditions de fonctionnement les plus sévères (normales ou dégradées), la température maximale admissible du fil de contact doit rester inférieure ou égale à 110°C.

6 Essais et procédures de vérification

6.1 Documents à fournir Le promoteur doit présenter un dossier rédigé en français, reprenant les éléments cités dans les paragraphes 6.1.1 et 6.1.2 suivants, afin de démontrer le respect des exigences techniques et de compatibilité citées dans l’ Annexe 1 - (Consistance du dossier de vérification).

6.1.1 Caractéristiques du matériel Documentation pour chaque type de pantographe : • Notice technique de la commande du pantographe en service par défaut (mode normal

d’exploitation) et du pantographe de secours ; • Rapport d’essai de type du pantographe selon la norme EN 50206-1 ; • Notice descriptive et de fonctionnement du pantographe ; • Plans (cotés) du pantographe, de l’archet et des pièces de suspension (fiche UIC 608 et

794) ; • Caractéristiques des bandes de frottement (plans cotés, caractéristiques des matériaux,

réalisation des liaisons mécanique et électrique avec le support) ; • Bilan des courants au pantographe en modes normal et dégradé pour les régimes été et

hiver ;

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• Spécification et rapport d’essai de type du pantographe installé sur le matériel faisant état notamment des valeurs des forces statique et aérodynamique, des temps de montée et descente depuis la commande du conducteur, du réglage de la butée sur les lignes à grande vitesse (en précisant la procédure de réglage et les valeurs obtenues) et du fonctionnement du système de détection d’avarie d’archet ;

• Etude de fiabilité et de disponibilité du système.

6.1.2 Compatibilité avec l’infrastructure Documentation pour chaque type de pantographe : • Respect du gabarit selon fiche UIC 505-1 par note de calcul (éventuellement des tracés)

précisant les caractéristiques du matériel roulant, du pantographe et les hypothèses suivantes prises en compte dans le calcul :

- position cotée du pantographe sur le matériel ; - développement du pantographe ; - hauteur de l’archet par rapport au rail.

• Diagramme montrant la position cotée des différents pantographes sur le matériel ; • Modèle dynamique de chaque pantographe ; • Spécification et rapport d’essais de captage à l’arrêt (en cas d’utilisation de bandes

carbone sous 1,5 kV) ; • Spécification et rapport d’essais en ligne.

6.2 Essais dynamiques Compte tenu des caractéristiques de pose spécifique et de maintenance des caténaires, les essais seront réalisés sur le réseau ferré national, par un organisme reconnu, et dans des conditions analogues aux conditions d’exploitation. Ils ont pour but de vérifier, par des mesures et des observations, le bon comportement dynamique du pantographe.

6.2.1 Conditions de l’essai • Conditions météorologiques : l’essai n’est pas validé s’il est réalisé dans des conditions

de givre, de verglas, de pluie très forte ou verglaçante, de chute de neige ou avec une vitesse du vent supérieure à 8 m/s (soit environ 30 km/h).

Sous caténaire à courant alternatif 25 kV/50 Hz , aucune condition de température n’est imposée pour réaliser l’essai si la caténaire est régularisée de - 10 à + 50°C pour une ligne classique (ou de - 20 à + 60°C pour les l ignes à grande vitesse).

Sous caténaire à courant continu 1 500 V , l’essai est à réaliser dans les conditions extrêmes de température ambiante ou simulée en ligne1.

Nota : En l'absence de système de mesure embarqué de la direction et de la vitesse du vent, les informations météorologiques seront celles données par la (les) station(s) de météorologie la (les) plus proche(s) de la zone d'essai.

1 conditions estivales : température ambiante ≥ 35° C

température dans le fil de contact + 50° C (simulée en ligne)

conditions hivernales : température ambiante ou simulée : 0° C (pour des pr oblèmes de soulève-ments).

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• Conditions de circulation : L’essai devra être réalisé à une vitesse de circulation égale à la vitesse limite de la ligne ou à la vitesse maximale du matériel roulant, si elle est inférieure à celle de la ligne.

• Autres conditions extérieures : Il est nécessaire de noter la présence éventuelle de circulations sur les voies adjacentes au passage du train d’essai.

• Caractéristiques des zones d’essai : Les zones d’essai du matériel roulant seront déterminées en fonction de sa vitesse maximale, de celle prévue pour l’essai et de celle envisagée pour son utilisation commerciale.

6.2.2 Mesures et contrôles à réaliser La zone choisie devra être déterminée en respectant les conditions ci-après : • vitesse maximale du matériel dans les deux sens de circulation ; • situation en alignement ; • situation des supports de mesure près d’un anticheminement de la caténaire sous 25

kV. Sur les zones ainsi choisies, les essais seront réalisés sur les portions de voie où les portées de la caténaire seront les plus longues.

6.2.2.1 Mesures au sol Soulèvement du (des) fil(s) de contact dans les deux sens de circulation, pour chacune des voies, au droit de quatre supports successifs de mesure. Paramètres météorologiques mesurés au niveau de la caténaire : • Vitesse et direction du vent atmosphérique ; • Degré hygrométrique de l’air ambiant ; • Température ambiante ; • Température simulée lors de l’essai sous caténaire 1 500 V. Autre paramètre mesuré : • Vitesse de circulation du matériel roulant.

6.2.2.2 Mesures embarquées (EN 50317) • Vitesse de circulation de l’engin moteur ; • Repérage de l’espace parcouru (point kilométrique) ; • Intensité prélevée à la caténaire par le pantographe ; • Nombre et durée des arcs électriques entre l’archet et la caténaire ; • Débattement du pantographe. Chaque marche d’essai devra faire l’objet d’un enregistrement vidéo dont les modalités sont précisées à l’annexe 3. Nota : La vitesse corrigée du train tient compte de l'amplitude et de l'angle du vent par rapport au train.

6.2.2.3 Mesures complémentaires Des mesures complémentaires telles que : détection des supports de caténaires au droit du pantographe, débattement vertical de chacun des éléments mobiles du pantographe, mesure de la force de contact du pantographe sur la caténaire, mesure de la force de planage, pourront être demandées après l’examen du dossier technique d’admission.

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6.3 Essais statiques (captage à l’arrêt) Les cycles temporels de courant caténaire des différents scénarios représentatifs des situations d’exploitation hivernale et estivale seront à fournir avant l’essai. Les consommations seront basées sur les besoins réels générés en fonction de la température extérieure et des conditions d’exploitation.

6.3.1 Particularités concernant les mesures Les essais, réalisés par un organisme reconnu, ont pour but de mesurer les échauffements à l’arrêt du fil de contact en cuivre de la caténaire 1500 V dans les conditions de fonctionnement extrêmes, et avec dans la mesure du possible, vent et pluviosité nuls. Ils sont réalisés en ligne ou sur banc d’essai. Pendant toute la durée de ces essais, les mesures suivantes sont à réaliser en continu : • température de chaque fil de contact au droit de chaque barre de frottement ; • température de chaque fil de contact à 400 mm de la barre de frottement ; • courant circulant dans l’archet ; • température ambiante à hauteur du fil de contact ; • vitesse du vent et hygrométrie pour les mesures en ligne. La température obtenue au fil de contact sera corrigée en fonction : • de la température ambiante au moment de l’essai ; • de la température de référence du cycle appliqué, en régime estival ou hivernal.

6.3.2 Particularités concernant les pantographes Les essais seront réalisés avec des bandes de frottement d’archet rodées (parcours au moins égal à 500 km) avec le nombre minimal de pantographes en service de manière à mettre la caténaire en situation de température maximale.

6.3.3 Particularités concernant la caténaire La caténaire choisie devra présenter les caractéristiques suivantes : • ligne de contact avec un ou deux fils de contact ; • fil de contact neuf en cuivre pur ; • section 107 mm2.

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6.3.4 Essais à réaliser

Type d’essai Nombre

de fils de contact

Durée Fonctions en service

Été 1 Maintien de service (automatisme) Hiver 1

Temps de stabilisation de la température, ou une heure maximum

Été 2 Mise à quai tardive (cabine occupée) Hiver 2

Temps de stabilisation de la température, ou 20 minutes maximum

Été 2 Arrivée en gare (régulation) Hiver 2

Temps de stabilisation de la température, ou 30 minutes maximum

Rame active dans le cycle le plus défavorable

6.4 Présentation des résultats Les résultats seront présentés dans un rapport d’essai récapitulatif des différentes configurations de pantographes essayées (au sol et à bord de l’engin). Ce rapport comprendra les caractéristiques de la caténaire dans les zones d’essai et une description des moyens de mesure.

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Annexe 1 - Consistance du dossier de vérification

Exigence Points à vérifier Documentation

1 Compatibilité

avec l’infrastructure

- Respect du gabarit suivant NF F 01-501. - Position du fil de contact sur l’archet : respect de la fiche UIC 606.

- Respect des critères d’admission technique. - Nature du matériau des bandes de frottement. - Franchissement des sections de séparation de phases.

- Note de calcul. - Note de calcul. - Modèle dynamique du pantographe. - Document Technique pantographe. - Position du (des) pantographe(s) sur l’engin, configurations d’utilisation. Spécification et rapport d’essai en ligne.

2 Compatibilité

avec l’alimentation

électrique

- Intensité maximale captée en ligne. - Intensité maximale captée à l’arrêt. - Distance d’isolement.

- Document Technique engin. - Document Technique engin. - Dessins Pantographe.

3 Compatibilité

avec la gestion

des circulations

- Vitesse maximale de circulation. - Nombre de pantographes en service.

- Document Technique engin. - Diagramme de l’engin. - Configurations d’utilisation.

4 Exigences concernant

le fonctionnement et les

équipements de captage

- Vitesse maximale de circulation. - Profil de l’archet. - Longueur des bandes de frottement. - Section des bandes de frottement. - Distance entre les bords extérieurs des bandes de frottement.

- Temps de montée et de descente des pantographes. - Force aérodynamique à la vitesse maximale de circulation.

- Force statique. - Détecteur d’incidents. − Dispositif de limitation du développement.

- Rapport d’essai selon EN 50206-1. - Spécification et rapports d’essais en ligne. - Dessins. - Notices techniques, de fonctionnement et de maintenance.

- Preuves de la conformité aux fiches UIC 608 et 794.

5 Exigences de sûreté

du système de captage

- Vérification des probabilités et de la gravité des défaillances en regard de l’événement redouté lié au captage.

- Vérification de la disponibilité du système de captage.

- Étude de sécurité.

6 Exigences relatives à

l’environnement

- Poussières des matériaux de frottement. Composition du matériau des bandes.

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Annexe 2 - Postes de mesure sur le réseau ferré national

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Annexe 3 - Observation vidéo du comportement dynamique pantographe/caténaire

MATERIEL Caméra vidéo : Elle doit avoir une vitesse d'intégration qui permette d'obtenir une image précise (ralentis et arrêts sur images) à la vitesse maximale de l'essai, afin de bien identifier les arcs et le comportement de la caténaire à la relecture de l'enregistrement. La stabilité du support de la caméra devra être parfaite pour la vitesse maximale de l'essai.

Éclairage : Il doit être suffisant pour observer le pantographe et son environnement la nuit ou sous un tunnel, et commandé de l'intérieur de la rame.

Magnétoscope : Il doit avoir un ralenti et un arrêt sur image net. Il doit être muni d'un micro pour les commentaires de l'opérateur.

INFORMATIONS À INCRUSTER ET À ENREGISTRER

• Vitesse en km/h ; • Point kilométrique (avec indication de l'hectomètre) ; • Intensité de traction ; • Tension d'alimentation ; • Hauteur de l'archet par rapport au rail ; • Température ambiante ; • Texte libre (n° prestataire, n° marche ou autre... ).

Pour la bonne visibilité de l'image il est conseillé de limiter l'incrustation à 3 lignes composées au maximum de 2 champs par ligne. Les informations incrustées doivent être parfaitement visibles et lisibles quelle que soit la luminance de l'image. Elles doivent être en surimpression sans masquer les éléments observés.

MONTAGE

La (les) caméra(s) doit (doivent) être montée(s) côté barres de fuite de l'archet. Le cadrage permettra d'observer le pantographe dans son ensemble (archet + grand cadre) ainsi qu'une partie de la caténaire (conducteur et bras de rappel) pour les hauteurs maximale et minimale du plan de contact dans la zone d'essai.

Fiche d’identification

Référentiel Matériel

Titre Captage Interaction pantographe - caténaire

Référence SAM E 903

Date d’édition 16/11/2007

Historique des versions

Numéro de Version Date de version Date d’application

01 16 novembre 2007 immédiatement

Ce texte est consultable sur le site Internet de l’ EPSF

Résumé

Cette spécification présente les dispositions relatives au captage du courant électri-que par le système pantographe - caténaire.

< Textes abrogés Textes interdépendants

SAM E 903 Edition du 01/03/2007

Entreprises concernées Toutes les entreprises ferroviaires

Lignes ou réseaux concernés R.F.N

Élaboration Validation Approbation

Nom Date et signature Nom Date et

signature Nom Date et signature

Gilles DALMAS

16/11/2007 Signé

Gilles Dalmas

Jacques FOURTAGE

16/11/2007 Signé

Jacques Fourtage

Pierre DESFRAY

16/11/2007 Signé

Pierre Desfray

Division spécifications

Etablissement Public de Sécurité Ferroviaire 1, Parvis de la Défense – 92044 la Défense CEDEX