1. domaine de l'invention

Le domaine de l'invention est celui de l'alimentation électrique des réseaux ferroviaires, en particulier, pour les tramways et les métros. Plus particulièrement, l'invention concerne les installations d'énergie traction, destinées à transformer une alimentation électrique alternative basse tension (par exemple, 3x585 Volts) en une tension basse tension continue (par exemple, 750 volts), destinée à alimenter le matériel roulant.

Classiquement, une ligne ferroviaire est découpée en sections électriques, qui sont délimitées par des isolateurs de section, au droit de sous-stations (SSR).

Dans une sous-station, on peut distinguer trois parties distinctes : les cellules haute tension (HT), le transformateur haute tension / basse tension (HT/BT), les cellules de conversion, protection et distribution du courant continu et auxiliaires et le système de contrôle/commande.

Un exemple de sous-station est illustré schématiquement par la figure 1. Elle comprend donc une cellule HT (xl), un transformateur HT/BT (x2) et un groupe redresseur 11, transformant la tension basse tension (par exemple 3x585V) en une tension continue (par exemple 750 volts). Chaque groupe redresseur 11 alimente deux sections électriques, respectivement une section amont 12 et une section aval 13. Les isolateurs 14 permettent de couper la liaison entre deux sections électriques. Ce sectionnement permet, d'une part, d'alimenter chaque section, généralement par deux sources, ce qui permet de réduire les chutes de tension en ligne, et, d'autre part, de cantonner un défaut électrique à une portion de ligne seulement.

Le matériel roulant peut être alimenté par plusieurs systèmes : ligne aérienne de contact (LAC), troisième rail, alimentation par le sol (APS),... 2. art antérieur

Les sous-stations sont des installations relativement complexes, qui nécessitent généralement des travaux d'installation, de montage et de tests importants. En effet, les courants transportés sont très élevés, et la sécurité est une préoccupation majeure. En outre, la maintenance de ces systèmes est relativement lourde.

Généralement, une sous-station est constituée d'un ensemble d'armoires indépendantes, assurant les différentes fonctions nécessaires (cellules HT, transformateur, redressement, sectionnement, disjonction ultra-rapide, distribution de la traction, contrôle/commande,...). Ces différentes armoires doivent être installées, puis interconnectées et testées, ce qui représente un temps de travail important, parfois dans des conditions peu adaptées. Souvent, du fait de ces installations spécifiques sur place, les sous-stations sont légèrement différentes les unes des autres, ce qui rend peu aisée la maintenance.

3. objectifs de l'invention

L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.

Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique, permettant de simplifier l'électrification de lignes ferroviaires, et, en particulier, la réalisation et l'installation des cellules de conversion, protection et distribution du courant continu et auxiliaires et le système de contrôle/commande, notamment, de sous-stations ferroviaires.

Ainsi, un objectif de l'invention est de fournir une technique, permettant d'optimiser le montage et la mise en œuvre de tels équipements.

L'invention a également pour objectif de fournir une telle solution, permettant de réduire l'encombrement global d'une sous-station, ainsi que son coût de fabrication, d'installation et de maintenance.

4. caractéristiques principales de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints selon l'invention à l'aide d'un bloc de distribution de courant continu d'une sous- station ferroviaire, comprenant au moins :

une armoire de redressement, comprenant un redresseur, apte à recevoir un courant alternatif et délivrant un courant continu combiné à un sectionneur d'isolement (permettant de séparer la partie avale du redresseur d'une partie protection/distribution du courant continu) ;

une armoire de disjonction ultra-rapide ;

une armoire de sectionnement, contrôlant l'alimentation d'une une plusieurs sections électriques de ladite sous-station ;

une armoire de contrôle / commande dudit bloc de distribution et de ladite sous-station ;

une armoire comprenant un tableau général basse tension, comprenant des organes de protection des équipements dudit bloc de distribution et de ladite sous-station ;

une armoire de raccordement de câbles.

Selon l'invention, lesdites armoires sont assemblées sur un support mobile unique, sous la forme de trois sous-ensembles séparés deux à deux par des premiers et deuxièmes moyens d'isolation électrique :

un premier sous-ensemble comprenant ladite armoire de redressement ;

un deuxième sous-ensemble comprenant ladite armoire de disjonction ultra-rapide et ladite armoire de sectionnement ;

un troisième sous-ensemble comprenant ladite armoire de contrôle / commande, ledit tableau général basse tension et ladite armoire de raccordement de câbles,

et des troisièmes moyens d'isolation électrique par rapport au sol sont montés entre ledit support mobile et lesdits sous-ensembles. Ainsi, l'invention propose une approche nouvelle, fiable et efficace, selon laquelle le bloc de distribution de courant continu pour sous-station ferroviaire, appelé également par la suite « bloc intelligent de distribution continu » forme un tout, monobloc, compact et transportable, intégralement assemblée et testée en usine. Elle intègre dès l'origine, les isolations nécessaires, qui sont optimisées et testées.

Selon un mode de réalisation particulier, lesdits premiers et deuxièmes moyens d'isolation électrique comprennent un profil en U présentant une matrice en résine de polyester, présentant une épaisseur de séparation entre deux desdits sous-ensembles d'au moins 60mm

Selon une caractéristique particulière, lesdits troisièmes moyens d'isolation peuvent comprendre un ensemble d'isolateurs et/ou des grilles de ventilation en un matériau isolant, insérant une épaisseur de séparation entre lesdits sous-ensembles et ledit support d'au moins 60 mm

Selon un autre aspect de l'invention, ledit support mobile peut présenter au moins deux fourreaux permettant l'insertion d'une fourche d'un chariot élévateur.

Ainsi, le bloc de distribution de l'invention est aisément transportable.

Le bloc de distribution peut par ailleurs comprendre un double système de ventilation, d'une part en partie basse au niveau desdits troisièmes moyens d'isolation électrique et d'autre part en partie haute d'au moins certaines desdites armoires.

Ceci permet d'assurer une ventilation efficace du bloc de distribution. Notamment, le toit d'au moins les armoires de redressement, de disjonction ultra-rapide et de sectionnement peut être surélevé via un système de chicane de ventilation, présentant des grilles de ventilation placées en retrait des parois verticales desdites armoires.

Selon un autre aspect de l'invention, ladite armoire de disjonction ultrarapide peut comprendre au moins un disjoncteur, comprenant une partie de puissance et une partie de contrôle, monté sur un chariot débrochable pouvant prendre trois positions distinctes :

une position embrochée, dans laquelle ladite partie de puissance et ladite partie de contrôle sont connectées ;

- une position débrochée, dans laquelle ladite partie de puissance et ladite partie de contrôle sont déconnectées ; et

une position de test, dans laquelle ladite partie de puissance est déconnectée mais ladite partie de contrôle reste connectée.

Il est ainsi possible de tester le disjoncteur ultra-rapide, simplement et efficacement.

Un volet de protection dont le déplacement vertical peut être prévu, qui est contrôlé par le déplacement horizontal dudit chariot débrochable, par l'intermédiaire de moyens de transmission mécaniques.

Ledit chariot peut notamment porter un voyant mécanique indiquant la position courante dudit chariot.

Selon un autre aspect, ladite armoire de redressement peut comprendre au moins un sectionneur dont le déplacement est assuré par des moyens de motorisation, équipés d'une commande manuelle de secours.

Avantageusement, le bloc de distribution de l'invention présente une pluralité de portes d'accès, distribuées sur au moins les deux côtés longitudinaux dudit bloc de distribution.

Ainsi, l'entretien du bloc de distribution est particulièrement aisé, avec un accès par la face avant et par la face arrière.

5. liste des figures

D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif et des dessins annexés parmi lesquels :

la figure 1, déjà commentée en préambule, illustre schématiquement le principe général d'une sous-station ferroviaire ; les figures 2A à 2E représentent un mode de réalisation d'un bloc de distribution de courant continu d'une sous-station ferroviaire selon l'invention :

figure 2A : vue de devant, portes fermées ;

- figure 2B : vue de devant, portes ouvertes ;

figure 2C : vue de derrière, portes ouvertes ;

figure 2D : vue de dessus ;

figure 2E : vue du système en éclaté ;

la figure 3 est un exemple simplifié d'unifilaire d'une distribution d'énergie traction ;

la figure 4 est un schéma fonctionnel simplifié du système de l'invention ;

la figure 5 illustre l'armoire de redressement, de protection et de sectionnement du bloc de distribution des figures 2A à 2E, sans ses portes ;

la figure 6 illustre un pont de diodes en version semi-débrochable de l'armoire de la figure 5 ;

la figure 7 présente plus précisément le sectionneur et sa motorisation de l'armoire de la figure 5 ;

- la figure 8 illustre l'armoire de disjonction ultra-rapide ;

les figures 9A et 9B illustrent l'indicateur mécanique du chariot débrochable de l'armoire de la figure 8 ;

la figure 10 illustre l'armoire de sectionnement du bloc de distribution des figures 2A à 2E ;

- la figure 11 est un schéma électrique simplifié du système mis en œuvre par l'invention, faisant notamment apparaître les isolations ;

la figure 12 illustre une partie inférieure d'une des armoires, présentant une ventilation ;

la figure 13 présente une partie supérieure d'une des armoires, équipée également d'une ventilation ; la figure 14 présente, en éclaté, les moyens d'isolation inférieure, et les ventilations correspondantes.

6. description d'un mode de réalisation

6.1 présentation générale du bloc intelligent de distribution continu de la sous-station

Comme indiqué précédemment, les sous-stations ferroviaires sont généralement assemblées sur place, à partir d'un ensemble d'armoires livrées indépendamment. L'invention propose une approche totalement différente, selon laquelle certaines fonctions de la sous-station sont intégrées dans un même ensemble très compact, formant un ensemble monobloc transportable, monté sur un support unique. Il peut ainsi être livré pratiquement prêt à l'emploi, après avoir été assemblé et testé en usine. Les risques et les coûts sont ainsi limités.

Les figures 2A à 2E présentent plusieurs vues d'un mode de réalisation particulier de l'invention :

figure 2A : vue de devant, portes fermées ;

figure 2B : vue de devant, portes ouvertes ;

figure 2C : vue de derrière, portes ouvertes ;

figure 2D : vue de dessus ;

figure 2E : vue du système en éclaté.

Comme on peut le constater sur ces figures, l'invention repose notamment sur la mise en œuvre d'un support unique 21, ou skid, qui reçoit l'ensemble des éléments (armoires) nécessaires pour assurer les fonctions des équipements décrits ci-après d'une sous-station. Ce skid 21 est avantageusement équipé de deux fourreaux 22 _A et 22 _B , permettant la manipulation de l'ensemble du bloc intelligent de distribution continu de la sous-station à l'aide d'un chariot élévateur, dont les fourches sont reçues dans ces fourreaux.

Ainsi, il est aisé de déplacer l'ensemble du bloc intelligent de distribution continu de la sous-station, en cours de montage, puis sur son lieu d'installation. Il suffit de prévoir une surface plane de réception, pour que le bloc intelligent de distribution continu de la sous-station soit installé de façon définitive.

Le bloc intelligent de distribution continu d'une sous-station selon l'invention est donc un système unique, monobloc, compact et intégré, transportable comme un tout préalablement assemblé et testé.

Le bloc intelligent de distribution continu de la sous-station ferroviaire est constitué de plusieurs armoires, qui sont regroupées en trois sous-ensembles :

sous-ensemble I :

une armoire 23 de redressement (RED) et de sectionnement d'isolement automatique (SIA) ;

sous-ensemble II :

une armoire 24 de disjonction ultra rapide contenant un ou deux disjoncteurs ultra rapides ;

une armoire 25 de sectionnement traction ;

- sous-ensemble III :

une armoire 26 de contrôle commande ;

une cellule 27 pour le raccordement des câbles basse tension de l'ensemble des équipements ;

un tableau général basse tension (TGBT) 28.

6.2 isolation

Selon l'invention, des isolations spécifiques 29 _A et 29 _B sont prévues, respectivement entre les sous-ensembles I et II et entre les sous-ensembles II et III. Ces isolations 29 _A et 29 _B sont obtenues par deux aspects :

ménagement d'une distance d'isolement dans l'air, par exemple d'au moins 60 mm ;

un profil en U composé d'une matrice de résine polyester, avec une structure mixte à mâts de verre et/ou renforcé au roving.

Une troisième isolation 29 _c est prévue entre l'ensemble des armoires et le sol, et plus précisément le skid 21. Comme illustré par la figure 14, cette isolation est assurée de deux façons : ménagement d'une distance d'isolement dans l'air, par exemple d'au moins 60mm ;

des isolateurs 141 associés à des grilles de ventilation 142 en matériau isolant respectant le niveau d'isolement requis.

Ces isolations sont également visibles sur le schéma électrique de la sous- station de la figure 11.

Ainsi, le bloc intelligent de distribution continu de la sous-station de l'invention intègre, dès l'origine, les isolations nécessaires, sans qu'il soit nécessaire de les définir et réaliser plus tard, lors de son installation. Ces isolations sont optimisées, et testées, lors de la fabrication.

6.3 ventilation

Le bloc intelligent de distribution continu de la sous-station ferroviaire de l'invention prévoit également un système de ventilation, l'air pouvant notamment pénétrer en partie inférieure par des grilles 210 (qui assurent avantageusement également au moins une partie de l'isolation 29 _c ).

L'entrée d'air est effectuée par le bas du bloc intelligent de distribution continu de la sous-station par les grilles d'aération 210, réalisées dans un matériau respectant l'Indice de Protection (IP) situé entre le SKID et l'ossature des armoires, comme illustré plus précisément par la figure 12.

En partie haute des armoires, des ventilations 211 qui seront décrites plus en détail par la suite sont également prévues. L'évacuation d'air, notamment sur les armoires Redresseur/SIA, DUR, Sectionnement est effectuée par le haut de l'armoire, par exemple selon la technique illustrée par la figure 13. Le toit 131 est surélevé via un système de chicane respectant l'Indice de Protection requis (IP).

Ces ouvertures de ventilation en partie basse et en partie haute favorisent une ventilation naturelle à l'intérieur de l'ensemble.

6.4 assemblage en usine

Toutes les interconnexions entre les différents équipements de puissance (RED, SIA, DUR, sectionnement) sont réalisées directement, en usine, sur le système. Les plages prévues pour les raccordements externes peuvent être les suivantes :

en partie haute ou basse du redresseur, pour le raccordement avec le transformateur. Dans la configuration avec un raccordement en partie haute, il est possible également de réaliser une liaison de type « gaine à barres », permettant la liaison entre le transformateur et le redresseur ; en partie basse pour la sortie de l'armoire de sectionnement.

Toutes les interconnexions basse tension entre l'armoire de contrôle commande, le TGBT et les équipements de puissance (RED, SIA, DUR, sectionnement) sont également réalisés directement, en usine. Les raccordements basse tension des éléments des autres éléments de la sous- station peuvent être réalisés dans la cellule de raccordement.

Les isolations, assurées notamment par les éléments 29 _A , 29 _B et 29 _c sont réalisées et testées en usine. L'homogénéité entre les différents équipements permet par ailleurs de réduire le stock de pièces de rechange, et de simplifier la maintenance. En effet, les composants de fonctions identiques intégrés dans l'armoire sont, de préférence, et dans la mesure du possible, homogènes.

Le fait de réaliser le montage monobloc en usine permet que tous les essais électriques, fonctionnels, et d'interfaces entre les éléments peuvent être réalisés et validés en usine. On augmente ainsi la sécurité et la fiabilité, et on simplifie l'installation sur site et la maintenance.

Comme on peut le noter sur les figures 2A à 2E, le bloc intelligent de distribution continu de la sous-station présente des portes au moins sur les deux façades longitudinales, et, de préférence, sur au moins trois parois, de façon à faciliter l'accès lors de la maintenance.

6.5 structure électrique et fonctionnelle

La figure 3 illustre de façon simplifiée un unifilaire de la distribution d'énergie traction assurée par l'invention. Le courant électrique basse tension alternatif 31 est délivré au redresseur 32, qui assure la conversion en un courant continu, par exemple, de 750 volts. Un sectionneur d'isolement automatique 33, ou motorisé, assure l'isolation. Deux disjoncteurs ultra rapides 34A et 34B assurent la protection, puis le tableau de sectionnement 35 assure la distribution, pour alimenter les deux sections.

Fonctionnellement, le bloc intelligent de distribution continu de la sous- station de l'invention comprend les éléments illustrés en figure 4 :

redressement RED ;

sectionneur d'isolement automatique SIA ;

disjoncteur ultra rapide DUR ;

sectionnement de traction SL ;

- interrupteur IST ;

- TGBT ;

Contrôle commande.

En dehors du bloc intelligent de distribution continu de la sous-station de l'invention elle-même apparaissent les transformateurs TRT, et l'ordinateur de contrôle PCC.

6.6 constitution des armoires

On décrit maintenant de façon plus détaillée chacune des armoires constituant le bloc intelligent de distribution continu de la sous-station ferroviaire de l'invention.

6.6.1 armoire RED et SIA

structure

La figure 5 illustre l'armoire 23 de redressement et de sectionneur d'isolement automatique, sans ses portes et parois.

Cette armoire comprend un compartiment de puissance, composé d'un pont de six ou douze diodes 51, le cas échéant, des éléments de filtrage et de lissage en amont et/ou en aval du pont de diodes 51, comprenant par exemple, une self 52, et un sectionneur de pôle 53 motorisé.

Comme illustré sur la figure 6 le pont de diodes 51 peut être semi- débrochable, c'est-à-dire qu'il peut être coulissé de façon à permettre sa maintenance (remplacement d'une diode, par exemple), après avoir été déconnecté en amont et en aval.

Comme illustré sur la figure 7, le sectionneur 71 est avantageusement motorisé, à l'aide d'un moteur 72, équipé d'une commande manuelle de secours 73.

Ce compartiment peut également comprendre différents appareils de mesure et/ou de protection.

L'armoire comprend également un second compartiment de commande, composé de la motorisation du sectionneur, et de moyens de relayage et de protection.

fonctions

La fonction du jeu du pont de diodes 51 est de convertir le signal d'entrée alternatif BT triphasé en un signal de sortie continu, répondant aux caractéristiques de consommation d'un réseau d'alimentation ferroviaire pour l'énergie traction, nécessaire au fonctionnement du matériel roulant sur la voie. Les ponts de diodes peuvent être équipés de filtres en amont, aval et en parallèle des diodes, afin de réduire les harmoniques, éviter les surtensions lors d'une commutation d'une diode, et de lisser le signal de sortie. Des appareils de mesure permettent de mesurer la tension et le courant à la sortie du redresseur.

Un élément parafoudre peut être connecté en sortie du redresseur, entre les pôles positif et négatif.

La fonction du sectionneur est d'isoler le circuit amont (ensemble redresseur) du circuit aval (ensemble DUR + sectionneur).

6.6.2 armoire DUR

- structure

L'armoire de disjonction ultra rapide 24 est illustrée sur la figure 8. Plus précisément, la figure 8 représente l'une des deux armoires présentes dans le bloc intelligent de distribution continu de la sous-station des figures 2A à 2E. Cette armoire comprend trois compartiments :

- un compartiment disjoncteur ; un compartiment contrôle commande/BT ;

un compartiment jeux de barres.

Le compartiment disjoncteur 81 comprend notamment un disjoncteur ultra rapide, monté sur un chariot débrochable 811, qui peut prendre trois positions distinctes :

une position débrochée, dans laquelle les parties contrôle et puissance sont déconnectées ;

une position de test, dans laquelle la partie puissance est déconnectée, et la partie contrôle reste connectée, afin de permettre la réalisation de tests sur le disjoncteur ultra rapide ;

une position embrochée, dans laquelle les parties contrôle et de puissance sont connectées.

Une poignée 812 permet de contrôler le déplacement du chariot, entre les positions embrochée et débrochée. Ce déplacement peut, par exemple, être effectué en effectuant deux mouvements d'un quart de tour à l'aide cette poignée.

Comme illustré sur les figures 9A et 9B, un indicateur, ou voyant mécanique est prévu, indiquant directement, et sans nécessiter d'alimentation électrique, la position du chariot :

- figure 9A : chariot débroché : voyant 91 vert ;

figure 9B : position embrochée : voyant 91 rouge.

Le chariot 811 contrôle, par ailleurs, un volet 82 d'accès au jeu de barres 83 en partie arrière du disjoncteur. Ce volet 82 présente des ouvertures 821, permettant le passage des barres lorsque le chariot est en position embrochée. Le volet 82 se ferme automatiquement lors du débrochage du disjoncteur. Pour cela, le volet 82 est mobile en coulissement verticalement et relié au chariot par un jeu de biellettes 84, de façon que le déplacement horizontal du chariot entraîne simultanément le déplacement vertical du volet. Le compartiment du disjoncteur comprend également un système de verrouillage mécanique du chariot en position débranchée, ainsi qu'une platine de test ligne.

Le compartiment de contrôle commande/BT comprend :

- un module de protection et de contrôle commande ;

un afficheur en face avant ;

un relayage et les protections associées.

Le compartiment de jeu de barres comprend, quant à lui :

des pinces d'embrochage (partie mobile sur le chariot débrochable) ; - une plage de raccordement amont ;

une plage de raccordement aval ;

des capteurs pour la détection de la valeur du courant et de la tension.

fonctions

Les disjoncteurs ultra rapides permettent de protéger et d'isoler la section de la ligne aérienne de contact (ligne d'alimentation au dessous du matériel roulant), contre les défauts et les éventuelles surcharges. De plus, ils sont repérables en mode local ou à distance, et permettent la séparation des parties de production amont et de distribution avale, par un tiroir débrochable. Ils sont sécurisés par un verrouillage mécanique, afin de permettre une éventuelle action de maintenance sur la section électrique en toute sécurité. Enfin, ils sont aptes à communiquer avec les disjoncteurs des sous-stations adjacentes.

6.6.3 armoire de sectionnement

- structure

La figure 10 illustre schématiquement l'armoire de sectionnement 25. L'armoire comprend notamment au plus un interrupteur de pontage motorisé (IST 101), et un à quatre sectionneurs manuels (SL 102). Elle peut, en outre, comprendre zéro à deux platines de présence tension, permettant de piloter des feux de présence de la tension continue, zéro à deux barrettes déconnectables et/ou zéro à deux éléments parafoudre.

fonctions

L'armoire de sectionnement permet d'alimenter la ou les sections électriques amont et/ou aval. Les sectionneurs sont des organes de sectionnement, permettant d'isoler ou d'alimenter chaque section électrique de la sous-station. Ces sectionneurs de lignes ne sont pas manœuvrables en charge.

L'interrupteur de secours télécommandé (IST) 101 permet de connecter deux sections électriques, en cas de besoin.

6.6.4 armoire de contrôle / commande

L'armoire de contrôle / commande 26 comprend l'automatisme de contrôle commande du bloc intelligent de distribution continu et de la sous- station ferroviaire. Cette armoire peut être équipée d'éléments de contrôle/commande en face avant de l'armoire, par exemple, sous la forme d'un écran tactile, et/ou d'un signe optique avec les boutons nécessaires et les voyants correspondants.

6.6.5 TGBT

Le TGBT 28 est équipé des organes de protection du système et, des équipements de la sous-station.