Application des disjoncteurs haute tension dans les systèmes d'alimentation en traction

Les interrupteurs traditionnels sont de plus en plus inadéquats pour répondre aux exigences opérationnelles des systèmes modernes d’alimentation en traction. L'apparition des disjoncteurs haute tension a comblé efficacement ce manque. Les systèmes de disjoncteurs haute tension optimisent la structure des interrupteurs conventionnels, élargissent leur applicabilité et accordent une attention particulière aux détails, améliorant ainsi la sécurité et la fiabilité des systèmes électriques lors de l'exploitation réelle. Il est donc essentiel d'analyser et d'étudier l'application des disjoncteurs haute tension dans les systèmes d'alimentation en traction.

1.Systèmes d'Alimentation en Traction
Le système actuel d'alimentation en traction électrique utilisé en Chine représente une nouvelle forme de traction ferroviaire alimentée par l'électricité - une technologie de propulsion émergente largement appliquée sur les lignes principales et le transport urbain, offrant d'excellentes performances et améliorant considérablement la commodité du transport public. En pratique, la traction électrique convertit continuellement l'énergie électrique en puissance mécanique pour entraîner les locomotives ferroviaires et les rames automotrices.

Les systèmes actuels de traction électrique en Chine sont classés en trois catégories selon le type de courant : monophasé à fréquence industrielle, continu et monophasé à basse fréquence. Parmi ceux-ci, le système monophasé à fréquence industrielle est le plus répandu, principalement utilisé sur les lignes électrifiées.

La traction électrique présente trois avantages clés :

• Les locomotives électriques n'emportent pas de carburant mais utilisent des sources d'énergie secondaires, permettant une traction non autonome qui entraîne efficacement les trains.

• Elle favorise l'économie d'énergie ; avec le secteur ferroviaire chinois entrant dans une nouvelle phase de développement, les locomotives électriques sont déployées de manière plus extensive.

• Elle améliore la sécurité opérationnelle. Grâce aux progrès des microélectroniques et des technologies de l'information, les locomotives électriques modernes supportent la détection de pannes en temps réel, la conduite autonome et la commande à distance, augmentant considérablement le niveau d'informatisation des systèmes de traction.

2.Caractéristiques, Fonctions, Types et Évolution des Disjoncteurs Haute Tension

(1) Fonctions et Rôles
Bien que les disjoncteurs haute tension n'aient été largement adoptés que récemment dans les systèmes électriques chinois, ils ont démontré des performances exceptionnelles. Leurs fonctions principales sont doubles :

• Lorsqu'ils sont ouverts, ils assurent une distance de séparation visible et sûre entre les contacts ;

• Lorsqu'ils sont fermés, ils portent de façon fiable le courant continu nominal.

Ces capacités améliorent considérablement la sécurité et l'efficacité opérationnelle. Les rôles clés comprennent :
• Isolation de l'énergie : pendant la maintenance, les disjoncteurs isolent l'équipement hors tension des circuits sous tension, créant un point de rupture visible qui protège le personnel et l'équipement.
• Opérations de commutation (transfert de bus) : ils permettent des transitions sécuritaires de l'équipement entre les états de fonctionnement, de veille ou de maintenance, facilitant des reconfigurations opérationnelles flexibles et sûres.

(2) Types
Les types de disjoncteurs varient en fonction de plusieurs critères :

• Par lieu d'installation : extérieur vs. intérieur ;

• Par niveau de tension : basse tension vs. haute tension ;

• Par conception structurale : simple poteau, double poteau ou triple poteau ;

• Par mécanisme de fonctionnement : manuel, électrique ou pneumatique.

(3) Avancées Technologiques
Les disjoncteurs traditionnels souffraient souvent d'une réduction de la surface de contact entre les contacts mobiles et fixes après une utilisation prolongée, entraînant une résistance accrue, des pertes de conduction plus élevées et une consommation d'énergie plus grande. Les innovations récentes, telles que la technologie de contact doigt et les designs de surface rainurée, ont grandement amélioré la conductivité et la fiabilité. Ces améliorations ont élargi la portée d'application des disjoncteurs haute tension modernes dans l'infrastructure électrique chinoise.

3.Applications dans les Systèmes d'Alimentation en Traction
(1) Commande à Distance (Téléopération)
Les disjoncteurs haute tension sont maintenant des composants essentiels dans les systèmes de caténaires des chemins de fer électrifiés, permettant l'isolement des pannes et la maintenance sectionnée, améliorant ainsi la sécurité et la précision opérationnelles. Étant donné le nombre élevé et la large distribution des gares de triage dans le réseau ferroviaire électrifié chinois, l'opération manuelle sur site est inefficace et limite l'automatisation. Ainsi, la mise en œuvre de la commande à distance est cruciale pour le progrès de la modernisation ferroviaire.

Avec les avancées dans la communication filaire et sans fil, les Unités Terminales à Distance (UTR) peuvent maintenant être intégrées aux mécanismes d'exploitation électriques. Cette intégration ne résout pas seulement les défis clés de l'opération à distance des disjoncteurs, mais elle augmente également la fiabilité du système, assure une alimentation stable et élève le niveau global d'automatisation des chemins de fer électrifiés.

(2) Surveillance Vidéo Filaire/Sans Fil
Étant donné que les disjoncteurs de caténaire sont généralement installés en extérieur et non surveillés, la surveillance à distance est essentielle en complément de la commande à distance. Les systèmes de surveillance vidéo permettent une surveillance continue des conditions sur le terrain, minimisant les erreurs humaines dans les décisions de commandement.

La mise en place de tels systèmes nécessite des solutions de communication hybrides - combinant des technologies filaires et sans fil comme la modulation de fréquence à saut de fréquence et le Wi-Fi, toutes deux matures en Chine. L'intégration de ces méthodes de communication avancées permet une surveillance vidéo à distance robuste, améliorant davantage la sécurité, la fiabilité et l'efficacité des opérations ferroviaires électrifiées.

(3) Surveillance de Température en Ligne
Même si leur structure est simple, les contacts et les doigts de contact des disjoncteurs sont exposés à des environnements extérieurs difficiles, ce qui les rend vulnérables à l'oxydation. L'oxydation augmente la résistance de contact et génère une chaleur excessive, pouvant potentiellement conduire à une panne de l'équipement ou à un incendie si elle n'est pas contrôlée.

Dans l'ère des sous-stations intelligentes et des opérations sans personnel, la surveillance à distance de la température est devenue indispensable. Trois méthodes principales sont utilisées en Chine : les capteurs sans fil, les capteurs à fibres optiques et la thermographie infrarouge - la détection par fibres optiques étant la plus largement adoptée.

Les capteurs de température à fibres optiques sont fixés directement sur les contacts ou les doigts de contact. Les données sont transmises via des fibres optiques résistantes à haute tension à une unité centrale de traitement, puis transmises aux ordinateurs arrière de la sous-station pour une analyse en temps réel. Un logiciel dédié à la gestion et à l'analyse des données a déjà été développé en Chine, assurant une surveillance fiable de la température. Cependant, les coûts élevés du matériel et du développement logiciel restent un défi.

4. Conclusion
Le système ferroviaire électrifié de la Chine a entré une nouvelle phase de développement. L'optimisation continue des disjoncteurs traditionnels - grâce aux technologies de contact à doigt et de surface crantée - a considérablement amélioré les performances des disjoncteurs haute tension dans les applications de traction, accélérant la modernisation du réseau ferroviaire national.

Comparé aux modes d'alimentation conventionnels, la traction électrique offre une efficacité supérieure, une sécurité accrue et une consommation d'énergie moindre. L'intégration des disjoncteurs haute tension avancés avec les systèmes de traction électrique est devenue une caractéristique emblématique de la modernisation ferroviaire de la Chine, plaçant la technologie d'électrification du pays parmi les meilleures au monde.