revue ABB · 2018. 5. 10. · 4 revue ABB 2|10 Peter Terwiesch Directeur des technologies ABB Ltd. blement essaimé : ces trains quadrilleront bientôt la planète entière ! Le transport

ABBActualités technologiques

du Groupe ABB

Réseau électrique & réseau de traction 42Moteurs de traction ferroviaire 66Maintenance dédiée 70Recharge des véhicules électriques 77

Les voies del’écomobilité

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revue

2 revue ABB 2|10

On a coutume de dire que le tout est plus grand que la somme de ses parties : ce numéro de la Revue ABB multiplie les exemples applicatifs qui confirment la règle.

Le transport a pour vocation de relier les hommes et d’abolir les distances en ouvrant de nouveaux horizons et en favorisant les échan-ges. Mais rapprocher, c’est aussi nouer et resserrer les liens : ABB met son vaste portefeuille de pro-duits au service de l’industrie ferro-viaire. La Revue vous invite à décou-vrir les contributions du Groupe aux secteurs du transport et du rail.En voiture, s’il vous plaît !

Sommaire

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ABB et le rail, une réussite en mouvement Panorama de l’offre du Groupe pour l'industrie ferroviaire Face à face pour une mobilité durable Échange de vues entre Michael Clausecker, directeur général de l’UNIFE, et Jean-Luc Favre, président-directeur général d’ABB Sécheron et responsable des activités Rail du groupe ABB

La grande vitesse en première ligneABB et les trains à grande vitesseRévolution chinoiseGrâce aux technologies ABB, le rail chinois mène grand train.Feu vert pour les chemins de fer indiensABB contribue à la modernisation du réseau ferré indien.La Suisse sur les railsABB, partie prenante des grands projets ferroviaires du pays alpin

Connaissances FACTuellesLes dispositifs FACTS améliorent l’alimentation électrique de la traction ferroviaire.À convertisseurs statiques, performances dynamiquesDes réseaux ferroviaires à la bonne fréquenceLe disjoncteur nouveau est arrivéLes disjoncteurs sous vide d’extérieur FSK II assurent la connexion de projets ferroviaires britanniques.Bain turc pour transformateurs secsMalgré la chaleur et l’humidité, les transformateurs ABB font un excellent travail dans le métro d’Istanbul.

Les transformateurs entrent en gareLes transformateurs de traction ABB contribuent à la fiabilité, au confort et à la ponctualité des trains de banlieue.Accord parfaitCompacts, fiables et puissants, les convertisseurs de traction ABB se plient aux exigences de tous les types d’engin ferroviaire.Le moteur de traction se standardiseLa modularité des nouveaux moteurs de traction ferroviaire ABB autorise une réelle adaptabilité aux impératifs du client.

Service compris !ABB propose un large éventail de services dédiés au rail.L’aube d’une ère nouvelleLes stations de recharge et les technologies de réseaux intelligents d’ABB tracent la voie du véhicule électrique.Prise de terreLes solutions ABB d’alimentation électrique réduisent la pollution sonore et atmosphérique des navires à quai.Rapidité, sécurité, compétitivitéLa triple devise du nouveau sectionneur de terre ultrarapide d’ABB

L’électrification de la grande traction ferroviaireABB, acteur historique de la traction électrique

Forces motrices

Services et technologies

ABB, éternel pionnier

Installations fixes

Tour du monde

Mobilisation

3Sommaire

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Peter Terwiesch Directeur des technologiesABB Ltd.

blement essaimé : ces trains quadrilleront bientôt la planète entière !Le transport de marchandises vit aussi de passionnants développements. En Europe plus particulièrement, de plus en plus de pays ouvrent leur marché du fret à la concurrence et le trafic explose.Sans être un constructeur de trains, ABB met son expertise de l’énergie et de l’automatisa-tion, et ses nombreux produits et technolo-gies au service de l’industrie ferroviaire. Les lignes de chemin de fer électrifiées sont de grandes consommatrices d’électricité et leur voracité énergétique peut fortement fluctuer en peu de temps. Les techniques de gestion de réseaux d’ABB fiabilisent et stabilisent la fourniture électrique. ABB accompagne le transfert de l’électricité du réseau général à la voie ferrée avec des sous-stations et compo-sants tels que transformateurs, convertis-seurs de fréquence, appareils de coupure et dispositifs de compensation de puissance réactive « FACTS ». À bord des trains, l’offre ABB se décline en transformateurs de traction, tableaux électriques, moteurs, convertisseurs et turbocompresseurs, produits vedettes de cette Revue ABB.ABB a beaucoup développé ses activités Rail au cours des dernières années, passant de la position d’outsider au rang de fournisseur de premier plan de grands noms de la construc-tion ferroviaire. Dans une perspective indus-trielle plus large, la Revue ABB s’est entrete-nue avec M. Michael Clausecker, directeur général de l’Union des Industries Ferroviaires Européennes (UNIFE).À côté du rail, ABB intervient dans les domaines plus vastes du transport durable et de la mobilité électrique : aussi ce numéro aborde-t-il des techniques comme la recharge des véhicules électriques et l’alimentation électrique des navires à quai.

Bonne lecture,

Peter TerwieschDirecteur des technologiesABB Ltd.

Chers lecteurs,La mobilité est au centre de notre quotidien : trajets domicile-travail, déplacements profes-sionnels, vacances . . . Toutes nos activités sont tributaires d’un mode de transport fiable et abordable. Et ce n’est pas qu’à l’échelle de l’individu : le transport de marchandises a été le vecteur de la concentration industrielle et de la production moderne. De même, l’existence des grandes métropoles dépend de la capacité à les approvisionner de manière fiable et continue en denrées alimentaires et biens de consommation.Autant la mobilité aide à créer et à dévelop-per de multiples facettes de notre société, autant l’insuffisance de moyens de transport peut lui être préjudiciable : l’impossibilité de livrer des marchandises au cœur des bassins de vie ou, pour le particulier, de rejoindre sa destination dans des délais raisonnables et prévisibles, est lourde de conséquences, et pas seulement économiques. Urbanité et modernité aggravent ce constat : l’étalement des villes sollicite toujours plus les infrastruc-tures, en voie de saturation. Dans le même temps, la montée des préoccupations environnementales (qualité de l’air, pollution par le CO2 ), l’épuisement des réserves de combustibles fossiles et l’emprise territoriale du transport appellent à des solutions plus propres et performantes.Le chemin de fer est en bonne voie pour relever ces défis. En milieu urbain et péri-urbain, les dessertes de banlieue et le métro contribuent grandement au désengorgement de la route tout en diminuant l’empreinte carbone avec, lorsque les lignes sont électri-fiées, un bilan « zéro émission » au point de livraison. À l'heure où des capitales comme Londres et Paris déploient leurs réseaux existants, nombreuses sont les métropoles en pleine expansion confrontées à la difficulté comme à l'opportunité de créer de nouveaux systèmes de toutes pièces.Les trains à grande vitesse (TGV) peuvent offrir une alternative séduisante à la voiture et à l’avion. Relativement insensibles aux caprices de la météo, ils satisfont aux besoins de confort des voyageurs. Si la première génération de TGV a vu le jour au Japon puis conquis l’Europe, elle a aujourd’hui considéra-

Éditorial

ABB et l'industrie ferroviaire

5Éditorial

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ABB et l’univers du rail, une réussite en mouvement

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7ABB et l’univers du rail, une réussite en mouvement

foudres. ABB fournit aussi les turbocom-presseurs des trains diesel.Les technologies et équipements ABB ser-vent différents types d’applications ferro-viaires, du fret lourd ➔ 14 à la grande vitesse ➔ 15 en passant par les lignes de banlieue ➔ 16, le métro ➔ 17 et le tram-way ➔ 18.

ABB n’est pas qu'un fournisseur de maté-riel ; c’est aussi un prestataire de services de maintenance, de révision et de rénovation des parcs existants. Dans le domaine plus vaste du transport, il est aussi présent dans les stations de recharge des véhicules élec-triques ➔ 19 et les applications marines.Autant de sujets qui font la trame de ce numéro de la Revue ABB et de notre site www.abb.com/railway.

optimisent le fonctionnement de ces équi-pements. Des autotransformateurs com-pacts ➔ 9 soutiennent l’alimentation électri-que des trains par caté naire, sur les longues distances. Les électrifi cations en continu sont renforcées par des sous-stations de traction équipées de transformateurs- redresseurs ➔ 10.

L’équipement ABB est aussi présent à bord des trains : le Groupe fournit des transfor-mateurs de traction ➔ 11, des moteurs et des générateurs ➔ 12. Il fabrique également des convertisseurs pour alimenter la chaîne de traction et les auxiliaires du train ➔ 13. Son catalogue comprend en outre des pro-duits basse tension, des disjoncteurs moyenne tension, ainsi que des semi- conducteurs de puissance et des para-

A cteur majeur des secteurs de l’énergie et de l’automatisation, ABB met de nombreuses tech-nologies au service du chemin

de fer. Des systèmes de transport fl exibles en courant alternatif « FACTS » soutiennent aussi bien le réseau général que le réseau de traction ferroviaire, et aident à stabiliser une fourniture électrique de qualité ➔ 1. Appareils de coupure et de commutation haute ➔ 2 et moyenne tension ➔ 3, conver-tisseurs de fréquence ➔ 4 et transfor-mateurs ➔ 5 adaptent et fournissent l’éner-gie aux lignes de contact aériennes de la voie ferrée ➔ 6, tandis que des systèmes de surveillance et de conduite ➔ 7 (dont les postes de commande centralisée du réseau et des sous-stations électriques ➔ 8)

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La mobilité des personnes et des biens, indissociable de l’activité économique, engendre un volume de trafi c en perpétuelle croissance : les échanges internationaux réclament un fret ferroviaire grandes distances rapide et économique. L’essor du commerce et du tourisme est aussi tributaire des déplacements interurbains tandis que l’extension des métropoles en périphérie ne cesse d’allonger les distances entre domicile et travail. Dans le même temps, les préoccupations environne-mentales, l’envolée des prix de l’énergie et la saturation des infrastruc-tures obligent à minimiser l’impact économique, écologique et territorial du transport. Il n’est donc pas étonnant que les pouvoirs publics du monde entier investissent dans le chemin de fer sous toutes ses formes, du métro aux trains nationaux et internationaux à grande vitesse (TGV) en passant par les corridors de fret transcontinentaux.Michael Clausecker et Jean-Luc Favre débattent ici des enjeux et perspectives du transport ferroviaire.

Interview croisée entre Michael Clausecker, directeur général de l’UNIFE 1, et Jean-Luc Favre, directeur général d’ABB Sécheron et responsable des activités Rail du groupe ABB

Face à face pour une mobilité durable

9Face à face pour une mobilité durable

Et dans d’autres régions du monde, comme l’Europe de l’Est et l’Inde ?M. C. J’espère que la prochaine décennie verra la construction de la première LGV de l’Europe de l’Est. En témoigne l’amorce d’un projet d’axe ferroviaire à grande vitesse en Pologne, d’ici à 2014.

En ce qui concerne l’Inde, il est difficile de prévoir l’échéance de la grande vites-se. Les principaux développements por-tent aujourd’hui sur le métro ou le train urbain.

Jean-Luc Favre. Il faut tenir compte de l’explosion démographique et de l’urbani-sation galopante : nous serons sans doute 9 milliards sur Terre, en 2050. En 2008, les villes concentraient la moitié de la po-pulation mondiale, une première dans l’histoire de l’humanité. Cette évolution plaide en faveur d’un transport durable et le chemin de fer peut relever ce défi ➔ 1.

La Chine investit massivement dans le trafi c fret et voyageurs, et l’électrifi cation du réseau. Les projets de LGV avancent « à un train d’enfer » ! Ces deux ou trois dernières années, la Chine a représenté pour ABB le premier moteur de crois-sance. L’Europe est aussi un puissant marché ; néanmoins, quand il s’agit de déployer le réseau et d’investir en nou-veaux matériels roulants, la Chine rem-porte la palme des développements.

En Inde aussi, de nouveaux projets pren-nent forme, comme l’ouverture de corri-dors à priorité fret pour faciliter, fl uidifi er et stimuler le trafi c. En revanche, la plus grosse part du marché ferroviaire indien revient au métro dont le gouvernement veut équiper toutes les agglomérations de plus de 3 millions d’habitants. Des chan-tiers titanesques voient le jour à Bangalore, Calcutta, Mumbai et Delhi. Et la grande vitesse ferroviaire ne tardera pas à s’y frayer un chemin dans les cinq à dix pro-chaines années !

Vous avez tous deux évoqué le transport urbain. Quelles sont les grandes tendan-ces du segment ?M. C. L’étalement urbain complique et al-longe énormément les trajets quotidiens domicile-travail, ce qui donne encore plus

majorité des acteurs de l’industrie ferro-viaire européenne.

Quelle est votre vision de l’avenir du rail dans les dix prochaines années ?M. C. Notre premier défi est la grande vi-tesse. Les principaux chantiers en cours se situent en France, en Espagne et en Grande-Bretagne. Pour autant, les États-Unis ont aussi amorcé le débat sur les lignes à grande vitesse (LGV) tout comme la Russie progresse sur la liaison Moscou-Saint-Pétersbourg. La Chine investit plus que tout autre pays et construit des mil-liers de kilomètres de LGV. Bref, le ferro-viaire affi che une solide croissance.

Quelles en sont les priorités ?M. C. La grande majorité des LGV ne dé-passe pas le territoire national : c’est le cas en France, en Allemagne, en Espa-gne, etc. Certes, il faut mentionner le tra-fi c transmanche (Eurostar ou Thalys, par exemple) mais le développement de la grande vitesse devra davantage affi rmer sa dimension internationale.

Les investissements en infrastructures seront au cœur des défi s que devra rele-ver la puissance publique au cours des

dix prochaines années. La volonté d’in-vestir dans le rail et l’apparition de nou-veaux modes de fi nancement marqueront cette décennie. Concrètement, il pourra s’agir de partenariats publics-privés et de contrats associant la construction, l’ex-ploitation et le transfert de technologies.

M. Clausecker, pouvez-vous nous pré-senter l’UNIFE en quelques mots ?L’UNIFE entend promouvoir l’industrie ferroviaire européenne sur la scène inter-nationale. Elle apporte son concours aux principaux fournisseurs et équipementiers du secteur, au travers de quatre leviers : 1 L’harmonisation technique et la régle-

mentation des systèmes ferroviaires ;2 La défense des intérêts des entrepri-

ses œuvrant au développement du rail ;

3 Le lancement et le soutien des pro- gram mes permettant à ses membres de mener des recherches en partena-riat avec les opérateurs ferroviaires, ainsi que la coordination des projets fi nancés par l’Union européenne ;

4 La qualité des produits ferroviaires, tout au long de leur cycle de vie et de la chaîne de valeurs, grâce à son programme de gestion de la qualité fondé sur la norme IRIS 2.

L’UNIFE est fi nancée par ses membres qui sont tous des constructeurs euro-péens de matériel équipant les chemins de fer du monde entier. L’organisation compte aussi sur le soutien d’une quin-zaine d’associations principalement na-tionales. Elle fédère ainsi quelque 70 four-nisseurs et totalise près d’un millier de membres par le biais de ces associations. L’UNIFE est donc le porte-parole de la

En Europe, le rail verra se dévelop-per le trafic fret transfrontalier qui nécessitera des locomotives poly-courants capables de fonctionner sous différents sys-tèmes d’alimenta-tion électrique et de signalisation.

Notes1 Union des Industries Ferroviaires Européennes2 International Railway Industry Standard

(cf. encadré 7, p. 23)

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sécurité. Il est diffi cile d’entrevoir l’évolu-tion du marché mais une chose est sûre : l’industrie n’arrêtera pas sa course aux équipements plus légers et plus concur-rentiels.

Et le fret ferroviaire ?M. C. Le ralentissement économique a contraint les opérateurs à remiser bon nombre de locomotives et de wagons. Le premier défi de la décennie à venir sera de retrouver les volumes de trafi c de 2007 : c’est à ce niveau que les équipements existants seront utilisés à leur capacité escomptée.

Autre tendance de fond : l’internationali-sation du transport. Le paysage ferroviaire du futur sera constitué de gros opérateurs mais aussi de petites entreprises assurant une mobilité transfrontalière, en Europe. Il faudra pour cela davantage de locomo-tives interopérables polycourants palliant les différences de systèmes d’alimenta-tion électrique et de signalisation.

Dans d’autres régions du monde, les ten-dances sont plus diffi ciles à cerner. Pour-tant, où que vous soyez, il est toujours question du triptyque rendement-fi abilité-prix. Je suis convaincu que de plus en plus de clients s’intéresseront à la consommation énergétique et au coût global des locomotives : les industriels doivent donc être en mesure de leur four-nir les données permettant de comparer produits et solutions.

Cette vive concurrence augmentera-t-elle le volume total de fret ferroviaire ?M. C. Sans conteste. Les pays européens qui ont effectivement ouvert leurs réseaux à la concurrence ont vu leur trafi c fret grimper de 60 à 130 % au cours des

misent sur le bus à grande capacité ; les bus à double articulation sont relative-ment économiques et ne nécessitent pas d’infrastructure particulière. Par ailleurs, de nombreuses lignes de tramways sont en construction, en Europe comme aux États-Unis. Le tram offre plus de capaci-tés que le bus, sans ses défauts : il ne pollue pas et fait moins de bruit ; plus convivial, il contribue également à la qua-lité d’accueil des centres-villes ➔ 2. Aussi le voit-on grignoter des parts de marché même si les constructeurs de bus rivali-sent d’inventivité pour copier ses avanta-ges à moindre coût.

À mi-chemin entre ces deux modes de transport se profi lent les trams sur pneu-matiques . . .M. C. Pourquoi pas ? Toutes les pistes méritent d’être explorées lorsqu’elles sont utilisées à bon escient ! Quand vous com-parez le tram au bus, en termes de poids, vous pouvez à juste titre vous demander s’ils se heurtent aux mêmes exigences de

d’acuité à la question du transport. Les transports publics sont un bon moyen de relever ce défi . Dans cette logique, de nombreux pôles urbains en pleine expan-sion mettent sur pied des systèmes de transport, surtout en Chine. Même des capitales comme Paris et Londres, qui souffrent d’engorgement chronique du trafi c, prennent conscience de la néces-sité de renforcer leurs capacités de transit pour préserver leur attractivité et leur compétitivité économique.

Le déploiement du transport urbain accé-lérera sa course dans les prochaines an-nées. Fait marquant : secteur privé et par-ticuliers sont encouragés à y prendre part. Par exemple, les propriétaires de biens situés à proximité d’une gare, qui contri-buent au développement des transports, peuvent tirer parti de cette valorisation foncière ou économique. Les péages ur-bains, comme celui de Londres, vont aussi se multiplier. Dans les deux cas, les usa-gers paient de plus en plus cher leur mobilité (coûts externes liés au bruit, à la pollution, aux embouteillages, aux acci-dents, etc.) et, chemin faisant, favorisent le développement des transports collectifs.

Les pays en développement posent un défi singulier. L’infrastructure en place est spartiate et tout reste à faire. En épaulant les autorités régionales pour prouver que le métro attire les investisseurs, crée des emplois et accroît les rentrées fi scales, nous pouvons les aider à garantir les prêts et à asseoir la rentabilité des projets.

Les villes plus modestes ont souvent be-soin de systèmes de transport plus légers et moins chers que le métro.M. C. À cet égard, on observe deux ten-dances. En Allemagne, certaines villes

1 En 2008, les villes concentraient déjà la moitié de la population mondiale, d’où la priorité des transports urbains.

2 Le tram est un mode de déplacement écologique et convivial, qui participe à l’attrait des centres-villes.

Le moindre kilo-gramme ou mètre carré de rogné pour acheminer davantage de passagers décu-ple le bénéfice économique et écologique global du train.


Le train est d’ores et déjà le moyen de transport le plus « propre » et durable. Pour autant, que peut faire l’industrie ferroviaire pour réduire encore son empreinte carbone ? M. C. Dans une perspective globale, le plus puissant levier dont dispose le pou-voir politique pour réduire la pollution liée aux transports réside sans conteste dans le transfert du trafi c aérien et routier au rail. Certes, l’amélioration technologique des trains eux-mêmes peut accroître ces performances environnementales, mais le premier contributeur reste le « report modal » vers le fer ➔ 4.

Que peut faire le rail pour améliorer son bilan carbone ? En priorité, électrifi er le ré-seau. Voyons l’exemple du Royaume-Uni où la traction diesel concerne encore la majorité du réseau ferré. Rien d’étonnant à ce que son gouvernement se tourne un peu plus que celui des autres pays euro-péens vers la traction électrique pour enrayer le dérèglement climatique et apporter de réelles solutions durables à la mobilité.

Donc, sur le terrain de l’effi cacité énergé-tique, la balle est dans le camp des pou-voirs publics ?M. C. Oui mais nous nous devons d’ac-compagner leur action en développant des produits plus attractifs tant pour l’ex-ploitant ferroviaire, transporteur de mar-chandises, que le voyageur.

En matière de consommation énergéti-que, une solution de choix consiste à ré-cupérer l’énergie de freinage pour les ac-célérations ou à la stocker sur le véhicule ou le long des lignes.

15 dernières années. Qui plus est, sur les cinq ou six années passées, le fret ferro-viaire a progressé plus vite que le fret rou-tier. À supposer que d’autres pays ouvrent leur marché, nous pouvons tabler sur la poursuite de cette forte croissante dans les dix années à venir ➔ 3.

Les ventes de locomotives ont pratique-ment triplé ces dix dernières années par rapport à la décennie 1990. Et 50 % de ces machines sont vendues à des clients qui n’existaient même pas il y a dix ans ! Cette ouverture dynamise indéniablement le marché du fret ferroviaire.

Malgré ce bilan positif, le volume du fret ferroviaire européen reste faible par rap-port à celui enregistré aux États-Unis. M. C. L’Europe étant constituée de micro-marchés nationaux, la part modale du rail varie d’un pays à l’autre. Prenons l’exem-ple de la Suède, pays assimilable aux États-Unis, non pas bien sûr en termes de superfi cie mais de densité de population. La part du fret ferroviaire y est supérieure à 30 %, soit une proportion comparable à celle des États-Unis. Mais là s’arrête la comparaison : la population nord-amé-ricaine se concentre dans les régions côtières de l’Est et de l’Ouest, alors que l’urbanisme du Vieux continent est plus dilué. Les distances à parcourir étant éga-lement plus courtes, le rail peine à concur-rencer la route.

Néanmoins, je suis sûr que l’ouverture des marchés et le développement des ré-seaux transeuropéens, par-delà les fron-tières, favoriseront l’essor du rail.

3 Privatisation et concurrence dopent le fret ferroviaire qui a progressé de 60 à 130 % en 15 ans.

4 Le principal contributeur à la réduction de la pollution due au transport est le report modal de la route et de l’aérien vers le rail.

Le nombre de locomotives ven-dues a pratique-ment triplé ces dix dernières années ; la moitié est ache-tée par des clients qui n’existaient pas il y a dix ans.

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le trio Siemens-Alstom-Bombardier. Pour ABB, il est capital de reprendre position sur le marché ferroviaire, aux côtés de ses partenaires et de l’UNIFE. Nous avons re-joint cette dernière en juin 2009 et nous sommes aussi aujourd’hui l’un des repré-sentants de ses membres, à Bruxelles, tout comme nous siégeons à sa commis-sion Infrastructures. Nous voulons adres-ser à l’industrie ferroviaire un message fort : partie prenante de ce marché, notre contribution s’inscrit dans le long terme. Nos technologies lui sont vitales : appa-reils de coupure, transformateurs, conver-tisseurs, semi-conducteurs de puissance, moteurs, alternateurs, turbocompresseurs et installations fi xes. Nous fournissons aussi des systèmes d’électrifi cation, des sous-stations de traction en courant al-ternatif et continu, et leurs composants. Notre production et notre savoir-faire sont mondialisés. Par exemple, nous fabriquons déjà des transformateurs en Amérique du

Nord, en Amérique du Sud, en Chine et en Inde, grâce à notre capacité à être « local » sur tous ces marchés. Tels sont les points forts du Groupe sur les cinq continents, au service du rail comme d’autres secteurs.

Paradoxalement, jusqu’en 2002, presque personne, même au sein d’ABB, n’avait connaissance de notre implication dans le ferroviaire. Nous possédions des techno-logies d’excellence . . . mais à peine connues !

Quelle est selon vous la plus importante contribution d’ABB à la technologie ferro-viaire ? En quoi consiste son leadership ?J.-L. F. Notre portefeuille de produits et nos solutions globales font d’ABB un groupe d’exception. Nous pouvons tra-vailler avec tous les fournisseurs en nous appuyant sur un puissant socle techno-logique. Nous possédons toutes les grandes technologies indispensables à la distribution de l’énergie de traction, ce qui explique en grande partie notre fulgurante

Dans le premier cas, les seuls exemples pour lesquels, à ma connaissance, les in-dustriels ne se sont pas contentés de fournir les véhicules mais en ont aussi as-suré la maintenance, sont ceux d’exploi-tants privés. Pour les constructeurs et équipementiers que nous sommes, cette orientation services nous a permis de mieux comprendre les performances au quotidien de nos engins et de « boucler la boucle » en capitalisant sur ces connais-sances afi n d’améliorer l’offre produits et, in fi ne, de mieux servir nos clients.

Le domaine des infrastructures est quel-que peu différent. Une organisation type implique pour le client de compter sur son propre personnel de maintenance mais aussi de sous-traiter certains pans du tra-vail à des tiers. Il en résulte une situation où nous sommes à la fois fournisseurs et, en quelque sorte, concurrents de nos clients, ce qui crée des relations commer-ciales d’un genre nouveau. Comme pour le matériel roulant, nous pou-vons apporter de la valeur ajoutée à l’activité de nos clients car nous connaissons sou-vent mieux leur produit ! En conju-guant maintenance préventive et maintenance corrective, nous diminuons les coûts et les arrêts techniques.

Quels sont le rôle et la contribution d’ABB au sein de l’UNIFE ?M. C. ABB intervient vraiment à l’échelle mondiale. Cette stature donne toute sa valeur à sa participation à l’UNIFE. ABB est certes un membre relativement récent mais l’UNIFE et ses autres membres se réjouissent d’ores et déjà de bénéfi cier de l’expérience du Groupe sur les marchés étrangers et de travailler ensemble. Nous sommes très impliqués dans l’élaboration de normes ferroviaires européennes et nous apprécions beaucoup l’apport et la contribution d’ABB.

J.-L. F. C’est en 2005 qu’ABB décide de développer ses activités ferroviaires. Le succès est au rendez-vous : nos ventes ont bondi de 200 millions de francs suis-ses en 2004 à 1,3 milliard en 2009 ! Nous travaillons en étroite collaboration avec les grands noms du secteur, notamment

J.-L. F. La meilleure façon de favoriser le report modal de l’avion et de la voiture vers le rail est de proposer des solutions compétitives et rentables. Dans le domaine du trafi c voyageurs à 350 km/h, par exemple, le moindre kilogramme ou mètre carré de rogné pour acheminer davantage de passagers décuple le bénéfi ce écono-mique et écologique global du train. Nous continuerons donc à optimiser nos équi-pements sur le plan de l’encombrement et de la masse, mais aussi de la fi abilité et de l’écoperformance.

L’Europe, à côté du Japon, fait tradition-nellement fi gure de pionner et d’expert de la grande vitesse. Ces acquis sont-il trans-posables à d’autres régions du monde ? J.-L. F. L’Europe et le Japon règnent ef-fectivement en maîtres sur les marchés de la grande et de la très grande vitesse. Mais la Chine n’est pas en reste et déve-loppe aussi ses TGV. On vient même d’apprendre un partenariat entre une so-ciété chinoise et General Electric, leader du fret américain, pour déployer de gran-des artères ferroviaires en Amérique du Nord. Le marché est fl orissant pour les nouveaux acteurs du rail.

Jusqu’ici, nous avons parlé produits et technologies. Un autre domaine en pleine expansion est celui des services.J.-L. F. Sur certains marchés, les contrats de fourniture ne se limitent pas aux véhi-cules mais englobent aussi les services, sur une période donnée. Cette tendance n’est pourtant pas universelle : dans bien des cas, les exploitants ferroviaires préfè-rent garder leur maintenance en interne.

Dans ce contexte de libéralisation, les nouveaux entrants sont avant tout inté-ressés par l’exploitation des trains et le transport de voyageurs ; ils sont donc plus enclins à externaliser la maintenance. Par contre, les opérateurs historiques ont traditionnellement leurs propres ateliers et équipes d’entretien ; on comprend donc que l’externalisation de ce type d’activité ne soit pas leur priorité.

En matière de services ferroviaires, ABB est très bien placé pour offrir un réseau d’envergure mondiale : nous savons être chinois en Chine, indiens en Inde et euro-péens en Europe !

M. C. La situation est différente selon qu’il s’agit d’entretenir le matériel roulant ou les installations fi xes (ouvrages d’art, voies).

Le plus puissant levier politi-que pour réduire la pollution liée aux transports consiste à détourner le trafic aérien et routier au profit du rail.


Pensez-vous que l’industrie ferroviaire peut apprendre de l’industrie automobile ?M. C. Il y a toujours à apprendre . . . à condition de ne pas dupliquer aveuglé-ment ! Nous nous sommes tournés vers l’automobile quand nous avons reconsi-déré le management de la qualité dans notre secteur. Mais en fait, nous avons comparé notre système à celui de l’aéro-nautique. Notre stratégie consiste à « ra-tisser large » en tenant compte de divers secteurs industriels mais à trier sur le volet les méthodes les plus bénéfi ques à notre fi lière.

Force est de constater que bon nombre d’entre nous (gestionnaires et acheteurs, par exemple) viennent de l’automobile.

Le ferroviaire se différencie de l’automo-bile notamment par la taille des lots sur lesquels nous travaillons, qui tendent à être beaucoup plus petits. Nous compen-sons cela par la normalisation et la réali-sation de plates-formes, deux stratégies que l’on retrouve aussi dans la construc-tion automobile. Nous pouvons ainsi créer des plates-formes de produits que nous ne vendons plus dans un seul pays mais parfois dans le monde entier. La recette ? Une conception plus polyvalente qui per-met de s’adapter à différents standards et confi gurations ; bien sûr, la normalisation internationale est aussi un objectif qui mérite d’être poursuivi. Nous voyons de plus en plus de pays dans le monde co-pier ou utiliser les référentiels que nous avons mis sur pied d’un commun accord, en Europe ; d’où l’importance de nos tra-vaux et initiatives dans ce sens. La Chine, par exemple, a adopté bon nombre de nos normes ferroviaires comme le systè-me unique ERTMS 3 de signalisation et de contrôle-commande des trains à grande vitesse. À cela deux raisons : c’est à la fois la spécifi cation la plus aboutie du domaine et celle qui rallie un grand nom-bre de fournisseurs et équipementiers fer-roviaires du monde entier.

Michael Clausecker, directeur général de l’UNIFE

Jean-Luc Favre, responsable des activités Rail du

groupe ABB et directeur général d’ABB Sécheron

Propos recueillis par Andreas Moglestue,

rédacteur en chef de la Revue ABB

[email protected]

Note3 European Rail Traffi c Management System

croissance des cinq dernières années : notre progression annuelle a été supé-rieure à 40 %, plus de 10 fois plus rapide que celle du marché. Aujourd’hui, selon mes calculs, nous fi gurons parmi les 5 premiers fournisseurs de l’industrie ferro-viaire, grâce aux technologies que nous mettons à la disposition des construc-teurs.

M. C. ABB aide à maintenir la pluralité industrielle. Nous avons assisté à un mou-vement de consolidations parmi les in-dustriels du ferroviaire. Du côté des inté-grateurs de systèmes, on observe la croissance rapide de constructeurs comme le Suisse Stadler et les Espagnols CAF (Construcciones y Auxiliar de Ferrocarri-les) et Talgo, qui comptent sur des four-nisseurs indépendants de technologies de traction et de propulsion. Et là encore, ABB est, pour ainsi dire, une « locomoti-ve » du secteur. ABB joue aussi un rôle moteur en dotant le marché ferroviaire de solutions techniques et d’une stratégie globale qui aident les entreprises euro-péennes d’expérience à proposer leurs technologies sur un marché mondialisé.

J.-L. F. Tout à fait. Nous sommes à même de soutenir nos partenaires en Europe mais aussi de faire équipe avec eux, notam ment en Chine. Dans ce pays, nous avons commencé à travailler avec Alstom en 2004, qui avait besoin de nos transfor-mateurs de traction fabriqués sur place ; il est devenu depuis un partenaire privilé-gié.

ABB est un grand groupe diversifi é qui s’appuie sur des activités Énergie et Auto-matisation d’envergure mondiale, confor-tées par une longue expérience dans un large éventail de domaines d’expertise. Voyez-vous des secteurs dans lesquels le ferroviaire peut bénéfi cier de ce capital de connaissances ? J.-L. F. Sans aucun doute. Prenons l’exemple des moteurs de traction : quand nous avons décidé de réaliser un nouveau produit, nous pouvions puiser dans la technologie et l’activité Moteurs d’ABB, qui représente 2 milliards de dollars. De même, nous bénéfi cions d’un noyau de fournisseurs mondial. Nous avons recours aux mêmes fournisseurs et aux mêmes usines ABB, que ce soit pour les moteurs industriels ou les moteurs de traction. Idem pour les transformateurs ou les convertisseurs.

Né en 1966 à Stuttgart (Allemagne), Michael Clausecker a étudié l’économie d’entreprise et débuté sa carrière chez Daimler-Benz pour rejoindre ensuite l’Office allemand de la privatisation. En 1993, il est nommé directeur général de la DWA (Deutsche Waggonbau AG), société rachetée en 1998 par Bombardier Transport et devenue depuis le chef de file des constructeurs européens de véhicules ferroviaires pour le transport de fret. En 1999, M. Clausecker est nommé responsable de division chez Siemens Erlangen et Munich, en charge de l’activité Locomotives pour le monde entier, puis, en 2001, directeur général de l’association allemande de l’industrie ferroviaire (VDB). Depuis début 2007, il est directeur général de l’UNIFE. M. Clausecker est titulaire d’un MBA de l’Open University du Royaume-Uni.

Michael Clausecker, directeur général de l’UNIFE

Né en 1962 à Thonon-les-Bains, Jean-Luc Favre débute sa carrière d’ingénieur électricien au sein de l’entreprise BBC. Après un passage de trois ans chez IBM, il est nommé responsable de l’activité Transforma-teurs d’ABB Sécheron. En 2001, il devient directeur général de l’entreprise genevoise puis, en 2005, responsable des activités Rail d’ABB.Jean-Luc Favre est diplômé de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL).

Jean-Luc Favre, responsable des activités Rail du groupe ABB et directeur général d’ABB Sécheron

14 revue ABB 2|10

PASCAL LEIVA, MELANIE NYFELER – La mobilité revêt de plus en plus d’impor-tance. Ne faut-il pas souvent parcourir des centaines de kilomètres pour ses déplacements professionnels ou privés, d’une métropole ou d’une région à l’autre ? Cet allongement des distances met à rude épreuve le transport routier, ferroviaire et aérien. Confrontés à la nécessité de réduire les émissions de carbone et de désengorger la route et le ciel, de nom-breux pays sont amenés à revoir leurs politiques de transport. Des études montrent en effet qu’un voyage en train produit 3 à 4 fois moins de CO2 que le même trajet effectué en avion ou en voiture 1. Dans ces conditions, le train à grande vitesse (TGV) concurrence avantageusement les vols courts.

Équipements de traction et de conversion ABB

La grande vitesse en première ligne

15La grande vitesse en première ligne

d’essai électrifiée en triphasé, prouvant l’aptitude de la traction électrique à la grande vitesse. En 1955, une campagne d’essais menée en France permet de battre le record du monde à 331 km/h. Précisons que le matériel roulant tout comme les installations fixes (caténaires, voie, etc.) étaient basés sur les équipe-ments classiques utilisés au quotidien par la SNCF. Ces essais ont démontré les marges de sécurité de la technologie et la faisabilité de l’exploitation commer-ciale des TGV.

Néanmoins, les vitesses atteintes en ser-vice régulier restaient bien inférieures, les trains les plus rapides plafonnant à 160 km/h ➔ 1. De fait, la paternité de la GV « moderne » revient au train japonais Shinkansen. Lors de son inauguration, en 1964, sur les 515 km de la ligne Tokyo-Osaka, il atteint la vitesse maxi-

à 220 km/h. Les TGV se singularisent par :– l’emploi de « rames automotrices »

plutôt que la composition classique « locomotive-ligne de train », avec de meilleurs rapports puissance-masse, une aérodynamique, une fiabilité et une sécurité accrues, etc. ;

– le recours à des lignes construites spécialement pour la GV, au moins sur une partie du trajet, et aptes à endurer ses conditions de service (section transversale, tracé et qualité de la voie, caténaire, alimentation électri-que, environnement particulier, etc.). Pour autant, les TGV peuvent aussi rouler sur des rails classiques (dans certaines limites [2]), ce qui allège les programmes d’investissement ou permet d’échelonner les travaux ;

– l’utilisation de systèmes de signalisa-tion évolués, y compris en cabine de conduite.

Tour du monde de la grande vitesseDès 1903, la vitesse de 210 km/h est atteinte en Allemagne, sur une ligne

P artout, la grande vitesse (GV) rapproche les villes : l’Euro star, par exemple, a ramené le tra-jet transmanche Paris-Londres

à 2 h 15 et représente aujourd’hui 70 % du trafic entre les deux capitales [1], tan-dis qu’en Espagne, la liaison Madrid-Barcelone relie les deux villes en 2 h 30 et accapare 50 % du transport inter-urbain. Un succès que ne démentent pas les lignes à grande vitesse (LGV) Paris-Lyon, Paris-Bruxelles et Hambourg- Berlin, entre autres. Soucieux de ne pas manquer le coche, les pouvoirs publics du monde entier cherchent donc à inves-tir dans la grande vitesse ferroviaire.

La barre des 250 km/hLa grande vitesse a de nombreux avan-tages : elle raccourcit les temps de par-cours, accroît les fréquences, le confort, la sécurité et la fiabilité des trains, réduit l’impact sur l’environnement. L’Union Internationale des Chemins de fer (UIC) la situe au-delà de 250 km/h, la vitesse de pointe commerciale des trains cir-culant sur voies classiques étant de 200

Note1 Pour calculer l’impact environnemental

d’un voyage en Europe, consultez www.ecopassenger.org.

13 469 km de lignes à grande vitesse sont en construction, et 17 579 km en pro-jet ; en 2020, le réseau ferroviaire mondial pourrait en totaliser 41 787 km.

16 revue ABB 2|10

InfrastructuresABB conçoit, développe, construit et met en service des produits, systèmes et solutions complets d’alimentation élec-trique ferroviaire. Il fournit toute une gamme de sous-stations abritant l’appa-reillage et les outils d’analyse de défauts nécessaires. Son portefeuille englobe :– des produits pour l’alimentation en

énergie des engins de traction ;– des sous-stations de traction pour les

lignes électrifiées en alternatif et continu ;

– des convertisseurs de fréquence statiques ;

– des systèmes de maintien de la qualité de la fourniture électrique ;

– des systèmes de gestion de réseau ;– des systèmes d’analyse et de

simulation dynamique de l’alimenta-tion électrique.

Convertisseurs statiques

Une grande part de l’énergie électrique utilisée en traction ferroviaire est prélevée sur le réseau général de transport triphasé de chaque pays. Néanmoins, pour des raisons historiques, l’électrification ferro-viaire a souvent adopté une fréquence spéciale, différente de l’alimentation ; d’où le rôle pivot de la chaîne de conver-sion intégrant les dernières innovations de l’électronique de puissance ➔ 3.

Compensation parallèle de puissance

réactive

Les systèmes de traction modernes exi-gent beaucoup des réseaux électriques. L’alimentation ferroviaire en monophasé est habituellement obtenue à partir de la tension entre deux phases du système triphasé, ce qui peut entraîner un impor-tant déséquilibre dans un réseau qui

RFF 2 et Alstom Transport établissaient le record mondial de vitesse sur rail à près de 575 km/h, sur la nouvelle LGV Est européenne, dans le sens Strasbourg-Paris.

L’Espagne, de son côté, entend bien surpasser le réseau GV français en ter-mes de longueur. Son ambition ? Desser-vir, d’ici à 2020, 90 % de la population espagnole habitant à moins de 50 km d’une gare grâce à ses trains AVE (Alta Velocidad Española), à la vitesse maxi-male de 350 km/h.

La grande vitesse ferroviaire est donc pleinement opérationnelle en Belgique, en France, en Allemagne, en Italie, au Royaume-Uni, à Taiwan, au Japon, en Corée et aux États-Unis. Des chantiers sont en cours en Chine, en Iran, aux Pays-Bas et en Turquie tandis que des projets sont à l’étude en Argentine, au Brésil, en Inde, au Maroc, en Pologne, au Portugal, en Russie et en Arabie Saoudite. En 2009, on dénombrait à l’échelle mondiale 10 739 km de LGV à 250 km/h ou plus, et quelque 1 750 ra-mes en service [3] ; 13 469 km de lignes supplémentaires sont en construction, et 17 579 km programmées. Le réseau à grande vitesse planétaire pourrait aligner 41 787 km d’ici à 2020 [4].

ABB est un fournisseur de premier plan de l’industrie ferroviaire depuis plusieurs décennies. Fort de son expertise dans les domaines de l’énergie et de l’auto-matisation, le Groupe contribue au pro-grès du matériel roulant et des infra-structures avec des solutions fiables et économiques.

male de 200 km/h, puis 210 km/h l’année suivante. Ce tronçon historique demeure l’une des navettes à grande vitesse les plus fréquentées au monde, transportant plus de 360 000 voyageurs par jour. Aujourd’hui, les rames Shinkansen filent à 300 km/h et pourraient bientôt rouler encore plus vite.

En 1981, la France inaugure son premier TGV sur la ligne Paris-Lyon, longue de 417 km. De 260 km/h au départ, sa vitesse maximale est portée par paliers successifs à 320 km/h. Le réseau à grande vitesse de l’Hexagone s’étend

aujourd’hui sur quelque 1 900 km : c’est le plus long d’Europe. Des travaux sont prévus pour atteindre les 4 000 km à l’horizon 2020. En avril 2007, la SNCF,

ABB a noué des partenariats straté-giques avec de nombreux construc-teurs de matériel roulant comme Alstom, Bombardier, CAF, Siemens, Skoda et Stadler.

Note2 Réseau Ferré de France : gestionnaire des

infrastructures ferroviaires françaises (voies, gares, etc.)

1 L’essor de la grande vitesse ferroviaire

Année

600

500

400

300

200

100

0

Vite

sse

(km

/h)

1900 1920 1940 1960 1980 2000

Vitesse record

Vitesse commerciale en service régulier

L’atout écologique du rail

Camion EURO4 Voiture

Émissions de CO2 par mode de transport(Trafic marchandises : 100 t sur 700 km, de Bâle à Rotterdam)

CO2

(Trafic voyageurs : 2 personnes sur 545 km, de Berlin à Francfort)

Source : www.ecotransit.org (2008)

Voie fluviale Avion

TrainTrain

5,0

4,5

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

120

100

80

60

40

20

0

CO

2 (t

onne

s)

CO

2 (k

g)

4,7

0,6

2,4

98

26

85

17La grande vitesse en première ligne

Matériel roulantLes constructeurs de TGV améliorent en permanence leur offre pour répondre aux exigences croissantes de performance, de rendement énergétique et de fiabilité ; et cette quête d’excellence se répercute également sur leurs fournisseurs ! Ces dernières années, ABB a élargi son domaine d’experti-se aux transforma-teurs de traction : il est aujourd’hui numéro un mon-dial du secteur. Le Groupe a conclu des alliances stra-tégiques avec des constructeurs com-me Alstom, Ansaldo Breda, Bombardier, CAF, Siemens, Skoda et Stadler. Plu-sieurs types de transformateurs de trac-tion ont été conçus et fournis à pratique-ment tous les équipementiers ferroviaires du monde.

Transformateurs de traction

Le transformateur est un maillon essentiel de la chaîne de traction à bord du train ; il doit remplir trois grandes exigences :– faire preuve d’une exceptionnelle

fiabilité puisque c’est le seul point de transfert d’énergie entre caténaire et moteurs ;

– être le moins lourd et le moins volumineux possible ;

– s’accommoder des disparités de tension et de fréquence des systèmes

n’est pas bâti à l’origine pour cette ponc-tion monophasée.

ABB propose différentes solutions pour maintenir la qualité de la fourniture électri-que. Les compensateurs statiques de la famille des SVC (Static Var Compensator) ou STATCOM (STATic COMpensator), placés en parallèle sur le circuit à compenser, mettent à profi t des semi-conducteurs de puissance pour régler en dynamique la production ou la consomma-tion de réactif. Entièrement commanda-bles, tant à l’amorçage qu’à l’extinction, ils compensent les transitoires de tension les plus rapides et protègent le réseau des graves fl uctuations de tension. Ils peuvent aussi maintenir le plan de tension du réseau et relever sa limite de stabilité, augmentant sa capacité de transit, sa robustesse, sa fl exibilité et sa prédictibilité.

Quatre SVC équipent le tronçon à grande vitesse reliant la sortie du tunnel sous la Manche à Londres ; chacun des trois points d’alimentation est soutenu par un SVC, côté traction du transformateur, le quatrième assurant l’équilibrage de la charge (cf. « Connaissances FACTuel-les », p. 35).

Transformateurs

Un TGV peut prélever beaucoup d’éner-gie du système électrique, surtout à l’ac-célération. Les transformateurs conver-tissent la tension réseau en tension d’alimentation des moteurs de trac-tion ➔ 2.

d’électrification européens (parfois au sein même d’un pays).

L’AGV d’Alstom ➔ 4, qui a battu le record mondial de vitesse à 575 km/h en avril 2007, était équipé d’un transformateur de traction ABB. Le Groupe fournit éga-

lement Siemens (trains Velaro) ➔ 5 et Bombardier (ZEFIRO) ➔ 6.

Les nouvelles configurations du marché ont abouti à la situation suivante : si les trains à grande vitesse classiques tels que l’ICE1 allemand et le TGV français sont équipés de motrices attelées aux extrémités de la rame, les trains de nou-velle génération comme le Velaro et l’AGV ont une motorisation répartie sur toute leur longueur, ce qui améliore la distribution des masses et l’adhérence sur le rail, la puissance requise par essieu étant moindre. De plus, en logeant tous les équipements de traction (transforma-teurs, convertisseurs, moteurs et appa-reillage de commande) sous la caisse, quasiment tout l’espace est libéré pour

L’AGV qui battit le record mondial de vitesse à 575 km/h, en avril 2007, embarquait un transformateur de traction ABB.

3 Projets de convertisseurs de fréquence statiques

ABB réalise en ce moment le plus gros et le plus puissant convertisseur statique au monde (413 MW), en partenariat avec la société allemande E.ON Kraftwerke GmbH, pour raccorder le réseau national en 50 Hz au réseau ferroviaire en 16 Hz. Le programme de livraison devrait s’achever en 2011. D’autres exploitants ferroviaires ont déjà bénéficié de la fourniture ABB, tels les chemins de fer allemands (8 unités de 15 MW alimentant à Limburg la LGV Cologne-Francfort), autrichiens et suisses.

Pour en savoir plus, lire « À convertisseurs statiques, performances dynamiques », p. 42.

ABB a remporté le contrat de fourniture de tous les transformateurs destinés à équiper les sous-stations de Baro de Viver, Riudare-nes et Santa Llogaia sur le tronçon Barce-lone-Figueres de la future LVG Madrid-Barce-lone-Frontière française.

Le contrat, attribué par le consortium SILFRA-SUD associant Siemens et Inabensa, stipule 4 transformateurs de 60 MVA, 405/27,5 kV fabriqués par l’usine ABB de Cordoue et 2 transformateurs de 60 MVA, 220/27,5 kV de fabrication ABB Bilbao, toujours en Espagne.

Depuis 1990, ABB a livré au total 85 transfor -mateurs de grande traction dans toute la péninsule ibérique. C’est aussi le fournisseur privilégié d’un contrat-cadre signé avec ADIF (gestionnaire des infrastructures ferroviaires espagnoles) pour 52 unités supplémentaires jusqu’en 2014.

2 Des transformateurs en Espagne

18 revue ABB 2|10

dans les liaisons interurbaines ultrarapi-des. Partout dans le monde, la grande vitesse est en bonne voie !

Pascal Leiva

ABB Sécheron Ltd.

Genève (Suisse)

[email protected]

Melanie Nyfeler

ABB Communication

Baden (Suisse)

[email protected]

Bibliographie[1] Crumley, B., « Working on the Railroad », Time

Global Business, 8 juin 2009.[2] Glover, J., « Global insights into high speed

rail », Modern Railways, novembre 2009.[3] High speed rail – Fast track to sustainable

mobility, UIC, janvier 2009.[4] Barrón, I., High speed lines in the world, UIC

high speed department, mis à jour le 14 juin 2009.

[5] Wolf, A., « Demand for high-speed trains continues to rise », International Railway Journal, avril 2009.

25 kV alternatif (au lieu du 3 kV continu classique), il a fallu adapter, de 2006 à 2008, le parc d’ETR 500 3 kV à la double alimentation. En février 2006, les trains commencèrent leur service régulier à la vitesse commerciale de 300 km/h en pointe, sur les nouvelles liaisons reliant Milan à Turin, Florence, Rome et Naples. ABB aura ainsi fourni plus de 280 mo-teurs de traction pour l’ETR 500 (cf. « Le moteur de traction se standardise », p. 66).

Un marché sur la voie rapideAu vu des commandes et livraisons en cours, 2 500 TGV fonçant à plus de 200 km/h seront mis sur les rails du monde entier, d’ici à la fin 2010. La Chine possède à elle seule près de 10 000 km de nouvelles LGV en construction et 3 000 km supplémentaires en projet [4]. L’Europe occidentale reste en course : la France et l’Allemagne vont bientôt rem-placer leurs TGV de première génération. Les développements de la grande vitesse ferroviaire en Europe de l’Est, Amérique du Sud et Afrique du Nord prennent aussi le train de la croissance. Aux États-Unis, le président Barack Obama s’est engagé à injecter en 5 ans 13 milliards de dollars

les voyageurs : le gain de place peut attein dre 20 %. Les transformateurs ABB des AGV et Velaro sont compatibles avec les principales tensions et fréquences européennes.

Convertisseurs

ABB a fourni des convertisseurs de trac-tion pour le projet de modernisation de

l’ICE1 des chemins de fer allemands Deutsche Bahn (cf. encadré 8, p. 76).

Moteurs

ABB est membre du consortium italien Trevi (TREno Veloce Italiano) qui associe Alstom, Bombardier et les fabricants transalpins Ansaldo Breda et Firema pour réaliser l’ETR 500, version italienne des TGV. L’opérateur national Trenitalia ayant décidé d’électrifier ses nouvelles LGV en

Fin 2010, 2 500 TGV sillonneront le monde à plus de 200 km/h.

4 Mutation accélérée : l’AGV

Le 3 avril 2007, la « rame du record », fruit de la collaboration SNCF-RFF-Alstom Transport, atteint 574,8 km/h sur une section d’essai de la LGV Est européenne, préfigurant la nouvelle génération d’« Automotrices à Grande Vitesse » (AGV) de la SNCF, promises à des vitesses commerciales de 360 km/h : un exploit dû à l’allégement du train d’Alstom (395 t pour une rame entière, comparée aux 430 t du TGV) qui a largement eu recours aux composites et à l’aluminium. L’AGV est aussi moins gourmande en énergie (– 15 %).

La première rame entrera en service fin 2011 pour le compte du nouvel opérateur privé transalpin NTV (Nuovo Trasporto Viaggiatori) qui en a commandé 25.

Photo Alstom Transport

5 TGV nouvelle génération : le Velaro

En juin 2009, Siemens Mobility décide d’équiper de transformateurs ABB son train phare, le Velaro, pour le compte de la Deutsche Bahn.

Chaque rame de 8 remorques sera pourvue de 2 transformateurs de traction dont les enroulements secondaires servent également d’inductances de ligne aux convertisseurs de puissance, lorsque le train est alimenté en courant continu (gain de masse).

Pour en savoir plus, lire « Transformation à grande vitesse – Les transformateurs ABB équipent le train Velaro », Revue ABB, 4/2009, p.64–67.

Photo Siemens

6 Des commandes à foison

En septembre 2009, Bombardier Transport annonce que sa coentreprise chinoise, Bombardier Sifang (Qingdao) Transportation Ltd., a été choisie pour livrer 80 trains à très grande vitesse ZEFIRO (380 km/h) au réseau ferroviaire du pays en pleine croissance (cf. « Révolution chinoise », p. 19). Là encore, ABB Sécheron fournira les transformateurs de traction.

ABB Sécheron est aussi à l’origine des transformateurs équipant les rames ultrarapides AVE (Alta Velocidad Española) des chemins de fer espagnols RENFE, produites par Bombardier en collaboration avec Talgo (Talgo Bombardier 350 et Talgo Bombardier 250), ainsi que les ETR 500 de l’opérateur italien TrenItalia.

Photo Bombardier

19Révolution chinoise

serre. Pour y remédier, le gouvernement chinois a massive-ment investi depuis 2004 dans la modernisation du réseau ferré classique et la construction de dizaines de milliers de kilomètres de lignes de voyageurs à grande vitesse. De nombreuses technologies chinoises et d’origine étrangère, dont celles d’ABB, participent au déploiement d’un réseau qu’envieront bien des pays lorsqu’il sera achevé. ABB est le principal fournisseur d’équipements électriques pour la traction ferroviaire chinoise, notamment des transformateurs et appareils de commutation et sectionnement. Les atouts du Groupe et son leadership technologique sont reconnus dans le monde entier par ses partenaires de l’industrie ferroviaire, comme l’illustrent les projets présentés dans cet article.

CÉCILE FÉLON, FRÉDÉRIC RAMELLA, HARRY ZÜGER – Le rail est peut-être le moyen de transport de biens et de personnes le plus utilisé en Chine, même si ses trains ont longtemps été lents et très inconfortables. Par ailleurs, en raison de l’étendue du pays, des millions de Chinois n’avaient tout simplement pas accès au chemin de fer. Le boom économique des dernières décennies a modifi é la donne et encouragé l’ouverture de la Chine afi n de poursuivre son développement et son essor commercial. Cette croissance a permis l’émergence d’une classe moyenne nettement plus aisée que les générations précédentes. Revers de la médaille : beaucoup ont troqué la bicyclette pour l’automobile, avec pour corollaires la saturation du trafi c et l’intensifi cation des émissions de gaz à effet de

Les technologies ABB dotent la Chine du plus moderne et plus rapide réseau ferroviaire au monde

Révolution chinoise

20 revue ABB 2|10

cipent à la dynamique de construction du chemin de fer et du métro chinois.

MutationDes produits novateurs et renommés, tel que le transformateur de traction ABB, équipent de nombreuses locomotives et rames automotrices électriques chinoi-ses. Leur grande capacité, leur compa-cité, leur légèreté et leur haute résistance mécanique et thermique sont garantes d’une fiabilité hors pair. Ces maillons es-sentiels de la chaîne de traction contri-buent aussi au rendement énergétique du rail.

Les transformateurs de traction ABB ont investi le marché ferroviaire chinois en 2004 avec les trains Regina du construc-teur Bombardier, plus connus en Chine sous l’appellation « CRH1A » et « CRH1B 1 ». ABB a fourni les transformateurs de ces rames automotrices 2 qui peuvent attein-dre 250 km/h en service régulier. En sep-tembre 2009, Bombardier Sifang Power est encore choisi par le ministère chinois des Chemins de fer pour livrer 80 trains à très grande vitesse ZEFIRO-380 3 ➔ 1. Au total, 1 120 rames seront construites

D’ici là, la Chine construira pour le trans-port de voyageurs 8 artères ferroviaires (4 dans l’axe nord-sud et 4 dans l’axe est-ouest) et des réseaux interurbains pour desservir les régions développées à forte densité de population, soit un total de 18 000 km de LGV ; près des trois-quarts (13 000 km dont 8 000 empruntés par des trains roulant à 350 km/h) de-vraient être achevés en 2012 [1].

Les TGV chinois s’appuient sur un large éventail de technologies tant nationales qu’internationales. Pour sa part, ABB s’emploie à fournir, aujourd’hui comme demain, des solutions de traction électri-que à la pointe de l’innovation, qui parti-

A u fil des ans, des pays tels que le Japon, l’Italie, la France, l’Allemagne, l’Espagne et la Corée du Sud ont développé

des réseaux ferroviaires ultrarapides. Ce « club de la grande vitesse » est aujourd’hui rejoint par la Chine qui a inauguré, en décembre 2009, le train de tous les records : propulsé à 350 km/h en vitesse de pointe, ce TGV parcourt la ligne la plus longue de la planète (1 068 km), traver-sant les provinces du Hunan et du Hubei pour relier Wuhan, au centre du pays, à Guangzhou, sur la côte sud, en 3 h seulement (au lieu de 10 h 30) !

Ce n’est là qu’un exemple du succès continu de l’ambitieux programme chinois de déploiement rapide des lignes à grande vitesse (LGV). Sous la double poussée de son expansion économique et démogra-phique, l’essor de la Chine va obligatoire-ment de pair avec la mise en place d’un réseau ferré adapté et rapide : lorsque les grandes lignes seront achevées à l’hori-zon 2020, le réseau à grande vitesse chinois sera le plus étendu, le plus rapide et le plus moderne au monde.

Le plan chinois de « développement du réseau ferré à moyen et long terme » pré-voit plus de 120 000 km de lignes opéra-tionnelles en 2020, dont plus de 50 % à double voie et plus de 60 % électrifiées.

1 Le train ZEFIRO de Bombardier fonce à la vitesse de 380 km/h (photo Bombardier).

Le gouvernement chinois a massive-ment investi depuis 2004 dans la modernisation du réseau ferré classique et la construction de milliers de kilo-mètres de lignes voyageurs à grande vitesse. Notes

1 Les trois lettres « CRH » désignent les trains à grande vitesse chinois ; le chiffre qui suit indique le constructeur (1 = Bombardier, 3 = Siemens, par ex.) et la lettre (A, B . . .) ou le nombre, la version du train.

2 Les rames CRH1 sont majoritairement destinées aux chemins de fer de Guangshen pour remplacer tous les trains tirés par des locomotives entre Guangzhou et Shenzhen (province de Guangdong). Certaines circulent aussi sur la ligne Shanghai-Nanjing.


La fourniture à Alstom des transforma-teurs de traction ABB destinés aux loco-motives HXD2 et HXD2B illustre à nou-veau la longue et fructueuse collaboration entre les deux entreprises ➔ 4. Bientôt, des transformateurs ABB équiperont aussi les locomotives électriques HXD2C d’Alstom.

L’appareillage sur les railsLes transformateurs ne sont pas les seuls produits de traction électrique d’ABB. Pour le projet de LGV Wuhan-Guangzhou, ABB a aussi fourni des appareils à isolation gazeuse ZX1.5-R 27,5 kV et ZX0 10 kV, ainsi que des ap-pareils isolés au SF6 de la gamme SAFE, utilisés pour l’alimentation électrique du système de signalisation ferroviaire ➔ 5. Les ZX1.5-R sont des tableaux biphasés à simple jeu de barres, modulaires et flexibles, spécialement conçus au centre technique moyenne tension d’ABB Chine pour subvenir aux besoins de puissance très pointus des LGV électrifiées chinoi-ses. Le faible encombrement de ces ap-pareils à isolation gazeuse, fabriqués par ABB Xiamen Switchgear Co. Ltd., auto-rise un gain de place qui peut atteindre 70 % par rapport à des produits classi-ques. L’isolation est assurée par l’hexa-fluorure de soufre (SF6), gaz bien connu pour ses excellentes propriétés physi-ques, notamment son pouvoir isolant. La maintenance réduite de ces appareils se traduit pour les clients ABB par une dimi-nution de l’investissement total et des coûts d’exploitation. Leur déploiement dans les sous-stations électriques assu-rera une alimentation sûre et fiable de toute la ligne.

Des appareils en tous points semblables équipent aussi la LGV voyageurs Zheng-zhou-Xi’an de 485 km, qui permet une vitesse de pointe de 350 km/h. Le temps de parcours entre Zhengzhou, capitale de la province du Henan, et Xi’an, au nord-ouest du Shaanxi, a été ramené de 6 h à moins de 2 h. La ligne, qui fait par-

Alstom et CRC. La même année, ABB est encore choisi pour améliorer le trans-formateur de traction de l’automotrice CRH2-380 de Kawasaki, capable d’at-teindre 380 km/h.

Transport de marchandises

L’amélioration et l’accélération du fret ferroviaire sont indispensables à la pour-suite de la croissance économique chinoise. C’est pourquoi le ministère des Chemins de fer s’efforce également, avec le concours d’ABB, d’augmenter la capacité de transport de marchandises en allongeant et modernisant l’ensemble du réseau fret ➔ 3.

En 2005, Alstom et DELC signent un contrat de 350 millions d’euros pour la

réalisation de 180 locomotives élec-triques à 8 essieux HXD2 6. Ces engins de traction, utilisés par la Daqin Rail-way Company Ltd., acheminent le char-bon vers les cen-trales électriques et les usines du pays. La première HXD2 ou « BoBo », sortie d’usine en

décembre 2006, est arrivée à TianJing en janvier 2007. La même année, ces deux sociétés concluent un autre contrat de 1,2 milliard d’euros pour la fourniture de 500 locomotives électriques à 6 essieux HXD2B, surnommées « CoCo » en Chine, et conçues par Alstom.

pour sillonner les 6 000 km de nouvelles LGV chinoises ; toutes embarqueront des transformateurs de traction ABB.

Les transformateurs ABB équipent éga-lement certains TGV Velaro de Siemens Mobility ➔ 2. Désignés « CRH3-380 », ces trains peuvent atteindre des vitesses commerciales de 380 km/h sur les lignes de voyageurs Beijing-Tianjin 4, Wuhan-Guangzhou et Zengzhou-Xi’an. Les transformateurs sont fabriqués par ABB Datong Traction Transformers Co. Ltd. 5 (CNDAT), qui a remporté l’appel d’offres de Tangshan Railway Vehicle Co. Ltd. (TRC) et Changchun Railway Vehicles Co. Ltd. (CRC), deux des plus grands constructeurs de matériel roulant chinois.

En 2009, ABB reçoit une commande de Datong Electric Locomotive Co. Ltd (DELC) pour assembler les transforma-teurs de traction du CRH2 (variante du Shinkansen E2 1000 japonais) et fabri-quer les transformateurs des automotri-ces électriques CRH5 construites par

2 Transformateur de traction ABB équipant le TGV Velaro de Siemens Mobility.

Le transformateur de traction ABB, réputé pour ses inno-vations, équipe de nombreu-ses locomotives et rames automotrices électriques chinoises.

Notes3 Trains dérivés de la série Regina de Bombardier.4 La mise en circulation des trois premières

automotrices électriques atteignant 380 km/h, sur la ligne voyageurs Beijing-Tianjin, date d’avant les Jeux olympiques de Beijing en 2008.

5 Coentreprise d’ABB Chine et de Datong Electric Locomotive Co. Ltd, créée en 2005.

6 Locomotive considérée à ce jour comme le plus puissant (10 000 kW) et le plus rapide (120 km/h maxi) engin de fret lourd en Chine.

22 revue ABB 2|10

(Ring Main Units) et des modèles de sous-stations électriques en armoire, spécialement conçues pour le rail. Par ailleurs, des techniciens ABB expérimen-tés assureront régulièrement les cours. Après sa mise en place, le centre sera rattaché à l’unité de formation Traction électrique de l’université et lui servira de centre de recherche technique.

Selon Pierre Comptdaer, vice-président d’ABB Chine, « ABB [. . .] coopère étroi-tement avec un certain nombre d’univer-sités chinoises. Non seulement le parte-nariat avec les meilleures universités du pays stimulera l’innovation au sein du Groupe, mais il contribuera à promouvoir de nouveaux talents qui œuvreront au développement de nombreuses filières industrielles. » Des propos confirmés par Chen Feng, vice-président de l’université Jiaotong : « Cette coopération dans l’en-seignement des techniques d’électrifica-tion ferroviaire encourage la formation professionnelle tout en améliorant notre capacité à mener une recherche de pointe. Le centre nous aidera [. . .] à sou-tenir le développement rapide de la construction ferroviaire chinoise. »

Ce n’est pas la première fois qu’ABB tra-vaille avec une université chinoise. Le Groupe a toujours soutenu la formation de techniciens hautement qualifiés en

tie de l’axe est-ouest reliant Xuzhou dans la province du Jiangsu et Lanzhou dans le Gansu, est en service depuis février 2010 [2]. Outre les projets de LGV voya-geurs Wuhan-Guangzhou et Zhengzhou-Xi’an, ABB a également pris part à la réalisation des lignes Wuhan-Hefei, Shanghai-Hangzhou, Shanghai-Nanjing, Ningbo-Taizhou-Wenzhou, Wenzhou-Fuz-hou, Fuzhou-Xiamen et Guangzhou-Shenzhen-Hong Kong. Dans le secteur des transports urbains, ABB a participé aux chantiers du métro et du tramway de Beijing, Shanghai, Guangzhou, Shen-zhen, Nanjing et Changchun.

Partage de connaissancesEn janvier 2010, ABB a annoncé son in-tention de créer un centre de formation ABB consacré à l’électrification ferro-viaire, en partenariat avec l’université Jiaotong de Beijing 7 ➔ 6. Doté d’un équi-pement complet et moderne de traction électrique offert par ABB, cet organisme accompagnera le développement de la grande vitesse chinoise, grâce à son en-seignement, sa recherche scientifique et son matériel pédagogique mis à la dis-position tant du personnel technique du ministère des Chemins de fer que des enseignants et étudiants de l’université. Il organisera également des échanges de technologies de pointe avec d’autres instituts.

L’accord prévoit qu’ABB offrira des équi-pements de traction électrique ultramo-dernes, notamment des appareils à iso-lation gazeuse, des disjoncteurs à vide, des unités de distribution en anneau

4 Locomotive électrique HXD2B d’Alstom (photo Alstom Transport)

Note7 Placée sous la tutelle du ministère de l’Édu ca-

tion, l’université est une école de formation officielle du ministère des Chemins de fer, réputée pour ses innovations dans les techniques ferroviaires.

Pour le projet de LGV Wuhan-Guangzhou, ABB a fourni des trans-formateurs de traction et des appareils à isola-tion gazeuse ZX1.5-R 27,5 kV et ZX0 10 kV, ainsi que des appareils isolés au SF6 de la gamme SAFE.

3 Dates et faits chiffrés sur le trafic fret et voyageurs en Chine

– En 2007, quelque 33 300 trains de marchandises ont transporté quotidienne-ment près de 3,3 milliards de tonnes de fret.

− Chaque année, le transport de charbon, de fer et de produits alimentaires… augmente d’environ 200 millions de tonnes.

− En 2008, 68 nouveaux projets ont été lancés pour déployer 11 306 km de lignes fret et voyageurs.

− Fin 2008, la Chine comptait 18 437 locomotives, dont 6 305 électriques.

− Fin 2009, son réseau ferroviaire s’étendait sur 86 000 km ; en 2012, il devrait atteindre 110 000 km.


Cécile Félon

Frédéric Ramella

Harry Züger

ABB Power Products

Genève (Suisse)

[email protected]

[email protected]

[email protected]

Bibliographie[1] High-speed rail in China, http://en.wikipedia.

org/wiki/High-speed_rail_in_China, consulté le 2 mars 2010.

[2] « Zhengzhou-Xi’an high-speed train starts operation », China Daily, 6 février 2010, http://www.chinadaily.com.cn/regio-nal/2010-02/06/content_9439243.htm, consulté le 2 mars 2010.

[3] « China’s dashing new trains », The Economist, 4 février 2010, http://www.economist.com/blogs/gulliver/2010/02/high-speed_rail_china, consulté le 2 mars 2010.

sident de China Southern Airlines, pre-mière compagnie aérienne du pays par la taille de sa flotte, « le TGV étant plus pratique, plus ponctuel et plus sûr, les parts de marché des compagnies aé-riennes risquent de s’éroder » [3]. Par ailleurs, un réseau ferroviaire de qualité peut accélérer et étendre le développe-ment économique à tout le pays.

Le succès d’ABB sur le marché chinois résulte de l’étroite coopération entre

ABB Sécheron et ABB Datong ➔ 7. Le premier est nu-méro un mondial de la conception, de la recherche-développement, du marketing, de la commercialisation et de la mainte-nance des produits d’ali men ta tion élec-trique ferroviaire, tandis que le se-cond est le pôle

spécialisé dans la fabrication de trans-formateurs de traction pour le chemin de fer chinois. ABB prend actuellement po-sition sur le segment des rames automo-trices électriques pour devenir le fournis-seur privilégié de produits et systèmes de puissance sur le marché en pleine croissance des trains de banlieue.

Chine. En 2008, par exemple, il crée le centre de formation ABB aux technolo-gies de l’énergie à l’université de Tongji (Shanghai) et fournit un ensemble com-plet de produits pour les postes de trans-formation et l’automatisation des lignes d’alimentation, ainsi que des équipe-ments de base (appareils électriques, RMU, produits d’extérieur, etc.) pour améliorer l’enseignement et la recherche. ABB collabore également à divers pro-jets de recherche avec l’université de

Tsing-Hua, la North China Electric Power University, l’université de Tianjin, l’uni-versité Jiaotong de Shanghai et l’univer-sité de Chongquing.

Les bons aiguillagesL’amélioration des liaisons ferroviaires rendra sans aucun doute le réseau à grande vitesse chinois accessible à un nombre croissant de voyageurs. Bientôt, les trajets en TGV seront vraisemblable-ment aussi rapides qu’en avion et deux fois moins chers ! Selon Si Xianmin, pré-

5 Tableau à isolation gazeuse MT ZX1.5-R d’ABB pour applications ferroviaires

6 ABB et l’université Jiatong montent une formation à l’électrification ferroviaire.

Le centre de formation ABB consacré à l’électrification ferroviaire, en partenariat avec l’université Jiaotong de Beijing, accompagnera le développement de la grande vitesse chinoise.

Pierre Comptdaer, vice-président d’ABB Chine (à gauche), et Chen Feng, vice-président de l’université pékinoise Jiaotong (à droite)

7 Certification IRIS

Les produits d’ABB Sécheron, centre d’excellence ABB pour les équipements de traction ferroviaire, et d’ABB Datong Traction Transformers Co. Ltd. sont certifiés IRIS (International Railway Industry Standard). Créée par l’Union des Industries Ferroviaires Européennes UNIFE, cette norme de qualité, reconnue dans le monde entier, bénéficie du soutien d’intégrateurs de systèmes, de constructeurs de matériel (Bombardier, Siemens Mobility, Alstom, Ansaldo Breda, etc.) et d’opérateurs.

Pour en savoir plus, lire « Face à face pour une mobilité durable », p. 8.

24 revue ABB 2|10

LALIT TEJWANI – Depuis les débuts du chemin de fer indien, et par là même asiati-que, à Bombay en 1853, le réseau s’est considérablement développé : il s’étend aujourd’hui sur plus de 64 000 km et transporte près de 2,5 millions de tonnes de fret et 19 millions de voyageurs par jour. Cet article présente certaines évolutions qui permettront au rail indien de relever les défi s de demain, de gagner en effi ca-cité et de mieux protéger l’environnement, grâce aux technologies ABB.

ABB contribue à la modernisation du rail indien

Feu vert pour les chemins de fer indiens

25Feu vert pour les chemins de fer indiens

Si les premiers tronçons ont été électrifi és en courant continu (CC), depuis les années 1950, le courant alternatif (CA) monophasé 25 kV 50 Hz a été adopté pour tous les nouveaux projets. IR prélève l’électri-cité des réseaux régionaux triphasés 220/132/110/66 kV à 50 Hz pour fournir, après conversion, l’énergie de traction nécessaire à ses trains via des lignes de contact aériennes. Actuellement, IR consomme plus de 2 000 MW, principale-ment par l’intermédiaire d’un réseau natio-nal de 400 sous-stations de traction. Depuis 1980, IR a automatisé la télécon-duite de ses sous-stations à l’aide de sys-tèmes de supervision SCADA (Supervisory

est le mode de transport ferroviaire le plus effi cace sur le plan énergétique. Depuis la mise en circulation du premier train électri-que à Bombay en 1925, l’électrifi cation du réseau indien a considérablement pro-gressé : au 31 mars 2009, 18 942 km de voies étaient électrifi és, soit 28 % de l’en-semble du réseau national. À présent, l’objectif est d’électrifi er 1 500 km de lignes existantes chaque année ➔ 1.

Sur les grandes lignes, l’électrifi cation per-met de transporter du fret plus lourd et d’augmenter la vitesse des trains de voya-geurs. Grâce à leur grande capacité d’ac-célération et de freinage, les automotrices sont particulièrement bien adaptées au réseau suburbain. L’électrifi cation est en outre stimulée par la volonté du pays de réduire ses coûteuses importations de car-burants fossiles. Autre atout de la traction électrique : la centralisation de la produc-tion et de la distribution d’énergie diminue la pollution atmosphérique et sonore, au bénéfi ce des voyageurs et de l’environne-ment.

L a société des chemins de fer i ndiens IR (Indian Railways) est à la tête de l’un des plus grands réseaux ferroviaires de la planète.

Entreprise publique, c’est aussi le premier employeur au monde, avec quelque 1,4 million de salariés. La gestion des opéra-tions courantes est assurée par le Railway Board. Cas unique dans l’univers du rail, IR est à la fois exploitant du réseau ferré et constructeur de matériel roulant, fabri-quant près de 3 000 véhicules ferroviaires et 500 locomotives diesel ou électriques par an, ainsi que des équipements straté-giques de la chaîne de traction tels que roues, essieux et moteurs. Au 31 mars 2008, IR disposait de 47 375 voitures de voyageurs, rames automotri-ces électriques 1 comprises. Quelque 8 400 locomotives sont aujourd’hui en service, dont 3 400 électriques. La traction électri-que assure plus de 65 % du trafi c fret et plus de 50 % du trafi c voyageurs.

Croissance durableCes dernières années, l’urbanisation galo-pante, les besoins de mobilité et la satura-tion du trafi c routier ont placé le dévelop-pement du réseau ferré aux premiers rangs des priorités en raison des nombreux avantages du rail sur la route : rendement énergétique nettement supérieur, moindre emprise au sol et meilleure rentabilité éco-nomique. Par ailleurs, la traction électrique

Note1 Voitures principalement utilisées dans les

réseaux suburbains, comportant chacune de multiples équipements d’énergie et de traction : pantographe, transformateur, moteurs, etc. Ces mêmes véhicules moteurs peuvent aussi transporter des voyageurs, contrairement au schéma classique locomotive-train où les fonctions sont séparées : traction d’un côté, transport de l’autre.

1 Électrification du réseau ferroviaire indien au 31 mars 2009

Source : http://www.core.railnet.gov.in/_MapElectrificationofIR_eng.htm* Démantèlement de 168 km de voies métriques électrifiées

Progression planifiée de l’électrification des chemins de fer Indiens (premier train électrique : 3/2/1925)

État de l’électrification du réseau Indien

1 Tronçon déjà électrifié au 31/3/2009 18 9422 Objectifs (Core) 2009 – 2010 1 2383 Objectifs (Core) 2010 – 2011 1 0004 Travaux en cours (Core), (2 & 3 incl.) 3 8365 Travaux avec RVNL / Réseau zonal 1 4486 Liaisons manquantes / Corridors identifi és 14 7027 Corridor fret dédié 3 2938 Artère fret dédiée 1 742

Nombre de kmau 31/3/2009

Plan etpériode

Avant indép.

1925-471er

1951-562ème

1956-613ème

1961-66

Plan annuel

1966-744ème

1969-745ème

1974-78

Plan inter.

1978-806ème

1980-857ème

1985-90

Plan inter.

1990-978ème

1992-97

9ème1997-2002

10ème2002-2007

11èmejusqu’au

31/3/2009

km de voies électrifiées

388 141 216 1 678 814 953 533 195 1 522 2 812 1 557 2 708 2 484 1 810 1 299

Cumul 388 529 745 2 423 3 237 4 190 4 723 4 918 6 440 9 252 10 809 13 517 16 001 17 811 18 942*

26 revue ABB 2|10

Chaîne de traction et alimentation du réseau

de bord

Les locomotives d’IR à entraînement tri-phasé étaient à l’origine équipées de convertisseurs de traction à thyristors GTO. IR vient de lancer un programme de modernisation de ses locomotives avec des convertisseurs à transistors IGBT 3. IR a opté pour la gamme de convertisseurs BORDLINE CC refroidis par eau d’ABB, basés sur des IGBT HiPakTM 4,5 kV à faibles pertes, nettement plus avantageux :– Amélioration de l’effort de traction, de

la performance et de la disponibilité, grâce à la commande d’essieux et à une nouvelle génération de système de contrôle d’adhérence ;

– Amélioration du rendement global de la conversion de puissance par rapport aux convertisseurs à GTO (du fait des moindres pertes des semi-conducteurs IGBT au même point de fonctionne-ment) ;

– Amélioration de la forme d’onde du courant moteur, entraînant une réduction des pertes moteur et des ondulations de couple, et une meilleure qualité de conduite.

Les locomotives traditionnelles d’IR à équi-pements de traction CC utilisaient des convertisseurs rotatifs pour produire l’ali-mentation triphasée (3 × 415 V 50 Hz) né-cessaires aux auxiliaires. Or ces machines tournantes nécessitaient une surveillance et un entretien importants, auxquels s’ajou-

Control And Data Acquisition) à micropro-cesseurs. Le rayon d’action d’un supervi-seur SCADA régional peut atteindre 200 à 300 km et englober la télésurveillance en temps réel des grandeurs électriques (ten-sion, intensité, facteur de puissance, etc.), le pilotage à distance des appareillages, la détection et l’isolement automatiques des défauts. Cette supervision améliore la ges-tion des pointes électriques, la recherche de pannes, etc., et se substitue à un sys-tème plus ancien, basé sur des appareils de contrôle-commande à distance électro-mécaniques.

Contribution d’ABBIR se heurte actuellement à un certain nombre de diffi cultés sur une multitude de lignes électrifi ées :– Importantes fl uctuations de tension

(17 à 31 kV), principalement liées à l’impédance de ligne variant avec la position des trains ;

– Faible facteur de puissance (0,7 à 0,8) dû à la nature inductive de la charge de traction et à l’ineffi cacité de la compen-sation dynamique de la charge par les batteries de condensateurs fi xes existantes ;

– Injection d’harmoniques de rangs faibles dans le réseau de traction par les locomotives CC classiques.

Il en découle trois inconvénients : impor-tantes pertes système, absorption de puis-sance réactive et perturbation électroma-gnétique des composants sensibles des équipements de signalisation et de télé-communication. ABB met en œuvre une technologie de pointe pour y remédier et améliorer l’effi cacité et la disponibilité globales du réseau.


Dans les locomotives électriques et auto-motrices CA, la tension monophasée 25 kV captée à la caténaire est abaissée par des transformateurs de traction pour alimenter les moteurs. Outre un niveau élevé de fi abilité et de performance, ces transformateurs doivent aussi être com-pacts, légers et à haut rendement. ABB est aujourd’hui le numéro un mondial des transformateurs de traction, qu’il propose en plusieurs tailles, formes et puissances assignées, permettant leur montage en différents emplacements du train, comme sur le toit ou sous la caisse 2. En Inde, les transformateurs ABB équipent avec suc-cès des locomotives électriques de grande puissance, des automotrices et des rames de métro.

3 Armoire STATCON de gestion des flux de puissance réactive

2 Convertisseur auxiliaire BORDLINE M de 180 kVA (Module H)

Notes2 Lire également Annual Year Book, Indian

Railways, 2007-08 et Emerging Technologies & Strategies for Energy Management in Railways, octobre 2008.

3 Voir aussi www.abb.com/railway.

taient d’autres inconvénients : réglage peu précis de la tension, faible facteur de puis-sance d’entrée, rendement de conversion médiocre, présence d’harmoniques de rangs faibles en sortie et absence d’outils de diagnostic. Ces limites expliquent leur remplacement progressif par des conver-tisseurs statiques.ABB occupe ce marché avec ses conver-tisseurs auxiliaires BORDLINE M180 ➔ 2, refroidis par air et à haut rendement éner-gétique ; ils utilisent des semi-conducteurs IGBT pour produire une tension triphasée sinusoïdale et équilibrée 2. Cette solution, équipée d’un redresseur actif à modulation de largeur d’impulsion (MLI) en entrée, permet un fonctionnement avec un facteur de puissance (cosϕ) unitaire et une réduc-tion des distorsions harmoniques côté ré-seau. De surcroît, la mise en route com-mandée du convertisseur et la forme d’onde sinusoïdale diminuent les contrain-tes sur l’isolant du moteur, rendant super-fl u le recours à des moteurs spéciaux. Ces convertisseurs sont réalisés sur mesure pour s’adapter aux spécifi cités mécani-ques et électriques des locomotives exis-tantes, et permettre leur remise à niveau.


posants de commutation IGBT et sa modularité lui permettent de couvrir la croissance des besoins de puissance.Raccordé en parallèle, STATCON est facile à installer. Il libère totalement la source du réactif, permettant une meilleure utilisation de l’équipement et du réseau d’alimenta-tion. En outre, sa compensation dynami-que très rapide améliore le profi l de tension et réduit les pertes système et, par consé-quent, la charge sur les transformateurs de puissance, l’appareillage électrique, les câbles en entrée, etc.

Disjoncteur d’extérieur FSK II

IR utilise des disjoncteurs et des chambres de coupure d’extérieur 25 kV dans toutes ses sous-stations de traction et bornes de commutation. En concertation avec IR, ABB a développé sa gamme FSK II de dis-joncteurs et chambres de coupure à ac-tionneur magnétique, qui offre davantage de fi abilité par sa nette réduction du nom-bre de pièces mobiles 2. Bistable, l’action-neur magnétique ne nécessite pas d’éner-gie pour être maintenu en position ouverte ou fermée ➔ 4.

Turbocompresseur

Chaque année, quelque 300 nouvelles locomotives diesel sortent des deux usines d’IR en Inde. Les turbocompresseurs ABB ont fortement dopé les performances de ces engins depuis 1975. Des turbo-compresseurs très effi caces tels que le TPR 61 et le VTC 304 d’ABB améliorent leur fi abilité et réduisent de 5 % leur consommation de carburant ➔ 5. ABB participe également au programme de réduction d’émissions carbonées d’IR et remet en état ses turbocompresseurs. Les ateliers d’IR fabriquent aussi du matériel roulant exporté dans plus de 10 pays d’Asie et d’Afrique ; ces locomotives sont souvent équipées de turbocompresseurs ABB, notamment en raison du réseau mon-dial de service et de maintenance d’ABB.

Transport urbainSelon le recensement de 2001, l’Inde compte 300 villes de plus de 100 000 ha-bitants et 35 villes d’un million ou plus, alors que cette dernière catégorie n’en to-talisait que 5 en 1951. Près de 30 % de la population indienne vit dans des zones ur-baines qui génèrent 55 % du PIB. L’urbani-sation progresse plus rapidement en Inde que dans le reste du monde car la popula-tion des villes s’enrichit chaque année de millions de migrants. Or cette urbanisa-tion galopante sollicite de plus en plus les

Compensation de puissance réactive

La puissance appelée par les trains circu-lant sur le réseau est très variable. De plus, les convertisseurs de traction injectent des harmoniques de rangs faibles dans le ré-seau de traction. La tension de ligne est donc sujette à d’importantes fl uctuations. Pour corriger un facteur de puissance en retard, IR équipe la plupart de ses sous-stations de batteries de compensation shunt fi xe. Ces condensateurs commutés ont néanmoins deux inconvénients : la gra-duation grossière des crans de commuta-tion et le temps de réponse. Les fournis-seurs d’électricité pénalisent IR à la fois quand le facteur de puissance est en re-tard et, dans certains cas, en avance, suite à une surcompensation. Ces sous-stations ont donc besoin d’une compensation de puissance réactive à réglage dynamique, en temps réel.Le convertisseur/onduleur à source de tension STATCON d’ABB peut à la fois ab-sorber et fournir du réactif ➔ 3. Ses com-

5 Turbocompresseurs ABB pour locomoti-ves diesel indiennes

Type TPR 61

Type VTC 304

4 Disjoncteur d’extérieur FSK II 25kV aux spécifications des chemins de fer indiens

IR (Indian Railways) est une entreprise publique à la tête de l’un des plus grands réseaux ferroviaires de la planète et le pre-mier employeur au monde, avec quelque 1,4 million de salariés.

28 revue ABB 2|10

Fort de son expérience avec DMRC et les métros de Mumbai et de Bangalore, ABB s’est imposé en chef de fi le du marché de l’électrifi cation clé en main, de la supervi-sion et de la distribution d’énergie de trac-tion pour les réseaux métropolitains in-diens.

PerspectivesL’essor industriel et démographique de l’Inde va de pair avec une augmentation des besoins de transport. Tirant profi t de sa réussite économique, IR a connu une profonde mutation ces dernières années avec un chiffre d’affaires sans précédent. Plusieurs facteurs y ont contribué : – Accroissement des volumes de fret

sans nécessité d’investir massivement dans les infrastructures ;

– Augmentation des charges par essieu ;– Réduction des cycles de rotation du

matériel roulant ; – Diminution du coût unitaire de transport ;– Rationalisation des tarifs liée à une aug-

mentation des parts de marché du fret. Les investissements ferroviaires du 11ème plan quinquennal (2007–12) sont estimés à 65 milliards de dollars 4. Près de 17 % feront appel à des partenariats publics-privés pour des projets de couloirs à priorité fret et grande vitesse, de réseaux de transports urbains, de construction de matériel rou-lant et de connectivité avec les infrastructu-res industrielles et portuaires intégrées.

rents stades de réalisation à Bangalore, Mumbai, Chennai et Hyderabad. À Delhi, Mumbai et Bangalore, des exploitants indé pendants achètent leurs propres véhicules, dans le respect des spécifi ca-tions et procédures d’appel d’offres inter-nationales. Portée par l’augmentation du nombre de projets, la demande annuelle en matériel roulant destiné au métro devrait

dépasser le millier de voitures dans les prochaines années. Bombardier Trans-port a déja créé une usine de rames dans l’ouest de l’Inde et équipe le métro de Delhi. D’autres entrepri-

ses internationales ainsi que des construc-teurs indiens de matériel roulant cher-chent à pénétrer ce marché par le biais de coopérations et d’alliances technologi-ques.

SupervisionLa Delhi Metro Rail Corporation (DMRC) ➔ 6 avait besoin d’un centre de téléconduite unifi é (avec secours) et souhaitait donc moderniser et intégrer à ce nouveau sys-tème l’ancien superviseur et ses postes asservis distants RTU (Remote Terminal Unit), sans arrêt d’exploitation. Le dernier système MicroSCADA Pro d’ABB répond à ce besoin : il fédère l’ensemble du ré-seau, garantit une grande disponibilité et permet d’économiser sur la maintenance et les pièces détachées ➔ 7.

infrastructures alors même que la dégra-dation des systèmes de transport urbain peut vite freiner la croissance économique. Des mesures urgentes doivent donc être prises pour améliorer ces transports.Comparés à la voiture particulière, les transports collectifs ont l’avantage d’une emprise et d’un taux de pollution plus fai-bles par voyageur et kilomètre parcouru.

Parmi les nombreuses possibilités, le métro sur rail, du fait de sa grande capacité, constitue le mode de transport en com-mun le mieux adapté à la densité de popu-lation des villes indiennes. Sous l’égide du ministère du Développement urbain, le pouvoir central et les gouvernements des États fédéraux ont mis sur pied des orga-nismes indépendants pour stimuler le développement des transports urbains. Au rang des solutions retenues fi gurent des contrats de construction, de propriété et d’exploitation « BOO » (Build, Own, Opera-te) en partenariat avec des entreprises privées.Aujourd’hui, Calcutta et Delhi ➔ 6 sont les deux seules villes disposant de réseaux de métro en service. Leur extension est en cours et de nouveaux projets sont à diffé-

7 Centre de téléconduite de DMRC

Note4 Lire également Projections of Investment in

Infrastructure during the Eleventh Plan, Planning Commission, Government of India, octobre 2007.

L’électrification est stimulée par la volonté de l’Inde de réduire ses coûteuses impor-tations de carburants fossiles.

6 DMRC, gestionnaire du métro de Delhi

La Delhi Metro Rail Corporation (DMRC) a été créée pour mettre en place et exploiter un transport public de masse dans la région de Delhi. ABB travaille en partenariat avec DMRC depuis 2002 et fournit des produits et systèmes pour la traction électrique et le matériel roulant : sous-stations de traction, récep teurs et auxiliaires, électrifi cation des lignes aériennes, systèmes de supervision (SCADA), solutions de gestion intégrée des actifs et des bâtiments, transformateurs et moteurs de traction. Le réseau ferré indien est électrifi é en 25 kV/50 Hz et équipé de produits ABB comme des appareils électriques compacts à isolation gazeuse et dans l’air, des chambres de coupure sous vide 25 kV montées sur poteau et des disjoncteurs à actionneur magnétique.

DMRC, premier exploitant de métro indépendant en Inde, s’est imposé comme modèle d’effi cacité et de ponctualité dans l’exécution des projets. Il propose à présent des services de conseil pour la plupart des nouveaux projets de métro en Inde, ainsi qu’à l’international.

La première phase du métro (tronçon de 65,1 km) s’est achevée en 2006. La seconde, qui doit être terminée en 2010, prolongera le réseau de 128 km ; à terme, le trafi c devrait atteindre 2 millions de voyageurs par jour. DMRC prévoit de disposer d’un métro de 381 km opérationnel en 2021.

Au cours des phases I et II, ABB aura réalisé environ 163 des 193 km électrifi és.


celles de la voiture et le quart de celles de l’avion 5. En Inde, des études de faisabilité ont débuté pour le corridor à grande vitesse Mumbai-Delhi à 350 km/h. D’autres lignes viendront vraisemblablement s’y ajouter par la suite.IR adopte en permanence de nouvelles solutions en vue d’économiser l’énergie et d’utiliser les énergies renouvelables (EnR) pour alimenter le matériel roulant et les charges ne participant pas à la chaîne de traction 6. Ces initiatives sont multiples : re-fonte des systèmes de climatisation et d’éclairage dans les voitures voyageurs, mise en valeur du photovoltaïque pour les équipements des gares ou de l’éolien pour les sites de production. Si l’intermittence des EnR les rend inaptes à la traction, elles se prêtent bien à l’alimentation des instal-lations fi xes. Tirant parti à la fois des tech-nologies disponibles, de l’expérience et de sa formidable capacité d’innovation, l’Inde est bien décidée à mettre sur les rails un réseau ferroviaire moderne et plus perfor-mant.

Lalit Tejwani

ABB Ltd, Marketing and Sales (Railways)

Calcutta (Inde)

[email protected]

Notes5 Lire également « Encouraging high-speed

trains », 7 janvier 2010, et « Vision 2020, Indian Railways », décembre 2009, The Hindu

6 Unités de production, ateliers et autres infrastructures

lendrier du développement ferroviaire. Afi n d’augmenter malgré tout la quantité de marchandises transportées et raccourcir les temps de parcours pour les industriels, le projet de corridor dédié « DFC » (Dedica-ted Freight Corridor), doté d’un budget de 12 milliards de dollars, prévoit la réalisation de 3 300 km de lignes à double voie. Il per-mettra à des trains de marchandises à charge d’essieu plus élevée de circuler à 100 km/h (contre 25 km/h en moyenne aujourd’hui). Le DFC Ouest reliant Mumbai à Delhi sera principalement affecté au

transport de conte-neurs depuis les ports de la côte ouest, tandis que le DFC Est Delhi-Howrah achemine-ra surtout des ma-tériaux en vrac, tels que charbon, mine-rai de fer, acier, etc. Le projet DFC pré-

voit en outre le développement, par fi nan-cement étranger, de wagons spéciaux qui seront opérationnels en 2015.

Grande vitesse

Le réseau ferré à grande vitesse déconges-tionne la route et le ciel pour les vols courts, réduisant ainsi la pollution, le bruit et les accidents, et évitant aux voyageurs la gêne des embouteillages et des fi les d’attente aux contrôles de sécurité dans les aéro-ports. En Europe, les émissions de CO2 par km-passager des trains à grande vitesse ne représentent que le tiers de

Pour faire face à l’augmentation du trafi c voyageurs et rendre plus compétitifs les trajets interurbains, IR améliore ses struc-tures d’accueil, allonge les quais et met en service un plus grand nombre de trains. Il doit pour cela acquérir plus de 4 500 voitu-res par an, dont 660 climatisées, pour la desserte des grandes lignes. Ses sites de production intégrés ne sont pas en mesure de répondre à ces besoins, ce qui limite le lancement de nouveaux services ferroviai-res et freine le renouvellement des véhicu-les. Pour dynamiser ses approvisionne-

ments, IR crée de nouveaux sites de production, seul ou en partenariat avec des entreprises privées. De nouvelles usi-nes de locomotives diesel et électriques, sous contrats publics-privés, sont égale-ment envisagées afi n de doter le parc d’IR de machines plus puissantes et plus mo-dernes.

Transport de marchandises

Même si le fret est une importante source de revenus pour IR, qui contribue aussi au fi nancement du trafi c voyageurs, les trains de voyageurs sont prioritaires dans le ca-

DMRC, premier exploitant de métro indépendant en Inde, s’est imposé comme modèle d’efficacité et de ponctualité dans l’exécution des projets.

30 revue ABB 2|10

31La Suisse sur les rails

également en permanence le matériel roulant.

En matière de transit international de marchandises, la Suisse ouvre égale-ment la voie en poursuivant, dans la me-sure du possible, une politique active de délestage du trafic poids lourds au profit du fret ferroviaire. Aujourd’hui encore, le pays est le premier axe de transit ferroviaire alpin. En 2008, pas moins de 40 millions de tonnes de fret ont traversé la Suisse, dont plus de la moitié (près de 25 millions de tonnes) par voie ferrée [3]. À l’occasion de nombreux référendum, le peuple suisse réitère son soutien au fret ferroviaire. Une étape im-portante dans la réalisation de cet objec-tif est la construction des Nouvelles Liaisons Ferroviaires Alpines (NLFA) qui marque l’intégration de la Suisse dans le

ABB est partie prenante des grands projets ferroviaires du pays alpin

RENÉ JENNI, REMIGIUS STOFFEL, MELANIE NYFELER – En matière de transports publics, la Suisse fait souvent fi gure de pionnier. Aucune autre région du monde n’exploite un réseau aussi dense de trains, de trams et de bus. En fait, les citoyens de ce petit pays alpin sont si attachés à leur réseau de transports publics qu’ils plébiscitent son extension à chaque votation populaire, choisissant de favoriser le trafi c voyageurs et le report du transit de marchandises de la route vers le rail. ABB participe activement à ce dessein en fournissant notamment les installations électriques des deux nouveaux tunnels de base transalpins, le Lötschberg et le Saint-Gothard, ainsi que les sous-stations de traction en courant continu (CC) des réseaux ferrés des agglomérations de Zurich, Berne et Lucerne.

La Suisse sur les rails

T outes les études le montrent : les Suisses sont les cham-pions mondiaux du voyage en train. En moyenne, chaque

résident de la Confédération helvétique prend 40 fois le train par an et près de 900 000 personnes empruntent quo tidiennement le réseau ferré suisse [1,2] ➔ 1. Le pays compte la fréquence la plus élevée de dessertes ferroviaires au monde.

Grâce à une politique stratégique des pouvoirs publics en matière de trans-ports, la Suisse dispose de zones rurales très bien desservies et de trains interur-bains cadencés à l’heure, voire à la demi-heure. Pour répondre à la hausse de la demande, les Chemins de Fer Fédéraux suisses (CFF) accroissent non seulement la fréquence des trains, mais modernisent Photo © AlpTransit Gotthard Ltd.

32 revue ABB 2|10

Tunnel du St-Gothard À l’est du Lötschberg et pratiquement au centre du pays, le chantier du deuxième tunnel transalpin suisse va bon train. Le tunnel de base du St-Gothard est au cœur du projet NLFA et devrait considé-rablement améliorer le trafic voyageurs et marchandises en Europe centrale. Lorsqu’il entrera en exploitation en 2017, cet ouvrage d’art de près de 57 km sera le plus long tunnel ferroviaire au monde ➔ 2. Le projet est à la fois titanes-que et pionnier. Les travaux d’excavation des deux tubes du tunnel avec leurs galeries transversales imposent de per-cer, par segments, 152 km de roche d’ici à l’automne 2010. Les installations élec-triques sont déjà bien avancées dans certaines parties du tunnel.

Ici encore, ABB fournit les équipements électriques du réseau 50 Hz, notamment les tableaux MT à isolation gazeuse et les équipements de protection. Les 875

appareils MT doivent conjuguer fiabilité fonctionnelle, tenue exceptionnelle aux conditions climatiques inhabituelles et maintenance minimale.

Les 2 tubes parallèles à voie unique, dis-tants d’une quarantaine de mètres, sont reliés par des galeries transversales tous les 325 m. Les équipements électriques

transformation à appareillage MT isolé dans l’air UniGear ZS1, 30 transforma-teurs de distribution et 2 transformateurs de couplage de 5 MVA qui interconnec-tent les 2 réseaux des fournisseurs locaux d’électricité.

Le deuxième volet du contrat concernait le réseau de traction 162/3 Hz. Pour relier la Suisse au réseau à grande vitesse européen, les lignes de contact dans le tunnel furent conçues spécialement pour des vitesses maximales de 250 km/h. Ce réseau de traction peut alimenter simul-tanément plusieurs confi gurations de trains avec au maximum 6 locomotives et des convois de fret longs de 1,5 km. Par conséquent, les équipements de com-mutation et de protection doivent gérer des courants de court-circuit dépassant 40 kA.

ABB a installé des tableaux électriques monophasés isolés dans l’air UniGear R36 qui assurent une sécurité maxi-male, à la fois pour les personnes et les systèmes. Les équipements du réseau de traction, y compris son sys-tème sophistiqué d’automatisation et de protection des sous-stations, sont installés dans des conteneurs placés en différents centres de conduite qui regroupent tous les sys-tèmes indispensables à la sécurité du réseau ferré. Deux centres de conduite à proximité des entrées nord et sud du tunnel abritent les postes de contrôle-commande des réseaux électriques.

En 2008, pas moins de 40 millions de tonnes de fret ont traversé la Suisse, dont plus de la moitié par voie ferrée.

réseau à grande vitesse européen en pleine extension. Grâce aux nouvelles transversales alpines du St-Gothard et du Lötschberg, les capacités annuelles de fret ferroviaire feront plus que doubler, passant de 20 millions de tonnes en 2003 à environ 50 millions, une fois les deux axes terminés en 2017.

Tunnel du Lötschberg Le tunnel de base du Lötschberg a ouvert en décembre 2007 après une décennie de travaux préparatoires et de chantier. Ce nouveau tunnel ferroviaire réduit considérablement le temps de parcours entre le nord du pays et le canton du Valais. Chaque jour, une quarantaine de trains de voyageurs et 110 trains de mar-chandises franchissent les Alpes à envi-ron 800 m d’altitude, soit près de deux fois plus que le trafic de la liaison Gop-penstein-Kandersteg qui, jusqu’ici, as-surait la traversée alpine à une altitude bien supérieure. Cette ligne était égale-ment utilisée par les trains navettes autos.

Ce projet du siècle, avec ses nombreu-ses galeries transversales et ses énor-mes travaux d’excavation pour les ré-seaux techniques, représentait également un tour de force pour ABB. En effet, le Groupe s’était vu confier la conception, la fourniture, l’installation et la mise en service du réseau de traction électrique de 162/3 Hz et du réseau de distribution de 50 Hz.

Le réseau de distribution moyenne ten-sion (MT) alimente les systèmes d’éclai-rage, de signalisation, de communica-tion, de ventilation et de climatisation de même que les portes de sécurité du tun-nel complet. Il comprend 21 postes de

1 Trafic voyageurs en Europe (2007) [1]

Pays Voies Nombre ferrées de trajets (km) par résident

Suisse 3 158 40Luxembourg 275 33Danemark 2 133 29Autriche 5 702 24Allemagne 33 890 22Pays-Bas 2 776 20Belgique 3 374 19République tchèque 9 460 17France 29 918 16Espagne 13 368 11Italie 16 335 9

2 500

2 000

1 500

1 000

500

0

Zurich

Göschenen

Mèt

res

au-d

essu

s d

u ni

veau

de

la m

er

Tunnel de base du St-Gothard

Projet de tunnel de base du Zimmerberg

Tunnel de base du Ceneri

Airolo

Arth-Goldau

Zug ErstfeldBiasca

Bellinzona

LuganoChiasso MilanBâle

2 Tunnels de base alpins (©AlpTransit Gotthard Ltd). Trajet en train de Bâle (Suisse) à Milan (Italie) via le tunnel du St-Gothard de 57 km de long

33La Suisse sur les rails

du tunnel. Cette tâche est principalement dévolue à un appareil qui, depuis plus d’une décennie, assure la protection de nombreuses installations : le contrôleur REF542plus ➔ 4.

Plus de 500 de ces contrôleurs sont répartis tout au long du tunnel. Ici, le REF542plus remplit sa mission la plus importante avec sa nouvelle fonction de protection de distance à plusieurs éta-ges. À la fois pour optimiser la sélectivité dans un réseau et stabiliser/fiabiliser l’ali-mentation électrique, il est indispensable de pouvoir localiser et identifier rapide-ment tout défaut, et mettre hors circuit la partie incriminée. Les informations cor-respondantes sont immédiatement trans-mises au système de contrôle-comman-de du tunnel.

Le contrôleur REF542plus est également un outil de télémaintenance. En effet, il permet non seulement d’accéder à distance aux programmes et données de protection stockés via le réseau local Ethernet, mais également de les modifier et de les remplacer. À ce jour, REF542plus est le seul dispositif de pro-tection à offrir cette fonctionnalité. L’ins-tallation des équipements ferroviaires a démarré et le réseau 50 Hz doit com-mencer à les alimenter en 2011. Pendant plusieurs décennies, l’appareillage élec-trique verra alors défiler en toute sécurité des millions de voyageurs dans ce tunnel sans équivalent.

du double tunnel sont installés dans ces galeries de service qui font également offi ce de voies d’évacuation d’urgence ➔ 3. Les conditions singulières (présence de sédiments salins, de poussières de frein, de suie et de matériaux d’abrasion des rails et des fils de contact) imposent d’utiliser un appareillage à isolation gazeuse de type ZX0. Ce dernier a l’avantage majeur d’être extrêmement compact avec des armoires d’à peine 400 mm de large. Un tableau électrique complet, constitué au plus de 6 armoi-res, peut être remplacé très rapidement en cas de défaillance. Cet aspect joue un rôle critique dans l’exploitation du tunnel de base du St-Gothard puisqu’il faudra interrompre le trafic ferroviaire pour accéder aux galeries transversales.

Haute protection

Les contraintes d’exploitation très sévè-res nécessitent d’empêcher la pénétra-tion de poussière ou d’eau dans les armoires. Celles-ci sont donc protégées IP65 alors que la partie MT de l’appa-reillage est, en standard, totalement étanche aux gaz.

Les intenses variations de pression dans les galeries transversales sont particuliè-rement néfastes au matériel. En effet, les trains défilent devant ces galeries à des vitesses pouvant atteindre 250 km/h et font varier la pression de ±10 kPa. L’ap-pareillage ZX0, y compris son armoire, est donc conçu pour y résister. La fiabi-lité et la disponibilité de ces équipements jouent un rôle essentiel dans la sécurité

Réseau de transport urbain de Zurich Outre l’alimentation électrique des liaisons transalpines, les solutions ABB remportent également un vif succès dans les systèmes de transport urbain, no-tamment les tramways. Ainsi, dans la ré-gion de Zurich, une nouvelle ligne de tramway est en construction qui reliera la zone résidentielle et d’activités de la val-lée de la Glatt au centre dynamique de la première agglomération du pays. Les

150 000 habitants et 120 000 emplois des communes de la vallée bénéficieront de la ligne de tram moderne de 12,7 km de long, dont la construction échelonnée doit s’achever fin 2010 ➔ 5.

Désigné maître d’œuvre, ABB collabore avec les entreprises locales Implenia Ltd. et Walo Bertschinger pour fournir le sys-tème d’alimentation électrique complet.

ABB fournit les équipements élec-triques du réseau 50 Hz, notamment 875 appareils MT pour l’alimentation électrique et la pro-tection du tunnel du St-Gothard.

4 Le contrôleur REF542plus protège le tunnel du St-Gothard des défauts électriques.

3 Schéma du tunnel du St-Gothard (©AlpTransit Gotthard Ltd., adapté par ABB)

Erstfeld

Réseau local Système et Maintenance

REF542plus

Poste multifonction Sedrun

Poste multifonction Faido

SedrunArrêt

d’urgence

Bodio

Tunnel d’accès Faido

57 km

Galerie de câbles

Tunnel d’accès Amsteg

Réseau MT 50 HzCentre de conduite (50 Hz)

34 revue ABB 2|10

ABB est responsable de la conception, la fourniture, l’installation et la mise en service des sous-stations à redresseur du réseau de traction. Le système se compose de 8 sous-stations qui alimen-tent la ligne de contact en 600 V continu. Les transformateurs sont calibrés à 900 et 1 400 kVA, en fonction de leur empla-cement.

ABB est également chargé du réseau basse tension qui alimente en 230 V les distributeurs de tickets, les panneaux d’information et les moteurs de commu-tation des 22 arrêts du tram rapide. Enfin, le Groupe a installé les systèmes d’éclairage, de ventilation et d’alarme incendie des sous-stations.

Développement des transports urbainsTout comme Zurich, Berne et sa périphé-rie enregistrent une forte croissance. Confrontée à un trafic en hausse, la capi-tale fédérale a opté pour le tram comme moyen de transport public. À la différence des autobus à trolley utilisés jusqu’ici, les 2 nouvelles lignes de tram relient directement l’ouest, le centre et l’est de la ville.

D’ici à 2012, ABB livrera 5 sous-stations à redresseur qui alimenteront les lignes de tram en 600 V continu et protégeront les lignes de contact. Le poste asservi RTU560D reliera ces sous-stations au système de téléconduite amont exploité par la société d’électricité locale.

Parmi les autres contrats remportés par ABB, citons le renouvellement des sous-stations à redresseur des lignes d’auto-bus à trolley des transports municipaux de Lucerne.

5 Le tram de la vallée de la Glatt sur le viaduc de Balsberg (photo : Daniel Boschung)

D’ici à 2012, ABB livrera 5 sous- stations à redres-seur qui alimente-ront les lignes de tram de la ville de Berne en 600 V continu et proté-geront les lignes de contact.

La Suisse érigée en modèleAvec un réseau de transports publics bien développé, la Suisse est perçue dans le monde comme un modèle à sui-vre et joue un rôle de locomotive dans l’essor d’un moyen de transport rapide et durable. Ses pouvoirs publics veulent protéger à la fois les Alpes et les habi-tants des régions les plus densément peuplées du pays des effets néfastes du trafic de transit. Pour le directeur de l’Office Fédéral des Transports [4], le transfert du trafic, qui ne cesse de gros-sir, vers le rail répond également à des considérations économiques. La techno-logie ferroviaire innovante d’ABB joue un rôle clé dans cette voie.

René Jenni

ABB Power Systems

Baden (Suisse)

[email protected]

Remigius Stoffel

ABB Power Products, Automation & Protection

Baden (Suisse)

[email protected]

Melanie Nyfeler

ABB Communications

Baden (Suisse)

[email protected]

Bibliographie[1] CFF, Rapport annuel 2008, Berne, Suisse.[2] Statistisches Vademecum: Die SBB in Zahlen

2008, UIC, cité par les CFF 2009, p. 27. [3] Office Fédéral des Transports, Trafic fret au

travers des Alpes suisses 2008, Berne, Suisse, mars 2009.

[4] Friedli, M., « Schweizer Verkehrspolitik : Konstanz und Innovation Referat » (conférence Politique des transports de la Suisse : constantes et innovations), Bâle, Suisse, 23 mai 2007.

35Connaissances FACTuelles

ROLF GRÜNBAUM, PER HALVARSSON, BJÖRN THORVALDSSON – L’accroisse-ment constant du trafi c sur les voies existantes, tout comme les nouvelles lignes à grande vitesse, font peser une lourde charge sur les réseaux élec-triques. Cette évolution canalise l’attention sur la stabilité de la tension et la qualité du courant prélevé sur ces réseaux : les trains qui captent de forts courants à la caténaire exigent une alimentation stable, exempte de creux de tension. Il faut donc limiter l’ampleur des déséquilibres de ten-sion et de courant entre les phases des réseaux alternatifs, et empêcher leur propagation à d’autres parties du système électrique. De même, les fl uctuations de tension et la pollution harmonique doivent être maîtrisées pour rester dans les limites prescrites. Tels sont les enjeux des FACTS.

Connaissances FACTuellesLes dispositifs de transport flexible en courant alternatif FACTS améliorent l'alimentation électrique de la traction ferroviaire

36 revue ABB 2|10

chrone à source de tension SVC Light®, de la famille des « STATCOM » (STATic COMpensator), ont vocation à compen-ser le déséquilibre en jouant le rôle d’équilibreurs de charge, moyennant des algorithmes de commande spéciaux. L’équilibrage de la charge a pour but de transférer les puissances active et réac-tive entre différentes phases ➔ 2.

Ces compensateurs permettent aussi de corriger en dynamique les creux de ten-sion de caténaire et d’atténuer les har-moniques émis par les engins de traction à thyristors. Dans le cas de SVC Light, certaines familles d'harmoniques peu-vent être supprimées par filtrage actif.

FACTS et traction ferroviaireLes compensateurs SVC et STATCOM sont très bénéfiques aux réseaux électri-ques alimentant les systèmes ferroviaires et les charges de traction. Leurs avanta-ges, énumérés en ➔ 3, réduisent et même suppriment les investissements nécessaires au renforcement 1 du réseau électrifié.

Les FACTS permettent aussi d’obtenir une qualité de puissance adaptée aux besoins et d’alimenter les voies à des tensions inférieures aux valeurs usuelles : la traction ferroviaire peut alors se contenter d’une alimentation, par exem-ple, en 132 kV au lieu du 220 kV, voire du 400 kV.

SVC et équilibrage de la chargeUn SVC fournit une impédance variable, obtenue en associant des éléments à impédances fixes (condensateurs, par exemple) et des inductances comman-

que deux sections de voies électrique-ment isolées soient alimentées par la même sous-station de traction : les trans-formateurs sont alors connectés entre différentes phases.

De nos jours, la charge de traction Pch tend à être relativement importante, sou-vent avec des puissances assignées de 50 MW à 100 MW par transformateur. Ces charges entraînent des déséquili-bres de tension d’alimentation si elles sont connectées entre deux phases du système triphasé. Pour un niveau de défaut du réseau électrique noté Sssc, l’expérience montre que le déséquilibre de tension Udéséquilibre vaut

Habituellement, la tension inverse résul-tant d’une charge déséquilibrée ne doit pas dépasser 1 %. Dans l’hypothèse de charges comprises entre 50 MW et 100 MW, la puissance de court-circuit côté HT doit être d’au moins 5 000 MVA à 10 000 MVA pour rester dans les limi-tes du déséquilibre. Le système de trac-tion est bien souvent relativement éloigné du réseau de transport robuste. Par contre, le réseau de répartition, plus fai-ble, est normalement proche du chemin de fer et peut alors servir à alimenter les voies dans les cas où un déséquilibre provoqué par la charge de traction peut être réduit.

Principe des FACTSL’appellation « FACTS » regroupe plu-sieurs équipements statiques comman-dés par le dernier cri des systèmes infor-matisés à base d’électronique de puissance. Deux de ces dispositifs, le traditionnel compensateur statique de puissance réactive ou « SVC » (Static Var Compensator) et son successeur syn-

I l y a plusieurs façons d’alimenter en électricité des systèmes de traction. De nombreuses voies ferrées ont été électrifiées en monophasé à fré-

quence industrielle (50 ou 60 Hz) : l’éner-gie est directement puisée au réseau général de transport ou de répartition haute tension (HT) et adaptée à la ten-sion des engins de traction par un trans-formateur de puissance.

Côté réseau de traction, deux schémas de transformateur permettent de répon-dre efficacement aux forts appels de puissance : le transformateur suceur et l’autotransformateur ➔ 1. Le premier ponc-tionne la tension réseau triphasée pour la transformer en tension caténaire mono-phasée ; une extrémité de l’enroulement du transformateur de traction est mise à la terre tandis que l’autre est reliée au fil de contact aérien. Dans le second, l’enroulement du transformateur est mis à la terre en son point milieu ; une extré-mité est reliée au fil de contact, l’autre à la ligne d’alimentation ou feeder (conduc-teur supplémentaire raccordé en paral-lèle à la ligne de contact pour augmenter sa section équivalente). Dans les deux cas, les points mis à la terre sont reliés au rail.

Côté réseau HT, le transformateur est re-lié entre deux phases. Il n’est pas rare

Udéséquilibre =

Pch

Sssc

Note1 Construction de nouvelles lignes de transport et

de répartition, de sous-stations de traction et de points d’alimentation

1 Deux schémas de transformateur sont utilisés pour répondre efficacement aux exigences de la grande puissance.

I

I

1a Transformateur suceur 1b Autotransformateur


Pour lever les contraintes d’encombre-ment tout en tirant profit des semi-conduc teurs de dernière génération, les valves à thyristors utilisent un circuit bidirectionnel, à savoir un composant semi-conducteur permettant l’intégration de deux thyristors en antiparallèle sur une seule pastille de silicium. L’emploi de ces thyristors réduit de 50 % le nombre de composants nécessaires dans les valves ➔ 6. Le thyristor est un dispositif de 127 mm de diamètre, capable de conduire un courant d’environ 2 000 Aeff. Dans le SVC classique, il y a équilibrage de la charge quand, par commande des éléments réactifs, la puissance active est transmise entre les phases. Sous sa forme la plus simple, l’équilibreur de charge se compose d’une TCR raccordée entre deux phases d’alimentation et d’une bat-terie de condensateurs fixes en parallèle avec une TCR reliée entre deux autres phases. La correction du facteur de puis-sance est assurée par une batterie de condensateurs fixes en parallèle avec une inductance commandée entre les deux phases restantes. L’adjonction de filtres, couplés en étoile ou directement

dables. Paradoxalement, cette combi-naison est capable d’équilibrer les flux de puissance active ➔ 4. Les inductan-ces ont aussi des impédances fixes mais le fondamental du courant les traversant est commandé par des valves à thyris-tors, ce qui donne une impédance appa-rente variable ; on obtient une inductance commandée par thyristors « TCR » (Thy-ristor-Controlled Reactor), schématisée en ➔ 4.

Ce dispositif est une branche shunt (pa-rallèle) composée d’une inductance pla-cée en série avec une valve à thyris-tors ➔ 5. Le courant de branche est commandé par l’angle de phase α des impulsions d’amorçage (« commande d’angle d’amorçage ») appliquées aux thyristors ; autrement dit, la tension aux bornes de l'inductance est égale à la pleine tension réseau à un angle d’amor-çage de 90 °, et à 0 à un angle de 180 °. Le courant circulant dans l’inductance est l’intégrale de la tension ; il est donc totalement commandable entre la valeur naturelle donnée par l’impédance de l’in-ductance et 0.

L’accroissement du trafic sur les voies existantes et la réalisation de nouvelles lignes à grande vitesse sollicitent beau-coup les réseaux électriques.

2 Équilibrage de charge par FACTS

Caténaire

Feeder

Ec

Eb

Ea

4 Équilibrage de charge et compensation de puissance réactive par SVC

SVC

5 Principe de fonctionnement d’une induc-tance commandée par thyristors (TCR)

I-

I-

V

V

Impulsions d’amorçage

Tempsα

+ -

3 Avantages des solutions SVC et STATCOM

– Équilibrage dynamique des charges asymétri-ques alimentées par deux phases des systèmes triphasés ;

− Atténuation dynamique des fluctuations de tension des réseaux d’alimentation, dues aux variations importantes de charges de traction ;

− Suppression des harmoniques renvoyés par les équipements de traction dans les réseaux d’alimentation ;

− Correction du facteur de puissance au point de couplage commun, quelles que soient les modifications et fluctuations de charge, avec maintien d’un facteur de puissance élevé et stable à tout moment ;

− Soutien dynamique de la tension des caténaires alimentant les locomotives de grande puis -sance : cette propriété empêche les chutes de

tension préjudiciables sur la ligne de contact et permet le maintien de fortes capacités de traction malgré une alimentation fragilisée ; en cas de panne au point d’alimentation, les locomotives continuent de recevoir la puissance adéquate. En fait, l’emploi de compensateurs SVC et STATCOM peut aider à réduire le nombre de points d’alimentation nécessaires ;

− Choix d’un réseau d’alimentation de plus faible tension (par exemple, 132 kV au lieu de 220 kV ou plus), sans perte de qualité de la puissance ;

− Réglage dynamique de la tension et atténuation des harmoniques dans les systèmes d’alimentation CA, pour la traction ferroviaire alimentée par convertisseurs CC (cas type des métros et trains de banlieue).

38 revue ABB 2|10

et le tunnel transmanche est soutenu par des SVC ➔ 7. L’énergie soutirée du réseau général est adaptée à la traction ferro-viaire par des transformateurs connectés entre deux phases, conformément au schéma de l’autotransformateur qui ga-rantit une faible chute de tension en ligne.

Soutien dynamique de la tension

Six des SVC assurent principalement la tenue dynamique de la tension et sont connectés au côté traction des trans-formateurs de puissance ; le septième s’occupe de l’équilibrage de la charge. Aux trois points d’alimentation, un des deux SVC monophasés identiques est relié entre le feeder et la terre, et l’autre entre la ligne de contact et la terre.

Trois raisons principales ont motivé ces investissements. Primo, la tenue de la tension de traction en cas de déclenche-ment d’une sous-station ; le cas échéant, deux sections de voies doivent être ali-mentées par une seule station. Il devient alors primordial de soutenir la tension pour conserver l’énergie de traction.

Secundo, le maintien du facteur de puis-sance unitaire, vu des transformateurs du réseau HT amont, en régime normal, afin de garantir une faible facturation de l’énergie active consommée. Tertio, l’atténuation de la pollution harmonique : les filtres SVC sont conçus pour absor-ber non seulement les harmoniques en-gendrés par le compensateur lui-même

en parallèle avec les inductances, sup-prime normalement les harmoniques.

La commande de l’équilibreur de charge peut être basée soit sur le fait que les trois tensions phase-phase de même amplitude ne peuvent pas contenir de tension inverse, soit sur un système plus évolué qui distingue les différentes compo-santes de la séquence de phases pour contrebalancer la composante inverse. La commande de la tension directe est normalement moins prioritaire que celle de la tension inverse : elle n’est totale que lorsque l’équilibreur de charge est d’un calibre suffisant pour cumuler équi-librage et réglage de tension.

SVC sur les rails britanniquesSept compensateurs SVC équipent aujourd’hui la ligne ferroviaire « HS 1 » (High Speed 1) de 108 km qui relie Dou-vres, en sortie du tunnel sous la Manche, à Londres et permet de rejoindre Paris en à peine plus de 2 h, à la vitesse maxi-male de 300 km/h.

Si HS 1 accueille avant tout des trains de voyageurs à grande vitesse, elle écoule aussi le trafi c fret, plus lent. Les trains modernes atteignant des puissances de l’ordre de 10 MW, le système d’alimenta-tion électrique doit être conçu pour parer aux fortes fl uctuations de charge. HS 1 est directement alimentée en 25 kV, 50 Hz ; chacun des trois points d’alimen-tation du réseau de traction entre Londres

8 Équilibrage dynamique de la charge sur HS 1

Les FACTS de type « SVC » (compen-sateur statique de puissance réactive) et « SVC Light® » (STATCOM) peu-vent contrebalan-cer les déséquili-bres de charge et corriger en dynamique les creux de tension de caténaire.

6 Valve à thyristors bidirectionnels 7 Dispositifs SVC de la ligne Douvres-Londres (HS 1)

Barking

Soutien dynamique de la tensionÉquilibrage dynamique de la charge

Singlewell 400 kV

25 kV

Sellindge

Londres

(Section neutre)

Tunnel sous la Manche

SVC SVC SVC SVC

9 Équilibrage de charge asymétrique

Charge

RQR

QS

C1

C2QT

SL

T


ajoutant un condensateur entre c et a, on s’approche d’un facteur de puissance unitaire. L’équilibreur de charge est commandé pour compenser la composante de ten-sion inverse présente dans le courant prélevé du réseau amont. De plus, le fac-teur de puissance tend vers l'unité. La

tension directe peut aussi être contrôlée si la capacité est disponible ; néanmoins, cela dépend du point de fonctionnement de l’équilibreur de charge.

Alimenter le métro londonienPour puiser son énergie du réseau géné-ral, le métro londonien devait fermer son ancienne centrale thermique au gaz et au fioul de Lots Road. La charge du métro consistant principalement en des convertisseurs à diodes qui alimentent les rames en courant continu (CC), des mesures spéciales s’imposaient pour limiter ou même empêcher les perturba-tions électriques (fluctuations de tension,

Si une charge monophasée consomme une puissance active P et une puissance réactive Q, les valeurs de réactif néces-saires entre les phases pour obtenir une symétrie triphasée totale et un facteur de puissance proche de l’unité sont don-nées par les formules :

QC1 = Q

QC2 = P/√3

QL = P/√3

Dans le cas de charges de traction complètes, les va-leurs globales de P et Q varient consi-dérablement dans le temps. Grâce au SVC, les susceptances phase-phase réelles deviennent elles aussi variables, les équations ci-dessus étant satisfaites dans tous les cas de figure.

Le schéma simplifié de l’équilibreur de charge ➔ 10 est optimisé pour gérer une charge reliée entre les phases a et c. Selon les lois de l’équilibrage de charge, l’équilibrage d’une charge purement active oblige à connecter une induc-tance entre les phases a et b, et un condensateur entre b et c. La charge de traction possède une part réactive qu’il faut aussi équilibrer. Non seulement l’asymétrie est compensée mais, en

mais aussi ceux créés par les engins de traction. La part admise du circuit de traction au taux d’harmoniques, aux points de jonction avec le réseau amont, est strictement encadrée.

Les SVC font partie de la correction du facteur de puissance en boucle fermée ; une panne au niveau des sous-stations entraîne le basculement automatique sur le réglage de tension en boucle fermée.

Équilibrage de la charge

La charge de traction, dont la puissance peut atteindre 120 MW, est connectée entre deux phases ; sans compensa-tion, elle donnerait une tension inverse d’en viron 2 %. Ce déséquilibre est contré par l'installation d’un équilibreur de charge ➔ 8, à savoir un SVC à com-mande asymétrique.

Une charge connectée entre deux pha-ses d’un système triphasé peut paraître symétrique et avoir un facteur de puis-sance unitaire – vu de l’alimentation tri-phasée – en intercalant des éléments réactifs entre phases ➔ 9. Les puissan-ces réactives par phase peuvent être ramenées à un ensemble de puissances réactives phase-phase, soit :

QRS = QR + QS - QT

QST = QS + QT - QR

QTR = QT + QR - QS

Les convertisseurs à source de tension et les IGBT s’associent pour donner le système robuste, dynamique et à large bande passante qu’est SVC Light.

11 Schéma unifilaire d’un SVC caractéristique du métro londonien

22 kV

TCR60 MVAr

3ème 10 MVAr

5ème 15 MVAr

7ème

8 MVAr

10 Schéma unifilaire d’un équilibreur de charge sur la ligne HS 1

CaténairePhase en attente

Feeder

25 kV

25 kV

400 kVSous-station de Sellindge33 kV, -80/+170 MVArÉquilibreur de charge

33 kV}}

}}

84 MVAr

3ème

5ème

7ème

TCR

TCR2 x 42 MVAr

a

b

c

40 revue ABB 2|10

harmoniques, etc.) préjudiciables au ré-seau général 2.

En 2009, un SVC destiné au réseau d’ali-mentation en 11 kV vient compléter plu-sieurs autres SVC exploités depuis le milieu de la décennie 2000 : six SVC (associés à quelques filtres d’harmoni-ques autonomes) sont aujourd'hui opé-rationnels aux points sensibles du réseau 22 kV et 11 kV du London Underground. Les contraintes d’espace et de proximité avec les stations de métro très fréquen-tées imposaient des installations SVC

compactes et aptes à limiter les nuisan-ces sonores et les champs magnétiques. Concrètement, le champ magnétique

L’amenée à Londres d’une TCR à noyau de fer est photographiée en ➔ 13, et un SVC sur site en ➔ 14.

SVC Light® L’avènement des semi-conducteurs commandables de forte puissance a per-mis la réalisation de convertisseurs à source de tension 4 dépassant 100 MVA. Cette technologie, associée aux transis-tors bipolaires à grille isolée « IGBT », dé-bouche aujourd’hui sur la solution « SVC Light », extrêmement dynamique et ro-buste, dotée d’une large bande passante et capable de remplir une multitude de fonctions d’électronique de puissance dans les réseaux et bien d’autres appli-cations. Sa modulation de largeur d'im-pulsion (MLI) donne une tension alterna-tive quasi sinusoïdale sans recourir à des filtres d’harmoniques.

ne doit pas dépasser 1,6 mT au voisi-nage de n’importe quel SVC 3. C’est pourquoi les compensateurs utilisent des inductances TCR à noyau de fer au lieu des traditionnelles inductances dans l’air.

Chaque SVC consiste fondamentalement en une TCR et un jeu de filtres d’harmo-niques individuellement accordés et cali-brés ➔ 11. La commande d’angle d’amor-çage de la TCR permet d’obtenir, à partir du régime établi, une sortie variable continue, d’une puissance MVAr maxi-

male en capacitif à une puissance MVAr maximale en inductif. Le mon-tage des filtres varie d’un site à l’autre, en fonction du niveau de dé-fauts du réseau d’alimentation de chaque site et des exigences en termes d’harmoni-

ques. Les principaux paramètres des six SVC permet de les subdiviser en plu-sieurs catégories ➔ 12.

14 SVC Light avec valve à thyristors (gauche) et système de refroidissement (droite)

16 Bâtiment des valves IGBT sur l’un des sites SVC Light français

On aperçoit la valve du convertisseur suspen-due au plafond, ainsi que les condensateurs et le bus CC au premier plan.

13 Arrivée à Londres d’une inductance TCR à noyau de fer

Par son aptitude à produire des tensions de n’importe quels amplitude et angle de phase, SVC Light a tout pour jouer le rôle d’équilibreur de charge.

12 Catégories de dispositifs SVC utilisés dans le métro londonien

Tension Plage Puissance Nombreassignée dynamique TCR de(kV) (MVAr) (MVAr) SVC

22 -27/+33 60 2

22 -37/+23 60 3

11 -16,5/+16,5 33 1

15 Schéma unifilaire d’un dispositif SVC Light

63 kV

15 MVA

15 MVA

Filtre d’ondulationsrésiduelles 0,7 MVAr

Notes2 Des études approfondies ont cartographié les

sources de distorsion et identifié les mesures nécessaires pour ne pas dépasser les limites de perturbations admises aux points de couplage commun.

3 Des mesures confirment la satisfaction de cette condition.

4 Dans SVC Light, ce dispositif utilise des fréquences de commutation de l’ordre du kHz.


Des atouts technico-économiquesLa solution SVC Light a des avantages techniques mais aussi économiques [2]. Pour illustrer ce point, imaginons une installation sans SVC Light : le respect des limites prescrites de déséquilibre obligerait à porter l’alimentation électri-que de 63 kV à 225 kV ou 400 kV avec, pour corollaires, la construction de nou-velles lignes aériennes et le renforcement des sous-stations alimentées actuelle-ment en 63 kV ou 90 kV.

Rolf Grünbaum

Per Halvarsson

Björn Thorvaldsson

ABB Power Systems, Grid Systems/FACTS

Västerås (Suède)

[email protected]

[email protected]

[email protected]

Note5 Le filtrage actif est possible grâce à la large

bande passante de SVC Light. Pour autant, il n’y a de filtrage actif que tant que la capacité le permet, notamment lorsque la charge est inférieure à la puissance assignée du compen-sateur.

Bibliographie[1] Courtois, C., Perret, J.-P., Javerzac, J.-L.,

Paszkier, B., Zouiti, M., « VSC based imbalance compensator for railway substations », Cigré B4-103, 2006.

[2] Grünbaum, R., Hasler, J.-P., Larsson, T., Meslay, M., « STATCOM to enhance power quality and security of rail traction supply », ELECTROMOTION 2009, Lille, France.

réactive symétrique. Si chaque phase est raccordée aux bornes d’un conden-sateur commun CC par valves IGBT, cette différence n’existe pas.

Le réseau ferré français est équipé de deux installations SVC Light alimentées par le réseau national, l’une en 90 kV, l’autre en 63 kV. Dans les deux cas, la solution SVC Light permet d’équilibrer dynamiquement l’asymétrie entre phases due au mode d’alimentation de la trac-tion ferroviaire : les locomotives à thyris-tors prélèvent leur énergie des deux pha-ses du système triphasé et engendrent des harmoniques absorbés par le filtrage actif 5 de SVC Light.

En ➔ 15, l’équilibreur de charge est dimen-sionné à 63 kV, 15 MVA et peut accepter une charge monophasée active de 16 MW maxi. Son rôle est de limiter le déséquili-bre du réseau de répartition 63 kV à 1 % maxi, en régime normal, et à 1,8 % maxi en régime perturbé (état « N-1 »). Un fi ltre double accord pour les harmoniques de rangs 40 et 51,5 est intercalé côté CA. Il n’y a pas de fi ltre d’harmoniques passif côté 63 kV. Il en résulte une solution robuste qui s’accommode des change-ments de confi guration du réseau.

Le second SVC Light est dimensionné à 90 kV, 16 MVA pour accepter une charge monophasée active de 17 MW maxi ➔ 16.

Il doit limiter le déséquilibre du réseau 90 kV à 1 % maxi pour Sssc ≥ 600 MVA, en régime normal, et à 1,5 % maxi pour 300 MVA ≤ Sssc ≤ 600 MVA, en régime perturbé (N-1). Les mesures réalisées depuis l’installation de SVC Light mon-trent une diminution notable du déséqui-libre de tension [1], qui ne dépasse pas 1 % ➔ 17.

Équilibrer les charges de traction ferroviaireApte à produire des tensions de n’im-porte quels amplitude et angle de phase, SVC Light convient tout à fait au rôle d’équilibreur de charge. En raccordant le convertisseur à source de tension au réseau électrique, SVC Light peut être assimilé à une machine synchrone dont l’amplitude, la phase et la fréquence de la tension sont indépendamment com-

mandables. Qui plus est, grâce à la commutation MLI à haute fréquence, le convertisseur est aussi capable de syn-thétiser une tension inverse.

Un SVC Light, dans lequel chaque phase est reliée aux bornes d’un condensateur commun CC par valves IGBT, peut com-penser une charge de traction √3 fois plus importante qu’un SVC classique à base de TCR raccordées en triangle, à puissance assignée identique. Le cou-plage triangle est moins efficace pour équilibrer une puissance active asymétri-que que pour compenser une puissance

Faute de dispositif SVC Light, il fau-drait augmenter la tension réseau, donc construire de nouvelles lignes et moderniser bon nombre de sous-stations.

17 Mesure du déséquilibre de tension (toutes les 10 min)

Heure

Dés

équi

libre

de

tens

ion

(%)

STATCOM déconnecté

00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 22:40

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

42 revue ABB 2|10

GERHARD LINHOFER, PHILIPPE MAIBACH, NIKLAUS UMBRICHT – Il existe de grandes disparités entre les réseaux de traction ferroviaire et les réseaux électriques. Tout d’abord, les chemins de fer électrifi és en courant alternatif sont principalement alimentés en monophasé alors que le réseau général produit, transporte et distribue l’électricité en triphasé. Ensuite, les fréquences utilisées sont bien souvent différentes ; et même quand elles sont identiques, elles ne sont pas forcément synchronisées. Aujourd’hui, de gros convertisseurs de fréquence à électronique de puissance assurent le transfert de l’électricité entre réseau national et réseau ferroviaire. Nombreux sont les convertisseurs de fréquence ABB de 15 MW qui alimentent, par exemple, le nouveau tunnel de base du Lötschberg. De nos jours, de plus fortes puissances peuvent être mises en œuvre, comme la station de conversion de 413 MW construite pour l’énergéticien allemand E.ON : un record sur le marché des convertisseurs statiques !

Pour une énergie de traction à la fréquence requise

À convertisseurs statiques, performances dynamiques

43À convertisseurs statiques, performances dynamiques

L a traction électrique a de gros besoins en énergie. Pour y ré-pondre, de nombreux exploi-tants ferroviaires possèdent

leur propre réseau de transport haute tension (HT), voire leurs centrales de production. Mais indépendance ne veut pas dire autarcie : l’énergie doit pou-voir transiter d’un réseau électrifié à l’autre. Trois grands systèmes d’alimen-tation des voies ferroviaires coexistent aujourd’hui :– Dans les pays ou régions dont

l’électrifi cation des chemins de fer est relativement récente, les caténai-res sont souvent alimentées par le réseau général à la fréquence industrielle de 50/60 Hz, principale-ment sous 25 kV ;

– Là où l’électrification remonte au début du XXe siècle, la grande trac tion ferroviaire a opté pour le courant continu (CC) à 1,5 ou 3 kV ;

– Certains pays ou régions du monde ont fait le choix du courant alternatif monophasé à fréquence spéciale ; c’est le cas de la Norvège, de la Suède, de l’Allemagne, de l’Autriche, de la Suisse (16 2/3 Hz) et du corridor nord-est des États-Unis (25 Hz).

Dans le passé, on faisait appel à des groupes tournants pour produire le mono-phasé nécessaire au réseau de traction

à partir du triphasé puisé au réseau général. Ce couplage était assuré fonda-mentalement par deux machines électri-ques au nombre de paires de pôles différent, accouplées sur un arbre méca-nique commun. Plus récemment, les progrès accomplis dans le domaine des semi-conducteurs ont ouvert la voie aux convertisseurs de fréquence à électroni-que de puissance : ces appareils « stati-ques » ont totalisé ces 15 dernières années quelque 1 000 MW, près des deux tiers étant de fourniture ABB. Des convertisseurs cumulant 700 MW sup-plémentaires sont en construction ou en commande.

Au niveau du convertisseur (rotatif ou statique), la jonction du triphasé et du monophasé est plus problématique que le couplage de deux réseaux triphasés. Cela tient surtout au fait que la puissance dans un réseau monophasé oscille au double de la fréquence, alors qu’elle est fondamentalement constante en triphasé. Sur les convertisseurs tournants, ces fluctuations de couple et de puissance sont absorbées et amorties par les mas-ses en rotation. Les vibrations résultan-tes doivent toutefois être absorbées par leurs fixations mécaniques et leurs fon-dations, ce qui ajoute à la complexité de la réalisation, tant de la machine que de ses fondations.

Dans le cas des convertisseurs stati-ques, l’oscillation est filtrée par une bat-

La conception compacte permit de développer des modules convertisseurs standardisés et de réaliser des appareils de différentes puissances.

3 3

3

2

1

1 Schéma unifilaire d’une station de conversion

Réseau général20 kV, 50 Hz Transfor-

mateur50 Hz

2 ponts triphasés3 niveaux

Mise à la terreMesure

Limiteurde tension

Filtrepasse-haut

Filtre 16 2/3 HzAérorefroidisseur à ailettes

Variantes :Réseau général 110 kV, 50 Hz Réseau de traction 15 kV, 16 2/3 Hz

Filtre33 Hz

4 ponts monophasés3 niveaux

Transfor-mateur16 2/3 Hz

Réseau de traction110 kV, 16 2/3 Hz

Conteneur

Convertisseur standard 15 MW d’ABB

44 revue ABB 2|10

Convertisseur 50 Hz

Ce convertisseur est constitué de 2 mo-dules standard triphasés à 3 niveaux. Deux phases se combinent en un bloc pour former un module double phase. Le convertisseur est en vraie confi-guration 12 pulses : seuls les harmoni-ques caractéristiques de ce schéma sont donc générés (n = 12 k ± 1, avec k = 1, 2, 3, 4 . . .).

Convertisseur 16 2/3 Hz

Ce convertisseur se compose de 4 mo-dules standard biphasés à 3 niveaux. Deux phases se combinent en un bloc pour former un module double phase. L’appareil est configuré en 8 étapes. Ses niveaux de tension de sortie sont addi-tionnés par couplage série des enroule-ments du transformateur réseau des quatre ponts en H à trois niveaux et impulsions décalées.

Limiteur de tension

Si la tension du bus CC franchit un seuil haut, elle est déchargée par une résis-tance jusqu’à revenir à un seuil bas. La commande du limiteur est indépendante du système de contrôle-commande du convertisseur côté réseau ferroviaire (alternatif biphasé) et côté réseau natio-nal (triphasé) ; la tension du bus CC reste ainsi toujours dans la plage définie.

Bus continu

Tous les modules double phase du convertisseur sont interconnectés côté CC par un jeu de barres commun qui comporte les connexions des modules convertisseurs individuels pour les condensateurs du bus CC à couplage

et intègre un dispositif de commande de gâchette de faible inductance. Sa com-pacité permit de développer des modu-les convertisseurs standardisés et de réaliser des appareils de différentes puis-sances. Aujourd’hui, plus d’une vingtaine de convertisseurs de 15 à 20 MW sont en exploitation, à la plus grande satisfac-tion des clients.

15 à 20 MW pour le LötschbergParmi les réalisations d’ABB figure la station de conversion électrique de

Wimmis (canton de Berne) destinée au nouveau tunnel de base du Lötsch-berg 1 que les trains empruntent à 200 km/h. En 2005, ABB livrent 4 convertisseurs d’une puissance unitaire de 20 MW à la société d’élec-tricité bernoise BKW FMB Energie, alors responsable

de l’alimentation électrique du chemin de fer. Le principe en est simple : la tension triphasée du réseau régional à 50 Hz commence par être redressée, puis cette énergie est momentanément stockée dans un bus continu (CC) avant d’être transformée par un onduleur en tension alternative monophasée à 16 2/3 Hz.

Le schéma de principe d'une station de conversion complète comme celle du Lötschberg est illustré en ➔ 1 ; ses constituants sont décrits ci-après.

terie de condensateurs et une inductance accordée au double de la fréquence d’exploitation du réseau ferroviaire.

Autre défi : le convertisseur statique doit non seulement servir de source de ten-sion et de puissance réactive, mais aussi être capable de gérer, sans interruption, le passage d’un fonctionnement inter-connecté à un fonctionnement îloté, en cas de perturbation sur le réseau. De plus, il doit pouvoir être l’unique source d’alimentation d’un secteur isolé de la

ligne de chemin de fer et se resynchroni-ser ensuite sur le reste du réseau de trac-tion après disparition de la perturbation.

Une longue lignéeLa technologie des convertisseurs de fréquence statiques jouit d’une longue tradition chez ABB. En 1994, la Suisse inaugure les premiers convertisseurs de traction ferroviaire à base de puissants semi-conducteurs, les thyristors bloca-bles par la gâchette « GTO » ; ceux-ci cèdent le pas au thyristor intégré com-muté par la gâchette « IGCT », qui offre de bien meilleures performances en commutation avec des pertes inférieures

Le convertisseur statique doit servir de source de tension et de puissance réactive mais aussi gérer le passage d’un fonctionnement interconnecté à l’îlotage, en cas de pertur-bation sur le réseau.

Note1 Lire « La Suisse sur les rails », p. 31.

2 Conteneur du convertisseur

Composition :– Système de refroidissement– Modules convertisseurs et limiteurs de tension avec

électronique de commande à proximité du convertisseur

– Jeux de barres du bus CC et condensateurs derrière les modules convertisseurs

– Jeux de barres des transformateurs– Distribution d’énergie aux auxiliaires, à l’instrumen-

tation et au système de contrôle-commande (régulation, mesure et protection)

– Alimentation sans interruption de l’instrumentation et du contrôle-commande

– Exploitation locale par interface homme-machine et imprimante au fil de l’eau


connecté aux enroulements tertiaires en série ou au réseau de traction.

Filtre réseau

Côté 16 2/3 Hz, un filtre permet de réduire encore la très faible distorsion harmoni-que due au convertisseur ; ce filtrage peut aussi être nécessaire côté 50 Hz.

Gestion technique centralisée

L’ensemble de l’installation du Lötsch-berg est piloté à distance par un ordina-teur de commande ALR 2 d’ABB, qui col-lecte et traite les données des 4 convertisseurs statiques de 20 MW et des 2 convertisseurs rotatifs, par le biais d’interfaces normalisées. L’ordinateur calcule en permanence l’utilisation opti-male des convertisseurs statiques et rotatifs disponibles, en fonction des besoins de puissance du réseau de trac-tion ou de réglages manuels ; il peut donc connecter ou déconnecter du réseau la réserve de puissance nécessaire, en l’espace de quelques secondes.

Toutes les fonctions de contrôle-com-mande, de régulation et de protection disposent du système numérique PSR 3

Transformateur 16 2/3 Hz

Le transformateur du convertisseur 16 2/3 Hz additionne les 4 tensions par-tielles pour obtenir une tension mono-phasée quasi-sinusoïdale à la fréquence assignée de 16 2/3 Hz. Il se compose de 4 unités monophasées. Les tensions partielles rectangulaires sont produites à

partir d’une source de tension continue (bus CC) au moyen de 4 ponts d’IGCT monophasés utilisant la modulation par largeur d'impulsion ; elles sont envoyées aux 4 enroulements côté électronique du transformateur. L’addition et l’adaptation à la tension du réseau de traction se font dans l’enroulement HT. Un filtre est

direct et ses filtres, ainsi que les mesures de tension.

Le bus CC reliant les convertisseurs 50 Hz et 16 2/3 Hz comprend principale-ment :– une batterie de condensateurs à

couplage direct pour le stockage d’énergie ;

– un filtre 33,4 Hz pour absorber les fluctuations de puissance du réseau ferroviaire ;

– un filtre passe-haut pour absorber les harmoniques de fréquence caractéris-tiques de la traction ferroviaire (rangs 3 et 5, en particulier).

Conteneur du convertisseur

Le convertisseur et sa commande sont livrés dans un conteneur protégé des intempéries et intégralement câblés et testés. Le système de refroidissement occupe un autre conteneur. Les deux conteneurs sont montés sur un même support ➔ 2.

Transformateur 50 Hz

Le transformateur du convertisseur 50 Hz alimente les 2 ponts triphasés à IGCT. Un transformateur triphasé est constitué soit d’un circuit magnétique à 3 colonnes selon une conception à 2 plans, avec culasse intermédiaire, soit de 2 circuits magnétiques à 3 colonnes, renfermés dans une même cuve.

Notes2 De l’allemand Anlageleitrechner (ordinateur de

commande)3 Dénomination des anciennes installations,

remplacée par la plate-forme AC 800PEC pour les installations actuelles.

La plus grande station de conver-sion au monde, d'une puissance de 413 MW, est en construction à Datteln (Rhin-du-Nord-Westphalie, Allemagne).

Livrés dans un conteneur protégé des intempéries, le convertisseur et sa commande sont intégrale-ment testés et câblés.

46 revue ABB 2|10

et l’environnement. Deux unités ou plus de 30 MW peuvent être couplées en parallèle pour obtenir plus de puissance par station.

Station de conversion de Timelkam : 30 MW

Fin 2007, les chemins de fer autri-chiens ÖBB commandent une nouvelle station de conversion ferroviaire, à ins-taller près de la ville de Timelkam, au nord de l’Autriche. La station comporte deux convertisseurs indépendants de 30 MW pour transformer l’alimentation du réseau national à 50 Hz/110 kV en 16 2/3 Hz/110 kV. Le réseau de traction dispose ainsi de 60 MW, sans perte de transport grâce à la proximité de la cen-trale d’énergie. Le premier convertisseur 30 MW entre en service en juillet 2009 ➔ 4.

Station de conversion de Datteln : 413 MW

La plus grande station de conversion fer-roviaire au monde est en construction à Datteln (Rhin-du-Nord-Westphalie, Alle-magne). Commandée en 2007 par E.ON, elle fournira 413 MW et remplacera les générateurs 16 2/3 Hz des centrales Dat-teln 1–3, arrivés en fin de vie économi-que et technique. La station puisera le 50 Hz de la nouvelle centrale toute pro-che de Datteln 4 pour le convertir en 16 2/3 Hz et alimenter le réseau 110 kV de la Deutsche Bahn (DB). Datteln étant ainsi l’un des plus gros « points d’injec-tion » du réseau ferroviaire allemand, sa station de conversion doit afficher une très haute disponibilité. ABB est respon-sable de toute l’ingénierie du projet, de la conception de la chaîne de conversion à la défi nition technique de tous ses compo-sants, en passant par le développement du logiciel de contrôle-commande et

d’ABB, conçu pour être utilisé avec les boucles d’asservissement précises et très rapides des systèmes convertisseur/onduleur. Les postes opérateurs du sys-tème de pilotage MicroSCADA d’ABB, installés dans le centre de conduite, garan tissent l’affichage fiable des mesu-res et calculs, ainsi que la commande des circuits et séquences de surveillance de tous les éléments de l’installation. L’exploitation en mode secours automa-tique instantané de toute la supervision (ARL + postes opérateurs) garantit la très grande disponibilité du système.

L’installation est photographiée en ➔ 3 : à gauche, on aperçoit le transformateur tri-phasé 50 Hz coiffé du circuit de filtrage (sur portique) ; à droite, le transformateur monophasé 16 2/3 Hz et, au milieu, le conteneur du convertisseur.

De 20 à 30 MW et plus . . .La modularité de ces équipements per-met d’augmenter très facilement la puis-sance par paliers de 15 MW ; il suffit de connecter en parallèle les modules convertisseurs supplémentaires. Cette génération d’appareils établit de nouvel-les références en termes de perfor mance, d'encombrement et de rapidité de mon-tage et de mise en service. Les retours positifs des clients prouvent que ces équipements standardisés répondent bien à leurs besoins.

Les clients ne tardèrent pas à rebondir sur le succès de ces convertisseurs 15–20 MW pour demander encore plus de puissance unitaire ; ABB développa alors un autre convertisseur de fréquence standard de 30 MW, doté en option d’une capacité de surcharge selon l’appli cation

3 La station de conversion statique de fréquence du Lötschberg (Wimmis)

L’ordinateur ALR calcule en perma-nence l’utilisation optimale des convertisseurs statiques et rota-tifs disponibles, en fonction des besoins de puis-sance du réseau de traction ou de réglages manuels.

Les deux convertisseurs de 30 MW de la station autrichienne de Timelkam


approche modulaire confère la souplesse nécessaire aux besoins différenciés de puissance. Les prochaines années ver-ront une demande accrue de convertis-seurs de 15 MW pour remplacer les nombreux groupes tournants arrivés en fin de vie. ABB ne ménage pas ses ef-forts pour conforter sa position de leader sur ce marché particulièrement exi-geant.

protection. Ce projet clés en mains inclut l’installation et la mise en œuvre.

La fourniture ABB comprend 4 stations de conversion indépendantes, d’une puissance assignée de 103 MW obtenue à partir de 4 convertisseurs standard de 30 MW. La capacité de surcharge inté-grée permet au client de continuer à re-cevoir la puissance nominale de 413 MW même si l’un des convertisseurs est hors service. Chaque station se compose des éléments suivants ➔ 5 :– 1 transformateur convertisseur, côté

50 Hz ; – 4 conteneurs de convertisseur avec

filtres de circuits intermédiaires ;– 1 conteneur de commande ;– 1 conteneur abritant le système de

refroidissement ;– 4 échangeurs de chaleur eau/air ;– 2 transformateurs convertisseurs

couplés en série, côté 16 2/3 Hz.

Outre les enjeux techniques de cet ambi-tieux projet, la logistique et la qualité de la planification sont primordiales pour pouvoir livrer l’équipement à temps. La durée du contrat, dont l’échéance est prévue en 2011, et la rigidité du planning en font un chantier d'exception, qui peut aussi faire date dans l’exécution d’autres projets : ces 4 stations de 103 MW éta-blissent un nouvel étalon de puissance pour la conversion de fréquence stati-que.

PerspectivesLa part de marché relativement impor-tante d’ABB pour ce type de système prouve que les efforts de développement du Groupe sont en phase avec les exi-gences des clients. Qui plus est, son

Gerhard Linhofer

Philippe Maibach

Niklaus Umbricht

ABB Automation Products

Turgi (Suisse)

[email protected]

[email protected]

[email protected]

Bibliographie[1] Gaupp, O., Linhofer, G., Lochner, G., Zanini, P.,

« Convertisseurs GTO de haute puissance pour le trafic ferroviaire à travers les Alpes », Revue ABB 5/1995, p. 4–10.

[2] Lönard, D., Northe, J., Wensky, D., « Statische Bahnstromrichter – Systemübersicht ausgeführ-ter Anlagen », Elektrische Bahnen 6/1995, p. 179–190.

[3] Mathis, P., « Statischer Umrichter Giubiasco der Schweizerischen Bundesbahnen », Elektrische Bahnen 6/1995, p. 194–200.

[4] Steimer, P., Grüning, H., Werninger, J., Dähler, P., Linhofer, G., Boeck, R., « Couplage série de thyristors GTO pour convertisseurs de haute puissance », Revue ABB 5/1996, p. 14–20.

[5] Steimer, P., Grüning, H. P., Werninger, J., Carroll, E., Klaka, S., Linder, S., « IGCT – Une nouvelle génération de thyristors pour onduleurs de forte puissance », Revue ABB 5/1998, p. 34–42.

[6] Meyer, M., Thoma, M., « Netzkompatibilitäts-studie und -messungen für die Umrichteranlage Wimmis », Elektrische Bahnen 12/2006, p. 567–574.

[7] Jampen, U., Thoma, M., « Statische Frequenz-umrichteranlage Wimmis », Elektrische Bahnen 12/2006, p. 576–583.

4 Station de conversion de 30 MW

Transformateur 16 2/3 Hz

Transformateur 50 Hz

Conteneur de commande/refroidissement

Conteneur de convertisseur 30 MW

Inductance 33 HzÉchangeurs de chaleur

5 Station de conversion de 103 MW

Conteneur de refroidissement

Transformateur 380 kV 50 Hz

Échangeurs de chaleur

Inductances de filtrage 33 Hz

4 conteneurs de convertisseur 30 MW

2 transformateurs 55 kV 16 2/3 Hz

Conteneur de commande

48 revue ABB 2|10

Les disjoncteurs à vide d’extérieur FSK II interrompent le courant, pas le trafic ferroviaire !

KAREN STRONG, BRYCE DENBOER – Les disjoncteurs d’exté-rieur sont un composant essentiel de l’alimentation électrique des trains de grandes lignes par la caténaire ; ils permettent de sectionner cette alimentation et d’isoler certains tronçons de la voie ferrée à des fins d’inspection et de maintenance. Les disjoncteurs à vide d’extérieur FSK I d’ABB jouissent d’une excellente réputation de fiabilité, de performance et de longévité dans le monde

entier, notamment au Royaume-Uni. Aussi le lancement par ABB du nouveau FSK II et ses innovations, dont la combinaison d’un actionneur magnétique et d’une com-mande électronique « zéro maintenance », ont-ils tout naturellement suscité l’intérêt des fournisseurs de Network Rail, propriétaire et gestionnaire du réseau ferroviaire britannique.

Le disjoncteur nouveau est arrivé

49Le disjoncteur nouveau est arrivé

phases de l’électrification de la ligne de banlieue Cross-City Line, à Birmingham.

Darryl Hackett, chef de projet Systèmes électriques chez Carillion, explique le choix des disjoncteurs FSK II : « Après avoir envisagé plusieurs possibilités, le nouveau FSK II d’ABB s’est imposé comme la solution idéale, par sa simpli-cité, son élégance et sa compacité, notamment en termes de distances d’isolement. En plus de réduire l’encom-brement de l’installation, il était facile à monter et nécessitait très peu de mainte-nance. »

Le projet de Carillion s’est déroulé « comme sur des rails », de la première commande en juillet 2007 à la recette usine réalisée à Genève, en novembre 2007. Les 50 premiers disjoncteurs ont été livrés en février 2008. À ce jour, Carillion a reçu bien plus d’une centaine de disjoncteurs FSK II d’ABB.

AccompagnementLa réussite de ces projets ne repose pas uniquement sur les atouts technologi-ques du FSK II. En effet, la qualité du support technique d’ABB, notamment l’attention portée à la bonne installation des disjoncteurs, a aussi été un facteur décisif. Carillion disposait d’étroites fenê-tres temporelles pendant lesquelles ses sites pouvaient être mis hors service. En garantissant la fourniture de disjonc-teurs prêts à monter, ABB a aidé Carillion à réduire d’un tiers la durée d’immobili-sation de ses équipements ! Par exem-ple, le remplacement de gros points

le FSK II et les câbles ou jeux de barres associés. La solution est ainsi particuliè-rement compacte et soignée, minimisant l’impact environnemental et l’encom-brement de l’installation. L’isolation du FSK II, dans l’azote et le vide, est en outre écologique.

Carillion plc, acteur majeur de la construction et de la maintenance au Royaume-Uni, fut l’un des premiers à

adopter le FSK II dans le cadre de deux grands projets d’infrastructure ferroviaire réalisés pour le compte de Network Rail.

Il s’agissait de remplacer les disjoncteurs en fin de vie dans les appareillages d’ex-térieur montés sur poteaux. Le premier projet s’est déroulé dans la banlieue nord-ouest de Leeds tandis que le second concernait les deux premières

L e disjoncteur à vide d’extérieur FSK II d’ABB (photo p. 48), qui reprend la recette éprouvée des disjoncteurs FSK I utilisés dans

le monde entier, a été spécialement pensé pour les applications de coupure de courant dans les réseaux de traction électrique 50 Hz, mono (1 × 25 kV) et biphasés (2 × 25 kV). Il se distingue aussi par une innovation majeure : une com-mande électronique, câblée à un action-neur magnétique situé au pied de la chambre de coupure, remplace la trin-glerie électromécanique traditionnelle entre le coffret de commande (au sol) et la chambre de coupure (en hauteur).

Principal atout de l’actionneur magnéti-que du FSK II et de sa liaison câblée : ils suppriment plusieurs pièces mobiles et permettent à l’installation de gagner en robustesse et en fiabilité, sans aucune maintenance. Il en découle une réduc-tion significative de la durée et des coûts d’intervention. De plus, la souplesse et la simplicité de conception du FSK II facili-tent son intégration dans des installa-tions nouvelles ou existantes. Aucun ré-glage mécanique n’étant nécessaire sur site, l’installation et la mise en service sont rapides et aisées.

ABB a porté une attention particulière à la conception des raccordements entre

1 Les nouveaux disjoncteurs à vide FSK II d’ABB équipent un projet d’électrification de ligne suburbaine à Birmingham.

1a Disjoncteurs FSK II 1b Nouveau coffret de commande électronique au sol

L’actionneur magnétique du FSK II et sa liaison câblée suppriment plusieurs pièces mobiles et rendent l’installation robuste, fiable et « zéro maintenance ».

50 revue ABB 2|10

Nous avons également apprécié d’être en permanence informés des moindres détails de l’avancement du projet (départ usine, entrée au Royaume-Uni, date d’arrivée prévue à notre entrepôt, etc.), sans jamais avoir à courir après l’infor-mation. »

Le FSK II est proposé soit en fourniture séparée, soit complet avec équerres de fixation. Lors d’essais, il a réussi plus de 5 000 manœuvres, soit l’équivalent d’une durée de fonctionnement bien supérieure à 20 ans dans la plupart des applications ferroviaires.

Karen Strong

ABB Limited – Medium Voltage Products

Stone (Royaume-Uni)

[email protected]

Bryce Denboer

ABB Limited – Rail Products

Daresbury (Royaume-Uni)

[email protected]

Pour le montage, ABB a travaillé en étroite collaboration avec les spécialistes de l’installation sur site de Carillion pour mettre au point un adaptateur spécial utilisant les mêmes raccordements et entraxes de fixation ➔ 1. Résultat : un remplacement à l’identique, mais qui inté grait les dernières avancées tech-nologiques. Quant au câblage, ABB fournit un prolongateur de câble de

commande pour le FSK II, tout en réu-tilisant les câbles en place ➔ 2.

PlébisciteDarryl Hackett n’hésiterait pas une seconde à recommander les disjoncteurs FSK II d’ABB pour des projets sembla-bles ➔ 3. Saluant le professionnalis-

me du Groupe, il s’est aussi félicité de la fluidité du dialogue entre Carillion et les équipes d’ABB au Royaume-Uni et en Suisse. Une démarche qui a garanti la continuité du projet, de la recette usine à la livraison finale.

« Nous avons été particulièrement im-pressionnés par la souplesse avec la-quelle ABB a adapté la conception du FSK II aux préférences de Carillion et de Network Rail, notamment pour l’empla-cement et le marquage des appareils.

d’alimentation comportant 6 ou 7 dis-joncteurs ne prit que 4 semaines. Network Rail apprécia cette approche « à grande vitesse » qui contribua à minimi-ser les éventuelles interruptions du trafic ferroviaire.

Solutions sur mesureSi le projet de Leeds était relativement simple, puisque les FSK II remplaçaient

d’anciens disjoncteurs ABB de même conception, celui de Birmingham s’avéra plus complexe pour plusieurs raisons : – Les nouveaux disjoncteurs se

substituaient à des appareils très différents d’un autre constructeur ;

– Le montage devait s’effectuer sur la structure existante en acier ;

– Network Rail souhaitait ne remplacer que les disjoncteurs et conserver autant que possible le câblage d’origine.

2 Un prolongateur de câble ABB relie le coffret de commande à la chambre de coupure.

Les raccordements entre le FSK II et ses câbles ou jeux de barres garantissent la compacité de la solution qui diminue l’impact environne-mental et l’encombrement de l’installation.

3 Agrément

ABB vient d’obtenir la certification de Network Rail pour l’utilisation de son disjoncteur d’extérieur à vide 27,5 kV FSK II dans les systèmes de traction électrique. Cet agrément consacre l’installation réussie d’un grand nombre de FSK II, en conditions d’essai, dans le cadre de plusieurs grands projets britanniques, dont ceux de l’entreprise Carillion ainsi que la rénovation de la ligne principale de la côte ouest britannique (WCML), une des plus importantes artères ferroviaires du pays.

51Bain turc pour transformateurs secs

RAFAEL BUENACASA, JOSÉ ANTONIO CANO, CARLOS GARCÍA

QUIRÓS, BERTA OBIS – Istanbul, seule ville au monde à cheval sur deux continents, est le cœur culturel et fi nancier de la Turquie et certainement l’une des plus grandes métropoles mondiales. Paradoxalement, pour une ville de plus de 13 millions d’habitants aussi dynamique, le réseau de transport n’en est qu’à ses balbutiements. En dépit de son retard, la ville ne ménage pas ses efforts pour développer un réseau urbain lui permettant de rivaliser avec d’autres mégapoles.

Malgré la chaleur et l’humidité, les transformateurs ABB font un excellent travail dans le métro d’Istanbul

Bain turc pour transformateurs secs

52 revue ABB 2|10

Ces appareils sont fabriqués sur com-mande dans des usines spécialisées, comme celle de Saragosse en Espagne.

Même si la gamme de transformateurs à enroulements moulés sous vide pour les projets ferroviaires est vaste, elle couvre principalement deux grandes applica-tions : l’alimentation des sous-stations et la traction. La seconde exige une solu-tion différente, plus stricte, sous la forme de transformateurs hi-T Plus ➔ 1.

Haute résistance thermique La principale différence entre les trans-formateurs hi-T Plus d’ABB et les autres transformateurs à enroulements moulés sous vide est leur température de fonc-tionnement nettement plus élevée, d’où la désignation hi-T. Cette performance est due au choix d’un isolant thermique renforcé, de classe H, supérieur à la classe F des transformateurs classiques. Les matériaux de classe H sont réputés pour leur tenue mécanique et diélectri-

tions de traction) destinés à la ligne Kartal-Kadikoy.

Pourquoi les transformateurs ABB ?Les transformateurs de type sec et à en-roulements moulés sous vide d’ABB sont étanches et donc parfaits pour travailler dans des atmosphères humides ou extrê mement polluées, où l’hygrométrie dépasse 95 % et les températures des-cendent à – 25 °C. De plus, les condi-tions d’installation très exigeantes du site (niveaux de bruit et de vibrations réduits, espaces limités) en faisaient des candidats tout désignés pour le métro stamboulio-te. Ces transforma-teurs sont conçus pour résister aux séismes ; étant don-né la situation géo-graphique d’Istan-bul, à proximité de la faille nord-ana-tolienne, à l’origine de plusieurs trem-blements de terre, les accessoires anti-vibrations des transformateurs ABB ont pesé lourd dans la décision finale.

Avec plus de 100 000 unités en fonction-nement dans le monde, dont plus de 1 600 de type sec (d’une puissance maximale de 16 000 kVA) dédiées aux réseaux ferrés, ABB est de loin le pre-mier fournisseur de ce type de transfor-mateurs.

C omme bon nombre de villes de sa taille, Istanbul souffre de graves problèmes d’em-bouteillages depuis des an-

nées. Ce n’est qu’en 1992 qu’a débuté la construction de son premier réseau de métro souterrain pour désengorger l’agglo-mération. Si la première ligne, entrée en service au second semestre 2000, constitue un progrès indéniable dans la réduction de la circulation, beaucoup de chemin reste à parcourir.

Le chantier, débuté en 1992, n’a pas cessé d’évoluer. Par exemple, la ligne Kirazli-Olimpiyat est la troisième côté européen, tandis que la ligne Kartal-Kadikoy fut la première sur l’autre rive du Bosphore. ABB participe à ces deux projets en tant que fournisseur privilé-gié de transformateurs à enroulements moulés sous vide. Le Groupe a livré au total 133 transformateurs de ce type : 47 transformateurs à enroulements mou-lés sous vide, d’une puissance de 2 000 à 3 300 kVA, pour la ligne Kirazli-Olim-piyat et 86 transformateurs de type sec (60 transformateurs à enroulements moulés sous vide de 250 à 5 000 kVA, classe 36 kV pour applications de dis tribution, et 26 transformateurs re-dresseurs dodécaphasés « hi-T Plus » à enroulements moulés sous vide de 3 300 kVA, classe 36 kV pour applica-

1 Transformateur hi-T Plus à enroulements moulés sous vide d’ABB

Les transformateurs de type sec et à enroulements moulés sous vide d’ABB sont étanches et donc parfaits pour travailler dans des atmosphères humides ou extrêmement polluées.

53Bain turc pour transformateurs secs

vie de l’isolant. Il s’agit sans conteste du meilleur choix pour les réseaux pré-sentant une forte distorsion harmonique, des pics de charge, de brusques sur-charges et une hausse imprévue de la température ambiante. Cependant, l’échauffement nominal théorique est limité à 100 K pour une température ambiante maximale de 40 °C. De plus, le hi-T Plus affiche de remarquables capa-cités de surcharge : une surcharge conti-nue, même à pleine puissance nominale, n’amputera pas sa durée de vie ➔ 3 et ➔ 4. Ces transformateurs sont conçus pour des cycles de surcharge à une tem-pérature ne dépassant jamais celle auto-risée par leur classe d’isolant, excluant ainsi tout risque de dégradation pendant ces cycles.

Ces avantages techniques, combinés au fait que le transformateur fonctionne dans les limites d’échauffement de la classe B (échauffement maxi moyen admis des enroulements : 80 K), permet-tent de réduire la taille d’un transforma-teur hi-T Plus par rapport à un transfor-mateur de classe F de même puissance nominale avec, à la clé, une diminution des coûts pour le concepteur et l’utilisa-teur final.

que, ainsi que leur excellente résistance à la chaleur. Le transformateur hi-T Plus peut ainsi supporter un échauffement

moyen de 125 K, sans conséquence sur le vieillissement thermique de l’iso-lant ➔ 2. En fait, la classe H a l’avantage supplémentaire de prolonger la durée de

La puissance nominale des transforma-teurs pour applications ferroviaires est donnée pour chaque cycle normalisé EN 50329 ou CEI 60146, en tenant aussi compte des harmoniques. En l’absence d’information, les valeurs normatives servent de référence, éliminant ainsi les incertitudes qui étaient auparavant levées en surdimensionnant le transformateur ou en limitant son échauffement.

Rafael Buenacasa

Berta Obis

Carlos García Quirós

José Antonio Cano

ABB Power Products

Saragosse (Espagne)

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

Sous-station de traction ferroviaire (cf. p. 72 pour une vue détaillée)

Comparés aux autres transforma-teurs à enroule-ments moulés sous vide, les transfor-mateurs hi-T Plus d’ABB résistent à une température de fonctionnement beaucoup plus élevée, grâce à un isolant thermique de classe H.

2 Durée de vie estimée de l’isolant en % (classe F à 100 K = 100 %)

1 200

1 000

800

600

400

200

0

Dur

ée d

e vi

e (%

)

Classe F à 100 K

Classe F à 80 K

Transformateur hi-T Plus

3 Capacités de surcharge du transformateur hi-T Plus

1,20

1,15

1,10

1,05

1,00

0,95

0,90

Transformateur de classe F

Transformateur hi-T Plus

Fact

eur

de

char

ge

4 Capacités de surcharge du transformateur hi-T Plus sans diminution de la durée de vie

400

350

300

250

200

150

100

50

0

Tem

ps

(min

)

Facteur de charge unitaire

1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5

Classe F, charge précédente à 0,7

Classe F, charge précédente à 0,9

hi-T Plus, charge précédente à 0,7

hi-T Plus, charge précédente à 0,9

54 revue ABB 2|10

55Les transformateurs entrent en gare

CÉCILE FÉLON, HARRY ZÜGER – Le train quitte à vive allure le calme de la petite gare de banlieue et fi le vers l’agitation du centre-ville ; il ouvre ses portes pour laisser descendre plusieurs centaines de voyageurs. Très vite, les portes se referment et le train repart en captant l’énergie de la caténaire pour accélérer en un rien de temps à 60 km/h avant de décélérer à nouveau quelques kilomètres plus loin et s’arrêter à la gare suivante pour débarquer d’autres passagers. Du matin au soir, jour après jour, année après année, le rituel se répète. Dans les métropoles du monde entier, les transformateurs de traction ABB contribuent à la fi abilité, au confort et à la ponctualité des trains pour tous ceux qui font le trajet quotidien domicile-travail.

Pour les transformateurs de traction ABB, le train-train quotidien n’est pas une sinécure

Les trans-formateurs entrent en gare

C ontrairement aux liaisons ferro-viaires régionales interurbai-nes, les trains de banlieue assurent généralement les

migrations journalières entre les centres-villes et leur périphérie qui peut s’étaler jusqu’à 60 km. Ces réseaux ferrés sub-urbains, qui transportent des millions de passagers, sollicitent énormément le matériel.

Tout au long de la journée, ces trains s’arrêtent, accélèrent et décélèrent, met-tant à rude épreuve leurs composants. Or, malgré ces contraintes d’exploitation sévères, ils doivent être fiables et sûrs par tous les temps.

ABB compte parmi les principaux four-nisseurs de transformateurs de traction ; ses appareils compacts, légers et fiables répondent aux exigences spécifiques des constructeurs et exploitants de trains de banlieue. Le Groupe affiche un pal-marès inégalé, avec plusieurs milliers de transformateurs de traction en service dans le monde. Plus que jamais, ABB détient aujourd’hui une expérience tech-nique qui lui permet de relever tous les défis posés par les constructeurs de trains suburbains.

Transformer la qualité de vie urbaine2008 marque un tournant dans l’urbani-sation mondiale, plus de la moitié de la population vivant désormais en zones

56 revue ABB 2|10

ABB, un train de banlieue . . . d’avanceABB vend des transformateurs de trac-tion aux constructeurs de trains de ban-lieue du monde entier. Une démarche efficace d’innovation et une aptitude à satisfaire le marché mondial ont permis à ABB de devenir un fournisseur de pre-mier plan de transformateurs de traction à la pointe de la technologie.

Ces cinq dernières années, la progres-sion spectaculaire des réseaux ferroviai-res de banlieue a contribué à renforcer la réputation d’ABB. Ses transformateurs « vont bon train » dans des dizaines de villes d’Europe, d’Inde et même de nou-veaux marchés comme l’Amérique du Nord et l’Afrique.

New Jersey

Aux États-Unis, le réseau ferré de l’opé-rateur New Jersey Transit (NJ Transit) as-sure les trajets quotidiens des habitants de cet État qui travaillent à New York, Newark, Trenton et Philadelphie. Trans-portant environ 252 000 voyageurs par jour, il s’agit du 4ème réseau suburbain le plus fréquenté d’Amérique du Nord. À la différence de nombreux réseaux de banlieue d’Europe, NJ Transit utilise des locomotives électriques plutôt que des rames automotrices. Ses locomotives Bombardier ALP 46 (American Locomo-tive Passenger) doivent pouvoir produire instantanément leur pleine puissance, pratique courante sur les réseaux ferrés nord-américains. Une accélération ins-tantanée produit un violent choc thermi-que du fait de l’échauffement rapide des équipements, situation encore exacer-bée en périodes de froid. Bombardier a

quotidiens réduirait les émissions de CO2 de 50 g/km [1].

Pour favoriser l’essor du rail, les trans-ports en commun se doivent d’être abor-dables, fiables et confortables. Souvent,

les opérateurs ferroviaires travaillent en étroite collaboration avec les construc-teurs de matériel roulant.

L’huile ester affi che d’excellentes perfor-mances aux hautes températures fré-quemment atteintes par les véhicules lors des périodes de forte accélération. C’est le type même d’innovation qui per-met de conserver le niveau de rende-ment des transfor-mateurs tout en pro-posant au client un produit facilement biodégradable.

urbaines. Selon les prévisions, nous se-rons 60 % à habiter en ville d’ici à 2030 et la tendance devrait se poursuivre. En 2015, on estime que la planète comptera 560 agglomérations de plus de 1 million d’habitants ➔ 1.

Cette urbanisation galopante pèse lour-dement sur les infrastructures de trans-port existantes avec la saturation des réseaux routiers dans de nombreuses agglomérations. Pour preuve, l’allonge-ment des temps de trajet domicile-travail dans le monde entier ; en Allemagne, par exemple, il est en moyenne de 65 minu-tes par jour alors qu’en Chine il s’élève à 83 minutes. Les embouteillages nui-sent non seulement à la qualité de vie des populations concernées, mais sont également responsables de la forte pol-lution locale de l’air. Pour résoudre un problème qui ne cesse de s’aggraver, les métropoles accroissent les capacités et étendent leurs réseaux de transport public.

Leader des technologies de traction ferro-viaire, ABB aide les municipalités à com-battre l’engorgement routier et la pollu-tion avec des équipements clés pour les rames automotrices électriques utilisées par de nombreux opérateurs de réseaux de trains de banlieue à travers le monde. Ces véhicules affichent des rendements énergétiques très supérieurs à ceux des bus et des trains diesel, et trans-portent un grand nombre de passagers dans un espace relativement réduit. Selon certaines estimations, chaque per-sonne qui abandonnerait sa voiture au profit du train pour ses déplacements

1 Aujourd’hui, la population mondiale est majoritairement urbaine.

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

Dém

ogra

phi

e (m

illia

rds)

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Population mondiale totale

Population mondiale rurale

Population mondiale urbaine


Réseau régional français

Autre composante du plan de renouvel-lement du réseau ferré national français : l’achat au constructeur Alstom de trains régionaux Coradia Polyvalent, rebaptisés Régiolis par la SNCF. Pour Alstom, la priorité lors de la conception de ce train modulaire à un seul niveau était de ré-duire autant que possible la masse. ABB décrocha le contrat de fourniture des transformateurs de traction de ces trains et travailla étroitement avec le client pour créer un ensemble regroupant le trans-formateur, les inductances de filtrage du courant continu et une inductance de convertisseur auxiliaire ne pesant au total que 2 650 kg ➔ 3.

Suisse

La Confédération helvétique compte quelques-uns des réseaux de transport public les plus intégrés et efficaces au monde. Même si le nombre annuel de voyageurs ne s’élève qu’à 360 millions, le degré d’utilisation du réseau ferré rap-porté au nombre d’habitants est énorme ; en effet, chaque résident effectue en moyenne 49 trajets en train par an, ce qui fait de la Suisse le plus gros utilisa-teur de services ferroviaires de toute l'Europe.

Ces six dernières années, ABB a livré au marché ferroviaire suisse de nombreux transformateurs de traction. En 2003, le Groupe recevait ainsi une commande du constructeur Stadler Rail pour équiper ses trains FLIRT (Fast Light Innovative Regional Train) destinés à l’origine au marché suisse ➔ 4. Suite à ce projet très réussi, le constructeur ferroviaire passa,

choisi d’équiper ces locomotives de transformateurs ABB pour leur fiabilité dans ces conditions difficiles ➔ 2.

Paris et l’Île de France

ABB a également fourni à Bombardier des transformateurs de traction pour ses rames automotrices SPACIUM comman-dées par la SNCF. Destinées à son ré-seau francilien, ces nouvelles automotri-ces ont été élaborées à partir de la gamme de trains AGC (Autorail de Grande Capacité) de Bombardier et leur achat s’inscrit dans le plan de renouvellement du réseau ferré national. ABB avait déjà vendu des transformateurs de traction pour la plate-forme AGC standard et sa variante hybride XBiBi. Mettant à profit le retour d’expérience, le plus gros défi auquel les ingénieurs ABB étaient confrontés pour ce projet SPACIUM était la minimisation du bruit émis par les transformateurs. ABB a ainsi fourni des transformateurs de toiture silen cieux dont les systèmes de refroidissement sont très peu bruyants. Les services franciliens effectuent chaque année près d’un milliard de trajets, soit 80 % du tra-fic voyageurs national. Ces chiffres tra-duisent l’importance des réseaux ferrés de banlieue et leur potentiel dans l’amé-lioration de l’effi cacité et de la fi abilité des transports en commun. Dans le cas de Paris, le développement du Réseau ex-press régional (RER) a réussi à fédérer l’infrastructure ferroviaire existante avec le réseau de métro urbain, créant ainsi un système de transport efficace qui intè gre totalement le centre-ville et la grande couronne.

2 Transformateur de traction ABB de la locomotive ALP 46 de Bombardier

3 Transformateur de traction de dernière génération de la plate-forme Porteur Polyvalent d’Alstom

2008 marque un tournant dans l’urbanisation mondiale, plus de la moitié de la population vivant désormais en zones urbaines. Selon les prévi-sions, nous serons 60 % à habiter en ville d’ici à 2030 et la tendance devrait se poursuivre.

58 revue ABB 2|10

lors des périodes de forte accélération. C’est le type même d’innovation qui per-met de conserver le niveau de rendement des transformateurs tout en proposant au client un produit facilement biodégra-dable, avec un écobilan plus satisfaisant sur sa durée d’exploitation et un traite-ment en fin de vie moins coûteux. Parmi les autres avantages, citons le point de feu élevé de l’huile, conforme aux exi-gences de sécurité du Royaume-Uni pour la circulation dans les tunnels. Scot-rail utilisera ces nouveaux trains pour desservir l’agglomération de Glasgow.

Algérie

En 2006, la Société nationale des Che-mins de fer algériens commandait 64 nouveaux trains FLIRT à Stadler Rail (équipés de transformateurs de traction ABB) pour les dessertes de banlieue de la capitale Alger. Ces trains sont appré-ciés pour leur forte capacité d’accueil (jusqu’à 10 voyageurs par m2) et leur tenue aux températures caniculaires (jusqu’à 55 °C).

Ce projet est l’illustration probante des atouts de la standardisation. En effet, le système de refroidissement du transfor-mateur du train FLIRT a été conçu pour une alimentation en 15 kV, alors même que le FLIRT algérien est alimenté en 25 kV. Il dispose ainsi d’une plus grande réserve de refroidissement et permet d’utiliser le train soit à des températures ambiantes plus élevées, soit à des puis-sances supérieures.

Inde

En 2004, ABB signait avec Siemens Mo-bility un contrat de fourniture de transfor-mateurs pour 172 automotrices desti-nées au réseau de banlieue de Mumbai. Ce projet posait des défis spécifiques aux ingénieurs d’ABB car les transforma-

teurs de traction devaient résister aux chaleurs tropi-cales de l’Inde. Ils furent donc conçus pour fournir un rendement éner-gétique accru aux températures éle-vées. Le réseau de transport public de Mumbai compte parmi les plus utili-sés au monde : ses trains de banlieue

acheminent quotidiennement plus de 6,1 millions de voyageurs.

Écosse

Un autre projet avec Siemens Mobility prévoyait la fourniture par ABB de trans-formateurs de traction pour des trains destinés à l’opérateur écossais Scotrail. Le cahier des charges du constructeur allemand spécifiait des transformateurs monosystèmes à haut rendement et res-pectueux de l’environnement pour sa nouvelle génération de trains de banlieue Desiro ➔ 5. Pour y répondre, ABB fabri-qua des transformateurs refroidis à l’huile ester, plutôt qu’à l’huile minérale tradi-tionnelle. L’huile ester affi che d’excellentes performances aux hautes températures fréquemment atteintes par ces véhicules

au cours des années suivantes, plusieurs commandes à ABB pour d’autres trains basés sur la plate-forme FLIRT et desti-nés à de nombreux autres pays, notam-ment l’Allemagne, la Hongrie, l’Algérie, la Finlande et la Norvège. À ce jour, près de 800 transformateurs de traction ont été

livrés à Stadler Rail et, en 2009, le nom-bre total de transformateurs commandés pour la plate-forme FLIRT dépassait les 1 000 unités.

Ce long et fructueux partenariat a incité Stadler Rail à faire de nouveau appel à ABB pour les systèmes de traction de sa nouvelle génération de rames à deux niveaux DOSTO, destinées au réseau S-Bahn de Zurich. Dans le sillage de ce projet, d’autres commandes arrivent pour ce type d’automotrice à deux niveaux en Suisse, en Autriche et en Allemagne. Ce train DOSTO a toutes les chances de rencontrer le même succès que le FLIRT.

5 Transformateur de traction ABB du train Desiro de Siemens

Ces six dernières années, ABB a livré de nombreux transformateurs de traction pour des trains FLIRT desti-nés à la Suisse, l’Allemagne, la Hongrie, la Finlande et d’autres pays.

4 ABB a reçu des commandes pour plus de 1 000 transformateurs de traction pour les trains FLIRT de Stadler Rail.


Cécile Félon

Harry Züger

ABB Power Products

Genève (Suisse)

[email protected]

[email protected]

Bibliographie[1] Michaelis, L., Living Witness Project,

Your contribution to climate change, http://www.livingwitness.org.uk/home_files/Calculating%20GHG%20.emissions.pdf, 2009, consulté en avril 2010.

matation au contexte africain. Ces adap-tations permirent à ABB de proposer des solutions de traction de haute volée à un rapport prix/qualité imbattable ; la plus spectaculaire est une augmentation phé-noménale de la puissance (près de 40 %) pour doper l’accélération du train.

ABB, leader incontestéABB collabore étroitement avec les grands noms de l’industrie ferroviaire et ses transformateurs de traction équipent une multitude de trains de banlieue. Ils cumulent un nombre important d’heures de fonctionnement à travers le monde et contribuent au confort de millions de voyageurs citadins.

Afrique du Sud

En Afrique du Sud, les transformateurs de traction ABB alimentent le Gautrain, une desserte rapide qui relie sur 80 km Johannesburg et Pretoria à l’aéroport inter national de Tambo. La province du Gauteng est le poumon économique du

pays : elle contribue pour un tiers à son PIB et compte près de 10 millions d’ha-bitants, soit un cinquième de la popula-tion nationale. ABB joue un rôle de pre-mier plan dans ce projet en fournissant les solutions de traction pour les 24 ra-mes électriques qui circulent à la vitesse maximale de 160 km/h ➔ 6.

Le Gautrain est une variante de l’Elec-trostar de Bombardier qui embarque des transformateurs de traction ABB. Ré-compensé par un prix, ce train est large-ment utilisé au Royaume-Uni.

ABB modifia le transformateur stan dar-disé conçu pour l’Electrostar afin de satis faire aux exigences spécifiques du Gautrain en termes d’accélération rapide, de faibles émissions sonores et d’accli-

Régime minceur pour transformateurs de traction

S’appuyant sur un retour d’expérience de plu-sieurs décennies dans le domaine des trans for-mateurs de traction, ABB n’a pas ménagé ses efforts pour alléger ses transformateurs tout en continuant d’offrir les meilleures performances possibles.

La « locomotive » de ces efforts d’allégement a été et restera le marché des trains de banlieue et des trains à grande vitesse, où chaque kilogramme pèse directement sur les coûts d’exploitation et la vitesse.

La masse est un facteur prioritaire pris en considération dès le tout début du procédé de conception des transformateurs ABB. Une fois qu’elle est déterminée, le transformateur est conçu en ayant recours aux meilleures technologies actuelles. L’équipe d’ingénieurs ABB travaille étroitement avec ses partenaires

sectoriels en recherche-développement pour utiliser les meilleurs isolants et minimiser la masse sans compromettre la rigidité diélectri-que.

La conception d’un transformateur doit supporter les cycles de charge spécifiés par le client en utilisant une quantité minimale de cuivre pour éviter tout risque d’échauffement. Des conducteurs transposés sont utilisés pour minimiser les pertes harmoniques alors qu’une réduction de masse supplémentaire peut, dans certains cas, être obtenue en intégrant les inductances du convertisseur dans l’enveloppe du transformateur, tirant avantage du refroidis-sement hydraulique. Enfin, la distance minimale entre l’enroulement du transformateur et sa cuve est calculée par logiciel. On réalise ainsi un transformateur aussi compact que possible sans dépasser les niveaux externes de flux magnéti-que spécifiés par le client.

La cuve d’un transformateur, en acier ou en aluminium, est optimisée par la méthode des éléments finis afin de garantir sa robustesse mécanique tout en minimisant sa masse. Dans la plupart des transformateurs de ce type, un ou plusieurs circuits de refroidissement sont intégrés à la cuve pour simplifier les circuits hydrauliques et réaliser des appareils indépen-dants et à refroidissement autonome. Ces circuits sont à la fois compacts et efficaces avec des motoventilateurs peu bruyants (< 93 dB).

6 Train Gautrain de Bombardier équipé de transformateurs de traction ABB

Les rames auto-motrices SPACIUM ont été élaborées à partir de la gamme de trains AGC (Autorail de Grande Capacité). ABB a fourni des transfor-mateurs de traction à la fois pour l’AGC et la SPACIUM.

L’usine ABB Sécheron de Genève, Centre d’excellence mondial du Groupe pour les transformateurs de traction

60 revue ABB 2|10

HARALD HEPP – Les moteurs électriques des véhicules ferroviaires modernes sont commandés et alimentés par des convertisseurs de traction à IGBT. ABB, l’un des principaux fabricants de semi-conducteurs de puissance, propose un très large éventail de systèmes et d'applica-tions à électronique de puissance. En particulier, ses variateurs couvrent tous les usages et gammes de puissance des moteurs industriels. Ces dix dernières années, ABB a tiré parti d’un savoir-faire unique et

multiple pour élaborer des convertisseurs de traction innovants et performants destinés au marché ferroviaire, avec d’excellents niveaux de rendement énergétique, de fiabilité, de compacité et de simplicité de maintenance. Sur le marché mondial, ABB est l’un des très rares fournisseurs indépendants de convertisseurs de fréquen-ce, voire de chaînes de traction complètes. Sans être un constructeur ferroviaire, le Groupe fournit les principaux sous-systèmes d’entraînement électrique.

Compacts, fiables, efficaces et puissants : les convertisseurs de traction ABB se plient aux exigences de tous les types d’engin ferroviaire

Accord parfait

61Accord parfait

entraînement électrique ; en effet, ils sont la clé de la précision, de la fiabilité et de la sécurité de la commande, dans tous les cas possibles et imaginables de dys-fonctionnement de la chaîne de traction complète.

Un des atouts majeurs des convertis-seurs de traction ABB est leur plate-forme de contrôle-commande modulaire AC 800PEC [1], probablement la plus puissante du marché pour les applica-

tions rapides ➔ 2. Ce contrôleur multi-applicatif est également utilisé par ABB dans ses convertisseurs pour éoliennes, ses variateurs de forte puissance, ses automatismes industriels, ses redres-seurs haute puissance, etc. Le logiciel de l’AC 800PEC offre trois niveaux de

etc. Ces valeurs sont combinées aux signaux de commande transmis par le conducteur ou le véhicule ferroviaire, qui spécifient le mode de démarrage, d’ac-célération ou de freinage du train. Des algorithmes traitent ces signaux en quel-ques millisecondes au vu des caractéris-tiques des moteurs, aux différents régi-mes de marche (courbe fréquence/charge). En réalité, la commande de l’en-traînement électrique d’un engin ferro-viaire est bien plus complexe car elle doit tenir compte du patinage des roues qui évolue selon les conditions cli-matiques, la décli-vité ainsi que le degré d’usure de la voie ferrée et des roues. Autre défi de taille : coor-donner les diffé-rents essieux mo-teurs du véhicule. À titre d’exemple, citons l’effort de traction exceptionnel développé par les convertisseurs ABB ➔ 1 lors des essais sur voie d’une nouvelle locomotive CoCo multisystème de l’inté grateur espagnol Construcciones y Auxiliar de Ferrocarri-les (CAF). Les algorithmes de protection comptent parmi les fonctions vitales d’un

S i les moteurs de traction élec-trique des trams, motrices ou locomotives s’apparentent aux muscles du corps humain, les

convertisseurs de traction jouent à la fois le rôle de cœur et de cervelet : le cœur, parce qu’ils assurent le flux énergétique (à l’image du flux sanguin) et le cervelet, parce qu’ils veillent à la coordination sans heurts et ponctuelle des mouvements au moyen d’algorithmes de commande très poussés. Pour revenir au domaine ferro-viaire, un convertisseur de traction gère la multitude de formes d’onde de tension requises par les moteurs de traction pour réguler très précisément leur vitesse et leur couple ainsi que la puissance trans-mise aux roues ou récupérée lors du frei-nage du véhicule. Le convertisseur ABB à haut rendement BORDLINE CC1500_AC (photo p. 60) est un appareil de dernière génération qui équipe les rames automo-trices à deux niveaux du constructeur suisse Stadler Rail. Le convertisseur de traction est le maillon « intelligent » d’une chaîne qui va de l’alimentation électrique fournie par la caténaire, du transforma-teur ou de la génératrice diesel aux mo-teurs de traction.

Des défis côté moteur . . .Côté moteur, le convertisseur de traction reçoit un certain nombre de signaux : courant de phase, vitesse, température,

1 Convertisseur compact BORDLINE de 2,3 MW d’ABB utilisé pour entraîner des locomotives CoCo triple essieux bisystèmes.

Si les moteurs de traction électrique des trams, motrices ou locomotives s’apparentent aux muscles du corps humain, les convertisseurs de traction jouent à la fois le rôle de cœur et de cervelet.

62 revue ABB 2|10

les temps de mise en service des trains. L’ingénieur chargé de cette tâche ajuste en temps réel les paramètres et les algo-rithmes pour garantir des mouvements sans à-coups et puissants sur toutes les plages de vitesse et de charge. Souvent, les intégrateurs et opérateurs ferroviai-res sont surpris de la rapidité de mise en exploitation des nouveaux véhicules équipés de convertisseurs et de contrô-leurs ABB lorsqu’ils sont alimentés et démarrés pour la première fois.

. . . et côté alimentationLe train se déplaçant souvent à grande vitesse, le contact avec la caténaire n’est pas parfaitement stable. Par conséquent, le convertisseur doit compenser les fluc-tuations de la tension d’alimentation. Dans les réseaux électriques faibles que l’on retrouve, par exemple, dans certai-nes régions de l’Inde, l’adaptation aux tensions fluctuantes pose un défi encore plus grand.

La commande du convertisseur de trac-tion doit non seulement optimiser les for-mes d’onde de tension fournies aux mo-teurs, mais également veiller à ce que la chaîne de traction ne soit pas source de perturbations, d’oscillations ou de pollu-tion harmonique côté alimentation. Dans les véhicules diesel-électrique, la com-mande du convertisseur doit minimiser les distorsions de la forme d’onde du gé-nérateur afin de réduire l’usure et d’opti-miser le rendement énergétique. Pour les trains électriques, cette commande côté alimentation joue un rôle encore plus im-portant sur le plan de la sécurité en évi-tant les interférences avec les systèmes de signalisation. Dans certains réseaux

performance différents pour un très large éventail de fonctionnalités de contrôle-commande et de communication avec des temps de cycle allant de la micro-seconde, voire moins, à la milliseconde. Le contrôleur est complété de plusieurs modules d’entrées/sorties de même que d’outils de développement et de mainte-nance ➔ 3.

Plusieurs équipes d’ingénieurs ABB, tra-vaillant exclusivement sur les conver-tisseurs de traction, développent des configurations matérielles et des modu-les logiciels pour ces équipements, et les adaptent aux projets et véhicules des

clients. Comparé à la plupart des logi-ciels d’application des autres contrô-leurs de traction du commerce, celui de l’AC 800PEC écourte considérablement

2 Plate-forme de contrôle-commande AC 800PEC d’ABB utilisée dans les convertisseurs de traction ABB.

3 Baie de commande du BORDLINE CC1500_AC équipée du contrôleur AC 800PEC, de conception sobre et soignée.

Les convertisseurs de traction ABB intègrent la plate-forme de contrôle-commande modu-laire AC 800PEC, probablement la plus puissante du marché pour les applications rapides.

63Accord parfait

4 ABB a adapté le logiciel de commande du train suisse FLIRT de Stadler Rail pour une campagne d’essais en Norvège.

toiture ➔ 6. Qui plus est, la conception du convertisseur de traction peut égale-ment réduire considérablement la taille et la masse du transformateur.

Quel est le secret de la compacité et de la puissance massique des convertis-seurs de traction ABB ? Un refroidisse-ment liquide interne, une conception modulaire ingénieuse et des enveloppes en aluminium ou acier inoxydable soi-gneusement élaborées. Les exigences draconiennes de robustesse nécessitent des compétences multidisciplinaires : choix et traitement des matériaux, pro-cédés de soudage et de rivetage, analyse par la méthode des éléments finis, tech-nologie de refroidissement, etc. ABB y a recours pour réduire la masse des équi-pements de traction ferroviaire.

Ainsi, par exemple, le refroidissement liquide interne des convertisseurs de traction est une technologie qu’ABB a soigneusement développée et optimisée au cours des dix dernières années. Elle procure de nombreux avantages, notam-ment une répartition très uniforme de la température dans toutes les parties du convertisseur, qui allonge la durée de vie des semi-conducteurs de puissance. Les modules de puissance sont tellement compacts et légers qu’une seule per-sonne suffit pour les manipuler. Le conver tisseur ne nécessite aucune sour-ce de refroidissement externe (ventilation ou autre) ; l’électronique de commande et les modules de puissance peuvent être rendus totalement étanches à la poussière, à l’encrassement et à l’humi-dité.

évoqués plus haut, des convertisseurs de traction performants peuvent même avoir une action stabilisatrice sur le ni-veau et la forme d’onde de la tension d’alimentation.

Pour illustrer notre propos, citons les règles retenues pour le réseau ferré nor-végien 15 kV/16 2/3 Hz. Le gestionnaire norvégien des infrastructures, Jernbane-verket, exige un mode d’amortissement spécifique des oscillations basse fré-quence qui surviennent dans les trains circulant sur des tronçons longues dis-tances du réseau et la régulation des petites centrales hydrauliques qui ali-mentent ces lignes. Grâce à leur puissant langage de programmation, les conver-tisseurs de traction ABB ont plus que satisfait à cette double exigence en adaptant tout simplement un logiciel mis en œuvre dans des convertisseurs desti-nés à des trains en Suisse. Une campa-gne d’essais en Norvège sur un train régional suisse FLIRT de Stadler Rail a convaincu les chemins de fer nationaux norvégiens NSB. Aujourd’hui, ces der-niers ont commandé à ABB 300 conver-tisseurs compacts BORDLINE CC750 et 150 transformateurs de traction ➔ 4.

Un convertisseur universelDans la plupart des projets de matériel roulant, la conception du véhicule impose d’épineuses contraintes d’encombrement aux convertisseurs, transformateurs et moteurs de traction. L’extrême compa-cité et la légèreté des équipements ABB confèrent plus de liberté aux concep-teurs des véhicules. En principe, les convertisseurs et transformateurs de traction peuvent être montés en armoire (photo p. 60), sous la caisse ➔ 5 ou en

Comparé à la plu-part des logiciels d’application des autres contrôleurs de traction du commerce, celui de l’AC 800PEC écourte considé-rablement les temps de mise en service des trains.

64 revue ABB 2|10

Disjonc-teur

Transfor-mateur

BORDLINE® CC750 MS

Convertisseurréseau 4Q

Convertisseurde traction

Limiteurde tension

Auxiliaire 2(option)

Chargeurde batterie

Auxiliaire 1

MAS

MASContacteurs Bus CC

CA CC

Voie ferrée

Projets de rénovationDans les projets de rénovation, l’intégra-tion des convertisseurs de traction dans des véhicules existants est une tâche encore plus ardue car toutes les inter-faces – système de contrôle-comman de du train, alimentation électrique, mo-teurs, circuit de refroidissement, espace disponible, fixations et raccordements – sont prédéfinies. Pour autant, ces pro-jets complexes peuvent se révéler très rentables à condition que le fournisseur soit apte à proposer une puissante plate-forme modulaire, une assistance techni-que et une réelle maîtrise de la gestion de projet. À titre d’exemple, citons le programme de rénovation des trains à grande vitesse allemands ICE1 avec des convertisseurs ABB (cf. p. 76).

Trains multisystèmes pour trajets transfrontaliersDe nos jours, un nombre croissant de véhicules ferroviaires doit pouvoir fonc-tionner sous plusieurs systèmes d’élec-trification : trajets transfrontaliers sur lignes électrifiées en alternatif ou en continu, circulation combinée sur ré-seaux de transport urbain et grandes lignes. Gérer différentes tensions d’ali-mentation pose un défi technique particulier aux chaînes de traction. ABB a imaginé plusieurs solutions ingénieu-ses et polyvalentes pour ces trains multi-systèmes.

ABB fabrique des variateurs et convertisseurs électroniques basse et moyenne tension pour tous les types d’appli-cation.

Premier exemple, l’opérateur Treni Re-gionali Ticino Lombardia (TILO), filiale des Chemins de Fer Fédéraux suisses (CFF) qui exploite des dessertes régiona-les entre la Suisse (15 kV alternatif, 16 2/3 Hz) et l’Italie (3 kV continu). Entre 2005 et 2009, TILO a commandé 31 trains FLIRT (3 MW) à Stadler Rail. Ces engins, capables de passer d’un réseau à l’autre sans s’arrêter, embarquent des convertisseurs compacts et un transfor-mateur conçu par ABB Sécheron. Les dimensions et la plupart des modules correspondent à la version exclusive-ment alternative que les CFF ont achetée pour plus de 80 trains suisses depuis 2002. CFF et TILO récoltent ainsi les fruits d’une gestion optimale de la main-tenance et des pièces détachées tout en réduisant le coût total de leur matériel roulant. Ce choix de la solution de trac-tion multisystème ABB met en évidence la satisfaction des CFF. Elle fut égale-ment commandée par l’opérateur italien Südtiroler Transportstrukturen en 2007 pour 8 trains circulant entre l’Italie et l’Autriche (15 kV alternatif).

Pour des raisons historiques, la ligne de montagne de l’opérateur suisse Rhäti-sche Bahn (RhB) fonctionne sous différen-tes tensions. Alors qu’une grande partie du trajet est alimentée en 11 kV/16 2/3 Hz, le tronçon qui traverse le Col de la Ber-nina (inscrit au patrimoine mondial de

5 Convertisseur sous caisse

5a Puissant convertisseur ABB multisystème à monter sous la caisse des véhicules circulant sur voies étroites.

5b Schéma unifilaire du convertisseur

65Accord parfait

6 Convertisseurs compacts BORDLINE® à monter en toiture des tramways et trains régionaux circulant sur lignes à voie étroite.

6a Convertisseur compact BORDLINE® pour tramways 6b Convertisseur compact monté en toiture des rames automotrices circulant sur lignes à voie étroite.

Les convertisseurs compacts BORDLINE® d’ABB, montés en toiture, sont des exemples de sous-systèmes à électronique de puissance complets : ils intègrent deux onduleurs moteurs, deux sorties pour convertisseurs auxiliaires, un chargeur de batterie, un hacheur de freinage et toute l’électronique de commande. Ils sont

destinés aux tramways et trains régionaux circu-lant sur lignes à voie étroite et alimentés en 600 à 1 500 VCC. Ils se caractérisent par des interfaces mécaniques, électriques et logiques adaptables ainsi qu’une masse et un encombre-ment très faibles. Ces convertisseurs de toiture ont déjà été vendus à plusieurs opérateurs

ferroviaires en Suisse (Bâle, Berne-Soleure, région de Lausanne, agglomération de Zurich), Allemagne (Bochum, Mainz, Munich, Nuremberg, Postdam), Autriche (Graz), Chine (Changchun), France (Lyon) et Norvège (Bergen).

l’UNESCO), une des voies à adhérence à déclivité très forte (7 %), est électrifié en 1 kV continu.

Début 2010, les premiers trains de mon-tagne puissants bisystèmes de Stadler Rail, baptisés « Allegra », débutèrent leur exploitation commerciale au terme d’une campagne d’essais probante de 6 mois. Pour ces trains circulant sur voie étroite, ABB a développé une solution compacte

à monter sous caisse. L’ensemble est logé dans une armoire très robuste qui regroupe 2 convertisseurs de traction de 350 kW, des convertisseurs auxiliaires à isolation galvanique et un chargeur de batterie. Chaque train est équipé de 4 convertisseurs compacts BORDLINE et de 2 transformateurs de traction LOT1250 montés sous caisse et conçus par ABB Sécheron. La livraison des 60 convertis-seurs et des 30 transformateurs se pour-suivra au deuxième semestre 2010.

Un acteur à part du marché ferroviaireABB fabrique des variateurs et convertis-seurs électroniques basse tension et moyenne tension pour tous les types d’application : propulsion marine, souf-fleries géantes, moteurs industriels de différentes puissances. Ces équipements procurent d’énormes économies d’éner-gie, renforcent l’automatisation, amélio-rent la qualité des procédés et réduisent l’usure mécanique. L’électronique de puissance permet d’injecter l’électricité d’origine éolienne ou photovoltaïque dans les réseaux électriques ou de stabi-liser ces derniers. Les progrès continus accomplis dans ces domaines bénéfi-cient également de la place unique qu’occupe ABB sur le marché des semi-conducteurs de puissance.

De plus en plus de constructeurs et d’ex-ploitants ferroviaires s’équipent en systè-

mes d’entraînement ABB, même ceux qui produisent en interne quelques convertisseurs. Les clients d’ABB ont le choix entre acheter uniquement les composants individuels aux spécifica-tions requises ou commander des chaî-nes de traction complètes, optimisées en termes de rendement énergétique et de coût. ABB laisse au constructeur ferro viaire le soin de spécifier l’applica-tion et d’intégrer le système. Toutefois, pour réaliser des économies d’échelle, ABB peut optimiser et standardiser ses produits au niveau des sous-systèmes et des modules.

Harald Hepp

ABB Automation Products, Traction Converters

ABB Switzerland Ltd.

Turgi (Suisse)

[email protected]

Bibliographie[1] Johansen, E., « Flots de conception – Coconcep-

tion de la plate-forme de contrôle-commande avancé AC 800PEC », Revue ABB, 2/2006, p. 62–65.

Lecture complémentaireHepp, H., Cavalcante, F., Biller, P., « Sur les voies de la performance – L’équipement électrique ABB agrémente les voyages en train », Revue ABB, 2/2008, p. 25–29.

Convertisseur BORDLINE CC750 pour automotrices. À ce jour, Stadler Rail a acheté plus de 2 500 convertisseurs de ce type pour ses trains FLIRT et GTW.

66 revue ABB 2|10

PETER J. ISBERG, MARK CURTIS – Les engins ferroviaires sont souvent fabriqués sur les spécifi cations du futur exploitant ; chaque nouveau modèle oblige donc à s’approvisionner, auprès d’équipementiers différents, en composants spéciaux ou fabriqués sur commande. Il en va ainsi des moteurs de traction qui sont habituellement élaborés « sur mesure ». Or ces moteurs exigent d'énormes moyens techniques pour leur conférer les caractéristiques fonctionnelles et la qualité requises, compliquant la chaîne de valeurs et rallongeant les délais de réalisation. Pour simplifi er le processus, ABB a développé une nouvelle gamme de moteurs asynchrones qui permet à chaque client de spécifi er, à partir d’une offre modulaire, une machine parfaitement adaptée à ses besoins.

ABB présente sa gamme de moteurs modulaires innovants pour la traction ferroviaire

Le moteur de traction se standardise

67

L e moteur de traction est une machine électrique qui entraîne les roues d’un engin ferroviaire. Chaque moteur étant d’ordi-

naire fabriqué pour un type spécifique de véhicule, les délais de livraison sont iné-vitablement longs. En effet, cette fabri-cation à la commande doit prendre en compte les temps d’étude et de déve-loppement supplémentaires, et impose une chaîne logistique et des procédures d’assurance qualité particulières ainsi que la création de lignes de production dédiées.

La nouvelle gamme de moteurs asyn-chrones modulaires d’ABB est l’aboutis-sement d’un projet lancé en 2007 visant, d’une part, à créer un moteur de traction « universel » apte à séduire tous les constructeurs de matériel roulant et, d’autre part, à fixer des méthodes effica-ces de conception, de développement, d’approvisionnement et de fabrication afin de conforter le leadership d’ABB en tant que fournisseur indépendant sur le marché des moteurs de traction. Une équipe pluridisciplinaire réunissant ingé-nieurs, fournisseurs, spécialistes indus-triels et chercheurs fut créée pour déve-lopper ce nouveau moteur. L’objectif était non seulement de répondre aux besoins d’un large panel de clients mais égale-ment de rationaliser la fabrication et les

Le moteur de traction se standardise

ouverte peut être refroidie par auto-ven-tilation ou par ventilation forcée, selon les désirs du client. Qui plus est, un mo-teur à ventilation forcée peut être trans-formé en moteur à auto-ventilation par simple ajout d’une bague de rallonge, d’un ventilateur et d’un bout d’arbre. Le client élabore ainsi son moteur « à la car-te » à partir de composants modulaires standardisés. Cette standardisation dou-blée de différents modes de refroidisse-ment simplifie l’entretien et l’accès aux pièces détachées.

Plusieurs modes de montageLa gamme de moteurs de traction asyn-chrones modulaires est fournie avec des supports de fixation que le constructeur ferroviaire peut monter dans différentes positions (suspendues ou non) sur n’im-porte quel bogie 1 afin d’optimiser l’en-combrement. Les constructeurs et équi-pementiers ont ainsi toute latitude pour monter des moteurs de traction ABB à la fois sur des conceptions neuves et des conceptions existantes. La structure complète, y compris les supports et leurs éléments de fixation, respectent la norme CEI 61373 (chocs et vibrations) sans pénaliser les performances mécaniques des moteurs.

approvisionnements tout en réduisant le coût de la non-qualité et le coût global du produit dont un élément prédominant est la consommation énergétique. Pour alléger les coûts d’exploitation des clients, l’accent fut mis, dès la conception, non seulement sur le rendement mais égale-ment sur la fiabilité ainsi que sur la simplicité et la rapidité des opérations de maintenance. Dans l’optique d’une adaptabilité maximale, l’équipe avait carte blanche pour agir sur tous les para-mètres du nouveau moteur de traction, à une exception près : conserver les hauteurs d’axe normalisées CEI (Com-mission Électrotechnique Internationale) des moteurs basse tension ABB. Celles de la nouvelle gamme affichent un che-vauchement partiel des valeurs de puis-sance et de couple, permettant ainsi d’optimiser pour chaque client le moteur de traction, au vu de ses impératifs d’en-combrement et de performances ➔ 1.

Conception modulairePour obtenir les performances souhai-tées, la nouvelle gamme de moteurs de traction ABB se caractérise par une conception modulaire innovante qui autorise une réelle adaptabilité aux impé-ratifs de chaque client. À titre d’exemple, citons les aspects suivants : les côtés accouplement et opposé à l’accouple-ment du moteur ne sont pas prédéfinis ; la longueur du moteur peut être ajustée en fonction de besoins spécifiques d’es-pace et de régime de marche ; l’orienta-tion de la boîte à bornes et des canaux

d’entrée et de sortie d’air est modifiable pour optimiser les performances et l’en-combrement. De surcroît, la machine

1 Nouveau moteur de traction modulaire d’ABB

Les accessoires de refroidissement et les interfaces mécaniques sont des sous-ensem-bles définis qui contribuent majoritairement à la standardisation du moteur. Les différentes options pour la prise d’air ou le raccordement des câbles de puissance sur l’enveloppe renforcent la souplesse de configuration.

Note1 Chariot moteur ou porteur du châssis ou de la

caisse d’un véhicule, pouvant être fixe (camion), articulé (wagon ou locomotive) ou sur ressort (véhicule à chenilles).

La nouvelle gamme de moteurs de traction ABB se caractérise par une conception modu-laire innovante qui autorise une réelle adaptabilité aux impératifs de chaque client.

68 revue ABB 2|10

téristiques et de certains critères d’opti-misation : • ondulation de couple minimale 2 ;• niveaux de bruit et de vibration

réduits ;• rendement élevé ;• courant faible ;• refroidissement efficace.

Conception thermodynamiqueLa classe d’échauffement et la capacité thermique des moteurs jouent un rôle clé dans les applications de traction ferro-viaire. En effet, une estimation très pré-cise de l’échauffement des pièces criti-ques d’un moteur est un facteur décisif de sa fiabilité. En utilisant conjointement un logiciel d’analyse de conception élec-trique, un logiciel de calcul par éléments finis et un logiciel de modélisation ther-mique en 3D, on est capable de simuler avec une grande précision la température du moteur en cours de fonctionnement. La figure ➔ 2 illustre les interactions entre les différents logiciels. À partir de la simu-lation en ligne du train et des caractéris-tiques de commutation du convertisseur, on obtient les données d’échauffement des organes critiques du moteur comme du bobinage stator et des roulements.

D’importants efforts ont été consentis pour réduire les pertes harmoniques, le bruit et les couples pulsatoires d’un appareil robuste qui est fabriqué selon des méthodes garantissant un haut niveau de qualité. Le système d’isolant

du rotor en aluminium directement cou-lée dans les tôles rotoriques, sans aucu-ne soudure. Cette conception robuste et éprouvée renforce la fiabilité du produit. Si le client recherche un rendement légè-rement supérieur, le moteur peut être doté d’une cage de rotor en cuivre. Le moteur de traction est alimenté en tension et en fréquence par un conver-tisseur.

Lors de la conception électrique des moteurs de traction, le tandem moteur-convertisseur doit être optimisé. Les moteurs et convertisseurs de traction sont des équipements de haute techni-cité élaborés pour des besoins précis. Dans les applications de traction, la fréquence de commutation du conver-tisseur est en général basse, ce qui accentue les harmoniques dans le moteur. En utilisant un logiciel moderne de calcul par éléments finis, déve-loppé par l’Université de Technologie d’Helsinki et optimisé spécialement pour les machines électriques, on a obtenu les meilleures performances électriques du convertisseur au vu de ses carac-

Un moteur robuste et polyvalentLes nouveaux moteurs de traction modulaires sont des machines robustes et polyvalentes. De nombreuses pièces assurent plusieurs fonctions afin de réduire le nombre de composants du moteur et contribuer à sa compacité et sa robustesse. Elles sont conçues pour endurer des températures extrêmes et des atmosphères polluées.

Si le moteur doit être le plus léger et le plus compact possible, il lui faut égale-ment fournir un maximum de puissance et de couple sur une durée de vie de 20 à 30 ans. Or améliorer le refroidisse-ment et les caractéristiques électriques pour accroître la puissance massique et la fiabilité ne suffit pas. Il faut, en effet, optimiser tous les aspects conceptuels du moteur.

Rendement énergétique et fiabilité Les caractéristiques électriques du nou-veau moteur ont été optimisées pour réaliser une machine à haut rendement avec un rapport masse/performance avantageux. Innovation majeure : la cage

Les caractéristi-ques électriques du nouveau moteur ont été optimisées pour réaliser une machine à haut rendement avec un rapport masse/performance avan-tageux.

Note2 Valeur de couple mesurée en soustrayant le

couple minimum sur un tour du couple maximum, sur le même tour du moteur.

2 Outils et procédés d’optimisation des moteurs de traction

Logiciel d’analyse des propriétés

électromagnétiques

Logiciel de conceptionélectromagnétiquepar éléments finis

Interaction forte

Interaction faible

Cycle fonctionnel de la chaîne de traction

Caractéristiques du convertisseur de traction

Évolution dans le temps de l’effort de traction sur tout le profil de ligne

Évolution dans le temps de la tension phase-phase du moteur

Évolution dans le temps de l’échauffement du bobinage stator

1. Les pertes fondamen-tales du moteur sont calculées sur toute la chaîne de traction avec le logiciel ABB d’analyse des propriétés électriques du moteur.

4. Pour finir, l’échauffe-ment est calculé et la valeur de température obtenue est entrée dans le logiciel de conception qui fournira des prédictions thermiques précises, contribuant à fiabiliser le fonctionnement du moteur.

3. Un logiciel de conception thermique 3D à paramètres localisés est ensuite actualisé avec les pertes fondamentales issues du logiciel d’analyse et les pertes harmoniques issues du logiciel de calcul par éléments finis.

2. Les pertes harmoniques sont calculées avec le logiciel de calcul des propriétés électriques du moteur par éléments finis ABB en tenant compte de la stratégie de commutation du convertisseur.

Vite

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Évolution dans le temps de la vitesse sur tout le profil de ligne

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Températures du moteur

Pertes sinusoïdales

Températuresdu moteur

Logiciel de conception thermique 3D à

paramètres localisés

Pertes harmoniques

69Le moteur de traction se standardise

à minimiser les inconvénients de sa future génération de moteurs synchrones.

ABB fabrique des moteurs industriels depuis plus de 130 ans et des moteurs de traction depuis 100 ans ; ces derniè-res décennies, plus de 30 000 moteurs de traction ABB ont été installés sur une large palette de véhicules : locomotives puissantes pour trains express interur-bains, tramways légers, etc. Les nou-veaux moteurs de traction asynchrones modulaires conforteront la réputation d’ABB de leader mondial des technolo-gies de l’énergie et de l’automatisation. Son offre véritablement polyvalente pour la chaîne de traction permet au rail de bénéficier de performances accrues tout en réduisant son impact sur l’environne-ment.

Avec leurs spécifications très étendues et leur structure modulaire, les moteurs de traction ABB sont « sur les rails » pour satisfaire aux exigences croissantes d’efficacité énergétique de l’industrie ferroviaire.

Peter J. Isberg

ABB Machines, Discrete Automation

and Motion, ABB AB

Västerås (Suède)

[email protected]

Mark Curtis

Revue ABB

Zurich (Suisse)

[email protected]

Nos remerciements à Nassar Abu-Sitta (conception thermique), Viktor Nyden et Torbjörn Trosten (conception électrique) de la division ABB Machines, Discrete Automation and Motion

Notes3 Un matériau isolant qui résiste à l’effet de

couronne se dégrade moins lors de l’ionisation d’un champ électrostatique haute tension.

4 La classe d’échauffement définit la température maximale en °C qu’un système d’isolant peut supporter en continu.

consommation énergétique, réduire ses pertes et son niveau de bruit, fixer le nombre de pales, prolonger la durée de vie des composants et renforcer la sou-plesse de la chaîne de traction.

Conception optimisée La modularité du produit permet de choi-sir parmi plusieurs options pour encore accroître les performances du moteur ou les surveiller. Au niveau de la pivoterie, ABB propose tous les types de solution depuis les traditionnels roulements acier c4 jusqu’aux roulements hybrides de dernière génération à billes et rouleaux céramiques, y compris les solutions hybrides lubrifiées à vie. Différentes tech-niques innovantes de filtrage de l’air sont à l’étude et les sondes thermiques peu-vent être montées en différents endroits : bobinage, circuit magnétique ou paliers (pour la détection précoce des défauts de roulement). L’intégration des capteurs de vitesse contribue à la compacité du moteur tout en permettant leur rempla-cement sans le démonter. La conception modulaire simplifie les opérations de maintenance sur toutes les pièces. En tenant compte, dès la conception, des besoins de maintenance d’un moteur sur bogie et en standardisant les pièces détachées, une partie de ces opérations peut se faire sans déposer le moteur, ce

qui réduit d’autant les coûts d’exploi-tation et les temps d’immobilisation sur le cycle de vie du produit.

Actuellement, ABB s’efforce d’élargir sa gamme de mo-teurs de traction pour couvrir les besoins de diffé-

rents types d’engin ferroviaire, des tram-ways aux locomotives. Le but est de standardiser encore plus la structure, d’accroître le rendement et d’alléger la maintenance. Différents types de moteurs synchrones sont aussi en déve-loppement (moteurs à aimants perma-nents, par exemple) ; pour autant, en dépit de certains avantages évidents – haut rendement et forte densité de cou-ple – ceux-ci présentent quelques incon-vénients : moindre tenue aux chocs, échauffements plus importants, fabrica-tion et maintenance plus complexes. ABB travaille à renforcer les avantages et

contient des matériaux résistant à l’effet de couronne 3, absorbe peu l’eau et pré-sente un échauffement de classe 200 4. Il capitalise l’expérience et les connaissan-ces acquises par ABB sur les moteurs de traction livrés depuis 1909.

Modélisation numérique des écoulementsL’optimisation thermique a été soigneu-sement étudiée. La puissance du moteur étant limitée par son échauffement, son refroidissement doit être performant. Les canaux de refroidissement (stator et ro-tor) et le ventilateur ont été optimisés en termes d’efficacité et de bruit. La modé-lisation numérique et les calculs électro-

magnétiques ont permis de prédire l’em-placement probable des points chauds en cas de surcharge du moteur, aidant à identifier les régions où il fallait améliorer le refroidissement et réduire les pertes.

Par ailleurs, la modélisation numérique d’un ventilateur offre une vision complète de son fonctionnement et permet de localiser les zones de recirculation et de déterminer les écoulements. Plus impor-tant encore, elle aide à connaître l’origine des problèmes et à cibler les améliora-tions. La conception du ventilateur peut alors être optimisée pour minimiser sa

Les moteurs de traction ABB sont « sur les rails » pour satisfaire aux exigences croissantes d’efficacité énergétique de l’industrie ferroviaire.

3 Modélisation numérique d’un ventilateur

Contours de vélocité (m/s)

70 revue ABB 2|10

VINCENT MOINE, HARALD HEPP, SANDRO MACIOCIA – Les articles de la Revue ABB sont majoritairement consacrés aux toutes dernières avancées technologiques et innovations produits. Si l’intérêt accordé à la nouveauté va souvent de pair avec le nec plus ultra de la technique, ABB sait fort bien que les préoccupations quotidiennes de nombreux clients dépassent largement le cadre des produits dernier cri de l’entreprise. En effet, le parc installé type d’un client peut avoir été bâti et déployé sur une période de 40 ans ou plus, refl étant les canons technologiques de plusieurs décennies. Dans cette optique, ABB a développé un portefeuille de services pour aider ses clients à relever ce défi . S’appuyant sur un imposant capital de connaissances, l’offre de services du Groupe cible les matériels roulants de tous types et de tous âges, voire s’étend aux équipe-ments d’autres constructeurs. Ces prestations peuvent aller du diagnostic et de la maintenance périodiques à la modernisation, à la refonte et à la révision complète d’un équipement.

ABB propose un large éventailde services dédiés au rail

Service compris !

D e tout temps, les entreprises ferroviaires ont assuré la main-tenance et le développement de leurs équipements en in-

terne, souvent dans de grands ateliers spécialisés. Ces dernières années ont vu s’amorcer une tendance à externali-ser ces tâches. L’arrivée de nombreux exploitants ferroviaires sur un marché s’ouvrant à la concurrence fut l’un des facteurs déclencheurs de cette externali-sation. Ces entreprises, qui souhaitent en général se concentrer sur le volet opérationnel de leurs activités, confient alors leur maintenance à des spécialistes du domaine. Pour autant, ce ne sont pas les seules à profiter de cette mutation organisationnelle ; les opérateurs « histo-

riques » connaissent aussi cette évo lution avec la perte d’expérience et de savoir-faire due aux départs en retraite et l’intro-duction de technologies modernes dont la maintenance requiert des compéten-ces différentes.

En tant qu’équipementier, ABB tire un avantage supplémentaire de son offre de services aux exploitants ferroviaires : la compréhension des besoins de mainte-nance et du comportement de l’équipe-ment sur tout son cycle de vie est récu-pérée et mise à profit par le Groupe pour améliorer ses réalisations futures. Au final, la démarche bénéficie autant au constructeur qu’au client : la boucle de la satisfaction est bouclée !

71Service compris !

72 revue ABB 2|10

L’évolution d’une grande partie du maté-riel roulant construit ces dernières décen-nies reflète le développement de l’indus-trie au cours de la même période. Jusqu’à il y a une vingtaine d’années, la plupart des constructeurs intervenait à l’échelle locale et bon nombre de pays offraient des « marchés semi-fermés » dans lesquels les fournisseurs jouissaient de relations quasi symbiotiques avec leurs clients. L’ouverture de ces marchés s’est traduite par une rapide concentra-tion de la production au sein de groupes de dimension internationale ou même mondiale, favorisant la standardisation des plates-formes et des composants. Néanmoins, la longévité du matériel im-plique que les trains fabriqués avant ces évolutions continueront de rouler encore beaucoup, durant de nombreuses an-nées. Les prestataires de services et professionnels de la maintenance sont donc aujourd’hui obligés d’assimiler une large palette de conceptions et de tech-niques.

L’étendue de la fourniture de compo-sants et de l’offre de services ferroviaires d’ABB est schématisée en ➔ 1. À une extrémité de son catalogue, ABB peut accompagner ses clients avec des piè-ces de rechange et la planification de la maintenance ; à l’autre bout, des rénova-tions majeures assurent la mise à niveau des produits pour leur permettre de mieux fonctionner à moindre coût. La rénovation peut parfois être une alterna-tive intéressante au remplacement. Les offres de services d’ABB protègent alors l’investissement du client en réduisant ses coûts globaux, sur tout le cycle de

Face à la multipli-cation des lignes ferroviaires, l’ex-plosion du trafic et l’ouverture à la concurrence, les révisions complè-tes peuvent offrir une alternative économiquement avantageuse au remplacement.

vie, améliorant ainsi l’endurance, la lon-gévité, la fiabilité et la disponibilité de l’équipement.

Planning de circonstanceLa collecte et l’analyse des données d’état et de diagnostic, sur toute la du-rée de vie de l’équipement, permettent de passer d’une maintenance systémati-que, à échéance fixe, à une maintenance conditionnelle : une transition qui maxi-mise la disponibilité et la fiabilité tout en réduisant les coûts d’intervention et les temps d’immobilisation.

À côté des petites réparations qui ponc-tuent la durée de vie de l’équipement, le matériel roulant est souvent l’objet d’interventions plus lourdes, à certains points de son fonctionnement : ce sont les « réparations à mi-vie ». En l’occur-rence, les 30 à 40 ans d’exploitation d’un équipement se répartissent en deux tran-ches de 15 à 20 ans, la seconde consti-tuant un intervalle optimal pour les inter-ventions plus lourdes sur des compo-sants comme les transformateurs et les moteurs. En outre, ce peut être l’occa-sion d'entreprendre des modifications conceptuelles, soit pour répondre à l’évolution des besoins ou des conditions d’exploitation, soit pour incorporer les progrès technologiques. C’est le cas, par exemple, du remplacement des an-ciens convertisseurs à thyristors ou GTO par des appareils modernes à IGBT, plus performants et plus économiques.

Réseaux ferrés urbains

Réseaux secondaires/privés

Choix du client d’extern-aliser sa maintenance

Réseaux ferrés nationaux/internationaux

1 ABB fabrique une large gamme d’équipements de traction ferroviaire et en assure la maintenance globale.

Approvisionnements ABB

Ser

vice

s

Clients, segments de marché

Éle

ctro

niq

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e p

uiss

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sfor

mat

eurs

Mot

eurs

Service global

Conseil

Valeur ajoutée

Transformateurs de puissanceConvertisseurs prin-cipaux et auxiliaires

Moteurs de traction

Basse tension

Systèmesd’interverrouillage


Semi-conducteurs

Sous-stations etsupervision SCADA

Qualité de l’alimentation électrique

Produits haute tension

Sous-station

Communication

Signalisation

Équipements embarqués

Supervision

Appareils d’intérieur moyenne tension

Transformateurs de distribution et spéciaux

Protection et conduite

Disjoncteur CA

Composants basse tensionConvertisseurs auxiliaires

Transformateur de tractionFusibles de tractionMotorisation

Produits d’extérieur moyenne tension

73Service compris !

viaires : le Groupe peut tirer profit de cette manne de connaissances en élar-gissant aux transformateurs de traction embarqués son offre de services Trans-ForLifeTM, qui englobe la réparation/révi-sion sur site et en atelier, la maintenance de parcs et la fourniture de pièces de rechange. De même, les transformateurs de traction bénéficient des outils de simulation et diagnostic de l’entreprise 1.

Selon les estimations d’ABB, quelque 70 000 de ses transformateurs de trac-tion sont actuellement en exploitation. Qui plus est, le champ d’action du Groupe dépasse ce périmètre comme l’ont démontré quelques projets récents

TransformateursActeur de l’électrification ferroviaire en courant alternatif dès les premières heu-res de la traction électrique, ABB pos-sède une longue lignée de transforma-teurs de traction. Il n’est pas rare de trouver des appareils vieux de 30 à 40 ans, toujours en service aujourd’hui. Par son accès à l’expertise et à la documen-tation des entreprises devancières du Groupe (ASEA, Brown, Boveri et Cie, Ate-liers de Sécheron, Fabrique de Machines Oerlikon et TIBB), ABB est bien placé pour assurer la maintenance et le sup-port technique des transformateurs de traction. Mieux, son savoir-faire est loin de se cantonner aux applications ferro-

Note1 Pour en savoir plus, lire « Les transformateurs

entrent en gare », p. 55.

,

2 Expertise mondiale d’ABB en matière de transformateurs : 30 centres de service et 1 000 professionnels

Drammen (Norvège) Vaasa (Finlande)

Ludvika (Suède)

Halle (Allemagne)

Istanbul (Turquie)

Stone (Royaume-Uni)

Riyad (Arabie saoudite)

Zhongshan (Chine)

Bangkok (Thaïlande)

Moorebank (Australie)

Guarulhos (Brésil)

Lima (Pérou)

Edmonton (Canada)

Brampton (Canada)

Mexico (Mexique)

St Louis (USA)

Vadodara (Inde)

Datong (Chine)Genève (Suisse)

Varennes (Canada)

South Boston (USA)Bilbao et Cordoue

(Espagne)

Milan et Montelice (Italie)

Fabrication

Service

3 Solutions ABB de service global TransForLife pour les transformateurs de traction

– Réparation en atelier– Fourniture des enroulements

– Solution ABB TrafoSiteRepair

– Conseil– Montée en puissance– Études techniques

– Modification de conception

Durée de vie d’un transformateur de traction (années)

0 5 10 15 20 25 25 30 45

– Diagnostic approfondi– Révision périodique

en atelier/sur site– Extension de garantie

Basée sur l’expertise d’ABB :– Analyse du coût global– Planification de la

maintenance (calcul MTBF)– Base de données serviS d’ABB

– Diagnostic approfondi– Révision périodique

en atelier/sur site– Extension de garantie

Basée sur l’expertise d’ABB :– Analyse du coût global– Planification de la maintenance (calcul MTBF)– Base de données serviS d’ABB

Maintenance à échéance fixe Maintenance à échéance fixeMaintenance conditionnelle

Pièces de rechange

Composantes de la maintenance globale TransForLife d’ABB

Maintenance corrective

Ingénierie

Révision générale de parc à mi-vie

par ABB

Solution de remise en état

par ABB

– Kit de sécurité ABB (pièces de rechange)– Pièces de rechange ABB pour transformateurs de traction

4 Réparation de transformateurs des BB 36000 de la SNCF

En 2008/2009, ABB a réparé en atelier les transformateurs de trois locomotives BB 36000 de la SNCF, selon un cahier des charges fourni :

– Inspection, nettoyage, mesure/diagnostic et expertise ;– Changement de la partie active et des

inductances (enroulements et circuit magnétique) ;

– Remplacement de tous les joints d’étanchéité et accessoires endomma-gés (traversées basse et haute tension, jauge de niveau d’huile, vannes) ;

– Révision de la pompe et du circuit de refroidissement ;

– Essais électriques individuels aux normes CEI ;

– Analyse d’huile après réparation.

Précisons que ces transformateurs ne sont pas de fabrication ABB mais d’un concurrent français. Les compétences d’ABB dans la réparation de transformateurs ont démontré ici son aptitude à appréhender et à assimiler la technologie de produits tiers.Photo ci-dessus : SNCF

74 revue ABB 2|10

remonte aux premiers jalons de l’électri-fication ferroviaire. Les entreprises fon-datrices d’ABB fabriquaient déjà des moteurs de traction dans les années 1890 ! Le Groupe a donc hérité d’un riche terreau de connaissances et d’ex-périences qui lui permet non seulement de fabriquer des moteurs de traction à la pointe de l’innovation mais aussi de pro-poser une large palette de services, des pièces de rechange aux révisions et réparations, toutes générations de mo-teurs confondues. La révision d’un moteur de traction en-globe son démontage intégral, le contrôle et le remplacement des pièces d’usure (paliers, balais, etc.) pour garantir le

nombre prescrit de kilomètres de ser-vice. L’intervention comporte habituel-lement le net-toyage des pièces en cabine et leur séchage dans une étuve à vide. Au besoin, les mo-teurs peuvent être rebobinés et les

pièces remplacées. Si les pièces de re-change ne sont plus disponibles, des pièces à l’identique sont fabriquées. Le remplacement peut aller des pièces dé-

mettant en œuvre des transformateurs d’autres fournisseurs.

La présence mondiale d’ABB se concré-tise par 30 centres de service sur les transformateurs, dans le monde entier, et un millier d’experts du domaine ➔ 2. Tous sont à même d’offrir des services dédiés aux transformateurs, d’accompa-gner et d’effectuer des réparations. La durée de vie d’un transformateur de trac-tion type est schématisée en ➔ 3 avec les services offerts par les solutions TransForLifeTM d’ABB, aux différents sta-des de fonctionnement de l’appareil.

Deux exemples récents de remise en état sont évoqués en ➔ 4 et ➔ 5.

MoteursÀ l’image de son expertise en matière de transformateurs, l’expérience d’ABB dans le domaine des moteurs de traction

La dimension mondiale d’ABB se reflète dans 30 centres de service sur les trans-formateurs et quelque 1 000 experts du domaine.

6 Révision complète de moteurs de traction pour MGB

La ligne ferroviaire à voie étroite de la compagnie suisse Matterhorn-Gotthardbahn (MGB) dessert, entre autres, le village piétonnier de Zermatt, au pied du célèbre mont Cervin qui domine le canton du Valais. Le chemin de fer alterne les tronçons à crémaillère et à adhérence, le matériel roulant s’accommodant des deux types de voie. Ces deux dernières années, ABB a remporté plusieurs contrats MGB pour la fourniture de produits et la prestation de services :– Révision complète et réparations ;– Équipements cruciaux (rotors et stators

complets) ;– Pièces de rechange ;– Nouveaux enroulements et collecteurs

pour moteurs à courant continu.Photo MGB

5 Révision à mi-vie des locomotives du tunnel sous la Manche

Eurotunnel exploite un parc de locomotives « Bo-Bo-Bo » spécialement conçues pour tracter de fortes charges (trains de transport de véhicules, cars et poids lourds) dans le tunnel transmanche. Ce dernier étant creusé à plus de 100 m de profondeur sous la mer, les trains y pénètrent par une pente, à chaque extrémité de l’ouvrage. Les locos doivent non seulement développer la puissance suffisante pour le démarrage des lourds convois sur ces déclivités, mais aussi satisfaire aux exigences draconiennes de protection incendie et de redondance du tunnel, compte tenu de son importance et de sa longueur.

ABB a remporté le contrat triennal (2006–2008) de révision complète des 17 transformateurs de

traction embarqués sur ces locos depuis 15 ans. La maintenance préventive de chaque appareil comprend les volets suivants :– Analyse d’huile, interprétation des résultats et

recommandations ;– Contrôle, nettoyage, mesure et diagnostic ;– Inspection et réglage de la partie active

(pression des enroulements, entretoises) ;– Optimisation mécanique de la cuve (joint

torique) ;– Remplacement de tous les joints d’étanchéi-

té, remplissage avec de l’huile neuve ;– Essai d’étanchéité spécial (sous pression

avec de l’huile chaude) ; – Essais électriques individuels « comme à neuf » ;– Analyse d’huile après révision complète.

Photo de gauche : Eurotunnel

tachées aux pièces critiques (stator ou rotor complet), voire à l’échange du mo-teur complet. Les pièces de rechange peuvent aussi être fournies directement aux clients pour consolider leurs propres stocks et renforcer leurs activités de maintenance.

Une réparation ou une révision plus poussée fait intervenir l’imprégnation sous vide et pression « VPI » (Vacuum Pressure Impregnation) des enroule-ments statoriques, à l’aide du procédé breveté Gemodur® (moteurs à courant continu) ou Veridur®-Plus (moteurs à courant alternatif). Ces techniques ga-rantissent la résistance de l’isolant élec-trique aux hautes températures continues et variables, la tenue mécanique des enroulements et du noyau magnétique aux vibrations, ainsi qu’une protection durable contre la poussière, la corrosion et l’humidité. La réparation ou la révision d’un moteur de traction se termine par l'équilibrage du moteur, son remontage, les essais finaux et la mise en peinture avec un vernis à base de silicone.

Si l’on veut aller plus loin que ces inter-ventions de maintien des performances et des spécifi cations d’origine, il est aussi possible de modifier ces moteurs et de les améliorer. L’opération peut s’avérer nécessaire pour passer à un autre niveau

75Service compris !

de tension, prendre en compte des modi-fications de l'alimentation, accroître la puissance assignée ou la vitesse du moteur 2.

Un exemple de récente remise en état de moteurs est présenté en ➔ 6.

ConvertisseursLes convertisseurs sont au centre de la plupart des projets de remise à neuf des véhicules ferroviaires. Quand ils rénovent leurs parcs de machines, après 15 à 20 années de service, les exploitants sont souvent à la recherche de plus de puis-sance, de rendement et de fiabilité, avec un budget de maintenance à la baisse.

Convertisseurs auxiliaires

La demande de puissance électrique à bord des trains a fortement augmenté ces dernières années pour répondre aux attentes croissantes de bien-être des voyageurs et du personnel : génie clima-tique (chauffage, ventilation, climatisa-tion), systèmes d’information et de diver-tissement, prises électriques pour ordi -nateurs portables, toilettes chimiques, etc. Ces auxiliaires, courants sur les nou-velles rames 3, doivent aussi équiper les anciens véhicules pour continuer à attirer les voyageurs en offrant des niveaux de

Les moteurs peu-vent être modifiés et améliorés au-delà de leurs spé-cifications d’origine pour gagner en puissance ou en vitesse.

Notes2 Cf. « Le moteur de traction se standardise »,

p. 66.3 Lire aussi « Sur les voies de la performance

– L'équipement électrique ABB agrémente les voyages en train », Revue ABB, 2/2008, p. 25–29.

7 Des convertisseurs auxiliaires pour les nouvelles rames Domino suisses

En 2006, les Chemins de Fer Fédéraux suisses (CFF) lancèrent leur plus gros programme de rénovation de trains régionaux. Ce projet, baptisé « Domino », portait essentiellement sur une révision générale des motrices NPZ* et voitures-pilotes de 20 ans d’âge, à la charge des ateliers des CFF à Yverdon et Olten, et sur le remplacement des voitures intermédiaires vieilles de 40 ans, confi é à Bombardier. Faiveley remporta la fourniture des nouveaux équipements de chauffage, ventilation et climatisation. Tant les voitures rénovées (25 kVA) que les véhicules neufs (45 kVA) nécessitaient de nouveaux conver -tis seurs auxiliaires. ABB, fournisseur indépendant, réussit à décrocher les contrats de Faiveley et Bombardier, offrant l’avantage d’une plate-forme homogène de convertisseurs auxiliaires et d’un stock commun de pièces de rechange. À ce jour, plus de 300 convertisseurs ont fait l’objet de com-mandes fermes, et d’autres, d’une prise d’option.

Les convertisseurs statiques BORDLINE M** d’ABB pour auxiliaires de traction ferroviaire sont robustes, compacts et légers ; pour autant, ils embarquent des sorties régulées CC et tripha -

sées CA à isolation galvanique, des fi ltres et toute l’électronique de commande (cf. « Accord parfait », p. 60). La plate-forme modulaire BORDLINE M pour rames alimentées en 1 000 VCA/16 2/3 Hz est refroidie par ventilation forcée (comme la plupart des convertisseurs de la série) ; elle intègre un chargeur de batterie avec fonction de démarrage sur batterie à plat.

Le planning de livraison de cet ambitieux projet de rénovation était très serré : un prototype de convertisseur 45 kVA devait être fourni seulement deux mois après la signature du contrat ! Les livraisons de série ont débuté en juillet 2008, avec jusqu’à 4 convertisseurs par semaine. Selon l’avancement du programme, elles se poursui-vront au moins jusqu’à fi n 2011.

Notes* Acronyme de l’allemand Neuer Pendelzug

(train de banlieue)** Lire aussi « BORDLINE M – Des architectures

d’alimentation très performantes pour services auxiliaires de traction ferroviaire », Revue ABB, 2/2009, p. 35-41.

76 revue ABB 2|10

séries de véhicules que l’effort de déve-loppement et d’adaptation « sur mesure » des convertisseurs à un véhicule spécifi-que revêt le plus d’intérêt. La récente fourniture par ABB des convertisseurs de traction destinés à moderniser le train à grande vitesse allemand ICE1 ➔ 8 s’inscrit dans cette stratégie.

Voies d’avenirDans un contexte de multiplication des lignes ferroviaires, d’explosion du trafic et d’ouverture à la concurrence, les révi-sions complètes du matériel peuvent souvent offrir une alternative économi-quement avantageuse au remplacement. ABB est bien placé sur ce marché avec des services taillés à la mesure des exi-gences du client et des particularités de l’équipement.

Vincent Moine

ABB Sécheron SA, Transformateurs de traction

Genève (Suisse)

[email protected]

Sandro Maciocia

ABB Automation Products, Electrical Machines

Birr (Suisse)

[email protected]

Harald Hepp

ABB Automation Products, Traction Converters

Turgi (Suisse)

[email protected]

Note4 Pour en savoir plus, lire « Accord parfait », p. 60.

nos jours, ces produits offrent pour la plupart de tels niveaux de fonctionnalité, de performance et de rendement que la rénovation ou le maintien des anciennes configurations n'a souvent pas d’intérêt économique ni technique. Sans compter les éventuelles difficultés d’approvision-nement en pièces de rechange !

Il n’est donc pas surprenant qu’ABB, fournisseur indépendant de composants, reçoive fréquemment des demandes de remplacement de convertisseurs émanant d’entreprises de maintenance, de grands ateliers, d’équipementiers, d’exploitants de transport ferroviaire ou collectif.

Les convertisseurs de traction d’ABB sont bâtis sur une plate-forme modulaire offrant le double avantage de courts délais de réalisation et de faibles risques de développement. C’est donc pour la rénovation de parcs complets ou de

confort comparables. Or les systèmes d’alimentation auxiliaire actuels ne sont souvent pas à la hauteur de la tâche et doivent être revus de fond en comble (exemple en ➔ 7).

Groupe de traction

La rénovation des convertisseurs de traction vise le plus souvent à accroître le rendement et les performances du véhi-cule tout en réduisant son usure, ses coûts de maintenance et, parfois, sa masse 4.

Si des éléments tels les moteurs et les transformateurs sont habituellement ré-visés à mi-vie, le bon sens veut souvent que les convertisseurs soient remplacés pour bénéficier des progrès technologi-ques, plus rapides dans ce domaine. Des composants comme les semi-conducteurs, l’électronique de commande et les logiciels ont vite progressé au cours des 15 à 20 dernières années. De

8 Modernisation des convertisseurs de traction des automotrices ICE1 de la Deutsche Bahn (DB)

L’ICE1 fut la première génération de rames à grande vitesse allemandes. Au terme de près de 14 ans d’exploitation, la DB lance, à l’été 2005, un programme de rénovation de l’intérieur de toutes les voitures (qui lui vaut le prix de design ferroviaire Brunel Award en 2008). Puis c’est au tour des motrices avec, en 2007, un appel d’offres pour remplacer les anciens convertis-seurs à thyristors par des appareils modernes à transistors IGBT.

Une offre performante en matière de rendement énergétique et de coût global, sur tout le cycle de vie, fut le principal argument d’ABB pour décrocher la commande de prototype en septembre 2008. Il ne lui fallut ensuite que 13 mois pour développer et fabriquer les nouveaux convertisseurs de traction de 2 motrices ICE1 de 4,8 MW ! Pourtant, il était beaucoup plus ardu, à bien des égards, de remettre à niveau le convertisseur de traction d’un train de génération antérieure que de développer de toutes pièces une nouvelle chaîne de traction ; en effet, la totalité des interfaces était figée, en particulier les raccordements physiques et connexions logiques avec l’ancien système de contrôle-commande (conservé), ainsi que les bornes et caractéristiques électriques des moteurs, du transformateur, du système de refroidissement et de tous les paramètres mécaniques.

Le nouveau convertisseur est basé sur la topologie à trois niveaux des modules de puissance ABB qui fait chuter les harmoniques, tant côté moteur que côté réseau, et permet, entre autres effets positifs, de minimiser les pertes de puissance et d’alléger la charge des moteurs, allongeant leur espérance de vie. La consommation d’énergie a baissé de 15 % par rapport à celle des anciens convertisseurs à thyristors : un bon moyen d’améliorer l’écobilan du train mais aussi de réduire considérablement ses coûts de fonctionnement (plus de 100 000 euros par an et par train). Autre progrès : si les modules de puissance à thyristors pesaient 300 kg, pour une longueur approchant 1,5 m, les modules trois niveaux à IGBT d’ABB affichent moins de 35 kg et des dimensions d’environ 80 x 40 x 20 cm ; une seule personne peut les changer sans aucun dispositif de levage. Une grande modularité, une fiabilité accrue et des logiciels pointus pour l’entretien et le diagnostic allègent aussi la maintenance du parc ICE1.

Les campagnes d’essai, lancées en novembre 2009, furent concluantes. C’est au terme d’autres tests complets et du renouvellement de l’homologation de son matériel que la DB décidera ou non d’équiper 36 autres motrices ICE1 de ce nouveau convertisseur à IGBT.

Photo de gauche : Deutsche Bahn

77L’aube d’une ère nouvelle

NICK BUTCHER, SIMON FELSENSTEIN, SARAH STOETER, CÉCILE FÉLON –

« Faire le plein » prend un sens nouveau pour ABB. Contribuant au déploiement des réseaux intelligents (RI), le Groupe a investi un nou-veau marché qui prend discrètement forme dans les parkings des grandes villes : la recharge des véhicules électriques (VE). Le durcisse-ment de la réglementation antipollution et les primes à l’achat dopent la croissance du marché des véhicules 100 % électriques, encourageant ainsi de nombreux constructeurs automobiles à investir ce créneau. Conscient de cette évolution, ABB met au point des systèmes de recharge ouvrant de nouvelles perspectives au transport propre et durable.

Les stations de recharge et les technologies de réseaux intelligents d’ABB ouvrent de nou-velles voies d’avenir au véhicule électrique

L’aube d’une ère nouvelle

78 revue ABB 2|10

vement évolué au fil des ans, il faut attendre les années 1990 pour voir le développement d’accumulateurs nickel-hydrure métallique (NiMH) marquer l’avè-nement d’une nouvelle génération de VE. Certes, les progrès des NiMH en termes d’autonomie et de rendement étaient spectaculaires par rapport aux accumu-lateurs au plomb, comme l’illustre l’EV1 de General Motors. Pour autant, les

constructeurs confirment leur verdict : chères et d’une durée de vie limitée, les batteries NiMH avaient encore du che-min à parcourir pour satisfaire à l’auto tout électrique.

Sous l’impulsion du gigantesque marché de l’électronique grand public, la dernière décennie a vu l’apparition d’une batterie à base d’accumulateurs lithium-ion re-chargeables, nouveau saut technologi-que par rapport aux NiMH. Actuellement, la densité énergétique des batteries lithium-ion (quantité d’énergie emmaga-sinée par unité de poids) reste inférieure à celle du pétrole et leur prix de revient est nettement plus élevé qu’un réservoir de carburant. Pour autant, l’impression-nant rendement de transmission du VE et

Jusqu’aux années 1960, l’industrie auto-mobile se focalise sur le moteur thermi-que tandis que la technologie du VE évolue au ralenti. Cette polarisation crée une dépendance pétrolière des trans-ports tributaires de l’essence et, par voie de conséquence, une pollution atmosphérique qui allait vite obliger à chercher des alternatives et à relancer le VE et le développement de nombreux modè-les. L’une des voi-tures électriques les plus célèbres est la jeep lunaire qui, en 1971, ac-compagne l’hom-me dans son ex-ploration spatiale.

Retour vers le futurL’ère du transport électrique a-t-elle réel-lement commencé ou s’agit-il d’un nou-vel épisode de son évolution cyclique ? Les sceptiques ne manquent pas de souligner les fortunes diverses des VE dans le passé. Aujourd’hui encore, la technologie des batteries reste le princi-pal frein à la conquête du marché auto-mobile. Pour autant, les récentes avan-cées dans ce domaine ouvrent aux transports « décarbonés » la perspective d’un marché de masse.

Les VE de première génération n’ont pas réussi à s’imposer sur les routes, à cause de leurs lourdes batteries plomb-acide au rendement et à l’autonomie limités. Même si ces batteries ont progressi-

M algré son apparente nou-veauté, le VE roule pourtant depuis près de 200 ans. In-venté vers 1830, il n’a véri-

tablement suscité d’intérêt qu’à la fin du XIXe siècle. À l’époque, la motorisation électrique était déjà plus avantageuse que son alter ego à vapeur ou à essence : confort sonore, souplesse de conduite (moins de vibrations), propreté (moins d’odeur). De surcroît, les voitures thermi-ques devaient être démarrées à la mani-velle et leur boîte de vitesses laissait beaucoup à désirer. Quant aux véhicules à vapeur, leur mise en route était très longue. Il n’en fallait pas plus pour que le VE connaisse un succès précoce . . . jus-que dans les années 1920.

La roue tourne : aux États-Unis notam-ment, le réseau routier se développe, rapprochant les villes et créant un besoin de voitures capables de parcourir de lon-gues distances. Par ailleurs, la décou-verte de gisements pétroliers au Texas fait chuter le prix de l’essence tandis que la mise au point du démarreur électrique remise définitivement la fastidieuse mani-velle. La production en grande série de véhicules à moteur à explosion gonfle rapi dement l’offre, à un prix plus aborda-ble que les VE.

Grâce aux progrès des batte-ries, le rêve du « zéro émis-sion » pourrait se concrétiser en marché de masse.

1 Technologies des batteries

Wh/kg

Plus légères

Plus petites

Li-P, Li-ionNouveaux systèmes

Li-ion

Zn/Air

Al/Air Li/Air

Réf. : 18650s; 2,6 Ah

Réf. : AA alcaline

Ni-MH

Ni-Cd

Plomb-acide

Li-polymères

Li-métal

800

700

600

500

400

300

200

100

0

Wh/

L

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Cellules prismatiques de 5 mm < 1300 mAh

Technologies établies

Technologies émergentes

e

Source: Nexergy


teries automobiles pour augmenter les volumes et réduire les coûts. ABB pro-pose des solutions clés en main, notam-ment des robots pour les cellules de fa-brication et l’assemblage des modules et packs, et l’électronique de puissance pour tester les cycles de charge-décharge à chaque stade de la fabrication.

Carburer à l’électricitéActuellement, environ 55 % de la produc-tion mondiale de pétrole sont engloutis par les transports (soit près de 50 mil-lions de barils par jour). L’une des idées-forces de la mobilité électrique est de bâtir un système de transport affranchi du pétrole et de réduire considérable-ment les émissions de gaz à effet de serre (GES). Ces objectifs soulèvent deux questions : d’où viendra cette énergie et la pollution va-t-elle vraiment chuter ?

la modicité du prix de l’électricité au kilo-mètre-véhicule par rapport au pétrole lui permettent enfin de faire jeu égal avec son rival thermique. Les batteries connaî-tront bientôt d’autres innovations majeu-res qui déboucheront sur un succès commercial à très brève échéance ➔ 1. En réponse au débat climatique et à l’in-sécurité des approvisionnements éner-gétiques, ces progrès permettent sans doute au VE de s’inscrire durablement dans le paysage automobile. Les annon-ces commerciales de plusieurs construc-teurs pour 2010, portant non pas sur des préséries mais sur une production an-nuelle de plus de 100 000 unités d’ici un à deux ans, confortent cette hypothèse. Plus de 20 modèles différents de VE rechargeables sont attendus pour 2012.

La batterie Li-ion étant la pièce critique du VE, il faut une production totalement automatisée et à grande échelle de bat-

2 Courbe de charge journalière du réseau électrique américain

Source : Pacific Northwest National Laboratory

Période creuse

Forme de la consommation saisonnière moyenne

Heure

Forme du pic de consommation

Consommation de pointe (capacités de production ou réserves)

Capacité totale installée

2 h 4 h 6 h 8 h 10 h 12 h 14 h 16 h 18 h 20 h 22 h 24 h

Nucléaire

Énergies renouvelables et hydroélectriques

Énergies fossiles

Contribution de la production de pointe

3 Impact d’une gestion intelligente de la charge sur un transformateur

1200

1000

800

600

400

200

0

Cha

rge

tran

sfor

mat

eur

(kW

ou

kVA

)

Heure

Pénétration VE = 10 %





14 h 16 h 18 h 20 h 22 h 0 h 2 h 4 h 6 h

Combiner le rail et la route

La UC, petite citadine électrique légère à deux places, du créateur suisse Rinspeed*, a été présentée au salon automobile de Genève en 2010. Cette voiture 100 % électrique, de moins de 2,6 m de long, est équipée d’une connexion Internet en 3G. Non seulement elle se faufile en centre-ville mais elle peut aussi aisément embarquer sur des wagons dédiés pour parcourir de grandes distances tout en se « branchant » au système de recharge électrique du réseau ferré. Pendant le trajet, l’automobiliste bénéficie à la fois des équipements du train et des outils de communication de son véhicule (video chat, téléphonie sur IP et messagerie électronique). À l’arrivée, la voiture est complètement rechargée, prête à reprendre la route.

Ce projet visionnaire donne une nouvelle dimension au concept du véhicule électrique et de la mobilité durable, mariant voiture individuelle et transport collectif. ABB peut contribuer à sa réalisation.

*www.rinspeed.com

80 revue ABB 2|10

La pollution effective du VE dépend lar-gement du CO2 émis, en amont, par les centrales ; avec une électricité produite par une vieille centrale à charbon (la plus émettrice de GES), le bilan écologique de la voiture électrique n’est guère meilleur que celui d’une thermique et son cycle de vie peut même être bien moins bon, notamment par rapport à celui des dernières générations de moteurs diesel. Toutefois, les VE conservent le bénéfice indéniable d'une nette réduction de la pollution locale ➔ 4.

Dans une perspective globale, l’accent doit être mis sur une production d’élec-tricité faiblement émettrice de GES. Axés sur les technologies de nouvelle généra-tion, les VE sont d’ores et déjà nettement préférables à d’autres solutions, même celles mettant en œuvre des centrales à gaz à cycle combiné ; mieux, quand ils puisent leur énergie de sources réelle-ment peu émettrices (parc nucléaire ou EnR), leurs émissions de GES sont quasi nulles.

Selon les prévisions 2006 de l’Agence internationale de l’Énergie (AIE), le pas-sage du thermique à l’électrique ne suf-fira pas pour atteindre les objectifs es-comptés de réduction des GES. Pour tirer véritablement parti du transport électrique, il faut recourir massivement aux sources d’énergie propre ➔ 5. La

Pour éviter les dépenses énergétiques inutiles, il est fondamental de tenir compte du réseau. Une charge « désorganisée », qui est sollicitée aléatoirement, à n’importe quel moment de la journée, peut entraî-ner la surcharge du transformateur de

distribution local, induisant à son tour une panne générale du voisi-nage, même si seul 1 foyer sur 10 utilise un VE. En revan-che, une gestion

fine de la charge maintient le transforma-teur dans ses limites de charge, même si tous les foyers des environs sont passés au VE ➔ 3.

Tous les systèmes de recharge intelli-gents doivent évidemment s’intégrer dans le système de gestion de la distri-bution et de supervision (SCADA) pour garantir l’interopérabilité et bénéficier pleinement au réseau électrique comme aux VE. Aujourd’hui, ABB est le principal fournisseur de gestionnaires de réseau de ce type.

Un mirage vert ?

Le VE est souvent assimilé à la voiture « zéro émission » : sans tuyau d’échap-pement, pas de rejet de GES ! Si l’on veut pourtant le comparer objectivement aux flottes thermiques existantes, il faut tenir compte de l’ensemble du système de distribution d’énergie.

Un défi pour le réseau électrique

Les VE seront alimentés par le réseau électrique, qui ne sert toutefois qu’à transporter une électricité produite dans les divers types de centrales qui lui sont raccordées. Alimenter le VE suppose

donc, pour les centrales, de disposer de la capacité de production nécessaire, et pour le réseau, d’afficher la capacité de transit correspondante.

Le problème de la gestion de la produc-tion peut être résolu en s’assurant que les VE sont rechargés quand l’énergie est disponible et non de façon aléatoire, pour éviter les fortes pointes de consom-mation sur le réseau. Une gestion « intel-ligente » de la charge permettrait aux centrales de nombreux pays de fournir l’énergie nécessaire à la majeure partie d’une flotte de véhicules sans la moindre augmentation de capacité nominale 1, en utilisant prioritairement les capacités dis-ponibles la nuit, période creuse par excel lence, comme l’illustre la courbe de charge journalière du réseau améri-cain ➔ 2, sans entraîner de pics de consommation supplémentaires. Les dif-férentes sources potentielles d’électricité, aussi représentées sur la figure, sont étudiées ci-après.

Plus de 20 modèles de VE rechargeables sont programmés pour 2012.

Note1 Quantité d’énergie qu’un générateur est

capable de produire.

4 Émissions de CO2 par types de centrales électriques et de véhicules

Du puits au réservoir Du réservoir à la roue

Type de centrale électrique

Centrale au charbon

Émissions de CO2 des véhicules thermiques par rapport aux VE/hybrides rechargeables (VHR)(du puits à la roue, g/km)2

Thermi-quesseg B

Thermi-quesseg D

164195

117-29% -20% -41%-57%84

2-99%52

115

-68%

VE VE VEVHR VHR VHR

1 Centrale au charbon actuellement installée dans l’UE2 Consommation des véhicules thermiques du segment B = 5,9 l/100 km et du segment D = 7 l/100 km ;

VE = 13 kWh/100 km ; VHR = 3 l et 8 kWh/100 km

Source : BMWI, Association nucléaire mondiale, Commission UE et Roland Berger

800 à 1 000 g/kWh1 350 à 450 g/kWh 5 à 20 g/kWh

Centrale au gaz Filières EnR/nucléaire

15

5 Production mondiale d’électricité par source d’énergie : projections selon scénario tendanciel

40

30

20

10

0

EnR

Charbon

Gaz naturel

Nucléaire

Carburants

liquides

1012

kW

h

Année

2006 2010 2015 2020 2025 2030

Sources : d’après l’Agence internationale de l’Énergie, International Energy Annual 2006 (juin-décembre 2008), www.eia.doe.gov/iea et AIE, World Energy Projections Plus, 2009


reconstituer 80 % de la charge de la bat-terie en moins de 25 minutes. Le « plein de courant » dans ces futures stations ne prendra pas plus de temps qu’un arrêt à la pompe à essence : combiné aux tech-nologies de batteries les plus récentes, ce dispositif pourrait permettre une charge complète en moins de 5 minutes. Ces stations seront installées sur les aires de repos des grands axes routiers et en des points de recharge urbains appropriés. Une électronique de puissance de pointe, un interfaçage avec le RI et un stockage de l’énergie intégré pour gérer les fluc-tuations de la production d’électricité assureront la gestion de l’énergie du ré-seau et la qualité du courant. Le concept de station de recharge rapide en courant continu a été présenté au salon de Ge-nève de mars 2010, avec le prototype de sportive électrique Lampo : ultra-puis-sante, elle est capable de reconstituer une charge offrant plus de 100 km d’autonomie en à peine 10 minutes !

Nick Butcher

ABB Automation Products,

Power Electronics and MV Drives

Turgi (Suisse)

[email protected]

Simon Felsenstein

ABB ISI Smart Grids, E-mobility

Zurich (Suisse)

[email protected]

Sarah Stoeter

Revue ABB

Zurich (Suisse)

[email protected]

Cécile Félon

ABB Power Products

Genève (Suisse)

[email protected]

électrique est peu sollicité, à des tarifs avantageux en période creuse. Différen-tes bornes de recharge domestiques sont proposées pour répondre aux be-soins de chaque type de logement (à l’in-térieur, à l’extérieur, en montage mural) ; elles intègrent toutes les systèmes de sécurité propres aux appareils électro-ménagers. La solution ABB comprend tout ce qui est nécessaire pour réaliser des stations de recharge domestiques sûres et efficaces.

Charge publique

Les bornes « semi-rapides » permettent de recharger une batterie en quelques heures, pendant que l’automobiliste est au travail, au restaurant, au supermar-ché, etc. Les produits ABB équiperont les bornes de recharge réparties en ville (parkings privés, bâtiments publics, ma-gasins et grands garages).

Robustes et sûres, elles satisfont à la ré-glementation des espaces publics. Dans la plupart des cas, le consommateur payera l’électricité utilisée, la borne étant alors dotée d’un système d’authentifi ca-tion du client et/ou de paiement sécurisé.

Charge express

Les systèmes de charge rapide et ultra-rapide utilisent des convertisseurs de

grande puissance dans les stations de recharge (plutôt qu’à bord des VE). Dès à présent, les stations compatibles avec les batteries existantes sont capables de

faisabilité économique et politique de ce virage écologique reste à prouver et la réalisation d’objectifs aussi ambitieux que ceux présentés en ➔ 6 nécessitera des mesures courageuses.

La possibilité d’une interaction construc-tive entre VE et EnR, telles que l’éolien et le photovoltaïque, ouvre des perspecti-ves très intéressantes. En associant technologies de RI et de stockage d’élec-tricité (batterie automobile) pour gérer la fourniture et la consommation d’énergie, il devient bien moins problématique de relever le défi de l’intégration des VE et des EnR que de traiter chaque enjeu sé-parément.

Dernier kilomètre : les points de rechargeL’un des avantages souvent cité des VE, sur la filière hydrogène par exemple, est le coût nettement inférieur de l’infra-structure de recharge puisque l’électricité est déjà disponible partout ! L’atout est certes de taille mais la réalité n’est pas si simple : il faut transférer l’électricité du réseau vers les batteries embarquées dans chaque VE, l’opération devant être rapide, pratique, simple, bon marché et sûre. La solution envisagée par ABB est une station de recharge proposée en trois configurations, selon l’application.

Charge à domicile

Les chargeurs domestiques permettent de recharger à 100 % une batterie de fai-ble puissance pendant la nuit. L’opéra-tion s’effectue donc quand le réseau

Une gestion intelli-gente de la charge permettrait aux centrales de nom-breux pays de four-nir l’énergie néces-saire à la majeure partie d’une flotte de véhicules sans la moindre aug-men tation de capa-cité nominale.

6 Production mondiale d’électricité par source d’énergie : hypothèse d’une réduction massive des émissions de CO2

2008 2020

100

80

60

40

20

0

EnR autres que l’hydroélectrique

Hydroélectrique

Nucléaire

Gaz naturel

Pétrole

Charbon

Biomasse

Géothermique

Photovoltaïque

Éolien

%

Sources : EPI et AIE

40,3 20,8

11,4

4,8

37,7

13,5

6,35,6

5,2

19,1

13,7

17,5

4,1

Année

82 revue ABB 2|10

KNUT MARQUART – Les autorités portuaires et les armateurs sont à la recherche de solutions pour réduire leurs émissions polluan-tes et leur impact sur le climat. Si la problématique environne-mentale justifi e l’intérêt accru dans les solutions d’alimentation des navires à quai, les avantages économiques ne sont pas en reste au vu de la hausse des coûts des combustibles fossiles. Dans ce contexte, ABB a développé des solutions optimisées pour couvrir les besoins énergétiques des navires et répondre aux préoccupations des administrations portuaires, des arma-teurs et des fournisseurs d’électricité.

Les solutions ABB d’alimen-tation électrique réduisent le bruit et les émissions de gaz à effet de serre des navires à quai

Prise de terre

83Prise de terre

navire pour éviter la moindre interruption d’alimentation lors du changement de source.

Pionnier dans ce domaine, ABB a installé avec succès la première connexion bord à quai dans le port suédois de Göteborg en 2000.

Dans un prochain numéro de la Revue ABB, un article décrira plus en détail les solutions ABB d’alimentation électrique des navires à quai.

Knut Marquart

ABB Marketing and Customer Solutions

Zurich (Suisse)

[email protected]

niveaux de tension et de la fréquence du réseau électrique du port à ceux des na-vires. Le développement d’une infra-structure terrestre d’alimentation des na-vires pouvant avoir un impact significatif sur le réseau électrique général, ABB est également en mesure d’en étudier les ef-fets globaux et de préconiser des solu-tions pour améliorer et renforcer le ré-seau général et le réseau du port pour les branchements « bord à quai ».

Des solutions mono ou bifréquences, pour toutes les puissances, sont dispo-nibles pour les applications à un ou plusieurs mouillages, les terminaux de conteneurs et les ports de centre-ville ; de même, des solutions compactes d’in-térieur peuvent accueillir tous les compo-sants majeurs du système.

À bord, la solution d’alimentation doit être totalement intégrée au réseau élec-trique et au système d’automatisation du

L orsqu’un navire de croisière fait escale pendant 10 heures dans un port, ses moteurs diesel brû-lent 20 tonnes de combustible et

rejettent 60 tonnes de CO2, soit l’équiva-lent des émissions totales annuelles de 25 berlines européennes. Or ces émis-sions peuvent être supprimées en bran-chant le navire sur le réseau électrique terrestre.

Outre le CO2, ce branchement diminue également les rejets de SOx, de NOx et de particules, réduit les niveaux de bruit et les vibrations basse fréquence du navire, et permet la maintenance des moteurs diesel pendant l’escale.

Les solutions clés en main d’ABB regrou-pent l’ensemble des infrastructures électriques à bord et à terre, y compris les convertisseurs de fréquence, l’appa-reillage haute et moyenne tension (HT/MT), les transformateurs, les systèmes de contrôle-commande et de protection. ABB propose également un éventail complet de services et de systèmes pré-développés et intégrés, depuis le poste électrique à quai jusqu’à l’adaptation du réseau de bord pour son raccordement au réseau terrestre.

À terre, cela suppose une alimentation électrique appropriée et l’ajustement des

ABB propose des solutions pour les infrastructures élec-triques à bord et à terre, ainsi qu'un éventail complet de services et de sys-tèmes prédévelop-pés et intégrés.

Système embarqué complet, y compris connexion au tableau HT et enrouleur de câble

Prise de quai6,6 kV/11 kV

Poste électrique(y compris convertisseur 50/60 Hz)

Câble HT enterré (distance : 1 à 5 km)

Transformateur de quai

84 revue ABB 2|10

fi able des courants de défaut et de l’intensité lumineuse, par une électronique dédiée, garantissent une extinction quasi immédiate des arcs. Ce sectionneur offre des avantages technico-économiques : nette amélioration de la disponibilité du système et de la sécurité de l’opérateur, à des valeurs assignées de tension atteignant 40,5 kV et de courant admis-sible de courte durée de 63 kA maxi (durant 1 s) ; baisse signifi cative des temps d’indisponibilité et des coûts de réparation après défaut.

DIETMAR GENTSCH, VOLKER GRAFE, HANS-WILLI OTT,

WOLFGANG HAKELBERG, ANDREAS BRANDT – ABB a combiné les technologies de deux dispositifs éprouvés, sa célèbre chambre de coupure rapide sous vide et le limiteur Is, appareil de commutation et de limitation le plus rapide au monde, pour réaliser un ingénieux système de protection contre les défauts d’arc destiné aux appareils de coupure moyenne tension ultrarapides. La durée de déclenchement très courte (<1,5 ms) de ce dispositif de coupure sous vide et la détection rapide et

Rapidité, sécurité, compétitivitéLa triple devise du nouveau sectionneur de terre ultrarapide d’ABB

85Rapidité, sécurité, compétitivité

lateur à tige 24 kV. Ils se composent d’une chambre sous vide, encapsulée dans une résine époxyde qui l’isole du milieu ambiant. D’un point de vue diélec-trique, cette chambre est en fait consti-tuée de deux espaces sous vide séparés par une membrane : le premier intègre une tige de contact mobile, au potentiel de la terre, et le second, un contact fixe à potentiel élevé. Chaque commutateur intègre également un microgénérateur de gaz ultrarapide, de type et de fonc-tionnement comparables au générateur de gaz d’un airbag ➔ 2, et conçu comme un actionneur de vérin simple effet. L’uni-té électronique, bâtie sur une technolo-gie analogique rapide et robuste, est, par sa structure, indépendante de chaque phase ; elle détecte le courant et la lu-mière, puis déclenche la coupure avec une fiabilité et une célérité maximales.

Lorsqu’un défaut d’arc interne se produit dans un appareillage, l’unité électronique détecte le courant de défaut (capté par transformateur de courant) et l’arc lumi-neux (mesuré par capteurs optiques). Le microgénérateur de gaz est activé pres-que simultanément. Plus précisément, la pression du gaz actionne le piston, qui s’engage dans la première partie de la chambre sous vide ; la tige de contact mobile enfonce alors la membrane pour atteindre le contact fixe sans rebondir, créant un fort court-circuit métallique à la terre. Le court-circuit et l’extinction du défaut d’arc ont lieu moins de 4 ms après sa détection. La séquence complète, décrite en ➔ 3, aboutit au raccordement sûr du piston au potentiel de la terre via le contact mobile.

Traiter toute l’information essentielleL’unité électronique possède 3 canaux d’entrée pour suivre en continu la valeur instantanée du courant. Des comman-des simples permettent de régler et d’adapter le niveau de réponse (critère de détection d’un courant de défaut) aux nombreux besoins de protection. La faible charge d’entrée (moins de 1 VA) du transformateur de courant permet de le relier simplement à l’enroulement secon-daire des transformateurs de protection existants.

De plus, 9 entrées optiques assurent la détection des défauts d’arc. L’état de la protection est indiqué par des voyants et un afficheur 7 segments, en face avant de l’unité ➔ 4. Des contacts flottants

D ans certaines circonstances, il arrive qu’une défaillance à l’intérieur d’une armoire élec-trique, causée par un défaut,

un régime de fonctionnement anormal ou une erreur de manœuvre, déclenche un arc interne dangereux ➔ 1. Si la protec-tion du personnel est de loin la priorité absolue, il est aussi important de préve-nir la destruction des autres composants de l’installation ! Mission accomplie avec le nouveau système de protection contre les arcs internes d’ABB.

Le principe du dispositif consiste en une mise à la terre triphasée métallique rapi-de qui empêche la libération incontrôlée d’énergie, à l’apparition d’un défaut d’arc interne. Ce raccordement de très faible impédance provoque la commutation immédiate du courant de court-circuit d’un défaut d’arc vers le sectionneur de terre rapide et l’extinction de l’arc.

Ce sectionneur de terre ultrarapide « UFES » (Ultra-Fast Earthing Switch) se compose de trois commutateurs primai-res complets de type U1 (photo p. 84) et d’une unité électronique de déclen-chement rapide « QRU » (Quick Release Unit). Les commutateurs ont les mêmes dimensions (210 mm de hauteur et 137 mm de diamètre), la même forme et les mêmes points de fixation sur un iso-

L’association de la chambre de coupure sous vide et du limiteur Is d’ABB forme un ingénieux système de protection contre les défauts d’arc pour les appareillages de coupure moyenne tension extrême-ment rapides.

1 Durée et conséquences d’un défaut d’arc dans une installation électrique

Dispositif de protection traditionnel – Durée du défaut d’arc = 200 à 300 ms – Détection par relais standard– Élimination du courant de défaut d’arc par

le disjoncteur amont

Risques élevés– Incendie/explosion– Graves blessures du personnel

(selon le type d’appareil)

Relais de protection rapide avec équipe-ment supplémentaire (limiteur Ith, par ex.) − Durée du défaut d’arc = 50 à 100 ms− Détection rapide par relais de protection

spécial− Élimination du courant de défaut d’arc par

le disjoncteur amont

Risques limités pour les équipements et le personnel (selon le type d’appareil)

Sectionneur de terre ultrarapide (UFES)− Durée du défaut d’arc ≤ 4 ms (après

détection)− Détection ultrarapide par unité électroni-

que de type QRU− Extinction ultrarapide de l’arc interne par

commutateurs primaires UFES− Élimination définitive du courant de défaut

d’arc par le disjoncteur amont

Aucun risque

86 revue ABB 2|10

4 Unité électronique de type QRU12 Vue en coupe d’un commutateur primaire UFES

Dispositif sous vide

Actionneur

Isolateur en époxy

Contact fixe

Isolateur en céramique

Membrane

Tige de contact mobile

Capsule détonante

Piston

Vérin

Système à contact mobile

Microgénérateur de gaz

3 Déroulement de la coupure

Formation de l’arc interne Détection de l’arc par l’unité électronique (lumière + courant)

Élimination définitive du courant de défaut par le disjoncteur amont

Envoi du signal de déclenchement aux commutateurs primaires UFES (éventuellement, au disjoncteur amont)

Mise à la terre triphasée métallique rapide par manœuvre des commuta-teurs primaires entraînant :– l’interruption de la

tension d’arc : extinction immédiate de l’arc ;

– l’écoulement du courant de défaut contrôlé vers le potentiel de la terre par les commutateurs primaires UFES.

Disj

TC

UFES QRUIk“

Disj

TC

UFES QRUIk“

Disj

TC

UFES QRUIk“

Disj

TC

UFES QRUIk“

Disj

TC

UFES

(facultatif)

QRUIk“

Temps (ms)

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0

i (t)

Temps (ms)

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0

i (t)

Temps (ms)

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0

i (t)

Temps (ms)

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0

i (t)

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0

i (t)

Temps (ms)

87

les critères de réponse de l’appareil de coupure, et, d’autre part, afficher les déclenchements sans les envoyer au microgénérateur.

Avec le système de détection lumineuse TVOC, une seule unité électronique per-met de surveiller jusqu’à 54 comparti-ments (3 par tableau) d’un appareillage. Les modules d’extension TVOC, compre-nant chacun 9 entrées optiques, peuvent être directement raccordés aux 5 inter-faces fournies. Sachant que la détection d’un défaut d’arc par ces modules est aussi surveillée par l’unité électronique, au moins 18 tableaux d’un appareillage de coupure disposent d’une protection active. La surveillance de chaque com-partiment facilite la localisation du défaut.

Pouvoir de protectionLe système d’ABB, conçu pour des ten-sions assignées jusqu’à 40,5 kV et des courants assignés de tenue aux courts-circuits de courte durée (1 s) de 63 kA maxi ➔ 5, constitue une solution de pro-tection active contre les défauts d’arc interne pour les nouveaux appareillages moyenne tension (MT) certifiés ainsi que les appareils d’anciennes générations. Il permet d’éviter l’endommagement de l'appareillage, de l'équipement et du milieu environnant ; la disponibilité du système et la sécurité du personnel s’en trouvent grandement renforcées. Enfin, il

Rapidité, sécurité, compétitivité

minimise l’installation de limiteurs de pression dans des locaux difficiles d’accès.

Les commutateurs primaires UFES peu-vent être montés dans les compartiments de raccordement des câbles de l’appa-reillage ou simplement dans chaque sec-tion de jeu de barres pour assurer la pro-tection du système entier. L’UFES sera, dans un premier temps, livré sous la for-me d’une unité complète logée dans un coffret de branchement ABB ayant subi des essais de type (pour s’intégrer aux appareillages existants ➔ 6) puis, dans un deuxième temps, proposé « en fourni-ture séparée » regroupant l’électronique et les trois commutateurs primaires.

Dietmar Gentsch

Volker Grafe

Hans-Willi Ott

Wolfgang Hakelberg

Andreas Brandt

ABB Power Products

Ratingen (Allemagne)

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

6 Démonstrateur avec commutateurs primaires UFES en partie haute

permettent l’interfaçage avec d’autres appareils pour, notamment :− communiquer l’état de l’électronique

à une salle de commande distante ;− envoyer des commandes à un

disjoncteur raccordé à la détection du défaut d’arc ;

− bloquer le réenclenchement du disjoncteur juste après ouverture.

De même, l’allumeur du microgénérateur de gaz et le chien de garde électronique sont contrôlés en permanence. L’unité électronique peut passer en mode test pour, d’une part, simuler et vérifier tous

Le système d’ABB est une solution de protection active contre les défauts d’arc pour les appareillages MT, qui renforce consi-dérablement la disponibilité du système et la sécu-rité du personnel.

5 Commutateur primaire UFES de type U1

Conformité normative CEI

Caractéristiques électriques maxi (6 variantes de base)

Tension assignée (eff) kV 40,5

Tension de tenue assignée à fréquence industrielle (eff) kV 85 / 95

Tension de tenue assignée aux chocs de foudre (crête) kV 170 / (200)

Fréquence assignée Hz 50 / 60

Courant assigné admissible de courte durée (eff) kA 50 / (63)

Courant assigné admissible (crête) kA 170

Durée du court-circuit s 3 / (1)

Courant assigné de coupure en court-circuit kA 170

Caractéristiques mécaniques

Dimensions (diamètre x hauteur) mm ~ 137 x 210

Temps de fermeture ms < 1,6

Durée de rebond du contact ms 0

Durée de vie

Nombre de manœuvres 1

Nombre de courts-circuits interrompus 1

Stockage Années 30

Microgénérateur de gaz Années 15

88 revue ABB 2|10

NORBERT LANG – L’histoire a ses paradoxes : n’est-il pas étonnant que, bien longtemps avant les premiers signes de « globalisation », la technique ait progressé en parallèle dans différents pays occidentaux, malgré leurs disparités géographiques, économiques et culturelles ? Il en est ainsi de l’électrifi cation et de la traction ferroviaires. La décision d’électrifi er le chemin de fer dépendait en grande partie de la richesse du pays en ressources houillères et hydroélectri-ques. D’où la multiplicité et la coexistence de fi lières et techniques nationales qui n’ont pourtant pas empêché la naissance de nombreuses innovations remarquables, tant par leur ingéniosité que leur universalité.

Une longue tradition ABB

L’électrification de la grande traction ferroviaire

Panorama historique

89L’électrification de la grande traction ferroviaire

moteurs utilisaient un stator à pôles saillants et une commutation de champ à décalage de phases. Cette machine rencontra un tel succès que la première locomotive fut adaptée en conséquence. De décembre 1907 à 1909, tous les trains réguliers de

cette ligne passèrent à la traction électri-que. Néanmoins, la haute tension n’autori-sait pas l’emploi de ligne de contact aérienne centrée sur la voie : l'alimentation électrique se faisait par un fi l latéral, fi xé sur des poteaux en bois. Le contrat prévoyait de retirer ce fi l au terme des essais et de restituer la ligne à la traction vapeur, qui ne

de montagne et à vapeur, l’entreprise dé-tient alors, depuis des décennies, le quasi-monopole de la partie mécanique (carros-serie, châssis et organes de roulement) des locomotives électriques suisses. Les deux fi ls Brown, Charles E. L. (futur cofondateur de BBC) et Sidney, sont de la partie : tous deux conçoivent la première locomotive de grande ligne électrique pour la liaison Berthoud-Thoune de 40 km (photo p. 88). Il s’agissait d’une loco de fret, à deux vites-ses constantes (17,5 et 35 km/h), alimen-tée en alternatif triphasé à 40 Hz. La trans-mission utilisait des engrenages droits qu’il fallait changer à l’arrêt ; deux gros moteurs asynchrones entraînaient les deux essieux à l’aide d’un arbre intermédiaire et de biel-les d’accouplement. La tension de la ligne de contact aérienne était limitée à un maxi-mum légal de 750 V.

En 1903, la Compagnie de l’Industrie Élec-trique et Mécanique (CIEM), prédécesseur d’ABB Sécheron, électrifi e le chemin de fer à voie étroite reliant St-Georges-de-Commiers à La Mure, en France ; l’alimen-tation est en continu, à une tension excep-tionnellement élevée pour l’époque de 2 400 V, sous fi l de contact aérien double. Presque simultanément, mais chacun de leur côté, les Ateliers de Construction Oer-likon (MFO) et BBC lancent un grand projet d’électrifi cation du réseau exploité par les Chemins de Fer Fédéraux suisses (CFF).

À l’origine, l'alternatif monophaséDe 1905 à 1909, les Ateliers Oerlikon en-treprennent des essais de traction mono-phasée à 15 kV, 15 Hz, sur un tronçon de l’ancien réseau ferré helvétique National-bahn reliant Zurich-Seebach à Wettingen (aujourd’hui partie intégrante du réseau suburbain zurichois). La première locomo-tive Oerlikon est équipée d’un groupe tournant et de moteurs de traction à courant continu ➔ 3. Une seconde machine lui est ajoutée en 1905 ➔ 4 : elle conserve la même disposition d’essieux B’B’ mais les bogies sont tous deux équipés d’un moteur monophasé à excitation série de 180 kW, directement alimenté par le chan-geur de prises du transformateur. La com-mande par jeu de prises échelonnées sur les enroulements du transformateur allait devenir par la suite la méthode classique de pilotage des locomotives à courant alternatif, jusqu’à l’essor de l’électronique de puissance. Les essieux étaient entraînés par un réducteur, un arbre intermédiaire et des bielles d’accouplement. La vitesse maximale plafonnait à 60 km/h. Les

P our la plupart des constructeurs ferroviaires, les dispositifs et systèmes d’électrifi cation pui-sent leurs origines dans le tram-

way. En 1890, un prédécesseur d’ABB Secheron, à Genève, fournit à la ville de Clermont-Ferrand les premiers trams élec-triques français ➔ 1, ouvrant la voie à l’élec-trifi cation des lignes de montagne à cré-maillère. En 1898, un autre pionnier d’ABB, Brown, Boveri et Cie (BBC), équipe plu-sieurs chemins de fer de montagne, comme la célèbre ligne de la Jungfrau qui se hisse au plus près du sommet du Jungfraujoch, à 3 500 m d’altitude ; la voie ferrée est d’abord électrifi ée en courant triphasé à 40 Hz, avant de passer à la fréquence industrielle de 50 Hz.

Dès leurs premières heures, les voies fer-rées locales et de montagne connaissent de fulgurants progrès techniques. Pour autant, cet article se consacrera essentiel-lement aux développements des grandes lignes ferroviaires à voie normale (écarte-ment de 1 435 mm).

Question de fréquenceSaviez-vous que l’un des cofondateurs de la Fabrique de Locomotives et de Machi-nes suisse SLM ➔ 2, en 1871, fut Charles Brown père (1827–1905), dont le nom se perpétue encore aujourd’hui dans l’un des « B » d’ABB ? Constructeur de locomotives

« Le véhicule à traction électrique, sans doute le plus harmonieux et le plus bel assemblage de composants électromécaniques, ne cesse de poser au génie humain de nouveaux et passionnants défis de conception. »Karl Sachs

1 Premiers jalons

– 1890 : un prédécesseur de l’entreprise genevoise ABB Sécheron équipe Clermont-Ferrand des premiers tramways électriques français.

– 1892 : le premier chemin de fer à crémaillère électrique (500 V continu) voit le jour au Mont Salève, près de Genève.

– 1894 : les Ateliers Oerlikon livrent les premiers trams électriques zurichois.

– 1896 : les premiers trams électriques BBC font leur apparition à Lugano, en Suisse. L’entreprise suédoise ASEA, fondée en 1883 et devancière du groupe ABB, lance son activité Traction électrique avec des voitures de tram.

– 1898 : BBC équipe les dessertes Stansstaad–Engelberg et Zermatt– Gornergrat, ainsi que la ligne qui grimpe au sommet du Jungfraujoch, à 3 500 m d’altitude.

– 1901 : ASEA fournit des trams électriques à la ville de Stockholm.

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italien. Le parc d'origine comprenait deux locomotives Ae 3/5 (1’C 1’) ➔ 5 et deux Ae 4/4 (0-D-0), à moteurs asynchrones. Le ré-glage de la vitesse se faisait à l’aide des pôles commutables du stator. Les moteurs lents, montés en bas de caisse, entraî-naient les essieux par des bielles d’accou-plement multiples. Ces machines dévelop-paient une puissance unihoraire de 780 kW (Ae 3/5) et 1 200 kW (Ae 4/4), à la vitesse maxi de 75 km/h. En attendant l’achève-ment de toutes les locomotives, trois ma-chines de réalisation équivalente furent em-pruntées au chemin de fer de la Valteline.

À l’époque, le moteur asynchrone alternatif triphasé s’était déjà révélé avantageux pour la traction ferroviaire, par sa robustesse et sa simplicité d'entretien, en l’absence de collecteurs. Mais il n’était pas exempt d’in-convénients : par exemple, un réglage de la vitesse à graduation grossière, du fait de la commutation des pôles, et la ligne de contact à deux fi ls de l’alimentation tripha-sée qui compliquait les aiguillages. Le mo-teur triphasé devait donc rester minoritaire

sera électrifi ée qu’en 1942. Cette expé-rience eut néanmoins un grand retentisse-ment.

Le monophasé à fréquence spéciale pour le SimplonFin 1905, BBC se charge d’électrifi er, à ses frais et à ses risques, les 20 km du tunnel monovoie subalpin du Simplon reliant Brigue (Haut-Valais suisse), à Iselle (Italie), en cours d’achèvement. Lever le risque d’intoxication des voyageurs par le mono-xyde de carbone des locos à vapeur, en cas de panne du convoi dans ce long tun-nel, était le premier argument justifi ant l’électrifi cation. Pourtant, il ne restait que six mois avant l’inauguration de l’ouvrage. L’électrifi cation fut réalisée en triphasé à 16 2/3 Hz, sous une tension de 3 kV fournie par deux centrales électriques situées de part et d’autre du tunnel. Ce système élec-trique fut repris pour la ligne de la Valteline (nord de l’Italie), les lignes franchissant le col du Brenner (entre l’Autriche et l’Italie) et du Monte Giovi (province de Florence), ainsi que celle longeant le littoral méditerranéen

3 Première locomotive d’essai Oerlikon à groupe tournant et moteurs de traction à courant continu

4 Seconde locomotive d’essai Oerlikon à moteurs monophasés

Walter Boveri s’opposa à l’exploi-tation des conces-sions publiques et réseaux de che-mins de fer suisses à différentes fré-quences ; son ob-jection déboucha sur le compromis du 16 2/3 Hz.

2 Quelques grands noms du rail

ASEA Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget, Västeras, Suède (1983–1987) ; ASEA fusionne avec BBC le 1er janvier 1988 pour former Asea Brown Boveri (ABB).

BBC Brown, Boveri et Cie, Baden, Suisse (1891-1987)

BLS Compagnie du Bern-Lötschberg-Simplon, Spiez, Suisse

CFF Chemins de Fer Fédéraux suisses, Berne

DB Deutsche Bahn, entreprise nationale des chemins de fer allemands

MFO Ateliers de Construction Oerlikon (1876–1967), repris par BBC.

ÖBB Österreichische Bundesbahnen, chemins de fer fédéraux autrichiens

SAAS Société Anonyme des Ateliers de Sécheron, Genève, Suisse (1918–1969), reprise par BBC.

SLM Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik, Winterthur, Suisse, fondé en 1871 et acquis par ADtranz en 1998.

SJ Statens Järnvägar, entreprise nationale des chemins de fer suédois, devenue société publique à responsabilité limitée en 2001.


fer suisses à différentes fréquences ; relayée par d’autres détracteurs, son opposition débouche sur le compromis du 16 2/3 Hz (soit le tiers de la fréquence de 50 Hz nor-malement pratiquée dans l’industrie).

Boveri propose également d’équiper les loco motives de redresseurs à vapeur de mercure, qui ont déjà donné satisfaction dans l’industrie. Or l’époque n’est pas en-core à ces dispositifs « statiques » dont les volumineuses cuves de mercure auraient diffi cilement supporter les rudes conditions d’exploitation du rail.

L’électrifi cation du Gothard progresse à une telle vitesse que le temps manque pour tester convenablement les locomotives d’essai. Il faut passer commande au plus vite ! L’électricien BBC et le mécanicien SLM fournissent 40 locomotives de trains de voyageurs (1’B)(B1’) et Oerlikon/SLM, 50 locos de fret (1’C)(C1’). Ces deux types de machine sont équipés de quatre mo-teurs sur châssis entraînant les essieux par un arbre intermédiaire et des bielles d’ac-couplement. Développant une puissance unihoraire de 1 500 et 1 800 kW, à une vi-tesse maxi de 75 et 65 km/h, ces engins ont su répondre aux cahiers des charges des exploitants ferroviaires et passer à la postérité : les locomotives du Saint-Gothard sont en effet devenues l’archétype des véhicules de traction ferroviaire suis-ses. C’est surtout le cas de la version de fret longue de 20 m à châssis articulé (qui facilite le franchissement des courbes), surnommée crocodile pour sa livrée verte ➔ 8. Ces machines de légende assu-rèrent un service ininterrompu pendant près de 60 ans, tout en étant copiées sous bien des formes dans différents pays ; elles demeurent aujourd’hui la pièce de collec-

En 1910, Oerlikon et SLM fournissent au BLS un prototype de locomotive de 1 250 kW avec une confi guration d’essieux C-C ➔ 7. Au terme d’essais fructueux, le BLS passe commande de plusieurs locos Be 5/7 (1’E1’) de 1 800 kW, dont la première est livrée en 1913. En 1930, la Société Anonyme des Ateliers de Sécheron (SAAS) vend au BLS la première de six Ae 6/8 (1’Co)(Co1’) mettant à profi t l’entraînement individuel des essieux à arbre creux : une conception couronnée de succès puisque ces engins tiraient encore de lourds trains de voyageurs et de marchandises bien après la Seconde Guerre mondiale !

Le Saint-GothardConfrontés à la grave pénurie de charbon causée par la Grande Guerre, les CFF décident en 1916 d’électrifi er le réseau ferroviaire du Gothard en reprenant le

système d’alimen-tation qui avait fait ses preuves sur la ligne du Lötschberg. Ils demandent alors à des constructeurs suisses, électro-techniciens et mé-caniciens, de fournir des prototypes de locomotives, avec

d’éventuels contrats à la clé. Trois centra-les hydroélectriques alimentées par des barrages de hautes chutes (Amsteg, Ritom et La Barberine) sont immédiatement mi-ses en chantier pour produire le courant nécessaire aux locomotives traversant le Gothard.

C’est alors que Walter Boveri, cofondateur de BBC, conteste fermement l’exploitation des concessions publiques et chemins de

en traction ferroviaire jusqu’à une date ré-cente où les convertisseurs à électronique de puissance ont pu combler ses lacunes sans compromettre ses points forts.

En 1908, les CFF reprennent cette installa-tion : en 1919, deux autres locomotives sont ajoutées et l’électrifi cation s’étend jusqu’à Sion ; un second tunnel voit le jour en 1921. Pour autant, l’année 1930 sonne le glas du triphasé sur la ligne du Simplon avec sa conversion en monophasé 15 kV, à 16 2/3 Hz ➔ 6.

L'électrification du LötschbergAvec des déclivités de 2,2 à 2,7 % et des rayons de courbure de 300 m, la ligne al-pine qui relie Thoune à Brigue via Spiez, exploitée par le Chemin de fer du Lötsch-berg (BLS) et achevée en 1913, se carac-térise par un profi l très tourmenté. Dès

l’esquisse du projet, il est question d’élec-trifi er le tunnel à deux voies. En 1910, le BLS opte pour le 15 kV à 15 Hz, déjà éprouvé lors des essais réalisés sur la pe-tite ligne Seebach–Wettingen, qu’il porte ensuite à 16 2/3 Hz. Le BLS traçait ainsi la voie de l’électrifi cation du Saint-Gothard mais aussi des réseaux ferrés allemand, autrichien et suédois qui se rallièrent à ce système.

5 Locomotive de la ligne du Simplon, alimentée en alternatif triphasé (1906)

Le moteur asynchrone (sans collecteurs) offre des qualités de robustesse et de simplicité d’entretien pour la traction ferroviaire.

6 La voie optimale

1904 voit la création, en Suisse, d’un comité fédéral d’études pour l’électrification du chemin de fer en vue « d’examiner et de clarifier les conditions techniques et financières préalables à l’instauration de la traction électrique sur les lignes ferroviaires suisses. » Plusieurs systèmes d’électrification font alors l’objet d’études approfondies, s’appuyant sur de récentes réalisations. Résultats et conclusions sont régulièrement publiés. En 1912, le comité préconise d’unifier la grande traction ferroviaire suisse autour du courant monophasé sous ligne de contact aérienne de 15 kV, à environ 15 Hz.

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duel des essieux. Cette « transmission Büchli », du nom de son inventeur, reposait sur le principe suivant : le moteur de trac-tion, solidaire du châssis, attaque par un pignon une couronne dentée située en porte-à-faux, à l’extérieur de l’essieu moteur, qui transmet l’effort de traction à des leviers secteurs et biellettes qui, via des manetons, entraînent la roue motrice ➔ 10. 114 unités de cette concep-tion circulèrent sur le réseau des CFF. Leurs performances permirent de porter le pla-fond de vitesse de 90 km/h à 110 km/h. Ce succès confi rma la puissance de l’industrie électrotechnique suisse et déboucha sur

de nombreuses commandes et contrats de concession pour des locomotives similaires en Alle magne, en Tchécoslovaquie, en France, en Espagne et au Japon. Au total, quelque 1 000 véhicules à transmission BBC-Büchli ont été construits.

Néanmoins, les trains de grandes lignes, plus longs et plus lourds, exigent des locos surpuissantes pour franchir les rampes du Gothard et du Simplon. S’inspirant du concept précédent et de la transmission Büchli, 127 locomotives Ae 4/7 (2’Do1’) sont mises sur les rails de 1927 à 1934. Ces machines, malgré une esthétique déni-grée par un célèbre designer suisse de l’époque, ont fait partie, des décennies du-rant, des prestigieuses locomotives du parc des CFF et de la ligne du Gothard. La der-nière a quitté le service régulier en 1996.

La centrale de Porjus alimente cette ligne ferroviaire en monophasé 15 kV à 16 2/3 Hz (auparavant 15 Hz). Vers 1920, l’électrifi ca-tion a gagné Lulea via Gellivare, sur le Golfe de Botnie. Le tronçon norvégien de la ligne est électrifi é en 1923. Dans cette région, les montagnes culminent à des altitudes moyennes et les rampes de 1 à 1,2 % sont bien inférieures aux déclivités des traver-sées alpines suisses. Néanmoins, le fort tonnage des trains chargés de magnétite impose de lourdes contraintes aux loco-motives. ASEA fournit la partie électrique des 12 locomotives articulées de 1 200 kW (1’C)(C1’) et équipées d’une transmission à bielles latérales, ainsi que deux loco-motives de vitesse similaires de 600 kW (2’ B 2’). Dix machi-nes à quatre essieux de 650 kW pour le transport rapide de marchandises leur sont adjointes, principa-lement utilisées en tandem. En 1925, la grande ligne de la compagnie nationale Statens Järnvägar (SJ) de 460 km reliant Stockholm à Göteborg est électrifi ée, ASEA fournissant les locomotives 1’C1’ de 1 200 kW.

Le succès de la commande individuelle des essieuxAprès avoir inauguré la traction électrique sur la ligne du Gothard, les CFF étendent son rayon d’action aux chemins de fer de plaine et de montagne jurassienne. Vers 1927, la transversale reliant le lac de Constance, à l’est, au lac de Genève, à l’ouest, est électrifi ée. BBC et SLM déve-loppent les locomotives de voyageurs Ae 3/6 II (2’Co1’) mettant en œuvre une nouvelle technique d’entraînement indivi-

tion incontournable de tout passionné de modélisme ferroviaire.

La signature SécheronEn 1921/1922, Sécheron fournit six loco-motives Be 4/7 (1’Bo 1’)(Bo’) au chemin de fer du Gothard. Elles sont équipées de quatre essieux entraînés individuellement par une transmission à ressorts et arbre creux Westinghouse ➔ 9. Malgré leurs bon-nes caractéristiques de fonctionnement, ce furent les seuls exemplaires commandés par les CFF qui n’étaient pas convaincus par la commande individuelle des essieux. Pour leurs trajets moins montagneux, ils passent commande de 26 locomotives de voyageurs Ae 3/5 (1’Co1’) ; dotées de la même transmission à arbre creux, elles atteignent 90 km/h. D’une masse de 81 t, ces machines étaient nettement plus légè-res que leurs concurrentes. Suivent dix uni-tés similaires, baptisées Ae 3/6 III, à dispo-sition 2’Co 1’. Ces trois types d’engins de traction, plus connus sous le vocable générique de « Machines Sécheron », ont surtout circulé en Suisse occidentale. La dernière était encore en service au début des années 1980 pour remorquer les trains de transport de véhicules dans les tunnels du Saint-Gothard et du Lötschberg.

ASEA et le secteur ferroviaireComme en Suisse, l’électrifi cation des che-mins de fer nationaux suédois débuta avant la Première Guerre mondiale. De 1911 à 1914, la ligne de transport de minerai de fer Malmbanan, longue de 120 km, est électri-fi ée. Elle achemine principalement le mine-rai de fer du gisement de Kiruna, dans le grand Nord lapon, au port norvégien de Narvik, libre de glace toute l’année grâce au Gulf Stream. La Suède dispose aussi d’immenses ressources hydroélectriques.

7 Locomotive d’essai des chemins de fer du Lötschberg (1910) 8 La légendaire crocodile Oerlikon Ce 6/8, construite pour le transport de marchandises sur la ligne du Gothard des CFF.

Les Crocodiles devinrent les locomotives emblématiques du rail suisse.


La révolution des semi-conducteurs devait changer la donne avec les composants « statiques » qui ne tardèrent pas à appa-reiller les nouvelles locomotives. De 1965 à 1983, le BLS acquiert 35 locomotives Re 4/4 de la série 161 ➔ 12. Au lieu de l’alter natif monophasé, les moteurs de traction sont alimentés en courant continu à travers un redresseur simple alternance et une inductance de lissage. Le redresseur statique à pont de diodes refroidi par bain d’huile ponctionne son alimentation du changeur de prises du transformateur. Ces locomotives possédaient deux moteurs par bogie, placés en parallèle pour réduire le risque de patinage sur les fortes rampes. Capables de développer une puissance unihoraire avoisinant 5 MW, elles ont fait un parcours sans faute ! Une machine fut mo-difi ée pour recevoir des convertisseurs à thyristors et testée avec succès sur la ligne autrichienne du Semmering. L’entreprise ferroviaire ÖBB passa alors commande à la fi liale viennoise d’ABB de 216 locomotives de même réalisation (1044).

L’association convertisseurs de fréquence-moteurs asynchrones s’est révélée par-ticulièrement avantageuse. Elle permet de réaliser un entraînement très uniforme, fon-cièrement indépendant du type d’alimenta-

tion fournie par le fi l de contact. Cette évolution amorce la standardisation et la construction de véhicules « polymorphes », aptes à circuler sous différents systèmes de tension et fréquence pour tracter les trains internationaux. De plus, l’emploi de moteurs asynchrones triphasés robustes, sans collecteurs, permet d’économiser sur

en Autriche (type 1043) et aux États-Unis (AEM-7) où elles sont construites sous l icence General Motors.

Du redresseur au convertisseurSous l’angle conceptuel, un moteur à cou-rant alternatif monophasé s’apparente beaucoup à un moteur à courant continu. Pourtant, le second répond avec davantage de souplesse et de simplicité aux exi -gences de réglage en vitesse ou en puis-sance. Quand certains pays choisirent d’électrifi er leurs grandes lignes en courant continu à 1,5 ou 3 kV, d’autres cherchèrent à acquérir des locomotives embarquant des redresseurs pour convertir l’alternatif en continu. L’un des inconvénients de l’électrifi cation en continu est que la ten-sion réseau doit être relativement basse car il est impossible d’utiliser des transforma-teurs. Il en résulte une augmentation des pertes en ligne qui oblige à multiplier et à rapprocher les points d’injection du cou-rant (sous-stations). Les constructeurs ferro viaires ont donc longtemps cherché à concilier traction en continu et électrifi ca-tion en alternatif, comme en atteste la pre-mière locomotive Oerlikon de la desserte Seebach-Wettingen (cf. p. 89). Il faut atten-dre l’avènement du tube monoanodique à vapeur de mercure dans le vide et impul-sion d’allumage, encore appelé ignitron ou excitron, pour produire en grandes séries des locomotives à redresseurs (surtout aux États-Unis et dans certains pays du bloc soviétique).

Les locomotives à bogies de l’après-guerreLes locomotives décrites jusqu’ici sont ma-joritairement équipées d’essieux porteurs et d’essieux moteurs, héritages de leurs ancêtres à vapeur. 1944 est une année de rupture technologique pour BBC/SLM avec la fourniture au BLS des premières loco-motives à bogies Ae 4/4 (Bo’Bo’) de grande puissance, dont les quatre essieux sont tous moteurs. Ces machines de 3 000 kW pouvaient atteindre la vitesse de 120 km/h. Dès lors, la quasi-totalité des entreprises ferroviaires opte pour cette réalisation. En 1946, les CFF reçoivent la première des 32 locomotives rapides et légères Re 4/4 I, auxquelles succéderont 174 machines bien plus puissantes, les Re 4/4 II destinées aux trains express et toujours en service. D’une masse de 81 t et d’une puissance de 4 000 kW, elles peuvent rouler à 140 km/h.

Le Suédois ASEA s’intéresse à son tour aux locomotives à bogies. La première Ra à disposition Bo’Bo’ ➔ 11 fait son entrée sur le réseau en 1955 : ses bas de caisse moulurés, ses fenêtres en forme de hublot et son « nez » arrondi ne sont pas sans rap-peler les dernières tendances du design américain. Comme ses sœurs helvétiques, elle est équipée de bogies bimoteurs. Légère (60 t), elle atteint 150 km/h. Cette loco motive fut couronnée de succès et resta en ordre de marche jusque dans les années 1980. L’année 1962 marque l’avènement de la première locomotive à redresseur Rb, suivie par les machines à thyristors Rc en 1967 qui s’exportent aussi

9 Entraînement Sécheron à ressorts et arbre creux

10 Transmission unilatérale BBC-Büchli 12395

À l’intérieur de la roue dentée, un système de biellettes et d’engrenages permet la transmis-sion du couple et le libre débattement de l'essieu moteur.

La conception d’un moteur CA monophasé est comparable à celle de son homologue CC, à une réserve près : le réglage de la vitesse ou de la puissance est plus simple en continu.

Des ressorts logés dans la roue motrice découplent le déplacement de l’essieu de celui du moteur, réduisant l’usure de la voie.

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d = 1,300

2,200 2,2002,900

1 2

3 3

2,9004,900

15,100

7,800

en unités multiples. Ces dernières années, ABB a mis au point de nouveaux compo-sants pour différentes tensions et fréquen-ces de la caténaire, et pour la traction die-sel-électrique. ABB fournit les trans for ma-teurs, convertisseurs de traction, systèmes d’alimentation embarqués et chargeurs de batteries des trains Stadler. À partir de 2011, 50 nouveaux trains Stadler à deux niveaux circuleront sur les l ignes des CFF.

Aujourd’hui, ABB a conclu des alliances stratégiques avec d’autres constructeurs de matériel roulant comme Alstom, Sie-mens et Bombardier. Si le Groupe ne construit pas de trains entiers, il reste l’un des « poids lourds » du transport ferroviaire.

Norbert Lang

Archiviste

ABB Suisse

[email protected]

Bibliographie– Bugli, Ralph W., Electrifying Experience : A Brief

Account of The ASEA Group of Sweden 1883–1983, 1983.

– Haut, F. J. G., Die Geschichte der elektrischen Triebfahrzeuge, Vol. 1, 1972.

– Huber-Stockar, E., Die Elektrifikation der Schweizer Bundesbahnen, 1928.

– Machefert-Tassin et al, Histoire de la traction électrique, 2 vol., 1980.

– Sachs, K., Elektrische Triebfahrzeuge, 3 vol., 1973.– Schneeberger, H., Die elektrischen und

Dieseltriebfahrzeuge der SBB, vol. I: Baujahre 1904–1955, 1995.

– Teich, W., BBC-Drehstrom-Antriebstechnik für Schienenfahrzeuge, 1987.

– Revue ABB, 1988–2010.– ASEA Journal (édition anglaise), 1924–1987. – BBC Mitteilungen, 1914–1987.– BBC Nachrichten, 1928–1943, 1950–1987.– Bulletin Oerlikon, 1921–1970. – Bulletin Sécheron, 1929–1972.

ce principe commença à être battu en brè-che au tournant des années 1980 et 1990. Tout d’abord, la préfabrication des pièces permettait de réduire considérablement les délais d’approvisionnement. Ensuite, ces sous-ensembles préfabriqués pouvaient être montés presque partout ! Bref, cette évolution, combinée à l’ouverture du mar-ché à la concurrence, poussait les indus-triels à passer d’une stratégie de fabrica-tion complète d’un produit destiné à un marché local à la fourniture de composants visant un marché mondialisé.

ABB et ferroviaire : les grands tournantsEn 1988, la fusion d’ASEA et de BBC en ABB a pour effet de regrouper les activités Systèmes de transport de chacun en une société autonome du groupe ABB. En 1996, ABB et Daimler Benz fusionnent leur branche ferroviaire sous la dénomination ABB Daimler-Benz Transportation (ADtranz). Celle-ci acquiert les entreprises suisses SLM et Schindler Waggon en 1998. L’année suivante, ABB vend son activité ADtranz à DaimlerChrysler, qui cédera par la suite sa branche ferroviaire à Bombardier. Aujourd’hui, ABB ne construit donc plus de véhicules moteurs complets mais continue de fournir les différents composants ultra-performants répondant aux dures exigen-ces de la traction ferroviaire.

Depuis 2002, ABB entretient des partena-riats stratégiques avec Stadler Rail, constructeur de matériel roulant de stature internationale, né d’une petite entreprise suisse spécialisée à l’origine dans les loco-motives diesel et à accumulateurs pour le service des manœuvres et les lignes indus-trielles. L’entreprise est à présent un four-nisseur international de trains de voyageurs

la maintenance tout en offrant une plus grande puissance massique : les moteurs peuvent alors être soit plus petits, soit plus puissants. Parmi les locos BBC et ABB uti-lisant cette motorisation, citons l’E120 de la Deutsche Bahn (DB), la Re 4/4 de la ligne Lac de Constance-Toggenburg et de l’entre prise ferroviaire suisse Sihltal Zürich Uetli berg Bahn (SZU), ainsi que les Re 450 et Re 460 des CFF et la Re 465 du BLS.

La grande vitesseEntre 1989 et 1992, la DB met en service 60 trains rapides interurbains ICE (InterCity Express), dérivés de l’E120. ABB prend part à leur développement. L’ICE1 est composé de deux motrices à moteurs asynchrones triphasés commandés par convertisseurs et de 11 à 14 voitures voya-geurs intermédiaires. Une rame d’essai atteint 280 km/h sur la nouvelle ligne Hambourg-Francfort.

En 1990, ABB livre à SJ le premier exem-plaire des 20 trains à caisses inclinables X2000 pour le service express entre Stock-holm et Göteborg. Avec leurs convertis-seurs à thyristors blocables par la gâchette (GTO) et leurs moteurs asynchrones, ils peuvent atteindre 200 km/h. Aujourd’hui ces trains circulent également sur d’autres grandes lignes suédoises, réduisant jusqu’à 30 % le temps de parcours.

Rationaliser le secteurAux yeux du grand public, il n’est pas d’autre produit de l’industrie mécanique et électrotechnique aussi prestigieux et em-blématique que le matériel roulant ferro-viaire. Aussi les pouvoirs publics avaient-ils coutume de privilégier les fournisseurs na-tionaux pour équiper leurs chemins de fer, malgré quelques exportations. Néanmoins,

12 Locomotive à redresseur Re 4/4 série 161 du BLS (1965)11 Locomotive à bogies Ra d’ASEA, construite pour le compte des chemins de fer suédois.

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Dans le numéro 3|10

Terrain vert(ueux)

ABB dispose de nombreuses technologies pour améliorer l’efficacité de la production et des procédés, sur le plan de la consommation énergétique et de la productivité. Ses variateurs électroniques de vitesse, par exemple, permettent d’énormes économies d’énergie par rapport aux méthodes traditionnelles de régulation mécanique : non seulement ils consomment moins pour accomplir le même travail (bénéfices environnementaux) mais ils réduisent aussi les coûts en écourtant le retour sur investissement. Si ces équipements ont investi les applications de ventilation, de pompage et de manutention, ils occupent aussi des terrains plus atypiques, comme les commandes du toit ouvrant du Cowboys Stadium, le gigantesque stade de football de Dallas.

Ces variateurs ne sont qu'un exemple de l’expertise d’ABB en électronique de puissance. Celle-ci est à contribution chaque fois qu’il s’agit de modifier le courant et la tension pour les adapter à pratiquement toutes les formes d'onde et fréquences. Le numéro 3/2010 de la Revue ABB se penchera sur certaines de ses applications et sur ses composants fondamentaux : les semi-conducteurs de puissance.

Toujours dans cette dynamique, la Revue s’intéressera à un bâtiment du futur, aux derniers progrès de l’énergie éolienne et à la réduction de la pollution des moteurs marins.

Rédaction

Peter TerwieschChief Technology OfficerGroup R&D and Technology

Clarissa HallerHead of Corporate Communications

Ron PopperManager of Sustainability Affairs

Axel KuhrHead of Group Account Management

Friedrich PinnekampVice President, Corporate Strategy

Andreas MoglestueChief Editor, ABB [email protected]

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ISSN : 1013-3119

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revue ABB · 2018. 5. 10. · 4 revue ABB 2|10 Peter Terwiesch Directeur des technologies ABB Ltd. blement essaimé : ces trains quadrilleront bientôt la planète entière ! Le transport