VOIE DOUBLE

Kilowatts.

Volts.

Kilowatt*.

Volts.

La perte totale s'établit ainsi à G p. 100 de l'énergie fournie par l'usine et la chute de tension est inférieure à 10 p. 100 de la tension de distribution. On est donc plutôt au-dessous des pertes admises couramment pour les distributions à courant continu.

b) Système Wèstinghouse. — La Cie Wèstinghouse a envisagé autrement le problème de l'utilisation directe des courants alternatifs monophasés à haute tension. Les moteurs de ses voitures utilisent directement le courant alternatif tel qu'il vient de la ligne de distribution. Mais, à la vérité, celle-ci n'est qu'à 1 000 volts, tension suffisamment élevée, cependant, pour pouvoir être considérée comme rentrant dans la catégorie des hautes tensions.

Le système extrêmement ingénieux de la Wèstinghouse Company a été appliqué à une ligne de 76 kilomètres de longueur,

* La locomotive des ateliers d'OErlikon pèse 44 tonnes et peut remorquer un poids de 250 tonnes sur une rampe de 4 p. 100 à la vitesse de 40 kilomètres à l'heure. La puissance est de 575 chevaux aux jantes. Le rendement est pour la locomotive seule de 75 p. 100. Le débit est de 45 ampères seulement (avec cos o = 0,90).

1 Eleklrotechnische Zeitachrift (avril 1902).

reliant Washington, Baltimore et Annapolis. L'énergie électrique est produite à la tension de 15000 volts, mais des stations de transformateurs statiques, réparties le long de la ligne abaissent cette tension à celle de la distribution, soit 1 000 volts. Pour des raisons analogues à celles que noue avons indiquées précédemment, en parlant du système des ateliers d'OErlikon, le nombre de périodes du courant a été fixé à 16.

Le fait saillant de l'installation, c'est l'emploi, comme moteurs à courants alternatifs, de moteurs-série, analogues à des moteurs de chemins de fer ou de tramways1, mais à induits lamelles2. Ces moteurs, au nombre de 4 par voiture, se couplent en série par deux, chacun prenant alors 500 volts. Mais le fait que Ton emploie du courant alternatif permet, pour les démarrages et les réglages de vitesse, de supprimer sur le circuit d'alimentation toute insertion de résistance. On agit seulement sur la tension que Ton fait varier par un régulateur-transformateur, évitant ainsi la plus grande partie des pertes rhéostatiques qu'occasionnent les démarrages et les réglages de vitesse dans les distributions à courant continu3.

Nous examinerons plus loin (voir p. 325) comment cette particularité a été réalisée. Ajoutons seulement que la Compagnie fait valoir que le système pourrait également s'appliquer au cas d'un réseau à traction mixte, par exemple à courant alternatif sur certaines sections et à courant continu sur d'autres. 11 suffi-

1 On sait, en etFet, que des moteurs-série à courant continu sont également des moteurs à courant alternatif puisque, dans ce cas. le courant subit, dans les inducteurs et l'induit, les mêmes variations et que les réactions produites ne changent pas, quant au sens. Elles varient seulement en intensité, pendant la durée de la période ; mais il s'établit un régime moyen qui est justement celui du moteur. La C" Weitinghouse a pu très habilement faire disparaître dans ses moteurs les étincelles qui jaillissent aux balais quand on veut transformer un moteur à courant continu en moteur à courant alternatif.

* Avec des induits lamelles on réduit très sensiblement les pertes par courants de Foucault.

8 On peut en déduire qu'un tel système conviendrait bien non seulement pour une grande ligne, mais aussi pour une exploitation urbaine ou suburbaine pour laquelle la quantité d'énergie inutilement consommée pendant les démarrages avec le système série-parallèle prend une importance relative très considérable.

rait pour cela d'ajouter à l'équipement normal de la voiture ou de la locomotive un contrôleur et un jeu de résistances ohmiques. De même si la distribution générale était faite sur un réseau par courants triphasés et que Ton voulût, sur certaines sections, avoir recours au courant alternatif monophasé, il suffirait d'opérer sur l'une des phases en divisant la section en sous-sections, marchant Tune avec Tune des phases et la suivante avec l'autre phase, afin d'équilibrer le travail sur chaque phase *.

Courants triphasés à haute tension. — Si, considérés au point de vue spécial de la traction des chemins de fer, les courants alternatifs monophasés à haute tension n'ont guère encore franchi les limites du domaine expérimental, en revanche il a été démontré, par l'installation des lignes du lac de Côme (chemin de fer de la Valteline), que les courants triphasés à haute tension constituaient un système pouvant, dans certains cas, être comparé et môme préféré à celui des courants continus.

La ligne sur laquelle cet intéressant système de traction a été appliqué, va de Lecco à Colico, d'où partent deux embranchements se dirigeant, l'un vers Chiavenna et l'autre vers Sondrio, soit une longueur totale de 106 kilomètres. L'énergie électrique est produite sous forme de courants triphasés à 20000 volts dans une usine hydro-électrique, située à Morbegno. Elle est répartie, le long de la ligne, par 3 conducteurs de 8 millimètres de diamètre qui alimentent 10 sous-stations distantes d'environ 10 kilomètres. Ces sous-stations renferment des transformateurs statiques qui abaissent la tension à 3 000 volts et lancent le courant, sous cette tension, dans deux conducteurs de 8 millimètres de diamètre, régnant au-dessus des voies, le troisième conducteur étant constitué par les rails. La suspension des conducteurs se fait par fils transversaux, reliés par des isolateurs en porcelaine à des poteaux

1 Slreel Railway Journal, octobre 1U02.

DISTRIBUTION DE L'ELECTRICITE LE LONG DES VOIES 217 en bois (fig. 202). Ces fils transversaux supportent eux-mêmes les conducteurs à 3000 volts par des isolateurs en ambroine protégés par une carapace en lonte (fig. 202 bis). Afin de donner aux lignes aériennes une résislancc mécanique plus grande, les divers

tronçons de cette ligne n'ont pas été soudés entre eux, comme on le fait généralement pour une ligne à courant continu à basse tension. Les extrémités des conducteurs sont recourbées et passées dans une pièce spéciale isolée où elles se fixent comme à un crochet. Dans les gares, l'administrai ion a exigé que la suspension se fit par poteaux-consoles situés sur un trot loir séparant les voies de croisement. La figure 203 représente l'ensemble des dispositions

adoptées dans ce cas spécial. Déplus, un interrupteur, mis à la disposition du chef de gare, permet, tout en maintenant la continuité du circuit par deux fils contournant la gare (lig.

'20b), d'isoler de la ligne tous les iils suspendus au-dessus des voies, dans chaque gare, tant qu'il n'y a pas de train dans les stations.

On emploie, pour la traction, des automotrices ou des locomotives. Dans l'un cl l'autre cas la prise de courant se fait par deux archets situés

Kij(. 203. — Coud acteurs iicriena ilans les gurts.

l'un ii l'avant et l'autre à l'arrière (lig. 205). Chaque archet sert à la fois pour les deux conducteurs ayant, à cet effet, sa lige supérieure divisée en deux parties isolées l'une par rapport

DISTRIBUTION DE L ELECTRICITE LE LONG DES VOIES 2(9 à l'autre. Les parties frottantes sont constituées par des rouleaux en aluminium montés sur billes ; leur longueur est de 45 centimètres et leur diamètre intérieur de 8 centimètres. A leurs extrémités, ils sont terminés par des surfaces coniques qui facilitent leur passage dans les croisements et les aiguillages. Le courant va des

rouleaux aux moteurs par ,

des câbles isolés, renfermés dans des tuyaux en fer.

Il est à noter, de plus, que les deux bases de l'archet sont isolées du toit de la voiture par quatre isolateurs en porcelaine. De puissants ressorts fixés sur les bases maintiennent l'archet contre les conducteurs et lui permettent, en outre, de prendre une légère inclinaison dans le sens transversal. Ce petit perfectionnement n'existait pas, au

Vif. 201. — Ligue aérienne contournant début, et. comme les deux les gares.

conducteurs aériens ne pouvaient être rigoureusement tendus h la même hauteur au-dessus du sol, il en résultait que, souvent, le contact n'était pris que par un seul rouleau.

Undispositif, marchant parTaircomprimé, permet au wattman de rabattre l'archet sur le toit de la voiture en sorte que cet appareil constitue, entre ses mains, un véritable interrupteur à haute tension. Mais, comme les archets de même polarité sont reliés électriquement, on s'exposait, en rabattant l'archet sur le toit de

la voiture, à provoquer un court circuit. Aussi le rabattement se

fait-il sur des ressorts bien isolés.

Grflce aux deux archets, le passage des aiguilles a Heu sans difficulté. En ces points les fils conducteurs sont simplement dédoublés. Mais, comme deux d'entre eux, à des potentiels différents, se croisent forcément, on remplace les fils sur l,îi0 m.

Fiji. 205. — Chemin de fer à courants triphasés de la Yalteline. Archets pour la prise de courant.

de part et d'autre des croisements par des tiges en bois saturé d'isolant (fig. 206). Quand l'un des archets est sur le croisement isolé, l'autre est sur deux conducteurs, soit à l'avant, soit à l'arrière, en sorte que l'alimentation des moteurs pentencore se faire par ce second archet.

Les raisons qui ont motivé l'emploi, sur les lignesde la Valtcline, du courant triphasé, de préférence au courant continu, sont

1 Avant de ae lancer dans l'emploi direct de courants à tension misai élevée. MM. Gans et C'* avaient procédé sur une voie d'essai, à Budapest, à toute une série d'eipéciences qui ont montré que le problème pouvait cire abordé pratiquement par eux, en toute sécurité.

DISTRIBUTION DE L'ELECTBICITE LE LONG DES VOIES 231 les mômes que tulles qui ont été rappelées pour te cas de la ligne de Vienne à Burgdorf. Mais, en adoptant des courants à haute tension, MM. Ganz et C'°, de Budapest, ont rendu la solution encore plus intéressante. L'expérience a montré que la manipulation de courants à 3 000 volts, avec les appareils de manœuvre existant sur les voilures de la Volteline, pouvait se faire avec autant de commodité que celle de courants continus à 6 ou 700 volts. Grâce à un système spécial de groupement des moteurs, dont il sera parlé plus loin (voir p. 334), les démarrages sont réalisés avec autant d'aisance que si les moteurs étaient à courant continu. Enfin, indépendamment du maintien automatique de la vitesse dans les pentes et dans les rampes (avantage précieux pour une ligne de montagne; les constructeurs n'ont pas manqué Fjg i05 Ajguillage. de faire valoir la possibilité,

avec leur système, de récupérer dans les pentes une partie de l'énergie consommée pour gravir les rampes.

Encouragés par les résultats de leur ligne d'essai et de la Valteline, MM. Ganz et G10 n'ont pas hésité, lorsque la question s'est posée, de remplacer sur l'Inner Circle, à Londres, la traction à vapeur par la traction électrique, à mettre leur système en concurrence avec la distribution par courants continus et cela, bien

que les conditions d'exploitation de llnner Circle (qui sont celles d'un métropolitain) fussent trfcs différentes de celles de la Valteline. Les experts anglais (MM. Preece et Parker) avaient conclu :

i° Qu'il n'y avait aucune raison pour que les propositions de MM. Ganz et Ci0 ne fussent pas adoptées ;

2° Que le système avait eu la sanction d'essais pratiques et que son adoption satisferait complètement aux exigences de l'exploitation;

3° Qu'il constituait une grande avance sur tout autre système existant soit en Angleterre, soit en Amérique et qu'il facilitait considérablement l'application de la traction sur les grandes lignes.

Néanmoins la traction électrique par courants continus à basse tension fut finalement préférée. Mais il semble que les Compagnies exploitantes aient eu, avant tout, le souci de ne pas innover, considérant, comme une obligation primant toutes les autres, celle d'assurer aux énormes capitaux que nécessitait la transformation, les avantages, même s'ils devaient être moindres, d'un système éprouvé et en définitive extrêmement satisfaisant1.

* Il n'est pas inutile de rappeler, en quelques mots, d'une part les raisons principales qui ont amené MM. Preece et Parker aux conclusions que nous venons de faire connaître et, d'autre part, quelques-unes des considérations qui ont fait pencher la balance en faveur du courant continu.

Si remploi des moteurs triphasés pour la traction ne s'est que peu répandu jusqu'ici, ont fait remarquer MM. Preece et Parker, cela tient :

4° à la nécessité de distribuer le courant par deux conducteurs aériens ;

Mais cette sujétion qui a sa valeur pour une ligne de tramway, n'a que peu d'importance quand il s'agit d'un chemin de fer ;

2° A ce que les moteurs triphasés, aux fréquences usuelles, ne donnaient ni u» rendement assez élevé, ni un couple de démarrage suffisant.

Or les moteurs de MM. Ganz et O ont un rendement comparable à celui des moteurs à courant continu et le couple qu'ils développent est largement suffisant pour le résultat à obtenir. S'ils nécessitent des fréquences un peu basses (25 à 15 périodes), celles-ci peuvent être aussi facilement obtenues que les fréquences usuelles de 40 à 50 ;

3° Un avantage principal du système à courant continu est le couplage des moteurs en « série-parallèle ». 11 semblait qu'un couplage analogue était impossible avec des courants triphasés et qu'il fallût, par suite, se résigner à consommer pendant les démarrages et l'accélération des intensités de courant excessives.

Mais le couplage en « cascade » appliqué par MM. Ganz fait disparaître en grande

Il est à remarquer que la tension de distribution, fixée pour les lignes de la Valteline à 3 000 volts, pourrait être encore sensiblement augmentée. MM. Ganz et Cic estiment qu'une distribu-

partie cette cause d'infériorité et, sur d'autres points, les moteurs à courant triphasés ont des avantages spéciaux si importants que Ton ne peut plus dire que les moteurs à courants continu leur soient supérieurs.

Il faut remarquer, en outre, que le courant à 3 000 volts n'est reçu que dans les inducteurs fixes du premier moteur. Le courant qui, sous le champ tournant produit par les inducteurs, se développe dans l'induit n'a que 300 volts et cette tension est la seule que Ton ait à manipuler pour le réglage de la vitesse. Les moteurs n'exigent aucune surveillance ; ils n'ont ni commutateur, ni balais et il ne peut, par suite, se produire d'étincelles.

Le courant peut être distribué par des fils minces et sa transformation s'effectue dans des postes qui peuvent être laissés sans surveillance et qui n'occupent qu'un faible emplacement.

Le démarrage, le réglage de la vitesse, le freinage des trains et leur arrêt se font, suivant ce système, d'une manière beaucoup plus avantageuse que suivant l'un quelconque des systèmes appliqués aux chemins de fer existants.

Grâce au couplage en cascade, on peut, pour les arrêts, réduire la vitesse à la moitié de la vitesse normale, les moteurs formant alors frein électrique et restituant de l'énergie à la ligne. Dans les rampes une récupération analogue se produit.

Voici, maintenant, quelques-unes des observations de la commission arbitrale à laquelle les conclusions de MM. Preece et Parker ont été soumises.

Il s'agit d'un chemin de fer circulaire, en tunnel, à trafic intense, parcouru par des trains à arrêts fréquents et se succédant à de faibles intervalles, avec intercalation d'un grand nombre de trains venant d'autres lignes. Il est dès lors essentiel que le service soit d'une régularité parfaite et imperturbable. Il faut en outre que les trains soient d'un maniement facile, c'est-à-dire que, sans- aucune gêne pour les voyageurs ils démarrent, accélèrent, ralentissent et arrêtent rapidement. I) importe, par-dessus tout, que le système adopté ne présente aucun danger pour e public, ni pour le personnel des compagnies intéressées.

Le système à courant continu, dans lequel un courant alternatif à haute tension est d'abord transformé, puis converti en courant continu à 500 volts, et amené d'un troisième rail dans les moteurs, est bien connu et il a rempli les conditions cnumérées plus haut dans une longue et rigoureuse expérience sur des chemins de fer similaires, assurant un service similaire, dans des conditions similaires, tant en Amérique qu'en Angleterre.

Le système à. courant alternatif, sous la forme établie par Ganz et Gio supprime les convertisseurs rotatifs employés dans le système à courant continu et introduit, dans les tunnels où circulent les trains, un courant de 3000 volts.

11 a été reconnu qu'aucun chemin de fer eu exploitation n'employait en service un courant dont la tension dépasse 750 volts et qu'il n'a pas été fait d'expérience du système proposé par M. Ganz sur des chemins de fer présentant les caractères particuliers de Tlnner-Circle. Il est vrai que certains essais de cette méthode ont été effectués sur les voies de MM. Ganz et O et sur la ligne de Sondrio à Lecco (non encore ouverte au trafic). Mais les moteurs, les trolleys, le mécanisme .de régulation, les conducteurs, les appareils de sécurité décrits par M. Ganz, comme devant être employés sur l'Inner Circle, diffèrent sensiblement de ceux essayés comme il a été dit ci-dessus. L'accélération maximum des moteurs a été portée de 0,038 m. a 0,114 m. par seconde et la fréquence de 15 à 25 périodes.

lion à S 000 volts serait tout aussi sûre. Si on la combine avec une alimentation, non plus à 20 000 volts, mais à 40 et 50 000 volts, comme on peut le faire facilement aujourd'hui, on arrive à une distribution pouvant s'appliquer à des lignes extrêmement étendues. Il suffirait, par exemple, pour une ligne de 400 kilomètres, d'installer le long de cette ligne deux usines génératrices, avec des sous-stations de transformation réparties à peu près tous les 20 kilomètres. Les grandes complications du courant continu pour les distributions à longue distance se trouveraient donc complètement éliminées. En somme, on peut dire que grâce à la traction par courants triphasés directs à haute tension, on possède aujourd'hui une solution pour la transformation des grandes lignes. Il y en aura d'autres, et il est vraisemblable que, grâce aux progrès qui seront réalisés dans la construction des moteurs à courants alternatifs, on devra pouvoir, un jour, se contenter d'une distribution à un seul fil, car un fil suffit pour véhiculer une quantité énorme d'énergie et l'esprit se refuse à croire qu'étant donnée une source d'énergie électrique on ne parviendra pas à Tadpater, d'une façon simple et sûre, aux exigences diverses de la traction. Mais il est bon d'insister sur ce point, c'est que la première étape a été franchie. En sorte que le grand mouvement qui se manifeste actuellement pour l'application de l'électricité aux chemins de fer urbains et suburbains n'a maintenant plus rien qui l'empêche d'aborder le domaine des grandes lignes.

11 est donc exact de dire que le système essayé à Londres n'est pas encore sorti de la période expérimentale et que d'importantes modifications et améliorations de ce système ont été reconnues nécessaires pour l'Inner-Circle.

Une expérience de ce système pourrait se faire avec des chances de succès sur un chemin de fer moins important, où les conditions de sécurité sont moins vitales, où les pertes, s'il s'en produisait, seraient inoins considérables ; mais il est impossible d'en recommander l'essai sur l'Inner-Circle.

En fait, la commission arbitrale ne s'est appuyée que sur des circonstances purement locales pour rejeter les courants triphasés.

Nous ajouterons que, depuis l'époque à laquelle cette commission a prononcé sa sentence, la ligne de Sondrio à Lecco a été ouverte à l'exploitation et que la distribution par courants triphasés parait donner toute satisfaction à la compagnie exploitante.