FR3038269A1

FR3038269A1 - Surveillance de l'etat d'une bande de transmission de courant destinee a frotter contre un fil de catenaire.

Info

Publication number: FR3038269A1
Application number: FR1556138A
Authority: FR
Inventors: Peter Ovaere
Original assignee: Mersen France Amiens SAS
Current assignee: Mersen France Amiens SAS
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-01-06
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: WO2017001799A1; EP3317137A1; CN108025649A; FR3038269B1

Abstract

Un système de surveillance de l'état d'une bande (1) de transmission de courant électrique destinée à frotter contre un fil de caténaire (2) sous tension, comprenant : au moins un dispositif de capteur (3) destiné à être au moins en partie installé dans la bande de façon à occuper une portion seulement de la longueur de la bande, ce dispositif étant agencé pour détecter un passage de caténaire lorsque le fil de caténaire est en contact avec cette portion de bande, au moins lorsque la hauteur d'usure de la bande au niveau de la portion de bande a dépassé un seuil, et ce dispositif de capteur étant en outre agencé pour pouvoir permettre de mesurer au moins deux hauteurs d'usure différentes.

Description

SURVEILLANCE DE L’ETAT D’UNE BANDE DE TRANSMISSION DE COURANT DESTINEE A FROTTER CONTRE UN FIL DE CATENAIRE L’invention concerne la surveillance de l’état d’une bande de transmission de courant électrique destiné à frotter contre un fil de caténaire.

Classiquement, un système de pantographe comprend une bande réalisée principalement en carbone, ou complètement en carbone, et destinée à frotter contre un fil de caténaire sous tension pour alimenter en courant un véhicule à entraînement électrique sur lequel est montée la bande.

Le fil de caténaire est généralement installé de façon à former un zigzag le long d’un chemin de déplacement attendu. La bande s’étend suivant une direction longitudinale perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement instantané du véhicule. Du fait de cette installation en zigzag, le fil de caténaire est disposé légèrement oblique par rapport à cette direction de déplacement. Ainsi, le fil de caténaire est en contact avec la bande sur une zone de contact représentant une portion seulement de la longueur de la bande, et cette zone évolue le long de la bande lorsque le véhicule sur lequel est monté le pantographe est entraîné en mouvement.

Grâce à cette disposition en zigzag, on peut ainsi espérer une meilleure répartition de l’usure que si la zone de contact restait sensiblement la même au cours du déplacement. Dit autrement, le profil d’usure est plus homogène que si le fil de caténaire était sensiblement rectiligne par rapport à un chemin de déplacement.

On cherche à qualifier l’usure pour faciliter la maintenance.

Classiquement, on prévoit d’installer à l’intérieur de la bande un tube étanche réalisé en métal, en carbone ou autre. Ce tube est rempli d’air sous pression. Lorsqu’une avarie survient, le tube peut se rompre et la diminution de pression conséquente peut être détectée. Suite à cette détection, un pantographe est alors abaissé afin d’éviter tout endommagement de la caténaire.

Ce système reste néanmoins relativement peu précis dans la détection, car il existe un risque de rupture trop précoce, par exemple en cas de choc relativement faible ou d’endommagement mineur de la bande de captage, et/ou de rupture trop tardive. Il existe même un risque d’absence de rupture alors que la bande de captage n’est de fait plus utilisable, par exemple, en cas d’arrachement de matière relativement conséquent.

En outre, ce système conduit à une désactivation immédiate du pantographe, sans qu’il soit réellement possible de prévoir et d’organiser la maintenance de la bande.

Le document JP57-80201 décrit un système de détection dans lequel on installe un fil conducteur électrique dans la bande de captage, ce fil conducteur formant un U dont les branches s’étendent longitudinalement sur toute la longueur de la bande. Lorsque l’usure est suffisante, le fil de caténaire entre alors en contact électrique avec le fil formant un U, et un circuit de détection permet de détecter le courant issu du fil de caténaire. Le pantographe correspondant à cette bande est alors immédiatement désactivé.

Il existe néanmoins un besoin pour un système de surveillance de l’état d’une bande permettant d’assurer un suivi d’usure au fur et à mesure du déplacement du véhicule entraîné électriquement.

Il est proposé un système de surveillance de l’état d’une bande de transmission de courant électrique réalisée principalement ou complètement en carbone, destinée à être montée sur un véhicule à entraînement électrique, et à frotter contre un fil de caténaire sous tension pour alimenter en courant ce véhicule. La bande de pantographe s’étend suivant une direction longitudinale et est installée sur le véhicule électrique de sorte que cette direction soit perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à une direction de déplacement du véhicule. Le fil de caténaire est disposé oblique par rapport à la direction de déplacement du véhicule, de sorte que le fil de caténaire est en contact électrique avec la bande sur une zone de contact représentant une portion seulement de la longueur de la bande, et qui évolue le long de la bande lorsque le véhicule est entraîné en mouvement selon la direction de déplacement. Le système de surveillance comprend : - au moins un dispositif de capteur destiné à être au moins en partie installé dans la bande de façon à occuper une portion seulement de la longueur de la bande, ce dispositif étant agencé pour détecter un passage de caténaire lorsque la zone de contact correspond à cette portion de bande, au moins lorsque la hauteur d’usure de la bande au niveau de la portion de bande a dépassé un seuil. Ce dispositif de capteur est en outre agencé pour permettre de mesurer au moins deux hauteurs d’usure différentes.

La portion de longueur de bande occupée par un dispositif de capteur peut par exemple représenter entre 0,01% et 20% de la longueur de la bande, avantageusement entre 0,1% et 5% de la longueur de la bande.

La portion de longueur de bande occupée par un dispositif de capteur peut par exemple correspondre à une longueur comprise entre 0,1 millimètre et 10 centimètres, avantageusement entre 1 millimètre et 1 centimètre.

Ainsi, on prévoit un dispositif de capteur ponctuel capable de mesurer au moins deux niveaux d’usure, et capable de détecter des instants de passage de caténaire. Ce système de surveillance permet d’effectuer un suivi d’usure, puisque le ou les dispositifs de capteur peuvent mesurer plusieurs hauteurs d’usure. En outre, comme on détecte le passage du fil de caténaire, il est possible de corréler relativement facilement l’usure au kilométrage parcouru. En effet, les fils de caténaire sont disposés en zigzag avec des distances, suivant la direction de déplacement, entre les extrema de zigzag relativement régulières. On peut ainsi présumer de la distance parcourue entre deux détections de passage du fil de caténaire, et donc qualifier relativement facilement l’usure par kilomètre parcouru.

Par exemple, on peut prévoir un comptage des instants de passage de caténaire entre deux détections de hauteurs d’usure, afin de qualifier l’usure par distance parcourue.

La mesure des au moins deux hauteurs d’usure différentes peut avantageusement être effectuée à partir du signal aux instants de détection de passage de caténaire, par exemple à partir de l’amplitude de ce signal à ces instants.

Par « contact électrique », on entend que du courant est collecté, soit parce qu’il y a contact au sens mécanique du terme (la bande touche le fil de caténaire), soit parce que la bande et le fil de caténaire sont suffisamment proches au niveau de la zone de contact pour que des arcs électriques se forment et assurent la transmission de courant électrique.

Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif de capteur peut comprendre au moins un élément conducteur.

Avantageusement, le passage de caténaire peut être détecté suite au passage de courant issu du fil de caténaire dans l’élément conducteur. Le courant issu du fil de caténaire peut passer, lors du contact électrique avec le dispositif de capteur, par un ou plusieurs éléments conducteurs, et ce passage de courant peut être détecté. L’invention n’est bien entendu pas limitée à ce type de capteur. On pourrait par exemple prévoir de disposer un capteur de luminosité dans un orifice conique de la bande, ce capteur de luminosité permettant de mesurer une hauteur d’usure lorsque la zone de contact ne correspond pas à l’orifice, et ce capteur de luminosité étant suffisamment sensible et rapide pour mesurer des baisses de luminosité correspondant au passage du fil de caténaire. Ce système pourrait ainsi permettre de rapprocher l’usure du kilométrage parcouru.

Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif de capteur peut comprendre au moins deux éléments conducteurs, chaque élément conducteur s’étendant à l’intérieur de la bande jusqu’à une hauteur de bande associée à cet élément conducteur.

Ainsi, tant que le niveau d’usure n’a pas atteint la hauteur de bande correspondant à un élément conducteur, aucun signal de mesure n’est issu de cet élément conducteur. L’invention n’est en rien limitée à l’utilisation de plusieurs éléments conducteurs ayant chacun une hauteur d’usure associée. On pourrait par exemple prévoir un élément relativement résistif et s’étendant suivant une direction ayant une composante verticale jusqu’à une hauteur d’usure maximale. La résistance rencontrée par les électrons issus du fil de caténaire est ainsi fonction de la longueur d’élément résistif à parcourir, et donc de la hauteur de la bande à la portion de bande correspondant à ce dispositif de capteur.

Dans un mode de réalisation avantageux, on prévoit une pluralité de dispositifs de capteur destinés à être au moins en partie installés sur une même bande de sorte que les portions de longueur de bande correspondant à cette pluralité de dispositifs de capteurs soient distinctes les unes des autres. Dit autrement, on peut répartir les dispositifs de capteurs le long de la bande. Le suivi d’usure peut ainsi être plus précis et en outre, on peut mieux estimer l’homogénéité de l’usure le long de la bande.

Ce système peut ainsi être relativement précis, même dans des portions de chemin à parcourir de type virage ou tunnel, dans lesquels le fil de caténaire est susceptible de se déplacer, relativement à la bande, dans une plage correspondant à partie seulement de la longueur de la bande.

Bien entendu l’invention n’est en rien limitée à ce mode de réalisation, et on pourrait par exemple prévoir un système avec un seul dispositif de capteur installé par exemple au milieu de la bande.

Avantageusement et de façon non limitative, les éléments conducteurs peuvent être réalisés principalement ou complètement en cuivre.

Avantageusement et de façon non limitative, les éléments d’un même dispositif de capteur peuvent être séparés les uns des autres par un isolant, par exemple de la céramique ou des fibres de verre.

Avantageusement et de façon non limitative, chaque élément conducteur peut être à forme de feuille.

Le dispositif de capteur peut avantageusement être installé de sorte qu’au moins une feuille conductrice, et de préférence chaque feuille conductrice soit disposée dans un plan ayant un vecteur normal sensiblement dans la direction de déplacement.

Avantageusement et de façon non limitative, au moins un dispositif de capteur peut comprendre un empilement de feuilles séparées deux à deux par l’isolant. Cet empilement peut avantageusement être noyé dans une résine.

Avantageusement et de façon non limitative, dans le cas de plusieurs dispositifs de capteur, on pourra prévoir de raccorder au moins deux dispositifs de capteur, et de préférence tous les dispositifs de capteur, à un seul câble, permettant ainsi de réduire l’encombrement d’un circuit électrique de surveillance.

Dans un mode de réalisation avantageux, le système de surveillance peut comprendre : - un circuit électrique de mesure, comprenant un premier enroulement de transformateur et un générateur apte à délivrer un courant alternatif, le circuit électrique de mesure étant agencé pour qu’au moins une partie du courant délivré par le générateur traverse ce premier enroulement, - un circuit électrique de détection, ce circuit comprenant un deuxième enroulement de transformateur, une branche de référence du potentiel électrique du circuit de détection, cette branche étant conçue pour être en contact avec la bande ou avec des moyens conducteurs faiblement résistifs en contact avec la bande, de sorte que la tension de masse du circuit de détection soit égale ou très proche de la tension du fil de caténaire lorsqu’en contact avec la bande, et cet au moins un dispositif de capteur, - un transformateur comprenant le premier et le deuxième enroulement, pour isoler le circuit électrique de mesure de la tension de masse du circuit électrique de détection, et - des moyens de mesure de la tension aux bornes du premier enroulement et/ou de l’intensité traversant ce premier enroulement.

Ainsi, les tensions dans le circuit de détection peuvent être relativement élevées et variables par rapport à la terre, puisque la masse de ce circuit est raccordée à la bande. Par exemple, le fil de caténaire peut être traversé par un signal de 25000 Volts alternatif à 50 Hz, ou bien encore 1500 V continu. Ainsi, en cas de contact électrique supplémentaire entre une partie du circuit de détection et la bande, suite par exemple à une rupture d’un fil du circuit, aucune surtension n’est transmise puisque ce contact supplémentaire équivaut électriquement à un raccordement à la masse du circuit de détection.

Par « moyens conducteurs faiblement résistifs » et « égale ou très proche », on entend ici un (ou plusieurs) élément conducteur, par exemple un étrier, opposant une résistance suffisamment faible entre la branche de référence et la bande pour que la tension de masse du circuit de détection ne s’écarte pas de plus de 5% de la tension de la bande, avantageusement pas de plus de 2% de la tension de la bande.

Le signal injecté grâce au générateur peut avoir une tension de crête relativement faible par rapport à cette tension d’alimentation, par exemple 3 Volts ou 5 Volts.

Le circuit électrique de mesure peut avoir une masse flottante, ou non, par exemple une masse raccordée au châssis d’une motrice ferroviaire ou à la terre.

Le passage de la caténaire et l’usure de la bande peuvent avoir un impact sur le circuit de détection, via le ou les dispositifs de capteur, et donc sur la tension recueillie aux bornes de l’enroulement côté circuit de mesure.

Le circuit de détection peut avantageusement comprendre d’autres éléments de détection, sensibles à l’état de la bande, que le ou les dispositifs) de mesure.

Par exemple, le circuit de détection peut comprendre en outre un fil isolé électriquement, destiné à être installé le long de la bande, par exemple à l’intérieur de la bande ou sur une surface de la bande. En cas de fissure ou de rupture de bande, ce fil est susceptible de se rompre, affectant ainsi la transmission du signal alternatif généré et donc les tensions aux bornes des enroulements du transformateur.

Par exemple, si ce fil est monté en parallèle avec une résistance, en cas de rupture du fil, la résistance équivalente augmente, et la tension aux bornes du premier enroulement diminue. On peut ainsi détecter la rupture de ce fil en analysant le signal mesuré aux bornes de cet enroulement.

Dans un mode de réalisation, le circuit de détection peut comprendre au moins un fil isolé supplémentaire, destiné être installé le long de la bande, par exemple à l’intérieur de la bande ou sur une surface de la bande, monté en parallèle avec le fil isolé et présentant des propriétés de résistance mécaniques différentes de celle du fil isolé. En particulier, la résistance à la rupture peut être différente d’un fil isolé à l’autre.

Grâce à ce montage d’une pluralité de fils isolés en parallèle, ces fils présentant des propriétés de résistance mécaniques différentes d’un fil à l’autre, on peut espérer détecter une fissuration de la bande avant la rupture de la bande. En effet, en cas de fissuration, on peut s’attendre à ce que le fil le plus fragile se rompe en premier, ce qui entraîne une modification de la résistance équivalente et donc du signal mesuré aux bornes du transformateur.

On peut prévoir de laisser le pantographe en place tant qu’au moins un fil isolé est encore intact, ou tant que le fil isolé le plus résistant mécaniquement est encore intact, permettant ainsi d’éviter les désagréments liés à un abaissement inattendu du pantographe, comme dans l’art antérieur.

Chaque fil isolé peut comprendre une âme conductrice et une gaine isolante. L’âme conductrice peut présenter une résistance linéaire suffisamment élevée pour que la variation de résistance équivalente puisse être détectée. Alternativement, on peut prévoir de monter chaque fil isolant en série avec une résistance correspondante, afin de permettre la détection de la rupture du fil. Alternativement, en particulier lorsque le circuit comprend un seul fil isolé, dont la rupture est détectée par un passage à zéro du signal aux bornes du premier enroulement, l’âme du fil peut présenter une faible résistance linéaire et on peut s’abstenir de monter une résistance en série avec ce fil isolé.

Avantageusement et de façon non limitative, le circuit de détection peut être agencé de sorte qu’une ou des sortie(s) du au moins un dispositif de capteur et du au moins un fil isolé soient raccordées (ou, en cas de contact avec le fil de caténaire, raccordable) à la bande ou à des moyens conducteurs faiblement résistifs en contact avec la bande. On s’abstient ainsi de prévoir un fil de sortie raccordant le ou les sortie(s) de ces éléments de détection à la masse du circuit de détection. Dit autrement, plutôt qu’une boucle fermée, on prévoit un circuit de détection avec une extrémité qui est, au moins une partie du temps d’utilisation, en contact avec la bande ou avec des moyens conducteurs faiblement résistifs en contact avec la bande. L’installation peut ainsi être plus simple, et on limite en outre le risque d’inversion des fils.

Avantageusement, lorsque plusieurs éléments de détection sont prévus, ces éléments peuvent être montés en parallèle entre eux ou avec un ou plusieurs éléments résistifs. Si l’un de ces éléments de détection monté en parallèle est défaillant ou détruit du fait de l’état de la bande, on pourra néanmoins mesurer un signal entre les bornes du premier enroulement. On pourra ainsi prévoir d’émettre un signal avertisseur, de type alarme, plutôt que de piloter immédiatement un abaissement du pantographe.

Avantageusement, lorsqu’un tel montage en parallèle est prévu, le au moins un nœud de dérivation entre le deuxième enroulement et les éléments de détection peut être dans ou sur la bande. Dit autrement, le circuit de détection peut comprendre un seul fil d’entrée entre le deuxième roulement et la bande. Le deuxième enroulement peut être raccordé au(x) élément(s) de détection par un seuil fil pénétrant dans ou monté sur la bande.

Lorsque par ailleurs la ou les sorties des éléments de détection sont raccordées (ou raccordables via le fil de caténaire) à la bande ou à des moyens faiblement conducteurs en contact avec la bande, le circuit de détection peut comprendre un seul fil pénétrant dans la bande.

Plus généralement, un seul fil d’entrée pénétrant dans ou monté sur la bande peut raccorder le deuxième enroulement au(x) élément(s) de détection, et chaque élément de détection peut comprendre une sortie raccordée à la bande ou raccordable à la bande en cas de contact avec le fil de caténaire.

Avantageusement, cet au moins un fil isolé et cet au moins un dispositif de capteur peuvent être montés en série ou en dérivation depuis un seul fil d’entrée pour le raccordement au deuxième enroulement. Ainsi, on extrait du signal entre les bornes du premier enroulement à la fois une information quant à la fissuration ou la rupture et une information quant à l’usure.

Il est en outre proposé un ensemble de pantographe comprenant un système de surveillance tel que décrit ci-dessus, ainsi que la bande de transmission de courant. Le système de surveillance peut être installé sur la bande.

Il est en outre proposé un véhicule à entraînement électrique comprenant un ensemble de pantographe tels que décrit ci-dessus, par exemple une motrice ferroviaire, ou autre.

Il est en outre proposé un procédé de surveillance de l’état d’une bande de transmission de courant électrique réalisée principalement ou complètement en carbone, s’étendant suivant une direction longitudinale, montée sur un véhicule à entraînement électrique de sorte que cette direction longitudinale soit perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à une direction de déplacement du véhicule, et destinée à frotter contre un fil de caténaire sous tension pour alimenter en courant ce véhicule, le fil de caténaire étant disposé oblique par rapport à la direction de déplacement du véhicule, de sorte que le fil de caténaire est en contact électrique avec la bande sur une zone de contact représentant une portion seulement de la longueur de la bande, et qui évolue le long de la bande lorsque le véhicule est entraîné en mouvement selon la direction de déplacement, le procédé comprenant : recevoir au moins un signal, et de préférence un seul signal, d’au moins un dispositif de capteur au moins en partie installé dans la bande de façon à occuper une portion seulement de la longueur de la bande, ce dispositif étant agencé pour détecter un passage de caténaire lorsque la zone de contact correspond à cette portion de bande, au moins lorsque la hauteur d’usure de la bande au niveau de la portion de bande a dépassé un seuil, et ce dispositif de capteur étant en outre agencé pour pouvoir mesurer au moins deux hauteurs d’usure différentes.

Le procédé peut avantageusement comprendre une étape de traitement au cours de laquelle on associe à deux instants de signal de passage de caténaire consécutifs une distance prédéterminée, et au cours de laquelle on estime à partir des au moins deux mesures de hauteur effectuées une usure de la bande par kilomètre parcouru.

Le procédé peut aussi comprendre une étape de d’élaboration, en fonction de cette estimation, et de transmission vers des moyens de commande du pantographe d’un message pour piloter l’abaissement du pantographe.

Ce procédé peut par exemple être mis en œuvre par un dispositif de traitement du type processeur, par exemple un micro contrôleur, un micro processeur, un DSP (de l’anglais « Digital Signal Processing »), ou autre.

Il est ainsi proposé un dispositif de traitement comprenant des moyens de réception pour effectuer l’étape de réception décrite ci-dessus, par exemple un port d’entrée, une broche d’entrée ou autre, et des moyens de traitement pour effectuer l’étape d’estimation décrite ci-dessus, par exemple, un cœur de processeur ou autre, et des moyens d’émission, par exemple un port de sortie, une broche de sortie, ou autre, pour transmettre le signal élaboré vers des moyens de commande du pantographe, par exemple un moteur pas à pas.

Il est en outre proposé un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions pour effectuer les étapes du procédé tel que décrit ci-dessus lorsque lesdites instructions sont exécutées par un processeur. L’invention sera mieux décrite en référence aux figures ci-après, lesquelles représentent des modes de réalisation donnés à titre d’exemple et non limitatifs.

La figure 1 représente schématiquement un système de surveillance selon un mode de réalisation de l’invention, lorsqu 'installé dans une bande de captage en contact avec un fil de caténaire.

La figure 2 montre de façon plus détaillée un exemple de dispositif de capteur pour le système de surveillance schématiquement représenté sur la figure 1.

La figure 3 est une vue de dessus montrant schématiquement un exemple de dispositif de capteur du système de surveillance des figures 1 et 2, lorsqu'installé sur une bande partiellement représentée, et en contact avec un fil de caténaire également partiellement représenté.

La figure 4 représente schématiquement un exemple de système de surveillance selon un mode de réalisation de l’invention.

La figure 5 représente schématiquement un exemple de système de surveillance selon un autre mode de réalisation de l’invention.

La figure 6 est un graphique montrant un exemple d’allure d’un signal de tension mesuré aux bornes d’un premier enroulement d’un transformateur d’un système de surveillance selon un mode de réalisation de l’invention.

La figure 7 est un logigramme pour illustrer un exemple de procédé selon un mode de réalisation de l’invention.

Des références identiques peuvent être utilisées d’une figure à l’autre pour désigner des éléments identiques ou similaires.

En référence à la figure 1, une bande 1 réalisée principalement ou complètement en carbone, s’étend suivant une direction longitudinale correspondant ici au vecteur x.

Cette bande de carbone est transverse par rapport à une direction de déplacement du véhicule à traction électrique sur lequel cette bande est montée, cette direction de déplacement correspondant au vecteur y.

Dans la présente description, les termes avant, arrière, font référence aux directions avant et arrière du véhicule sur lequel est monté le système de surveillance décrit. La direction verticale peut être la direction du vecteur gravité. Les axes x, y, z, correspondent respectivement à la direction longitudinale de la bande de captation, la direction de déplacement du véhicule, et la direction verticale. Sur les figures, le système de surveillance est installé sur une motrice installée sur un sol plat et horizontal, et à un emplacement sans virage, c’est-à-dire que l’on suppose que la bande de captation s’étend longitudinalement suivant une direction normale à la verticale et à la direction de déplacement. Bien entendu, en réalité, la direction longitudinale attachée à la bande de captation, la direction de déplacement peuvent ne pas être tout à fait normales entre elles et le plan défini par ces deux directions peut ne pas être parfaitement horizontal.

La bande 1 est disposée sous un fil de caténaire 2 haute tension (par exemple 1500 V ou 25000V), et lorsque le véhicule est en déplacement, la bande 1 peut être en contact avec le fil de caténaire 2, afin de collecter le courant électrique nécessaire à la traction du véhicule.

Le fil de caténaire 2 est en général disposé en zigzag le long du chemin attendu pour le véhicule, c’est-à-dire que lorsque le véhicule est déplacé suivant la direction y, le fil de caténaire 2 effectue un balayage par rapport à la bande 1, suivant la direction x. La bande 1 est donc parcourue longitudinalement par le fil de caténaire 2, ce qui permet une meilleure répartition de l’usure de la bande.

Le système de surveillance de ce mode de réalisation comprend une pluralité de dispositifs de capteur 3, chaque dispositif de capteur occupant une portion relativement restreinte de la longueur de la bande 1. Par exemple, la bande 1 peut s’étendre suivant la direction x sur près d’un mètre, alors que chaque dispositif de capteur 3 peut avoir un diamètre de quelques millimètres, par exemple de 3 millimètres.

On pourra relever que les figures sont schématiques, et que l’échelle n’est a priori pas respectée.

Les dispositifs de capteur 3 sont disposés à différents emplacements le long de la bande 1, de sorte que, lorsque le véhicule est entraîné en mouvement, ces dispositifs de capteur sont destinés à être en contact avec le fil de caténaire 2 les uns après les autres.

Chaque dispositif de capteur 3 comprend des éléments conducteurs référencés 5, 6, 7, 8, 9 sur la figure 2.

Lorsque le fil de caténaire 2 est en contact avec un élément conducteur, du courant issu de ce fil de caténaire passe dans cet élément conducteur. L’élément conducteur est raccordé via un câble 4 à un dispositif de traitement, local ou distant, et le signal électrique issu du fil de caténaire 2 peut ainsi être détecté par ce dispositif de traitement, permettant ainsi de détecter le passage du fil de caténaire au niveau du dispositif de capteur correspondant. Comme explicité davantage en référence aux figures 4 et 5, le câble 4 fait partie d’un circuit électrique de détection ayant sa tension de masse égale à la tension de la bande. En fonctionnement, la bande est en contact avec le fil 2, de sorte que la tension de masse du circuit de détection est la tension du fil de caténaire 2.

Un contact entre le fil de caténaire 2 et un élément conducteur parmi les éléments 5, 6, 7, 8, 9, équivaut à une mise à la masse de cet élément conducteur, ce qui modifie la résistance équivalente du circuit de détection.

En référence aux figures 2 et 3, chaque dispositif de capteur 3 comprend une pluralité d’éléments conducteurs 5, ici réalisés en cuivre et à forme de feuille s’étendant sensiblement dans le plan normal à la direction y. A chacune de ces feuilles de cuivre 5, 6, 7, 8, 9, est raccordée une résistance correspondante 15, 16, 17, 18, 19, également raccordée au câble 4.

Ainsi, si le niveau d’usure de la bande est tel que par exemple les feuilles 5 et 6 sont, lors du passage de fil de caténaire, en contact avec ce fil de caténaire, et tel que les bandes 7, 8, 9 restent isolées du fil de caténaire lors du passage de ce fil, le signal électrique reçu lors du passage de fil de caténaire aura une valeur fonction des valeurs de résistance 15 et 16.

Les résistances 15, 16, 17, 18, 19 peuvent avoir des valeurs différentes, ou non.

Le signal électrique mesuré lors du passage de caténaire, est fonction de la hauteur d’usure effective. Ainsi, le signal électrique sur le câble 4 peut-il avoir la forme d’un ensemble de pics, chaque pic correspondant au passage du fil de caténaire sur un dispositif de capteur, et l’amplitude des pics étant représentative du niveau d’usure.

En associant l’intervalle de temps entre deux pics à une distance prédéterminée, fonction de l’installation en zigzag du fil de caténaire, et fonction de l’espacement sur la bande entre deux dispositifs de capteur adjacents, on peut corréler l’usure au kilométrage parcouru.

En référence à la figure 3, le dispositif de capteur 3 peut avoir un diamètre de l’ordre de quelques millimètres, et une hauteur correspondant par exemple à 50-90% de la hauteur de la bande à l’état neuf, par exemple comprises entre quelques millimètres et quelques centimètres.

Le fil de caténaire peut avoir un diamètre de l’ordre du centimètre, c’est-à-dire que la zone de contact pourra s’étendre suivant la direction x sur quelques millimètres, par exemple 2 ou 3 mm.

La bande de carbone 1 peut avoir une largeur suivant la direction y, comprise par exemple entre 35 et 60 millimètres.

Les feuilles de cuivre 5, 6, 7, 8 9 peuvent être isolées les unes des autres par un matériau céramique, et l’empilement comprenant ces feuilles de cuivre et la céramique peut être noyé dans une résine, l’ensemble résine plus empilement ayant ainsi une section de diamètre de 3 millimètres environ.

Pour revenir à la figure 2, la liaison entre les feuilles de cuivre 5, 6, 7, 8, 9 et les résistances correspondantes 15, 16, 17, 18, 19 peut être effectuée par brasage à température relativement élevée. L’invention n’est pas limitée à un nombre prédéterminé de dispositifs de capteurs. On pourrait par exemple prévoir un, deux, trois, quatre, cinq, dix dispositifs de capteurs, ou autre. L’invention n’est pas non plus limitée par le nombre de feuilles de cuivre dans un dispositif de capteur. Dans cet exemple, on prévoit cinq éléments conducteurs 5, 6, 7, 8, 9, permettant ainsi de mesurer cinq hauteurs d’usures différentes.

En référence à la figure 4, un système de surveillance 40 comprend un transformateur d’isolement 50 comprenant un premier enroulement 31 et un deuxième enroulement 22. Le système 40 comprend un circuit électrique de détection 20 et un circuit électrique de mesure 30.

Le circuit de détection comprend une branche de référence 23 en contact avec la bande 1, c’est-à-dire que la masse du circuit 20 est au potentiel de la bande, et donc du fil de caténaire tant qu’il y a contact entre la bande 1 et le fil 2. Alternativement, la branche de référence 23 pourrait être soudée à un étrier non représenté.

Un générateur 21 permet d’injecter un courant sur ce circuit de détection 20. Ce courant peut varier sinusoïdalement, avec une amplitude de crête de par exemple quelques milliampères, et une fréquence de par exemple plusieurs kHz, par exemple 4 kHz. Le générateur 21 et le premier enroulement 31 sont disposés en série, de sorte que le premier enroulement 31 est parcouru par le courant généré.

Le transformateur 50 permet d’isoler le circuit de mesure 30 de la tension de masse du circuit de détection 20.

Dans cet exemple, le circuit de détection 20 comprend deux éléments de détection montés en parallèle, à savoir un jeu de dispositifs de capteur 3 pour mesurer l’usure de la bande 2, et un fil isolé 25 collé sur la bande.

Le fil isolé 25 présente une résistance de fil Rm, du fait de la résistance linéaire d’une âme conductrice de ce fil gainé 25.

Les dispositifs de capteurs 3 sont chacun similaires à celui décrit en références aux figures 1 à 3.

Ce jeu de capteurs 3 est monté en parallèle avec une résistance R3. En cas de contact entre le fil de caténaire et un ou plusieurs élément(s) conducteurs d’un capteur 3, les extrémités de cet ou ces éléments conducteurs sont au même potentiel qu’un nœud d’extrémité 27 en contact avec la bande 2. Si le contact entre le fil de caténaire et ces un ou plusieurs élément(s) conducteur(s) du capteur 3, s’effectue via un arc électrique, ces extrémités sont sensiblement au même potentiel que le nœud 27. Du courant passe entre ces extrémités et un nœud 26 de dérivation avec la résistance R3, rencontrant une résistance Rh fonction du nombre d’éléments conducteurs en contact électrique avec le fil de caténaire 2.

Le courant injecté par le générateur 21 rencontre alors une résistance égale à la résistance Rm additionnée de la résistance équivalente au montage parallèle des résistances R3 et Rh.

Lorsque le fil de caténaire n’est plus en contact avec aucun dispositif de capteur, la résistance opposée par le circuit de détection au passage du courant est alors simplement égale à la somme Rm + R3.

Le fil isolé 25 est relativement fragile, et donc susceptible de se rompre en cas de rupture de bande. Aucun courant ne passe alors dans le circuit de détection et le signal mesuré aux bornes de l’enroulement 31 passe à zéro. En cas de contact entre une extrémité rompue du fil 25 et la bande, la résistance rencontrée devient passablement faible, fonction de la longueur de fil correspondant à cette extrémité, et l’on pourra donc également détecter la rupture de la bande.

En cas de détection de rupture du fil 25, un signal de commande est généré de façon à piloter l’abaissement du pantographe.

Le circuit de mesure comprend une résistance R32 montée en série avec le générateur 21, et un processeur 33 pour recevoir un signal proportionnel au signal aux bornes de l’enroulement 31.

Dans le mode de réalisation de la figure 5, une des bornes de l’enroulement 22 est en contact électrique avec un étrier de collecte de courant (non représenté), installé sous la bande. Une branche de référence 23 entre cette borne et l’étrier est ainsi raccordée à un élément conducteur peu résistif en contact avec la bande.

En outre, dans ce mode de réalisation, on prévoit non pas un seul fil isolé 25, mais deux fils 25, 25’ présentant des propriétés de résistance mécaniques différentes. Par exemple le fil 25’ a une résistance à la rupture plus faible que celle du fil gainé 25. Ce fil 25 pourra ainsi être rompu alors que le fil 25 est encore intact, permettant ainsi de détection une fissuration avant la rupture de la bande.

Dans un mode de réalisation alternatif et non représenté, on pourrait prévoir plus de deux fils isolés, par exemple trois, quatre ou cinq fils isolés, montés en parallèle et présentant des résistances à la rupture différentes d’un fil à l’autre. Ceci peut permettre de détecter une fissuration de bande de manière graduelle.

Un nœud 28 assure la dérivation des fils isolés 25, 25’, et également d’un jeu de dispositifs de capteurs 3 similaire au jeu décrit ci-dessus.

La figure 6 montre un exemple théorique de type de courbe qui pourrait être enregistrés par un processeur 33 au cours de la vie d’une bande de carbone. L’abscisse correspond au temps et l’ordonnée à des tensions.

Les pics de cette courbe correspondent à des instants de passage de caténaire.

Plus précisément, à l’instant ti, le fil de caténaire ne touche aucun capteur d’usure 3. La résistance équivalente du circuit de détection est donc égale à la somme de la résistance R3 et de la résistance équivalente au montage parallèle des fils isolés. A l’instant X2, le fil de caténaire touche un capteur d’usure 3, la profondeur d’usure étant relativement faible au niveau du capteur d’usure en contact avec le fil de caténaire 2. La résistance équivalente du circuit de détection est donc égale à la somme de la résistance R3 et de la résistance équivalente au montage parallèle des fils isolés et de ce capteur d’usure. La résistance équivalente est donc plus faible qu’à l’instant ti, et la tension enregistrée est donc plus élevée qu’à cet instant ti. L’instant X3 correspond à un instant de passage de caténaire au niveau d’un capteur 3, au niveau duquel la profondeur d’usure est relativement élevée. La résistance opposée par ce capteur d’usure est donc plus faible que celle opposée par le capteur en contact avec le fil de caténaire à l’instant X.2. Le pic correspondant à cet instant X3 est donc plus élevé en amplitude que celui correspondant à l’instant X2. Ce dispositif permet ainsi de s’assurer de l’homogénéité de l’usure, ou du moins d’avoir une idée du profil d’usure pendant le fonctionnement de la bande. L’instant Xa correspond à une rupture du fil le plus fragile 25’. La résistance équivalente du circuit augmente en conséquence, et la tension mesurée chute brutalement.

On continue toutefois d’enregistrer des pics lors des instants de passage du fil de caténaire au niveau des capteurs 3, comme par exemple à l’instant ts. L’instant Xe correspond à une rupture du fil le plus solide 25. La tension chute à zéro. Un signal de commande d’abaissement du pantographe est émis, ce qui empêche d’enregistrer de nouveaux pics par la suite.

La figure 7 est un logigramme pour illustrer un exemple de procédé mis en œuvre dans le processeur référencé 33 sur les figures 4 et 5.

On reçoit au cours d’une étape 101 un signal de tension U(t), à partir duquel on estime une valeur de résistance équivalente du circuit de détection, au cours d’une étape non représentée.

Au cours d’une étape 102, on déduit de cette valeur de résistance équivalente une valeur de paramètre d’usure Sw et une valeur de paramètre de rupture Sb. Dans cet exemple, on utilise une variable booléenne pour ce paramètre Sb.

On peut prévoir de calculer en outre, au cours de cette étape 102, une valeur d’usure par kilomètre parcouru Sw-km (non représenté), en fonction des instants correspondant aux maxima des pics et en fonction des amplitudes des pics.

Au cours d’une étape de test 103, on s’assure que l’usure n’a pas dépassé un seuil acceptable THR et que la bande n’est pas cassée. On peut aussi s’assurer de ce que la valeur d’usure par kilomètre parcouru ne dépasse pas un seuil THR’ non représenté.

Le cas échéant, on génère au cours d’une étape 104 un signal Scontrol autorisant le contact entre la bande et le fil de caténaire. Puis le processeur se place dans un état d’attente pendant une étape 106, avant de recevoir une nouvelle valeur de tension. S’il s’avère à l’issue du test 103 que l’usure a dépassé le seuil THR, que l’usure par kilomètre parcouru est trop élevée ou que la bande est cassée, alors le signal Scontrol prend une valeur, par exemple égale à 1, pour imposer l’abaissement du pantographe.

Claims

Revendications

1. Système de surveillance de l’état d’une bande (1) de transmission de courant électrique réalisée principalement ou complètement en carbone, s’étendant suivant une direction longitudinale, destinée à être montée sur un véhicule à entraînement électrique de sorte que cette direction longitudinale soit perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à une direction de déplacement du véhicule, et destinée à frotter contre un fil de caténaire (2) sous tension pour alimenter en courant ce véhicule, le fil de caténaire étant disposé oblique par rapport à la direction de déplacement du véhicule, de sorte que le fil de caténaire est en contact électrique avec la bande sur une zone de contact représentant une portion seulement de la longueur de la bande, et qui évolue le long de la bande lorsque le véhicule est entraîné en mouvement selon la direction de déplacement, le système de surveillance comprenant : au moins un dispositif de capteur (3) destiné à être au moins en partie installé dans la bande de façon à occuper une portion seulement de la longueur de la bande, ce dispositif étant agencé pour détecter un passage de caténaire lorsque la zone de contact correspond à cette portion de bande, au moins lorsque la hauteur d’usure de la bande au niveau de la portion de bande a dépassé un seuil, et ce dispositif de capteur étant en outre agencé pour pouvoir permettre de mesurer au moins deux hauteurs d’usure différentes.
2. Système de surveillance selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de capteur comprend au moins un élément conducteur (5, 6, 7, 8, 9), et le passage de caténaire peut être détecté suite au passage de courant issu du fil de caténaire (2) dans l’élément conducteur.
3. Système de surveillance selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de capteur comprend plusieurs éléments conducteurs (5, 6, 7, 8, 9), chaque élément conducteur s’étendant à l’intérieur de la bande jusqu’à une hauteur de bande associée à cet élément conducteur.
4. Système de surveillance selon la revendication 3, dans lequel pour les éléments conducteurs sont en cuivre, en forme de feuille, et le dispositif de capteur comprend un empilement d’éléments conducteurs séparés les uns des autres par un isolant et noyé dans une résine.
5. Système de surveillance selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une pluralité de dispositifs de capteur destinés à être installés sur une même bande, de sorte que les portions de longueur de bande correspondant à cette pluralité de dispositifs de capteurs soient distinctes les unes des autres.
6. Système de surveillance selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant : - un circuit électrique de mesure (30), comprenant un premier enroulement (31) de transformateur et un générateur (21) apte à délivrer un courant alternatif, le circuit électrique de mesure étant agencé pour qu’au moins une partie du courant délivré par le générateur traverse ce premier enroulement, - un circuit électrique de détection (20), ce circuit comprenant un deuxième enroulement de transformateur, une branche de référence du potentiel électrique du circuit de détection, cette branche étant conçue pour être en contact avec la bande ou avec des moyens conducteurs faiblement résistifs en contact avec la bande, de sorte que la tension de masse du circuit de détection soit égale ou très proche de la tension du fil de caténaire lorsqu’en contact avec la bande, et ledit au moins un dispositif de capteur, - un transformateur (50) comprenant le premier et le deuxième enroulement, pour isoler le circuit électrique de mesure de la tension de masse du circuit électrique de détection, et - des moyens de mesure (33) de la tension aux bornes du premier enroulement et/ou de l’intensité traversant ce premier enroulement.
7. Système de surveillance selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre : au moins un fil isolé électriquement (25), destiné à être installé le long de la bande, et susceptible d’être rompu en cas de fissure ou de rupture de la bande.
8. Ensemble de pantographe comprenant un système de surveillance selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, ainsi que la bande de transmission de courant.
9. Procédé de surveillance de l’état d’une bande de transmission de courant électrique réalisée principalement ou complètement en carbone, s’étendant suivant une direction longitudinale, montée sur un véhicule à entraînement électrique de sorte que cette direction longitudinale soit perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à une direction de déplacement du véhicule, et destinée à frotter contre un fil de caténaire sous tension pour alimenter en courant ce véhicule, le fil de caténaire étant disposé oblique par rapport à la direction de déplacement du véhicule, de sorte que le fil de caténaire est en contact électrique avec la bande sur une zone de contact représentant une portion seulement de la longueur de la bande, et qui évolue le long de la bande lorsque le véhicule est entraîné en mouvement selon la direction de déplacement, le procédé de surveillance comprenant : recevoir au moins un signal d’au moins un dispositif de capteur au moins en partie installé dans la bande de façon à occuper une portion seulement de la longueur de la bande, ce dispositif étant agencé pour détecter un passage de caténaire lorsque la zone de contact correspond à cette portion de bande, au moins lorsque la hauteur d’usure de la bande au niveau de la portion de bande a dépassé un seuil, et ce dispositif de capteur étant en outre agencé pour permettre de mesurer au moins deux hauteurs d’usure différentes.
10. Procédé selon la revendication 9, comprenant en outre une étape de traitement au cours de laquelle on associe à deux instants de signal de passage de caténaire consécutifs une distance prédéterminée, et au cours de laquelle on estime à partir des au moins deux mesures de hauteur effectuées une usure de la bande par kilomètre parcouru.