FR2928879A1

FR2928879A1 - Catenary for e.g. high speed gas turbine car, has transversal section with innovating geometry offering large contact surface with pantograph and white coating, where coating is coated on upper part of catenary and on two flanges

Info

Publication number: FR2928879A1
Application number: FR0801495A
Authority: FR
Inventors: Laurent Jean Philippe Gallet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2009-09-25
Anticipated expiration: 2028-03-19
Also published as: FR2928879B1

Abstract

The catenary (1) has a transversal section (6) with innovative geometry (5) offering a large contact surface with a pantograph and a white coating that manages electric resistance. The geometry of the section permits reducing the electric resistance of the catenary. The coating eliminates heater effect on electric conductor of incidences of a visible light. The coating is coated on an upper part (3) of the catenary and on two flanges (2) that are not exposed to incidence of visible light from sun.

Description

1 anr>pel réliminaire de lois en n-hvsiaue électrique: La puissance P (exprimable en Watt) délivrée par les sources d'énergie électrique (de toute origine : nucléaire, solaire, éolienne, etc...) est égale au produit d.e la tension U (exprimable en Volt) par le courant électrique i (exprimable en Ampère), et par le cosinus phi ou cp de la phase du courant alternatif délivré à la sortie d'une centrale nucléaire par exemple. Ce qui symboliquement nous donne la relation suivante : P=U*i*coscp Biensûr, dans un but de performance, de façon à optimiser la puissance effective, la phase est choisie de telle sorte que cosinus cf) égale 1. Il est en l'occurrence d'usage d'utiliser les Mégawatts pour la mesure de la 20 puissance. Il n'en demeure pas moins que comme tout conducteur électrique utilisable, ces derniers ont une résistance électrique qui freine le passage du courant électrique, un peu comme un mini barrage freinerait le débit du courant d'une rivière. C'est ainsi que s'exprime ce paramètre important qu'est la résistance électrique, à partir de trois données dépendantes du conducteur électrique lui-même : 1 year of law in electric heating: The power P (expressed in Watt) delivered by the sources of electrical energy (of any origin: nuclear, solar, wind, etc ...) is equal to the product of the voltage U (expressible in Volts) by the electric current i (expressible in Ampere), and by the cosine phi or cp of the phase of the alternating current delivered at the output of a nuclear power station for example. Which symbolically gives us the following relation: P = U * i * coscp Of course, for the purpose of performance, so as to optimize the effective power, the phase is chosen so that cosine cf) equals 1. It is in use occurrence to use megawatts for power measurement. The fact remains that like any usable electrical conductor, they have an electrical resistance that slows down the flow of electric current, much like a mini dam would slow down the flow of the current of a river. This is how this important parameter, electrical resistance, is expressed, based on three data dependent on the electric conductor itself:

Il s'agit de sa résistivité ro ou p , de sa longueur 1 , et de la surface S de 30 sa section en coupe transversale. Afin de rendre homogène la relation physique, le choix des unités doit y concourir : It is its resistivity ro or p, its length 1, and the surface S of its section in cross section. In order to make the physical relationship homogeneous, the choice of units must contribute to it:

Nous avons la résistance (R) exprimée en Ohm ('12), la longueur en centimètre *(cm), la surface du conducteur électrique, ou sa section en centimètres carrés (cm2), 35 et la résistivité de ce dernier en Ohm par centimètre (f.cm-1). 25 We have the resistance (R) expressed in Ohm ('12), the length in centimeters * (cm), the area of the electrical conductor, or its section in square centimeters (cm2), and the resistivity of the latter in Ohm by centimeter (f.cm-1). 25

-2-Symboliquement, la résistance est égale à : R= p * 1/S Il apparaît donc clair, qu'il suffit d'augmenter i (ou des) paramètre(s) au numérateur et/ou d'abaisser celui du dénominateur pour augmenter la résistance et inversement pour abaisser cette dernière, c'est-à-dire le but recherché... -2-Symbolically, the resistance is equal to: R = p * 1 / S It thus appears clear, that it is sufficient to increase i (or) parameter (s) to the numerator and / or to lower that of the denominator to increase the resistance and conversely to lower the resistance, that is to say the goal sought ...

En outre, il faut expliciter quels sont les paramètres influençant la résistivité p : 10 La résistivité qui croît ou décroît directement avec la résistance, dépend seulement de 2 paramètres : L'un qui dépend de la nature chimique du matériau conducteur, non sans lien avec sa chaleur massique, elle-même proportionnelle à sa chaleur molaire et étudiées 15 par la thermodynamique. In addition, it is necessary to explain which are the parameters influencing the resistivity p: The resistivity which increases or decreases directly with the resistance, depends only on 2 parameters: One which depends on the chemical nature of the conductive material, not without connection with its specific heat, itself proportional to its molar heat and studied by thermodynamics.

L'autre qui dépend de sa température : plus la température augmente, plus la résistance augmente, et donc, indirectement, plus la puissance délivrée diminue. Ceci, selon les relations encadrées supra, puisque que toute influence tendant à abaisser la 20 résistivité, augmente l'intensité i du courant électrique, et inversement. Caractéristiques innovantes, faisant Poblet de ce brevet d'invention, liées à la Qéomêtrie non seulement des caténaires en 25 auestion, Irais aussi des pantographes, ainsi au'au revetemen de la >parte de la caténaire. non au contact du pantographe, D'abord, à la lecture du chapitre précédent, il apparaît clair que le paramètre, pourtant encore inexploré, et expliquant ma demande de dépôt de brevet, influençant 30 fortement la puissance délivrable dans le sens, biensûr, de son augmentation (c'est-à- dire, de l'énergie éconornisable, et donc, d'un moindre coût pour le Réseau Ferré de France par exemple), repose sur la géométrie du conducteur électrique, à savoir, la surface de sa section et qui influence dans le sens de la diminution, sa résistance, de façon innovante. Conséquemment, dans le sens de la possible économie d'énergie 2928879 -3- à délivrer pour une puissance donnée, comparativement aux actuelles technologies utilisées : la section discale des actuelles caténaires n'offre qu'une très faible surface de contact avec le(s) pantographe(s). Ce qui majore beaucoup la résistance, et donc minore d'autant l'intensité i du courant électrique. 5 Conséquemment, la puissance à délivrer en (Méga)watts est maximale, ce qui majore le coût de revient journalier des transports en communs, en particulier. The other depends on its temperature: the more the temperature increases, the more the resistance increases, and thus, indirectly, the more the power delivered decreases. This, according to the relationships described above, since any influence tending to lower the resistivity, increases the intensity i of the electric current, and vice versa. In view of the innovative features of this patent, which are related to the Qeometry not only of the overhead catenaries, but also of the pantographs and the coating of the catenary. not in contact with the pantograph, First, reading the previous chapter, it appears clear that the parameter, yet unexplored, and explaining my patent application, strongly influencing the deliverable power in the sense, of course, of its increase (that is to say, economic energy, and therefore a lower cost for the Réseau Ferré de France for example), is based on the geometry of the electrical conductor, namely, the surface of its section and which influences in the direction of the decrease, its resistance, in an innovative way. Consequently, in the sense of the possible energy saving 2928879 -3- to be delivered for a given power, compared to the current technologies used: the disc section of the current catenaries offers only a very small surface of contact with the (s) ) pantograph (s). This greatly increases the resistance, and therefore minimizes the intensity i of the electric current. 5 Consequently, the power to be delivered in (Mega) watts is maximum, which increases the daily cost of public transport, in particular.

En effet, les paramètres jouant sur la résistivité, proprement dite, du conducteur électrique, telles que sa nature chimique, sa température, sont en l'occurrence, très peu modifiables et/ou contrôlables. Ceci est d'autant plus vrai, que du point de vue nature chimique du conducteur électrique, le choix du fer (effectivement utilisé), par rapport au cuivre, est un très bon compromis en regard du rapport coût de la matière première/résistivité en lien strict avec la nature du matériau conducteur/chaleur massique . Il faut savoir que la chaleur massique du fer (proportionnelle à sa chaleur molaire) est bien plus intéressante que celle du cuivre qui elle, lui est supérieure. Dit autrement, la chaleur massique est la quantité de chaleur emmagasinable par unité de masse. Or, particulièrement pendant les fortes chaleurs estivales (mais non exclusivement), il apparaît que la température, en augmentant la résistivité, est préjudiciable, puisqu'elle augmente d'autant la résistance de ces conducteurs, donc la puissance à délivrer. Et le fer est mieux placé que le cuivre pour une température donnée, à section et longueur de conducteur électrique égales. Indeed, the parameters acting on the resistivity, properly so called, of the electrical conductor, such as its chemical nature, its temperature, are in this case very little modifiable and / or controllable. This is all the more true, from the point of view of the chemical nature of the electrical conductor, the choice of iron (actually used), compared to copper, is a very good compromise compared to the cost of the raw material / resistivity in strict connection with the nature of the conductive material / heat mass. It must be known that the specific heat of iron (proportional to its molar heat) is much more interesting than that of copper, which is superior to it. In other words, the specific heat is the amount of heat stored per unit mass. However, particularly during the hot summer (but not exclusively), it appears that the temperature, increasing the resistivity, is detrimental, since it increases all the resistance of these drivers, so the power to deliver. And the iron is better placed than copper for a given temperature, section and electrical conductor length equal.

Ensuite, cette innovation doit pouvoir toucher autant les caténaires que les pantographes : De façon à optimiser la surface de contact entre caténaire et pantographe, à côté de la géométrie optimisée de la section des caténaires, il est possible d'agrandir la largeur des pantographes de façon à obtenir une surface globale de contact élevée. Une telle surface de contact permettant d'abaisser significativement la résistance des caténaires au contact des pantographes, puisque la relation les liant, place au dénominateur la section du conducteur électrique, et en l'occurrence, la surface de contact globale entre caténaire et pantographe....35 D'un point de vue technique, l'augmentation de la largeur des pantographes (perpendiculairement à la distance séparant les rails posés à terre) ne pose pas de problème technique majeur. Then, this innovation must be able to affect both the catenaries and the pantographs: In order to optimize the contact surface between catenary and pantograph, next to the optimized geometry of the section of the catenaries, it is possible to enlarge the width of the pantographs. way to obtain a global surface of high contact. Such a contact surface significantly reduces the resistance of catenaries in contact with pantographs, since the relationship between them, places the denominator section of the electrical conductor, and in this case, the overall contact surface between catenary and pantograph. From a technical point of view, the increase in the width of the pantographs (perpendicular to the distance separating the rails placed on the ground) poses no major technical problem.

Pour les caténaires, les points d'encrage réalisant leur fixation aux pylônes, peut être facilement résolue. La géométrie de la section de ces conducteurs électriques serait la suivante : confère figure 1. For the catenaries, the inking points making their attachment to the pylons, can be easily solved. The geometry of the section of these electrical conductors would be as follows: confers figure 1.

Enfin, de façon tout aussi innovante, il n'est pas compliqué d'apposer quelcues couches de peinture blanche sur la portion de ces caténaires, non au contact des pantographes. En effet, la lumière visible (longueurs d'onde (A) entre 400 et 800 nanomètres inclus) est repoussée par le blanc qui est l'association de toutes les longueurs d'onde du spectre électromagnétique visible. Pour mémoire, si l'on voit un objet vert (rouge ou bleu, etc...) c'est parce que le pigment coloré absorbe toutes les longueurs d'onde du visible, sauf le vert qui est renvoyé vers )'oeil humain, etc... . Pour le blanc, toutes les longueurs d'onde du visible sont donc renvoyées ou réfléchies. Finally, just as innovatively, it is not difficult to affix some layers of white paint on the portion of these catenaries, not in contact with pantographs. Indeed, the visible light (wavelengths (A) between 400 and 800 nanometers included) is repelled by the white which is the association of all the wavelengths of the visible electromagnetic spectrum. For the record, if we see a green object (red or blue, etc.) it is because the colored pigment absorbs all the wavelengths of the visible, except the green which is returned to the human eye , etc ... For the white, all the wavelengths of the visible are returned or reflected.

Ainsi, l'effet anticalorifère (E (énergie en Joules) = h I:constante de Planck) * c (célérité de la lumière dans le vide) / À (longueurs d'ondes considérées)) ou réfractaire à la chaleur (du fait des incidences lumineuses du visible (ce qui ne l'empêche pas d'être sensible à la chaleur par conduction de l'air environnant)) relativement à la chaleur massique du fer, et donc relativement à sa résistivité, puis à la résistance de telles caténaires, rend cette dernière optimisée, et participe du caractère innovant de cette demande de dépôt de brevet d'invention. Thus, the anti-heat effect (E (energy in Joules) = h I: Planck constant) * c (velocity of light in vacuum) / at (wavelengths considered)) or refractory to heat (due to luminous impacts of the visible (which does not prevent it from being sensitive to heat by conduction of the surrounding air) relative to the specific heat of the iron, and therefore relative to its resistivity, then to the resistance of such catenaries, makes the latter optimized, and contributes to the innovative character of this patent application.

En l'état actuel de la technique, l'aspect économie d'énergie qui est d'actualité n'a pas été abordé sous cet angle, qui pourtant, laisse augurer des économies substantie:[les significatives. Rappelons simplement que l'actuel réchauffement climatique, en jouant sur le paramètre résistance des caténaires, n'a pas encore suscité d'innovations observables dans l'état actuel de la technique. In the current state of the art, the aspect of energy saving that is current has not been approached from this angle, which, however, augurs substantial savings: [significant. Just remember that the current global warming, playing on the catenary resistance parameter, has not yet generated observable innovations in the current state of the art.

Industriellement, il existe déjà des tréfileries utilisant des filières destinées à produire du fer sous forme effilée. En l'occurrence, il est donc envisageable d'adapter des filières à la géométrie de 35 ces caténaires. Il est aussi évident que pour la réalisation technique dans l'industrie, seuls des grands groupes sont capables de produire en série des kilomètres de telles caténaires. Par anticipation, il n'est pas exclu d'adapter les dimensions de ces filières pour en faciliter la réalisation. Industrially, there are already wire drawers using dies to produce iron in tapered form. In this case, it is therefore possible to adapt dies to the geometry of these catenaries. It is also obvious that for the technical realization in the industry, only large groups are capable of mass producing kilometers of such catenaries. In anticipation, it is not excluded to adapt the dimensions of these channels to facilitate their implementation.

5 On peut aussi légitimement supposer que la géométrie définitive puisse être obtenue à partir d'un conducteur à section rectangulaire quant à son périmètre. Et que les filières élagueraient les deux flancs tels que décrits supra. Selon une optimisation sur la base des critères suivants : facilitation de la réalisation, plus grande section possible, moindre quantité de matière première (directement liée au degré d'élagage), et solidité de la fixation de la suspension caténaire aux pylônes le long de la voie ferrée : il est donc possible d'opter pour un meilleur compromis. Ce dernier pouvant légèrement différer de la figure 1, en ce sens qu'en regard des critères cités supra, l'angle aux deux flancs, vue du côté du matériau conducteur, pourrait se rapprocher un peu plus de 180 degrés. Facilitant ainsi sa réalisation à partir de pré-caténaires semi- finies à seci:ion rectangulaire (toujours quant à son périmètre), en pratiquant une ablation pas excessivement importante de matière sur les deux flancs, quitte à en augmenter la quantité de matière première. Ce qui ne ferait que diminuer un peu plus la résistance électrique des caténaires finies , puisqu'augmentant légèrement la surface de leur section. It can also be legitimately assumed that the definitive geometry can be obtained from a rectangular section conductor as to its perimeter. And that the dies prune the two flanks as described supra. According to an optimization on the basis of the following criteria: facilitation of the realization, greater possible section, less quantity of raw material (directly related to the degree of pruning), and solidity of the fixing of the catenary suspension to the pylons along the railway: it is therefore possible to opt for a better compromise. The latter may slightly differ from Figure 1, in that in view of the criteria mentioned above, the angle to the two sides, seen from the side of the conductive material, could approach a little more than 180 degrees. Facilitating its realization from pre-catenary semi- finished rectangular ion (always as for its perimeter), practicing a not excessively important ablation of material on both flanks, even to increase the amount of raw material. This would only further diminish the electrical resistance of the overhead catenaries, since they increase the surface of their section slightly.

Cet angle doit cependant être tel, qu'il assure avec fiabilité, la fixation de la caténaire aux différents pylônes : la partie extra-caténaire de la fixation, épousant les trois côtés supérieurs d,e la caténaire (à l'exclusion de la partie basse des 2 flancs:) et venant comme une pièce de puzzle s'encastrer en pinçant ou en chélatant comme la pince d'un crabe la caténaire. This angle must, however, be such that it ensures with reliability, the fixing of the catenary to the different pylons: the extra-catenary part of the fixing, marrying the three upper sides of the catenary (excluding the part bottom of both flanks :) and coming as a piece of puzzle to embed themselves by pinching or chelating like the clamp of a crab catenary.

Le système permettant cet emboîtement devant prévoir un système en deux parties identiques (à disposer parallèlement aux deux flancs) et à géométrie adéquate, éloignables (pour permettre l'emboîtage) par deux boulons parallèles les traversant parallèlement à la surface tournée vers le ciel, et leurs deux écrous correspondantsä et rapprochables par simple serrage venant parfaitement faire épouser la géométrie des trois côtés de la partie haute de la caténaire. The system allowing this interlocking to provide a system in two identical parts (to be arranged parallel to the two sides) and adequate geometry, distant (to allow nesting) by two parallel bolts passing parallel to the surface facing the sky, and their two nuts corresponding and rapprochables simply by clamping perfectly marry the geometry of three sides of the upper part of the catenary.

Afin de bien clarifier l'expression la partie haute de la caténaire , j'entend par 35 ceci la partie supérieure et qui s'apparente dans sa forme géométrique à une clé de 2928879 -6 voûte (comme en architecture) dans sa position finale. Bien que n'entrant pas dans le domaine strict de l'objet de la demande de dépôt de ce brevet d'invention, il doit être possible en tout cas, de s'inspirer des actuels systèmes de fixation des caténaires. En revanche, voici un modèle schématique de fixation tentant d'illustrer son principe : 5 La partie hachurée par des lignes horizontales correspond à la caténaire elle-même. La partie noire clairsemée de points blancs, au boulon et à son écrou (allant d'ailleurs par paire, par élément de fixation eux aussi par paire ; l'autre boulon + écrou n'apparaissant pas sur le schéma). Les deux boulons parallèles traversent ainsi les deux éléments de fixation strictement identiques dans l'espace, mais pas tout à fait si l'on 10 considère le gauche et le droit , l'un par rapport à l'autre, une fois positionnés. In order to clearly clarify the expression the upper part of the catenary, I mean by this the upper part and which is similar in geometric form to a vault key (as in architecture) in its final position. Although not falling within the strict scope of the subject of the application for the filing of this patent, it must be possible in any case to draw inspiration from current catenary fastening systems. On the other hand, here is a schematic model of fixation attempting to illustrate its principle: The part hatched by horizontal lines corresponds to the catenary itself. The sparse black part of white dots, the bolt and its nut (also going in pairs, per fixing element also in pairs, the other bolt + nut not appearing in the diagram). The two parallel bolts thus pass through the two strictly identical fastening elements in the space, but not quite so if one considers the left and the right, one with respect to the other, once positioned.

Enfin, la partie strictement blanche (de la coupe transversale de la figure 2) venant épouser la partie supérieure de la caténaire et supérieure des 2 flancs, correspondent strictement au contact des deux éléments de fixation qui sont positionnés 15 pratiquement bord à bord (ce qui sur cette figure 2, pour des raisons volontaires el: de compréhension, ne reflète pas l'expression bord à bord ), à l'exacte verticale de l'axe longitudinal médian de la caténaire. Finally, the strictly white part (of the cross-section of FIG. 2), which fits the upper part of the catenary and the upper side of the two flanks, correspond strictly to the contact of the two fastening elements which are positioned almost edge-to-edge (which in this figure 2, for voluntary reasons el: understanding, does not reflect the expression edge to edge), the exact vertical of the median longitudinal axis of the catenary.

D'autre part, afin de réaliser une suspension caténaire digne de ce nom, il est 20 facilement concevable qu'assez proche de cet axe longitudinal médian, chacun des éléments fixateurs présente une partie suffisamment large, soudée donc sur la face tournée vers le ciel, et y faisant saillie verticalement. Et pouvant ainsi recevoir un troisième boulon avec son écrou, placé parallèlement à cette face tournée vers le ciel. L'espace suffisamment large aussi, laissé entre ces deux parties saillantes, une fois les 25 deux éléments fixateurs bien positionnés et bien serrés par les deux précédents couples boulon/écrou, pouvant alors recevoir un dernier et unique élément fixateur par pylône et venant parfaitement s'insérer dans l'épaisseur de l'espace laissé libre entre les deux parties saillantes. Ce dernier élément fixateur, vertical donc, possédant aussi un trou à l'exact diamètre du troisième boulon et fixement, solidement et bien positionné par 30 rapport aux deux autres trous (des deux parties saillantes) de façon à bien réaliser la fixation à l'aide du troisième couple boulon/écrou. On the other hand, in order to achieve a catenary suspension worthy of the name, it is easily conceivable that quite close to this median longitudinal axis, each of the fixing elements has a sufficiently large part, thus welded on the face turned towards the sky and protruding vertically. And can thus receive a third bolt with its nut, placed parallel to this face turned to the sky. The sufficiently large space also left between these two protruding parts, once the two fixing elements are well positioned and tight by the two previous pairs bolt / nut, then can receive a last and unique fixative element pylon and coming perfectly s insert into the thickness of the space left free between the two projecting parts. This last fixing element, vertical, therefore, also having a hole with the exact diameter of the third bolt and fixedly, firmly and well positioned with respect to the two other holes (of the two projecting parts) so as to realize the attachment to the help the third couple bolt / nut.

L'ensemble participant à une bonne suspension caténaire, c'est dire solidement maintenue à égale distance des rails, d'un bout à l'autre de la caténaire.35 The assembly participating in a good catenary suspension, is to say firmly maintained equidistant from the rails, from one end to the other of the catenary.

Claims

claims

1. 5 This application for filing an invention patent relates to the catenary suspension or the catenary carrying electricity (of all possible origins) intended to move the electric trains (TGV or related included), trams, and any other system. transport by already using, or becoming. In the current state of the art, no significantly innovative solution, designed to save energy, has been made on the latter. But energy is a central theme, and if there are no small economies, why should not there be big ones? The innovative geometry of this catenary, associated with minor similar modifications of the pantographs, as well as its specific coating according to this invention, remedies it. 1) Catenary (1) to obtain significant energy savings during electrified transport by electric train (including the TGV or AGV), the tramway, etc ...; characterized in that it comprises a section (6) transverse innovative geometry (5) providing a large contact surface (4) with a pantograph (which can also be inspired by this innovation), and a coating (1o ) type white paint (as resistant as possible to climatic conditions) that allow it, by playing on its electrical resistance, to reduce the cost of these pecuniary transport, as well as to save energy (in terms of raw material) particularly of nuclear origin rather expensive (but not exclusively).

2) The catenary (1) according to claim 1 is characterized by a section (6) whose geometry can lower the electrical resistance of the catenary (1). 30

3) This catenary (1) according to claim 2 is characterized by an innovative coating type paint, white, which also contributes to lowering its electrical resistance, due to the removal of the heat effect on the electrical conductor incidences visible light (from 40o to 800 nanometers included). 2928879 -8

4) This catenary (i), according to claim 3 is characterized by the presence of white paint (io) on its upper part (3), and on its two flanks (2), which are not only the most exposed to the incidences visible light from the sun, but also of course, so that the contact between its lower part (4) and the pantograph is effective and for this purpose, this part is free.

5) This catenary (i), according to claim i and 2 is characterized on its flanks (2) by a special geometry (5) allowing it to facilitate its anchoring to the pylons along a railway, as well as to ensure the strength of this fixation, and its reliability.

6) This catenary (1), according to claim i and 2, is characterized by a lower portion (4) for contact with the pantograph (s), rather wide relative to the current state of the art, allowing it to achieve a large contact area essential for the desired purposes.

7) In dependent claim, this catenary (1) has an innovative character not yet explored or applied by the current state of technology. In that the combined effect of the geometry of its section (6) and its coating (io) according to claims 1, 2, 3, 4, 5, and 6, it confers additionally, playing on its electrical resistance, a major innovative character that gives it the qualities required to achieve the desired ends.