FR2568209A1 - Circuit de voie perfectionne pour chemins de fer electrif ies en courant alternatif - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN CIRCUIT DE VOIE POUR CHEMINS DE FER ELECTRIFIES EN COURANT ALTERNATIF, CONSTITUE PAR LES DEUX RAILS R, R D'UN TRONCON DE VOIE FERREE ET COMPRENANT UN EMETTEURE CONNECTE A UNE EXTREMITE DU CIRCUIT DE VOIE POUR ENGENDRER DANS CELUI-CI UN SIGNAL ALTERNATIF DE FREQUENCE DETERMINEE ET UN RECEPTEURR CONNECTE A L'AUTRE EXTREMITE POUR COMMANDER LE FONCTIONNEMENT D'UN RELAIS DE VOIERV. SELON L'INVENTION, UN CERTAIN NOMBRE D'IMPEDANCES CAPACITIVES Z, Z, ..., Z A INDUCTANCE ET CONDENSATEUR EN PARALLELE, PRESENTANT CHACUNE UN POINT MILIEU3 RELIE A LA TERRE, SONT CONNECTEES ENTRE LES RAILS R, R EN ETANT REPARTIES SUR TOUTE LA LONGUEUR DU CIRCUIT DE VOIE AVEC UN PASP DETERMINE, EN FONCTION DES VALEURS DES IMPEDANCES, DE TELLE MANIERE QUE L'ATTENUATION DE TRANSMISSION DU CIRCUIT A LA FREQUENCE DE FONCTIONNEMENT SOIT TOUJOURS INFERIEURE A L'ATTENUATION DE TRANSMISSION D'UN CIRCUIT DE MEME LONGUEUR CONSTITUE PAR UN RAIL AVEC RETOUR PAR LE SOL. APPLICATION EN PARTICULIER AUX LOCOMOTIVES DE FORTE PUISSANCE.
Description
La présente invention concerne un circuit de voie pour chemins de fer
électrifiés en courant alternatif, constitué par les deux rails d'un tronçon de voie ferrée et comprenant un émetteur connecté à une extrémité du circuit
de voie pour engendrer dans celui-ci un signal alternatif de fréquence déter-
minée, et un récepteur connecté à l'autre extrémité pour commander le fonc-
tionnement d'un relais de voie.
De tels circuits de voie sont actuellement largement utilisés pour assurer la sécurité et la régularité du trafic des trains circulant sur les voies de chemin de fer. Il permettent en effet de contrôler automatiquement la présence ou l'absence d'un véhicule sur une portion de voie déterminée,
par l'intermédiaire d'un essieu shunteur porté par le véhicule et court-
circuitant les deux rails du circuit de voie correspondant.
D'une manière générale, ces circuits de voie donnent satisfaction, en particulier grâce à des aménagements qui ont permis de réduire, dans une mesure satisfaisante, l'atténuation de la transmission du signal d'un bout à l'autre du circuit et ce, quelles que soient les conditions d'isolement
transversal de la voie.
Toutefois, la généralisation de la traction en courant alternatif et
l'utilisation de locomotives de plus en plus puissantes ont soulevé un nou-
veau problème, celui de la limitation des tensions rail-sol, c'est-à-dire de l'abaissement de "l'impédance de passage à la terre" définie par le rapport tension rail-sol/courant caténaire. En outre, cette impédance de
passage à la terre doit être aussi faible que possible pour assurer la pro-
tection du personnel contre les court-circuits accidentels des isolateurs de caténaire. Ces deux problèmes sont des plus critiques dans le cas d'une voie
unique ou de voies posées sur des terrains de forte résistivité.
Certes, on sait à l'heure actuelle abaisser la valeur de l'impédance de passage à la terre des circuits de voie grâce à des connexions inductives à point milieu relié à la terre, mais des règles de sécurité très strictes imposent, dans de tels circuits de voie, une distance minimale entre deux mises à la terre successives pour qu'en cas de coupure d'un rail, le relais de voie ne reste excité par le circuit constitué par ce rail et le sol. Cette distance minimale étant de 4 km pour les circuits de voie à basse fréquence (F< 100 Hz) et de 1 km pour les circuits à fréquences musicales
(1500 Hz C F<3000 Hz), les tentatives d'abaissement de l'impédance de pas-
sage à la terre sont fortement limitées dans les circuits de voie actuel-
lement connus, si bien que ceux-ci ne peuvent convenir aux locomotives de forte puissance pour lesquelles il est souhaitable de disposer d'une mise à
la terre au moins tous les 300 m.
La présente invention se propose de remédier à cet inconvénient et,
pour ce faire, elle a pour objet un circuit de voie du type spécifié en pré-
ambule qui se caractérise en ce qu'un certain nombre d'impédanoes capacitives à inductance et condensateur en parallèle, présentant chacune un point milieu relié à la terre, sont connectées entre les rails en étant réparties sur toute la longueur du circuit de voie avec un pas déterminé, en fonction des valeurs des impédances, de telle manière que l'atténuation de transmission
du circuit à la fréquence de fonctionnement soit toujours inférieure à l'at-
ténuation de transmission d'un circuit de même longueur constitué par un rail
avec retour par le sol.
De préférence, les impédances ont des valeurs sensiblement identiques et sont réparties avec un pas constant entre elles, les deux impédances d'extrémité étant éloignées respectivement de l'émetteur et du récepteur
d'une distance sensiblement égale à la moitié de ce pas.
On dispose ainsi grâce à l'invention, d'un circuit de voie perfection-
né qui, tout en conservant les propriétés des circuits de voie traditionnels, permet d'établir une impédance de passage à la terre nettement plus faible
que ces derniers.
En effet, par un choix judicieux des valeurs des impédances et de leur pas de répartition le long du circuit, l'atténuation de transmission du circuit de voie, effectuée par les condensateurs, peut être réduite à une valeur telle que la tension aux bornes du récepteur, dans les conditions les plus défavorables, soit toujours plus élevée que celle reçue par ce dernier en cas de rail cassé, c'est-à-dire lorsque le récepteur est alimenté par un circuit constitué par un seul rail et le sol ou un seul rail et le câble de terre. De cette façon, le circuit de voie selon l'invention est doté d'une possibilité de détection des rails cassés et échappe aux restrictions susmentionnées. En conséquence, les inductances de mise à la terre peuvent être suffisamment rapprochées les unes des autres dans un même circuit de voie pour écouler un courant de forte intensité correspondant au courant de traction ou au courant de courtcircuit caténaire - rail des locomotives de
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forte puissance.
Dans un premier mode de réalisation, chaque impédance se compose d'un
condensateur monté en parallèle sur une inductance présentant un point mi-
lieu relié à la terre. Dans ce cas, l'inductance et le condensateur seront de préférence connectés tous deux-aux rails, en des points éloignés l'un de l'autre sur chacun de ces derniers, pour qu'une rupture accidentelle de la connexion aux rails de l'un des composants de l'impédance puisse être
immédiatement détectée.
Selon un second mode de réalisation, chaque impédance du circuit de voie selon l'inventioh peut avantageusement être constituée par au moins deux
dipôles identiques formés chacun d'une inductance en parallèle sur un conden-
sateur et reliés l'un à l'autre en série, le point de jonction de ces dipôles étant mis à la terre. Cette disposition a pour effet de supprimer le couplage entre les deux demi-enroulements de l'inductance unique du premier mode de
réalisation.
Enfin, pour des raisons de simplification de réalisation sur le plan
pratique, les inductances entrant dans la conception des impédances du cir-
cuit de voie selon l'invention, seront de préférence des inductances à air formées de quelques spires de câble de forte section disposées sur un socle
rigide en maçonnerie ou en béton.
La présente invention va maintenant être décrite plus en détails, mais uniquement à titre d'exemple non-limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 représente un schéma d'un circuit de voie conforme à l'invention; et - les figures 2 à 4 représentent divers modes de réalisation des
impédances équipant ce circuit.
Le circuit de voie représenté sur la figure 1 - est constitué par les deux rails R1 et R2 d'un tronçon de voie ferrée et comprend, de façon
connue en soi, un émetteur E connecté à une extrémité du circuit pour y en-
gendrer un signal alternatif de fréquence déterminée, et un récepteur R con-
necté à l'autre extrémité pour commander le fonctionnement d'un relais de
voie RV. D'une façon également connue en soi, ce circuit est relié aux cir-
cuits de voie voisins, esquissés en traits mixtes, par des joints électri-
ques J qui peuvent être éventuellement remplacés par des joints isolants
classiques associés à une connexion inductive à point milieu relié à la terre.
Conformément à l'invention, ce circuit de voie est complété par un certain nombre d'impédances capacitives Z1, Z2.... Zn qui sont connectées entre les rails R1 et R2. Ces impédances, qui ont toutes sensiblement la même valeur, sont réparties sur toute la longueur du circuit de voie avec un pas P sensiblement constant entre elles, alors que la distance qui sépare les
deux impédances d'extrémité Z1 et Zn respectivement de la sortie de l'émet-
teur E et de l'entrée du récepteur R est sensiblement égale à P/2.
Dans leur mode de réalisation le plus simple représenté sur la figu-
re 2, les impédances Z1 à Zn sont chacune constituées par une inductance L connectée par ses deux extrémités 1 et 2 aux rails R1, R2 et présentant un point milieu 3 relié à la terre ou à un câble de terre réunissant tous les points milieux des inductances L, un condensateur C étant connecté aux
extrémités 1 et 2 de l'inductance L a l'intérieur des rails R1 et R2.
Le nombre des impédances capacitives Z1 à Zn et la valeur de l'induc-
tance L et du condensateur C de chacune d'elles sont bien entendu déterminés,
suivant les conditions de fonctionnement souhaitées pour le circuit, en fonc-
tion des autres paramètres de celui-ci, tels que sa Iongueur, sa fréquence
de fonctionnement et l'isolement de la voie.
Plus précisément, il faut tout d'abord que la fréquence de fônction-
nement du circuit soit supérieure à 1, 1 étant la valeur de 2TT r 0 l'inductance L exprimée en Henry et c la capacité du condensateur C en Farad, 1 et c étant ensuite déterminés en fonction du pas choisi pour la répartition
des impédances Z1 à Zn le long du circuit.
Cette condition étant remplie, l'atténuation de la transmission réa-
lisée par le circuit est réduite à une valeur telle que la tension aux bor-
nes du récepteur R, dans les conditions les plus défavorables, est toujours
plus élevée que celle reçue par ce dernier en cas de rail cassé, c'est-à-
dire lorsque le récepteur est alimenté par un circuit constitué par un seul rail et le sol ou un seul rail et le câble de terre. De cette façon, le circuit
de voie selon l'invention est doté d'une fonction de détection des rails cassés.
A titre d'exemple, on peut réaliser, conformément à l'invention, un circuit de voie de 600 m de long, fonctionnant à la fréquence 1700 Hz et comportant deux impédances de même valeur Z1 et Z2 situées chacune à 150 m
de chaque extrémité du circuit de voie, chacune de ces impédances se compo-
sant d'une inductance de 50 à 200 /H en parallèle sur un condensateur dont la capacité est choisie de façon à permettre la détection du rail cassé pour toutes les valeurs d'isolement que peut prendre la voie entre 1,5 ohm/km et l'infini. La figure 3 représente une variante de réalisation de l'impédance représentée sur la figure 2, selon laquelle le condensateur C est connecté, non pas directement aux bornes de l'inductance Lmais sur les rails R1 et R2 en des points 4 et 5 respectivement éloignés de quelques dizaines de cm des
points de connexion correspondants 6 et 7 de l'inductance. Dans ces condi-
tions, une rupture accidentelle de la connexion à l'un des rails de l'induc-
tance L ou du condensateur C peut être détectée grâce au court-circuit
réalisé entre les deux rails par l'autre composant.
Il peut en outre être avantageux de supprimer le couplage entre les deux demi-enroulements de l'inductance des figures 2 et 3. Cette condition est obtenue grâce au mode de réalisation représenté sur la figure 4, selon lequel chaque impédance est constituée par au moins deux dipôles identiques formés chacun d'une inductance L1 ou L2 en parallèle sur un condensateur C1 ou C2 et reliés l'un à l'autre en série, le point de jonction 8 de
ces dipôles étant mis à la terre.
On ajoutera enfin que, pour des raisons de facilité de réalisation
sur le plan pratique, chacune des inductances L, L1 ou L2 mentionnées ci-
dessus sera de préférence réalisée sous la forme d'une inductance à air,à partir de quelques spires de câble de forte section (70 à 200 mm2) disposées
sur un socle rigide en maçonnerie ou en béton.
Claims (6)
1. Circuit de voie pour chemins de fer électrifiés en courant alter-
natif, constitué par les deux rails (R1, R2) d'un tronçon de voie ferrée et comprenant un émetteur (E) connecté à une extrémité du circuit de voie pour engendrer dans celui-ci un signal alternatif de fréquence déterminée et un récepteur (R) connecté à l'autre extrémité pour commander le fonctionnement' d'un relais de voie (RV), ce circuit de voie étant caractérisé en ce qu'un certain nombre d'impédances capacitives (Z1, Z2... . Zn) à inductance et condensateur en parallèle, présentant chacune un point milieu relié à la terre, sont connectées entre les rails (R1, R2) en étant réparties sur toute la longueur du circuit de voie avec un pas (P) déterminé, en fonction des valeurs des impédances, de telle manière que l'atténuation de transmission
du circuit à la fréquence de fonctionnement soit toujours inférieure à l'at-
ténuation de transmission d'un circuit de même longueur constitué par un rail
avec retour par le sol.
2. Circuit de voie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les
impédances (Z1 à Zn) ont des valeurs sensiblement identiques et sont répar-
ties le long du circuit avec un pas constant (P) entre elles, les deux im-
pédances d'extrémité (Z1, Zn) étant éloignées respectivement de l'émetteur (E) et du récepteur (R) d'une distance sensiblement égale à la moitié de ce
pas (P).
3. Circuit de voie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque impédance (Z1 à Zn) se compose d'un condensateur (C) monté en
parallèle sur une inductance (L) présentant un point milieu (3) mis à la terre.
4. Circuit de voie selon la revendication 3, caractérisé en ce que
l'inductance (L) et le condensateur (C) sont montés en parallèle par l'inter-
médiaire des deux rails (R1, R2) sur chacun desquels ils sont connectés en
des points (4, 5 ou 6, 7) éloignés l'un de l'autre.
5. Circuit de voie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque impédance est constituée par au moins deux dipôles identiques formés chacun d'une inductance (L1 ou L2) en parallèle sur un condensateur (C1 ou C2) et reliés l'un à l'autre en série, le point de jonction (8) de ces
dipôles étant mis à la terre.
6. Circuit de voie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que les inductances (L, L1, L2) sont des inductances à air formées de quelques spires de cabie de forte section,disposées sur un socle
rigide en maçonnerie ou en béton.
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