MO

ly

Côte cûtemaUf

XOOO 4OÛ0 eooo sooo

Ampère l ours p<n bobine inductrice

Y\%. 220. — Relation entre la tension du courant triphasé et telle du courant

continu.

de l'excitation, se présentent les tensions à la fois du courant continu et du courant alternatif. Les courbes sont doubles parce qu'elles ont été prises d'abord pour des excitations croissantes et ensuite pour des excitations décroissantes. La figure 227 est également intéressante à consulter, car elle donne une idée de ce que Ton appelle la courbe en V d'une commulatrice. Elle est relative à l'intensité du courant continu, en fonction, du courant d'excitation, dans le fonctionneraient comme moteur synchrone à vide. La

ligne située dans le haut de la figure représente la tension aux bagues1.

Dans une telle commutatrice, le rendement à pleine charge est de 94,8 p. 100. Les pertes se décomposent comme il suit :

Pertes à vide (frottements, hystérésis, courants

de Foucault)

Pertes par effet Joule dans l'induit

Pertes par effet Joule dans l'inducteur (série et shunt)

Total

9 810 watts.

16850 watts.

soo

•s >oo

too

Les transformateurs statiques sont à soufflage d'air forcé (fig. 228). On dispose d'un transformateur pour chaque phase, en sorte que rabaissement de la tension du courant triphasé à haute tension nécessite, en somme, trois transformateurs monophasés, montés en triangle.

Chaque transformateur a une puissance égale à environ i/3 de celle de la commutatrice. Le circuit magnétique est constitué par des tôles empilées les unes sur les autres et qui sont découpées au préalable, de manière à permettre le logement dans leurs découpures centrales des bobines à haute et à basse tension (fig. 229). Celles-ci sont au nombre de 4, savoir : deux bobines à haute tension, au

4 Éclairage électrique. Tome XX Vil, n° 14.

Maréchal. — Chcra. de fer élect. 17

Ampères inducteurs

Fig. 227. — Intensité du courant continu en fonction de l'intensité du courant d'excitation.

milieu, avec 396 spires de fil de 10,79 millimètres carrés el deux bobines à basse tension, de part et d'autre, avec 27 spires de lil de 198 millimètres carrés.

De petits intervalles sont ménagés entre les bobines, pour permettre In circulation de l'air. Dans un ordre d'idée analogue les tôles du circuit magnétique sont groupées par paquet et chaque paquet est séparé des deux avoisinants par des cales.

1([. 2-9- — Dispositions intérieures ■ l'un trnnsforuiateiir statique Tliomsou-Houston.

Chaque transformateur est plucé sur un petit caniveau en maçonnerie par lequel arrive l'air d'insufflation. Celui-ci traverse tout l'appareil et s'échappe par des ouvertures ménagées dans la partie supérieure de l'enveloppe.

Le rendement de tels transformateurs est très élevé, atteignant 96 à 97 p. 100 à pleine charge et 95 p. 100 a moitié charge.

Le refroidissement des transformateurs par un courant d'air

oblige, quand il est employé, à installer dans la sous-station un petit groupe auxiliaire composé d'un moteur & champ tournant et d'un ventilateur.

C'est évidemment une petite complication ; mais le rendement

des transformateurs ne pourrait, sans cela, atteindre des valeurs aussi élevées que celles qui ont été indiquées.

J+Vl.

-k J,Vt.

..j/jh

■ti

Fig. 231. — Commutât ri ce Westinghouse de 450 kilowatts.

C'est avec des eomniutatiïces du type qui vient d'ôtre décrit

qu'ont été équipées les sous-stations de transformation de la nouvelle ligne des Invalides à Versailles (Paris). La ligne, qui a Il kilomètres de longueur, est alimentée par trois sous-stations dans lesquelles on transforme en courant continu 35*0 volts le courant triphasé 5000 volts, 23 périodes, produit dans la station

Vig. 232. — Moteur de démarrage.

centrale des Moulincaux. Il y a quatre commutatrices par sousstation, réparties comme l'indique 'la figure 230. Le démarrage pourrait s'effectuer par le courant triphasé. Mais, pour les raisons générales exposées précédemment, les ingénieurs de la C" de l'Ouest ont préféré monter dans la sous-station un groupe spécial de démarrage constitué par un moteur asynchrone actionnant une génératrice à courant continu. Et môme, pour éviter toute répercussion gênante sur le réseau au momenl de la mise en marche ■du moteur asynchrone, ils ont prévu que le branchement du moteur sur le courant triphasé se ferait par un réducteur de

2«2 LES CHEMINS DE FEIl ELECTRIQUES

potentiel qui abaisse de 10 p. 100 la tension du courant à la sortie

les transformateurs. II est à remarquer que, moyennant l'inslal-

Fig. 231. — Transformateur statique Wcslingliousc. à bain d'huile.

lation du groupe de démarrage, la sous- sta lion se trouve dans une indépendance complète vis-à-vis du réseau.

Les transformateurs, à raison de trois par commutatrice, sont placés en ligne et reposent sur un caniveau en maçonnerie dans lequel un ventilateur électrique refoule l'air nécessaire à leur ventilation (fig. 230) .

La figure 231 représente une commuta trice de 450 kilowatts, de la Clc Westinghouse. C'est celle qui actionnait le chemin de fer électrique de l'Exposition. C'esl encore une commutatrice Compound, mais elle présente cette caractéristique, qu'elle porte, sur son arbre, son moteur de démarrage (moteur asynchrone à courant triphasé) (fig. 232 et 233).

Le courant triphasé à haute tension était à 5 000 volts et 25 périodes, et passait dans des transformateurs à bain d'huile (fig. 234), qui abaissaient la tension à 350 volts. 11 y avait un transformateur pour chaque phase et pour une môme commutatrice les trois transformateurs étaient réunis en triangle.

Chaque transformateur avait une puissance de 150 kilowatts.

Les transformateurs à bain d'huile de la Ci0 Westinghouse sont du type cuirassé à circuit magnétique double (fig. 235). Les bobines secondaires sont intercalées entre les bobines primaires, et peuvent être groupées entre elles, de manière à permettre la modification éventuelle du coefficient de transformation. L'appareil a été spécialement combiné en vue de diminuer les différences de potentiel entre les bobines et de présenter une grande

Fig. 23.'». — Bobines du transformateur Westinghouse.

surface de refroidissement. Quant à l'huile, elle intervient doublement. D'abord comme isolant et ensuite comme substance permettant facilement la dispersion de la chaleur. A ce dernier point de vue on remarquera que l'enveloppe exlérieure du transformateur est ondulée, de manière à augmenter notablement la surface extérieure de refroidissement. Dans ces conditions, la ventilation n'est plus nécessaire.

Le rendement de tels transformateurs est :

Avec une surcharge de 25 p. 400 96,6 p. 100.

A pleine charge . . — 96,7 —

A 3/4 de charge . . — 96,5 —

A 1/2 de charge . . — 96 —

A 4/4 de charge . . — 93,3 —

Entre la marche à vide et la marche à pleine charge, les écarts de tension ne sont pas supérieurs à 2 p. 100.

Les écarts de température avec la température ambiante ne sont pas supérieur à ;

45° pour une marche à pleine charge pendant 24 heures ;

50° pour une marche avec surcharge de 25 p. 100 pendant 24 heures.

L'appareil peut, d'autre part, très bien supporter pendant une heure ou deux une surcharge de 30 p. 100.

Enlin le poids est :

Transformateur proprement dit 1 134 kg.

Caisse 907 —

Huile (1 105 lilre&j 771 —

Total 2 812 kg.

Dans son ensemble la commutatrice présente des dispositions analogues à celle de la commutatrice de 300 kilowatts déjà décrite. Notons seulement que les noyaux inducteurs sont en tôles lamellaires. Cette disposition, qui a des avantages au point de vue du rendement, rend le démarrage direct par courants triphasés moins

facile. Mais la Ci0 Westinghouse préfère avec raison ne pas employer ce système de démarrage. Nous avons d'ailleurs vu précédement que la Ci0 de l'Ouest, bien que pouvant l'appliquer avec ses commutatrices de la ligne des Invalides, évite d'y avoir recours.

Le démarrage par le moteur asynchrone s'effectue très facilement. Ce moteur ayant 4 pôles, au lieu de 6, tournera moitié plus vite que la commutatrice (750 tours pour 500 tours). On le branche d'abord sur le milieu des enroulements secondaires des transformateurs statiques, c'est-à-dire sur 175 volts, puis, quand il est en vitesse, on l'alimente à 350 volts. 11 arrive ainsi, et sans à-coup pour le réseau, à tourner à 750 tours. On coupe alors le courant et pendant le ralentissement on saisit très facilement le moment de l'accrochage.

Le rendement de la commutatrice est :

A pleine charge 94,5 p. 100.

A 3/4 de charge 93,5 —

A 1/2 de charge 91,5 —

Pour une marche à pleine charge pendant 24 heures (8 18 ampères sous 550 volts), la température de la machine ne dépasse pas de plus de 45° la température ambiante. Enfin la machine est capable de supporter une surcharge de 25 p. 100 pendant 24 heures, et une surcharge de 50 p. 100 pendant 1 ou 2 heures.

La figure 236 montre une des commutatrices de 500 kilowatts employées sur le chemin de fer de Milan à Varèse1. Le courant triphasé à 11 000 volts, 15 périodes, est abaissé par des transformateurs à ventilation forcée à 420 volts et se rend sous cette tension dans la commutatpice. Celle-ci est à 6 pôles. Le démarrage de la commutatrice se fait soit par le courant alternatif, soit par le courant continu.

1 Ce chemin de fer est alimenté par cinq sous-stations placées à des distances moyennes de 16 kilomètres. Malgré ce grand espacement des sous-stations on a pu se dispenser de feeders à courant continu.

La commutatrice tourne à 600 tours. Son encombrement est do 2,74/2,63 m. Son poids atteint 14 5100 kilogrammes.

l'iK S3fi. — CouimuUtrire de SOU kilowatts du chemin do Ter de Milan à Vnrèse.

Le rendement mesuré est de :

A pleine charge 03,3 p. 100.

A 3/4 de charge 92.2 —

A 1/2 décharge «9,3 —

Après 24 heures de marche à pleine charge la température de la machine ne dépasse pas, de plus de KO p. iOO, la température ambiante.

Les transformateurs slaliques sont des transformateurs monophasés de 180 kilowatts réunis par trois on triangle, chaque commutatrice étant alimentée par un groupe spécial de trois transformateurs. Après une marche de 10 heures à pleine charge, mais avec ventilation, aucune partie de ces transforma leurs ne doit présenter un écart de plus 40° avec la température ambiante.

La chute de tension entre la pleine charge cl la marche à vide.

ALIMENTATION DES LIGNES DE DlSTMIïUTION 26T

pourvu que la tension primaire soit constante, ne doit pas être supérieure à 1,5 p. 100.

Enfin leur rendement est :

A pleine charge 97 p. 100.

A 3/4 de charge 96,6 —

A 1/2 de charge 95,8 —

A 1 /4 de charge 02,8 —

Lorsque, pour la transforma lion, on adopte des commutatrices de grande puissance (au-dessus de 5 à 600 kilowatts) on a intérêt, pour assurer une meilleure répartition des courants alternatifs

Pig. 237. — Coiiimutnlrice Tlimiison -Houston, de 1000 kili

dans l'induit et pour diminuer la densité du courant dans les bagues et les conducteurs qui les relient a l'induit, à prendre des

com imitatrices à 6 bagues. Dans ce cas les secondaires des transformateurs statiques ne sont plus montés en triangle; chacun d'eux est séparé des autres et ce sont les six extrémités de ces trois enroulements qui sont reliées aux bagues. La commulatrice se comporte alors comme une machine à six phases.

C'est à ce type que se rapporte la commulatrice Thomson-

Fig. 218. — Co ni imitatrice Gant, de 750 kilowatts. (Chemin de fer métropolitain de Paris.)

Houston, représentée par la figure 237. Celle machine a une puissance de i 000 kilowalts.

Les commutatrices du chemin de fer métropolitain de Paris sont également à 6 bagues (fig. 238). Elles ont été fournies par In maison Ganz, de Budapest. Ces machines ont une puissance normale de7u0 kilowatts, mais peuvent en fournir facilement 1 000. Elles pèsent 26 tonnes environ. Leur rendement à pleine charge est de 95 p. 100.

Enfin, comme commutatrices de très grandes puissances, nous citerons celles du chemin de fer élevé de New- York, qui sortent

des ateliersde la Weslingliouse Company à Pittsburg et qui peuvent développer normalement 1 500 kilowatts (fig. 239). Le courant primaire arrive dans les sous-stations a la tension de 10 500 volts (25 périodes) et passe d'abord dans des transformateurs statiques

Fig. s

- Commutai rice de iliOC

,alls, du Manhattan Railway, New-York.

de 550 kilowatts qui abaissent sa tension à 390 volts. Ces transformateurs sont du type monophasé; les enroulements primaires montés en triangle cl les enroulements secondaires sont séparés, en sorte que le courant à basse tension se rend aux commulatrices par 6 conducteurs.

Une disposition intéressante a été prévue pour tenir compte de l'éloignement plus ou moins grand des sous-stations à l'usine génératrice et des pertes de charge qui se produisent dans les câbles primaires. Les transformateurs statiques sont munis de

210 LUS CHEMINS l)K KËII ÉLECTHIOUES

prises dilTérentes de courants qui permettenl de faire varier le coefficient de transformation; en sorte que, même si le courant arrive dans les sous-stations à une tension inférieure à 10500 volts, on peut encore obtenir du courant, après transformation, à 390 volts.

Les transformateurs sont à ventilalion; leur rendement atteint à pleine charge 97,3 p. 100, à moitié charge 97 p. 100 et à quart

Fig. 240.

décharge 95 p. 100. A charge normale, l'élévation de température ne doit pas dépasser, de plus de 36°, la température ambiante.

Les commutatrices, bien qu'étant de i 500 kilowatls, peuvent donner, pendant plusieurs heures, 2 258 kilowatts. Elles sont Compound, ont 12 pôles et tournent à 250 tours. Le courant continu qui en sort a une tension de 625 volts. Le rendement est 95,75 p. 100 à pleine charge, 95,25 p. 100 à trois quarts de charge, 93,50 p. 100 à moitié charge et de 89 p. 100 à quart de charge.

Le démarrage peut se faire par courant continu emprunté au

ALIMENTATION DES LIGNES DE DISTltlBUTION . 2^1 réseau; mais, comme l'appel de courant qu'un démarrage ainsi effectué comporte peut avoir une influunce fâcheuse sur le voltage de la ligne, on préfère démarrer à l'aide d'un groupe auxiliaire, comprenant un moteur à courant triphasé et une génératrice à courant continu (lig. 240). Nous avons fuit connaître plus haut ce système spécial de démarrage.

Dispositions intérieures des sous-stations avec commutât riens.

"| ît

Fig Hi. — Disposition schi-mnlU|UC ilus circuils dans une sous-slalion, - Une sous-slalion de transformation constitue, en réalilé, une

véritable usine, avec celte complication qu'elle est â la fois a

haute tension et à basse tension.

On fera donc bien, en vue d'éviter des accidents, d'établir dans toute l'organisation intérieure une séparation bien nette entre les appareils à basse tension et ceux à haute tension. De plus, les conducteurs à haute tension devront se distinguer, par leur couleur, de ceux à basse tension.

Fig. 242. — Emplacement du tableau de distribution.

Le courant arrivera dans la sous-station soit par un câble à 3 conducteurs (cas des câbles isolés), soit par 3 câbles nus'. Le premier appareil à placer est un interrupteur de ligne qui permettra d'isoler complètement les câbles de la sous-station et qui facilitera d'ailleurs, les mesures d'isolement à effectuer sur la ligne (fig. 241). Dans le cas du câble à 3 conducteurs, on ménagera, avant l'interrupteur de ligne, un capot d'extrémité, dans lequel les câbles seront bien nettement séparés les uns des autres

et fonctionnes avec 3 câbles ou 3 barres allant à l'interrupteur de ligne.

Puis, comme premier appareil du tableau de distribution, on trouvera un interrupteur tri-polaire par exemple du type plongeur Westinghouse Company), ou du type à huile (Thomson Houston.) Ces appareils sont combinés de telle façon que les arcs qui peu-

l<'i«. US. — Vue d'un tableau de ilislriliutiun de sous-jtatiuu.

vent se former à la rupture des circuits soient rapidement éleinls soit par suite de la dilatation de l'air, dans le premier cas, soit par l'huile, dans le second.

On arrive ainsi à Yinterrupltur automatique, appareil indispensable pour proléger aussi bien les câbles à haute tension que la sous-station. Nous avons déjà décrit cet appareil en parlant des usines (voy. p. 60}.

Puis le courant se rend aux transformateurs par un interrupteur tri-polaire commandant chaque groupe de transformateurs. Il revient ensuite au tableau à haute tension et passe encore

HutcaiL. - Lbcm. de fer rlccl. 18

27i LES CHEMINS DE FER ELECTRIQUES

par un interrupteur, avant d'aller au tableau à basse tension.

Le tableau à basse tension présentera trois divisions (fig. 242 et 243).

a) Un tableau pour le courant alternatif a basse tension;

Fig. iii. — Disposition intérieure d'une sous-italion (chemin de fer d'Orléans).

h) On tableau pour le courant continu;

c) Un tableau départ de feeders.

Le tableau « alternatif » supportera l'indicateur de phase, les appareils de démarrage et aussi le rhéostat de champ, car il faut nue l'on ait celui-ci sous la main, dès que l'accrochage aura été effectué.

Quant aux deux autres tableaux il seront identiques, au nombre d'appareils près, à ceux d'une usine génératrice.

ALIMENTATION DES LIGNES DE DtSTOlBUTION 275

Il va sans dire que les tableaux devront Être bien isolés, et Atre

en matière incombustible (marbre, ardoise, etc.)- H est reconi-

mandable d'installer, à l'avant du tableau à haute tension, un plancher bien isolé. Et, quand il s'agit même de stations de transformation pour très haute tension, on s'arrange pour que tout ce qui entoure l'ouvrier chargé de la manœuvre des appareils (par exemple les parois) soit également isolé.

Les câbles allant du tableau aux commutalrices seront placés dans des caniveaux suffisamment vastes pour que Ton puisse les visiter et disposés de telle façon que l'eau ne puisse s'y accumuler. Quant aux conduclcurs à haute tension il vaut mieux qu'ils soient aériens, afin de ne jamais échappera la surveillance.

On a vu. précédemment, que certaines des parties constitutives d'une sous-station (commulatrices, transformateurs, etc.) pouvaient atteindre des poids très élevés. Il sera donc bon de prévoir dans toute installation de cette nature un pont roulant d'une puissance appropriée.

En général les sous-stations s'établissent de plein pied (fig. 244). Mais, quand on ne dispose que d'un emplacement restreint, on peut mettre les transformateurs sur étage. Dans les sous-stations du chemin de fer métropolitain de New- York (Manhattan Railway), on a môme installé un étage de plus, pour y loger une batterietampon (fig. 245).

Transformateurs tournants. — Pour transformer le courant triphasé à haute tension en courant continu à basse tension on peut également actionner, par un moteur à courant triphasé à haute tension, une génératrice à courant continu à basse tension.

On supprime ainsi les transformateurs statiques; mais, au lieu du convertisseur unique que constitue la commutatricc il faut, dans ce cas, un moteur et une génératrice. Or, si on se place au point de vue du prix de revient, une commutatricc et ses transformateurs reviennent moins cher qu'un moteur él une génératrice. Quant au rendement i) sera un peu plus satisfaisaat dans le

cas de In commutatricc, en raison du rendement élevé des transformateurs.

En revanche un groupe moteur et générateur devient à peu près indépendant des variations de voltage qui peuvent se produire sur In ligne primaire et en agissant sur l'ex-

Cltation de la gêné- fjs. ii6, Transformateur tournant Weslinghouse ratrîceon peut assit- de 600 kil°watls

rer la constance du voltage sur

la ligne à courant continu d'une façon parfaite.

Nous donnons (lig. 246) la vue d'un transformateur tournant de 600 kilowatts, qui alimentait le chemin de fer de l'Exposition '.

En avant se trouve la génératrice, qui pouvaitdonner 1 100 ampères à 5î»0 volts. Le moteur, situé à l'arrière, est montré d'une façon plus complète parles ligures 24 "7, 248 et 249. C'était un moteur asynchrone, recevant directement du courant triphasé à S 000 volts et 25 périodes. Sa vitesse était de

' Ce transformateur tournant alimentait également la plate-forme roulante dont il aéra parlé plus loia (voy. page 54âj.

290 tours et il actionnait la génératrice par un accouplement direct. Le démarrage s'effectuait très simplement en envoyant du courant continu dans la génératrice, qui fonctionnait alors comme moteur. Lorsque la vitesse de régime était atteinte, on coupait le courant continu et L'on branchait directement le moteur sur les J> 000 volts.

Le rendement du moteur était de 92 à 93 p. 100 et celui de la

Fig. 24S. — Rotor du moteur.

génératrice de 93 à 94 p. 100. Soit, en moyenne, un rendement total de 86,47 p. 100. Au contraire, avec une commutatrîce, ou aurait pu atteindre 0,96x0,94 = 90 p. 100.

Comme la sous-station ne disposait pas du courant continu nécessaire au démarrage, on avait installé, pour effectuer ce démarrage, sans occasionner d'effet induclif sur le réseau à haute tension, un groupe spécial, avec transformateurs statiques, moteur asynchrone et dynamo à courant continu. Lès transformateurs

statiques, d'une puissance de 30 kilowatts, abaissaient la tension de "y 000 à 200 volts. Le moteur, à champ-tournant et à 4 pôles, actionnait directement une dynamo de 54, 6 ampères sous 550 volts. En agissant sur l'excitation de cette dynamo, on abaissait très sensiblement la tension initiale, en sorte que le démarrage du grand moteur ne comportait que des pertes ohmiques insignifiantes. Cette méthode de démarrage par la variation de l'excitation de l'excitatrice est susceptible, comme on le verra plus loin, d'être appliquée très heureusement u la traction des trains.

La figure 250 représente un transformateur tournant analogue, quoique moins puissant, des

ateliers d'OErlikon. Il offre cette FiR- ÏM - Slal"rdu mot™r

particularité qu'il est à courants biphasés, mais le type s'applique moyennant une simple modification de connexions à des courants triphasés (fig. 251). Le courant arrive au moteur biphasé (moteur asynchrone de 100 kilowatts) à la tension de 2300 volts; la vitesse de rotation est de 410 tours par minute: la génératrice, qui est actionnée par un manchon avec accouplement élastique, tourne à la même vitesse et produit du courant à 575 volts. Le démarrage du groupe se fait avec le courant biphasé lui-même et par insertion de résistances, méthode admissible en raison de la faible puissance du transformateur.

Transformation des courants alternatifs à haute tension en courants alternatifs à basse tension. — Les appareils permettant d'effectuer celle transformation ne sont autres que les

transformateurs statiques dont nous avons expliqué le principe et les propriétés, en parlant des co m imitatrices. Rien de plus simple, dans ce cas, qu'une sous-station de transformalion. Nous en trouvons un exemple très typique, pour le cas des courants triphasés, dans les installations du chemin de fer do Tliounc à Burgdorf, Le courant primaire arrive le long

Fig. 250. — Transformateur tournant à courants biphasés de* ateliers d'CCrlikon.

des voies, à la tension de 16000 volts, par une canalisation aérienne. Tous les trois kilomètres environ et sur l'un des côtés de la voie sont installés les transforma leurs, qui abaissent la tension à 7S0 volts. Ceux-ci sont placés dans une petite cabane en tôle, reposant sur une fondation en béton, dont le niveau est arasé à une cote telle que Ton peut facilement charger les transformateurs sur les wagons, ce qui est particulièrement commode pour le cas où l'on a à remplacer un transformateur avarié ' (lig. 252).

' Génie Civil. Tome XL, n° II. — flecue générale des chemin t de fer, septembre

Les transforma leurs ont une puissance de 450 kilowatts ; ils sont à trois noyaux et ont leurs enroulements primaires et secondaires connectes en étoile. Ils sont à bain d'huile et le bac, dans lequel ils sont plongés, est muni de nervures pour faciliter la dispersion de la chaleur.

Sur les trois bornes secondaires du transformateur une est

Fig. Ï5I. — Transformateur tournant à courants triphasés des ateliers d'UErlikon.

reliée aux rails par un fil de 8 millimètres de diamètre. Les deux autres servent de point de dépail à une canalisation aérienne qui passe de l'autre côté des voies et se rend à un tableau de distribution, supporté par deux poteaux en bois, placés côte à côte 'fig. 252 bis). Sur ce tableau se trouvent des interrupteurs, des coupe-circuits, un parafoudre et un compteur. La joncLion du tableau avec les conducteurs aériens de la ligne se fait par des fils nus, la ligne étant alimentée à droite et à gauche, de part et d'autre d'un interrupteur de section situé justement sur la ligne, au point d'alimentation. Comme il y a un fil et un interrupteur pour chaque

côté de la ligne, on peut très facilement isoler l'un quelconque des conducteurs aériens.

La jonction des transformateurs avec la ligne primaire se

A Burgdorf.

i de fer de Tliouof

fait aériennement par 3 fils, au départ desquels sont intercalés 3 interrupteurs primaires. Ces fils montent verticalement jusqu'à des isolateurs fixés sur une charpente métallique surmontant la baraque des transformateurs, puis ils rejoignent horizontalement un double cours de poteaux en bois sur lesquels la jonction

avec la ligne à 16000 volts est établie. Cette jonction est commandée par un interrupteur tri-polaire que l'on peut manœuvrer

FilK- 33â4«i. — Tableau de distribution à la sortie des Iraus formateurs,

en mettant en mouvement un petit treuil situé dans une armoir fermée a clef. On a ainsi la possibilité d'isoler complètement, pou la visite et les réparations, tout l'appareillage de transformatio («g- 253).

Les lignes primaires étant aériennes, on a installé au-dessu

des transformateurs, des parafoudresà corne. Nous reviendrons,

Fils a haute /en no, -i — i —

Transfbrmai.1 %d'édûirage

''FarafouJres

Flombs fusibles primaire*

Feeders à basse tension

Fïïs de signaux

Boite cibrtenant /«fl appareil* second™ I

V^Interzvpt^ Adu circuit (sQcondsir?

A^.j-.i-^H- ^-.La,M. *w. A4*. y:

Fi g". 253. — Chemin de fer de Thoune à Burgdorf. Ensemble d'un poste

de transformation.

dans un paragraphe spécial, sur le fonctionnement de ces appareils.

Transformation des courants alternatifs à très haute tension en courants alternatifs à haute tension. — On trouve un exemple de cette transformation sur le chemin de fer à courants triphasés directs de la Valteline. Le courant primaire est produit, à la tension de 20000 volts, dans une usine centrale hydro-électrique, à Morbegno. La ligne de distribution étant à 3 000 volts, rabaissement de voltage du courant primaire se fait dans des sous-stations placées tous les 10 kilomètres, en moyenne, par des transformateurs statiques de 300 kilowatts. Les sous-stations se réduisent à un petit bâtiment en maçonnerie contenant les transformateurs. Tous les appareils de manœuvre, aussi bien de la ligne primaire

que de la ligne secondaire, sont situés dans ce bâtiment. Il renferme également un petit ventilateur actionné par un moteur asynchrone et qui sert pour le refroidissement des transformateurs.

Alimentation par double transformation. — Comme nous venons de le voir, on peut considérer, comme parfaitement résolu, le problème de la transformation du courant à haute tension, en courant approprié à la traction sur les chemins de fer.

On s'est demandé, dans certains cas, s'il n'était pas convenable d'envisager à l'usine une transformation analogue, d'abord pour éviter de produire directement du courant a haute tension; ensuite pour modifier la nature même du courant en vue de son transport à distance, circonstance qui peut se présenter, par exemple, quand le transport de force Fig.

n'est que l'accessoire et que l'usine sert principalement pour une distribution à basse tension.

En ce qui concerne la tension de la production nous avons déjà fait connaître que l'on était arrivé à produire directement des courants triphasés à 20 000 volts (chemin de fer de la Valteline). Mais il est clair qu'une machine à 20000 volts ne peut se manœuvrer qu'avec une certaine circonspection et que le nettoyage et

l'entretien d'un tableau de distribution écoulant des tensions aussi élevées nécessite un ensemble de précautions souvent gênantes, quand il faut aller vite ou qu'un accident s'est produit. Ne vaudrait-il pas mieux, dans ce cas, produire le courant à basse tension et élever sa tension seulement à la sortie de l'usine en le

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Rendement à Différentes

CHABUKh.

Pleine charge — rendement, 98.4 %

fc •• 97.0» "

Variation. M axi il a de Voltage.

Pour ces <p = 1, . • 0,9 %

0,1 0,2 0.3 0,4 lU «.il «V 0,8 Charge Normale divisée en Dixièmes.

Fig. 25o. — Courbe de rendement d'un transformateur statique.

faisant passer dans des transformateurs statiques (fig. 254) ? Ces transformateurs seraient placés dans un local spécial, fermé à clef et dans l'usine même, machines et appareils ne seraient parcourus que par des courants à basse tension. Si l'avantage d'une telle division est évident on voit, en revanche, que le rendement de la distribution sera un peu diminué, puisqu'il faudra complet* avec le rendement du transformateur. Mais, comme le montre la ligure 255, le rendement de ces appareils est extrêmement élevé (jusqu'à 98,4 p. 100). D'autre part, ils ne nécessitent aucune sur-

veillance spéciale. 11 semble donc que Ion devra souvent prendre en considération une telle transformation qui s'imposerait, en lout cas, si l'usine avait un caractère mixte.

Supposons, de plus, que celte usine soit à courant continu, comme par exemple une usine d'alimenlation directe et qu'il s'agisse d'effectuer avec le courant qu'elle produit un transport de force à distance. Au point de vue du cuivre à immobiliser dans la canalisation et des commodités de la transformation à l'arrivée sur la ligne, les courants triphasés à haute tension seront les plus avantageux. Il s'agira donc de passer, à l'usine, du courant continu au courant triphasé. La commuta trice, en raison de son double fonctionnement, permettra très facilement cette première transformation. Si on lui envoie du courant continu à 600 volts elle restituera du courant triphasé à 367 volts et il suffira, ensuite, d'élever celte dernière tension par des transformateurs statiques. Cependant il faut remarquer que la commulatrice, ainsi envisagée, ne fonctionne plus comme un moteur synchrone et que sa vitesse et par suite la fréquence du courant triphasé peuvent subir des variations assez importantes. A défaut, un groupe moteur-générateur donnera une solution très satisfaisante du problème1.

Les transformateurs redresseurs de M. Maurice Leblanc permettent également d'effectuer toutes les transformations que Ton voudra réaliser, en se plaçant au point de vue spécial envisagé. Ils se prêtent parfaitement à la transformation des courants alternatifs à haute tension en courant continu à basse tension. Mais ils n'ont pas été employés, jusqu'ici, pour alimenter une ligne de traction, proprement dite*.

4 Société Internationale des électriciens. Juin 1902. — Communication de M. de Marchena.

* Voir, à ce sujet, le Bulletin de la Société Internationale des Electriciens de juin

La O du Chemin de fer du Nord emploie un très grand nombre de transformateurs-redesseurs Leblanc ; mais elle s'en sert surtout pour l'éclairage des gares.

i» LES CIIEHI.NS DE FER ELECTRIQLES

Jonction des sons-stations aux usines génératrices- — Ces

jonctions se feront par des lignes xoiilerrainti ou aèrirnnrs. Les premières sont 1res coûteuses et ne s'imposeront guère que

si l'on a à traverser des parties de voie très encombrées ou dos

Fiir. £■«. — Type <ie rallie arnii-.

agglomérations. Il est d'ailleurs à remarquer qu'un chemin do fer se trouve généralement dans une situation favorable pour établir économiquement ses lignes de transport, car il dispose d'une plate-forme indépendante.

Lorsque les lignes doivent être souterraines, le mieux est de les constituer par des câbles armés et isolés (lïg. 256 , Un cable armé et isolé a, en principe, la constitution suivante : une âme en fils de cuivre, une couche périphérique isolante, une enveloppe en plomb, mettant l'isolant à l'abri de l'eau, un entourage en chanvre ou jute, une armature en fils de fer ou en ruban

d'acier, serrant le tout, par-dessus la couche précédente qui l'orme matelas et empêche la déformation de l'enveloppe en plomb, et enfin, par-dessus l'armature et pour la protéger contre l'oxydation, une enveloppe en chanvre &#<**> goudronné. Un (el câble peut se

conserverpendantdelonguesannées uoimih

dans le sol, surtout si l'on prend

soin de le placer dans une couche "catmj"

de sable qui le protège mécanique- */'°

ment et chimiquement.

Les cables de cetle nature étant livrés par bobines dont la longueur dépasse rarement 130 mètres il faut, au moment de la pose, jonctionner entre elles les diverses sections. On se sert, à cet effet, de boîtes de jonction en fonte, dans lesquelles les extrémités des câbles son! réunies par des brides ou des manchons

Fig. 259 — Boite de jonction pour câbles à trois conducteurs.

(lig. 257). On coule ensuite, dans l'intérieur, de la matière isolante.

Quand on a à transporter du courant alternatif il faut se préoccuper d'éviter les actions inductives que pourraient exercer les variations du courant sur l'enveloppe protectrice en acier.

Aussi prend-on, alors, des câbles concentriques, c'est-à-dire que

HaiCcml. - ('.htm. do fer flect. 18

l'on réunit dans un même câble le câble d'aller et le câble de retour, ceux-ci étant placés conccnlriquement, de manière à ce que leurs actions inductives s'annulent.

Dans un môme ordre d'idées, quand on aura à transporter des courants triphasés, on fera usage de câble à trois conducteurs (fig. 238).

Leur jonction se fera I comme l'indique la figure 239. Si la canalisation est un peu étendue on dispo- Boiir comble. sera, de distance en

dis lance, des Ao/7 es rfe coupure, qui permettront d'isoler telle ou telle partie des câbles (fig. 260) , Ces boites sont mu- | nies d'interrupteurs à main , formant coupe -circuit. Aux extrémités delà canalisation les câbles seront terminés, comme I indique lafigure

Fig. 260. — Boite de coupure pour cibles à trois -„ . ,

conducteurs 261, par des capots

d'extrémité.

Lorsque, dans une même direction, on a à placer un grand

nombre de câbles, on peut faire la dépense soit d'une galerie, soit

d'un caniveau et se dispenser, alors, d'armer les câbles. C'est ainsi

que l'on a opéré pour le chemin de fer élevé de New-York. Les

càhles pour courants triphasés H 000 volts, contiennent trois torons en cuivre de !3 millimètres de diamètre fortement isolés et placés en triangle. L'espace existant entre les cables est rempli de jute et une nouvelle couche isolante enveloppe le tout circulairement 'lig. 238). Par-dessus celte dernière couche règne une gaine en plomb formant enveloppe étanche. Le diamètre extérieur du cable, ainsi constitué, estdc 76 millimètres. Son poids est de 14 kilogrammes par mètre courant.

Chaque câble est placé dans un petit tuyau en terre vitrifiée à parois rectangulaires 'ce qui facilite l'empilage) et dont l'intérieur est cylindrique, d'un diamètre un peu supérieur à celui du cable (fig. 262). Les tuyaux sont jointoyés bout à bout au mortier

de ciment. On réunit jus- Fin. siîi. — Cnp.-t d'eitrêmitf pour rùoles qu'à 35 tuyaux dans une . à lrois c°nducteu»-

même tranchée et on les englobe, d'autre pari, dans un massif protecteur en béton. Tous les 120 mètres, des regards sont ménagés aussi bien pour assurer la jonction dos câbles que pour permettre de retirer un câble avarié et de le remplacer, sans ouvrir de tranchée.

Les câbles isolés, qu'ils soient armés ou non, ont l'inconvénient de ne pouvoir supporter des débits aussi intenses que des câbles nus. C'est ainsi que l'on recommande de ne pas faire débiter aux gros câbles plus de i ampère par millimètre carié de cuivre, alors qu'avec les câbles nus on peut aller jusqu'à 5 ou 6 ampères.

D'autre paît on raison de leur poids et de leurs dimensions, ils arrivent rapidement à être peu maniables. Enfin, sans compter qu'ils coûtent 1res cher, ce n'est que très rarement qu'ils sont fabriqués pour pouvoir supporter plus de 11 à 13 000 volts.

Aussi, dès qu'on le pourra, ou dos que la tension du courant sera Irop élevée pour pouvoir être admise dans des canalisations souterraines, devra-t-on avoir recours h des conducteurs nus,

montés extérieurement, sur isolateurs. L'emploi de très hautes tensions permettra d'ailleurs l'adoption de conducteurs de faible section, ce qui sera une double économie, d'abord au point de vue du cuivre et ensuite relativement aux supports qui pourront être assez espacés.

11 ne faudrait pas croire, cependant, que la distribution des hautes tensions par conducteurs aériens soit toujours très facile. D'abord il faut se préoccuper de la chute possible d'un conducteur sur le sol. Ensuite, quand on a affaire à des canalisations comportant des conducteurs à des potentiels très différents (comme une ligne triphasée), il peut se produire des courts circuits très

^MW-a

intenses soit par suite de la chute de branches d'arbres sur les conducteurs, soit môme, plus simplement, que de gros oiseaux viennent heurter de leurs ailes deux des fils de la canalisation. Si le dernier accident n'est pas commun, le premier est au contraire assez fréquent, à moins que Ton ne procède à des élagages ou môme à l'enlèvement radical des arbres trop voisins de la canalisation.

Parmi les avantages que M. Thury fait valoir en faveur de son système de distribution en série, un des plus importants est justement celui de ne nécessiter qu'un conducteur unique, soit que la canalisation soit établie en boucle, soit que Ton mette l'extrémité de la ligne à la terre, le courant revenant alors à l'usine par le sol. Des expériences faites entre Martigny et Lausanne (56 kilomètres, courant à 23 000 volts) ont montré que le retour par la terre était parfaitement réalisable, même pour une ligne aussi longue '.

Avec des courants triphasés, 3 conducteurs au moins sont nécessaires. Si le débit h écouler est élevé, plutôt que de prendre 3 conducteurs d'assez gros diamètre, ce qui obligerait à rapprocher les poteaux et à renforcer les isolateurs, on aura intérêt à dédoubler la canalisation.

Afin de diminuer les effets d'inductance, on placera les 3 fils en triangle. L'écarlcment des fils, leur diamètre devront faire l'objet de calculs assez compliqués, dont l'exposition ne rentre pas dans le cadre de cet ouvrage et qui ne sont pas d'ailleurs spéciaux aux lignes électriques alimentant des chemins de fer.

Les isolateurs constituent toujours un point faible dans une canalisation. A ce point de vue il y a donc également intérêt à espacer les supports. Il faut en outre remarquer que tel isolateur qui conviendra pour une région à climat sec deviendra insuffisant dans un pays humide et à brouillards fréquents. Cela revient

' Alors qu'avec deux fils (un pour l'aller et l'autre pour le retour) la résistance d'isolement est de 13 ohms, elle s'abaisse à 8 ohms quand on forme le circuit par l'un des fils et la terre.

à dire que les transports de force à très haute tension ne sont

pas partout possibles. Mais on a fait assez de progrès dans la fabrication des isolateurs pour que, même dans des conditions peu favorables, on puisse encore envisager avec sécurité des distributions à 30 000 volts.

Les isolateurs le plus fréquemment employés sont en porcelaine, à double ou triple cloche, de manière à ce que les déperditions superficielles qui pourraient être provoquées par riiumidité soient à peu près annulées. Si la tension est élevée, chaque isolateur devra ôtre soigneusement essayé, avant emploi, à une tension triple ou quadruple de la tension de la ligne.

La figure 263 montre le type d'isolateur adopté pour la ligne

Fig. 263. — Isolateur pour courant à haute tension du chemin de fer de Milan à Varèse.

Fig. 2G4. — Ligoe à haute tension du chemin de fer de Milan à Varèse.

d'alimentation des sous-stations du chemin de fer de Milan à Varèse. Le courant triphasé h 12 000 volts est amené à la sousstation par deux lignes à 3 fils montés en triangle sur des

poleaux en bc*îs, placés le long des voies (fig. 264). Les fils sont en cuivre et ont, selon les distances, des diamètres de 9 millimètres, 6" millimètres et 4 millimètres. La conductibilité du cuivre employé atteint 98 p. 100 de celle du cuivre chimiquement pur. Sa résistance mécanique à la rupture est de 30 kilogrammes par millimètre carré.

L'espacement des poteaux est de

FiK- 267. — Isolateur de Ut ligne à haute tension du chemin de Thoune à llurgdorf.

30 mètres. Chaque poleau est surmonté d'un chapeau en fonte, dans la tête duquel est planté un paratonnerre relié à la terre par un fil de fer de 5 millimètres de diamètre. Le rendement de la canalisation est de 92 p. 100. Sur la ligne Thoune à Burgdorf la canalisation triphasée à 16 000 volts est constituée par des fils de cuivre de 5 millimètres de diamètre, montés comme l'indique la figure 265. Cette figure comporte 2 lignes triphasées, l'une d'elles servant pour le chemin Je fer et l'autre alimentant la ville de Berthoud. Les poleaux sont en sapin imprégné de chlorure de zinc. Leur distance est de 45 à 50 mètres. Ils ont 8 mètres et la flèche donnée à la cana-

lisation est telle que les fils se trouvent aux points bas, à 6 mètres

au moins au-dessus du sol.

Les isolateurs sont en porcelaine bien vitrifiée et sont, pour cette

raison, peu hygroscopiques. La double cloche intérieure s'oppose

en outre aux déperditions d'électricité soit par

l'humidilé, soit par les poussières {fig. 267).

Le rendement de la canalisation est de 95

L'isolateur représenté par la figure 268 est celui qui a été employé sur la ligne primaire (20 000 volts) du chemin de fer de la Valteline. Cet isolateur est en porcelaine. On a, comme

Fig. 268. — Isolateur r

pour courant » 20 ooo o» le voit, multiplié les redans, de manière a volt», du chemin de augmenterlarésistanceeflectivede l'isolateur.

fer de la Valteline. B

Dans les divers isolateurs que nous venons de passer en revue l'isolation est obtenue par la porcelaine seule, à l'exclusion de l'huile, que l'on employait cependant couramment, au début des transports de force- Dans ce cas on relevait intérieurement l'isolateur de manière à former une petite cuvette dans laquelle l'huile était déposée. L'expérience a prouvé que l'on pouvait s'éviter celte complication doublement ennuyeuse, d'abord au point de vue de l'établissement même de la ligne, ensuite relativement à son entretien.

Etant donnée l'indépendance de la plate-forme d'un chemin de fer, on pourra presque toujours avoir recours pour supporter la ligne à des poteaux en bois1. Ceux-ci seront injectés et reposeront sur une fondation, car si le bois suffit en tant que support il faut que la solidité de la ligne ne laisse jamais à désirer. Souvent on pourra même placer les fils à haute tension sur les poteaux de la ligne de distribution.

' C'est un point très important. Sur la ligne de Tl mi l'imprégnation des poteaux n'a pas élii faite, d'u maintenant, remplacer annuellement un grand non

Les poteaux en fer ou en chtirpente ne conviendront guère que pour les lignes n'empruntant pus la plate-forme du chemin de fer et ayant à traverser des centres habiles. On en trouvera des types très bien étudiés dans les transports de force existants (Milan à l'aderno, lignes de la région de (irenoble etc...} piK. -on, Parafouilre il tomes (ligne triphuée).

Une ligne aérienne un peu longue est 1res facilement sensible aux décharges atmosphériques et, pour qu'elle apporte un trouble profond dans les usines et tes sousstations, il n'est pas obligatoire qu'elle soit frappée par la foudre. Des éclairs jaillissant à 1 et même 2 kilomètres peuvent très bien influencer In ligne et lui donner un potentiel très élevé. Pour éviter que les machines ne soient détériorées par le courant qui en résulte il y » donc des précautions indispensables à prendre. Celles-ci consistent à munir la ligne, en des points déterminés, de parafoudres. Mais plus la tension des lignes primaires est élevée et plus

l'installation des pjmifoudres devient difficile, car le courant aura tendance à s'écouler par les parafoudres eux-mêmes. Et, en tout cas, quand ils auront fonctionné, un arc très intense s'établira entre les deux conducteurs du parafoudre. Dans les parafoudres à cornes (lig. 2B9), cet arc s'éteindra de lui-même, car la chaleur

Fig. 271. — Parafoudre à Irois cornes.

développée tendra a le faire monter le long des cornes et il arrivera un moment où son écartement sera tel qu'il ne pourra se maintenir (lig. 270). On obtient d'excellents résultats avec des parafoudres à (rois cornes qui protègent la ligne dans les deux sens (fig. 271;. La corne médiane est reliée u une bonne terre, par exemple à une grande plaque de cuivre enfoncée dans un trou, où l'on pilonnera du coke humide.

Les parafoudres s'installent un peu en dehors des usines et des sous-stations. Pour mieux protéger ces installations il convient

d'intercaler encore entre elles et les parafoudres une résistance inductive, que les décharges occasionnées par les éclairs ne peuvent franchir qu'avec la plus grande difficulté \

Il ne parait pas bien nécessaire de multiplier les parafoudres sur la ligne elle-même. En tout cas il faut bien se rappeler que le meilleur parafoudre ne sera efficace qu'autant qu'il n'aura pas de résistance inductive à vaincre et qu'il sera relié non pas seulement à une tige enfoncée dans le sol, mais à une terre beaucoup plus parfaite comme, par exemple, celle constituée ainsi qu'il a été indiqué plus haut.

Lorsque la canalisation est mixte (souterraine et aérienne) il est indispensable d'installer des parafoudres aux points de jonction. Il faut considérer, en effet, que les câbles souterrains constituent, avec leur isolant et leur armature en contact avec la terre, un véritable condensateur, tout à fait apte à absorber les décharges aériennes. Celles-ci, en s'écoulant par la terre, perceront l'isolant.

Emploi des accumulateurs dans les sous-stations. — Nous avons déjà exposé les raisons qui avaient conduit à installer des batteries d'accumulateurs dans les usines à courant continu, alimentant une ligne de chemin de fer, directement ou par feeders.

Lorsque l'alimentation est effectuée par les sous-stations les accumulateurs ne sont plus à leur place dans les usines; d'abord parce que ces dernières, produisant généralement du courant alternatif, ne pourraient charger des accumulateurs. Ensuite, parce que les câbles primaires auraient néanmoins à supporter des régimes très variables et devraient être calculés pour le débit maximum.

1 M. Dussaugey fait avec raison remarquer, dans le Bulletin de la Société Internationale des Electriciens (octobre 1902), que, daas les installations où il est fait usage de transformateurs statiques pour élever la tension au départ de la ligue et ensuite pour l'abaisser à l'entrée des sous-stations, ces appareils constituent une résistance inductive absolument parfaite. Il y voit un avantage précieux pour les transports de force effectués d'après cette méthode.

Avec des accumulateurs dans les sous-stations ce dernier inconvénient disparaît, le régime variable ne s'établissantqu'à la sortie de la sous-station.

Il est clair que, si Ton a affaire à un réseau pour lequel la consommation est sensiblement constante, des accumulateurs ne s'imposeront pas. Mais c'est là une circonstance exceptionnelle, ne se présentant guère que pour un réseau à profil peu accidenté et à très grand nombre de trains en service. En général la courbe de débit d'une sous-station différera énormément de l'horizontale et la batterie aura pour effet d'absorber de l'électricité, pendant les instants où la charge tombera au-dessous de la charge normale, et d'en restituer pour « faire les pointes » de la courbe.

Malheureusement, comme on Ta fait déjà remarquer, les accumulateurs ont l'inconvénient d'absorber de l'énergie et de nécessiter des dépenses d'entretien assez élevées. En sorte que l'on ne peut pas dire que, dans tous les cas, par exemple, quand l'électricité reviendra à très bon marché, ils seront d'un emploi très judicieux. Mais il ne faut pas oublier qu'ils ont le grand avantage de réduire la puissance à installer dans l'usine génératrice et qu'à ce titre ils pourront constituer un appoint fort précieux, môme pour des installations hydrauliques, comportant des prix de revient extrêmement bas.

En fait, môme dans les grandes installations américaines l'emploi de batteries d'accumulateurs dans les sous-stations de transformation est aujourd'hui chose courante. Cependant on ne pourrait poser, à ce point de vue, de règle absolue. Une étude devra être faite dans chaque cas, d'après les variations présumées ou réelles du régime de la consommation.

Le montage des accumulateurs dans les sous-stations de transformation ne diffère pas de celui qui doit être employé dans une usine. Par conséquent les accumulateurs seront montés en dérivation sur les barres du tableau, avec survolteur réglant automa-

liquemenl la tension. On a cherché à supprimer le groupe survolteur, par l'emploi de commutatrices suruolteuses. De même on a parfois monté des batteries sans survolteur. Mais dès qu'il s'agit d'une installation un peu importante on aura encore avantage à employer le groupe classique survolteur (moteurs et dynamo) l.

1 Voir page 92.