Les Voies De L'écomobilité

ABB 2 |10 Actualités technologiques revue du Groupe ABB Réseau électrique & réseau de traction 42 Moteurs de traction ferroviaire 66 Maintenance dédiée 70 Recharge des véhicules électriques 77

Les voies de l’écomobilité On a coutume de dire que le tout est plus grand que la somme de ses parties : ce numéro de la Revue ABB multiplie les exemples applicatifs qui confirment la règle.

Le transport a pour vocation de relier les hommes et d’abolir les distances en ouvrant de nouveaux horizons et en favorisant les échan- ges. Mais rapprocher, c’est aussi nouer et resserrer les liens : ABB met son vaste portefeuille de produits au service de l’industrie ferroviaire. La Revue vous invite à décou- vrir les contributions du Groupe aux secteurs du transport et du rail. En voiture, s’il vous plaît !

2 revue ABB 2|10 Sommaire

6 ABB et le rail, une réussite en mouvement Mobilisation Panorama de l’offre du Groupe pour l'industrie ferroviaire 8 Face à face pour une mobilité durable Échange de vues entre Michael Clausecker, directeur général de l’UNIFE, et Jean-Luc Favre, président-directeur général d’ABB Sécheron et responsable des activités Rail du groupe ABB

14 La grande vitesse en première ligne Tour du ABB et les trains à grande vitesse 19 Révolution chinoise Grâce aux technologies ABB, le rail chinois mène monde grand train. 24 Feu vert pour les chemins de fer indiens ABB contribue à la modernisation du réseau ferré indien. 31 La Suisse sur les rails ABB, partie prenante des grands projets ferroviaires du pays alpin

35 Connaissances FACTuelles Installations Les dispositifs FACTS améliorent l’alimentation électrique de la traction ferroviaire. 42 À convertisseurs statiques, performances dynamiques fixes Des réseaux ferroviaires à la bonne fréquence 48 Le disjoncteur nouveau est arrivé Les disjoncteurs sous vide d’extérieur FSK II assurent la connexion de projets ferroviaires britanniques. 51 Bain turc pour transformateurs secs Malgré la chaleur et l’humidité, les transformateurs ABB font un excellent travail dans le métro d’Istanbul.

55 Les transformateurs entrent en gare Forces Les transformateurs de traction ABB contribuent à la fiabilité, au confort et à la ponctualité des trains de banlieue. motrices 60 Accord parfait Compacts, fiables et puissants, les convertisseurs de traction ABB se plient aux exigences de tous les types d’engin ferroviaire. 66 Le moteur de traction se standardise La modularité des nouveaux moteurs de traction ferroviaire ABB autorise une réelle adaptabilité aux impératifs du client.

70 Service compris ! Services et ABB propose un large éventail de services dédiés au rail. 77 L’aube d’une ère nouvelle Les stations de recharge et les technologies de réseaux technologies intelligents d’ABB tracent la voie du véhicule électrique. 82 Prise de terre Les solutions ABB d’alimentation électrique réduisent la pollution sonore et atmosphérique des navires à quai. 84 Rapidité, sécurité, compétitivité La triple devise du nouveau sectionneur de terre ultrarapide d’ABB

88 L’électrification de la grande traction ferroviaire ABB, éternel ABB, acteur historique de la traction électrique pionnier

Sommaire 3 Éditorial ABB et l'industrie ferroviaire

Chers lecteurs, La mobilité est au centre de notre quotidien : blement essaimé : ces trains quadrilleront trajets domicile-travail, déplacements profes- bientôt la planète entière ! sionnels, vacances . . . Toutes nos activités Le transport de marchandises vit aussi de sont tributaires d’un mode de transport fiable passionnants développements. En Europe et abordable. Et ce n’est pas qu’à l’échelle plus particulièrement, de plus en plus de pays de l’individu : le transport de marchandises a ouvrent leur marché du fret à la concurrence été le vecteur de la concentration industrielle et le trafic explose. et de la production moderne. De même, Sans être un constructeur de trains, ABB met l’existence des grandes métropoles dépend son expertise de l’énergie et de l’automatisa- de la capacité à les approvisionner de manière tion, et ses nombreux produits et technolo- fiable et continue en denrées alimentaires et gies au service de l’industrie ferroviaire. Les Peter Terwiesch biens de consommation. lignes de chemin de fer électrifiées sont de Directeur des technologies Autant la mobilité aide à créer et à dévelop- grandes consommatrices d’électricité et leur ABB Ltd. per de multiples facettes de notre société, voracité énergétique peut fortement fluctuer autant l’insuffisance de moyens de transport en peu de temps. Les techniques de gestion peut lui être préjudiciable : l’impossibilité de de réseaux d’ABB fiabilisent et stabilisent la livrer des marchandises au cœur des bassins fourniture électrique. ABB accompagne le de vie ou, pour le particulier, de rejoindre sa transfert de l’électricité du réseau général à la destination dans des délais raisonnables et voie ferrée avec des sous-stations et compo- prévisibles, est lourde de conséquences, et sants tels que transformateurs, convertis- pas seulement économiques. Urbanité et seurs de fréquence, appareils de coupure et modernité aggravent ce constat : l’étalement dispositifs de compensation de puissance des villes sollicite toujours plus les infrastruc- réactive « FACTS ». À bord des trains, l’offre tures, en voie de saturation. Dans le même ABB se décline en transformateurs de temps, la montée des préoccupations traction, tableaux électriques, moteurs, environnementales (qualité de l’air, pollution convertisseurs et turbocompresseurs,

par le CO2 ), l’épuisement des réserves de produits vedettes de cette Revue ABB. combustibles fossiles et l’emprise territoriale ABB a beaucoup développé ses activités Rail du transport appellent à des solutions plus au cours des dernières années, passant de la propres et performantes. position d’outsider au rang de fournisseur de Le chemin de fer est en bonne voie pour premier plan de grands noms de la construc- relever ces défis. En milieu urbain et péri- tion ferroviaire. Dans une perspective indus- urbain, les dessertes de banlieue et le métro trielle plus large, la Revue ABB s’est entrete- contribuent grandement au désengorgement nue avec M. Michael Clausecker, directeur de la route tout en diminuant l’empreinte général de l’Union des Industries Ferroviaires carbone avec, lorsque les lignes sont électri- Européennes (UNIFE). fiées, un bilan « zéro émission » au point de À côté du rail, ABB intervient dans les livraison. À l'heure où des capitales comme domaines plus vastes du transport durable Londres et Paris déploient leurs réseaux et de la mobilité électrique : aussi ce numéro existants, nombreuses sont les métropoles en aborde-t-il des techniques comme la recharge pleine expansion confrontées à la difficulté des véhicules électriques et l’alimentation comme à l'opportunité de créer de nouveaux électrique des navires à quai. systèmes de toutes pièces. Les trains à grande vitesse (TGV) peuvent Bonne lecture, offrir une alternative séduisante à la voiture et à l’avion. Relativement insensibles aux caprices de la météo, ils satisfont aux besoins de confort des voyageurs. Si la première Peter Terwiesch génération de TGV a vu le jour au Japon puis Directeur des technologies conquis l’Europe, elle a aujourd’hui considéra- ABB Ltd.

4 revue ABB 2|10 Éditorial 5 1 14 11

2 5

3 4 6 8 16

15 13

7 10

ABB et l’univers du rail, une réussite en mouvement

6 revue ABB 2|10 9

cteur majeur des secteurs de optimisent le fonctionnement de ces équi- foudres. ABB fournit aussi les turbocom- l’énergie et de l’automatisation, pements. Des autotransformateurs compresseurs des trains diesel. ABB met de nombreuses tech- pacts ➔ 9 soutiennent l’alimentation électri- Les technologies et équipements ABB ser- A nologies au service du chemin que des trains par caténaire, sur les longues vent différents types d’applications ferro- de fer. Des systèmes de transport ﬂ exibles distances. Les électriﬁ cations en continu viaires, du fret lourd ➔ 14 à la grande en courant alternatif « FACTS » soutiennent sont renforcées par des sous-stations de vitesse ➔ 15 en passant par les lignes de aussi bien le réseau général que le réseau traction équipées de transformateurs- banlieue ➔ 16, le métro ➔ 17 et le tram- de traction ferroviaire, et aident à stabiliser redresseurs ➔ 10. way ➔ 18. une fourniture électrique de qualité ➔ 1. L’équipement ABB est aussi présent à bord ABB n’est pas qu'un fournisseur de maté- Appareils de coupure et de commutation des trains : le Groupe fournit des transfor- riel ; c’est aussi un prestataire de services de haute ➔ 2 et moyenne tension ➔ 3, conver- mateurs de traction ➔ 11, des moteurs et maintenance, de révision et de rénovation tisseurs de fréquence ➔ 4 et transfor- des générateurs ➔ 12. Il fabrique également des parcs existants. Dans le domaine plus mateurs ➔ 5 adaptent et fournissent l’éner- des convertisseurs pour alimenter la chaîne vaste du transport, il est aussi présent dans gie aux lignes de contact aériennes de de traction et les auxiliaires du train ➔ 13. les stations de recharge des véhicules élec- la voie ferrée ➔ 6, tandis que des systèmes Son catalogue comprend en outre des pro- triques ➔ 19 et les applications marines. de surveillance et de conduite ➔ 7 (dont duits basse tension, des disjoncteurs Autant de sujets qui font la trame de ce les postes de commande centralisée du moyenne tension, ainsi que des semi- numéro de la Revue ABB et de notre site réseau et des sous-stations électriques ➔ 8) conducteurs de puissance et des para- www.abb.com/railway.

ABB et l’univers du rail, une réussite en mouvement 7 Face à face pour une mobilité durable

Interview croisée entre La mobilité des personnes et des biens, indissociable de l’activité économique, engendre un volume de traﬁ c en perpétuelle croissance : Michael Clausecker, les échanges internationaux réclament un fret ferroviaire grandes distances rapide et économique. L’essor du commerce et du tourisme directeur général de est aussi tributaire des déplacements interurbains tandis que l’extension 1 des métropoles en périphérie ne cesse d’allonger les distances entre l’UNIFE , et Jean-Luc domicile et travail. Dans le même temps, les préoccupations environne- Favre, directeur général mentales, l’envolée des prix de l’énergie et la saturation des infrastructures obligent à minimiser l’impact économique, écologique et territorial d’ABB Sécheron et du transport. Il n’est donc pas étonnant que les pouvoirs publics du monde entier investissent dans le chemin de fer sous toutes ses formes, responsable des activités du métro aux trains nationaux et internationaux à grande vitesse (TGV) Rail du groupe ABB en passant par les corridors de fret transcontinentaux. Michael Clausecker et Jean-Luc Favre débattent ici des enjeux et perspectives du transport ferroviaire.

8 revue ABB 2|10 majorité des acteurs de l’industrie ferro- Et dans d’autres régions du monde, viaire européenne. comme l’Europe de l’Est et l’Inde ? M. C. J’espère que la prochaine décennie Quelle est votre vision de l’avenir du rail verra la construction de la première LGV dans les dix prochaines années ? de l’Europe de l’Est. En témoigne l’amorce M. C. Notre premier défi est la grande vi- d’un projet d’axe ferroviaire à grande tesse. Les principaux chantiers en cours vitesse en Pologne, d’ici à 2014. se situent en France, en Espagne et en Grande-Bretagne. Pour autant, les États- En ce qui concerne l’Inde, il est difficile Unis ont aussi amorcé le débat sur les de prévoir l’échéance de la grande vites- lignes à grande vitesse (LGV) tout comme se. Les principaux développements por- la Russie progresse sur la liaison Moscou- tent aujourd’hui sur le métro ou le train Saint-Pétersbourg. La Chine investit plus urbain. que tout autre pays et construit des milliers de kilomètres de LGV. Bref, le ferro- Jean-Luc Favre. Il faut tenir compte de viaire affi che une solide croissance. l’explosion démographique et de l’urbanisation galopante : nous serons sans doute Quelles en sont les priorités ? 9 milliards sur Terre, en 2050. En 2008, M. C. La grande majorité des LGV ne dé- les villes concentraient la moitié de la po- passe pas le territoire national : c’est le pulation mondiale, une première dans cas en France, en Allemagne, en Espa- l’histoire de l’humanité. Cette évolution gne, etc. Certes, il faut mentionner le tra- plaide en faveur d’un transport durable et fi c transmanche (Eurostar ou Thalys, par le chemin de fer peut relever ce défi ➔ 1. exemple) mais le développement de la grande vitesse devra davantage affi rmer La Chine investit massivement dans le sa dimension internationale. trafi c fret et voyageurs, et l’électrifi cation du réseau. Les projets de LGV avancent M. Clausecker, pouvez-vous nous pré- Les investissements en infrastructures « à un train d’enfer » ! Ces deux ou trois senter l’UNIFE en quelques mots ? seront au cœur des défi s que devra rele- dernières années, la Chine a représenté L’UNIFE entend promouvoir l’industrie ver la puissance publique au cours des pour ABB le premier moteur de crois- ferroviaire européenne sur la scène inter- sance. L’Europe est aussi un puissant nationale. Elle apporte son concours aux marché ; néanmoins, quand il s’agit de principaux fournisseurs et équipementiers En Europe, le rail déployer le réseau et d’investir en nou- du secteur, au travers de quatre leviers : veaux matériels roulants, la Chine rem- 1 L’harmonisation technique et la régle- verra se dévelop- porte la palme des développements. mentation des systèmes ferroviaires ; 2 La défense des intérêts des entrepri- per le trafic fret En Inde aussi, de nouveaux projets pren- ses œuvrant au développement du transfrontalier qui nent forme, comme l’ouverture de corri- rail ; dors à priorité fret pour faciliter, fl uidifi er et 3 Le lancement et le soutien des pro- nécessitera des stimuler le trafi c. En revanche, la plus gram mes permettant à ses membres grosse part du marché ferroviaire indien de mener des recherches en partena- locomotives poly- revient au métro dont le gouvernement riat avec les opérateurs ferroviaires, courants capables veut équiper toutes les agglomérations de ainsi que la coordination des projets plus de 3 millions d’habitants. Des chan- fi nancés par l’Union européenne ; de fonctionner tiers titanesques voient le jour à Bangalore, 4 La qualité des produits ferroviaires, Calcutta, Mumbai et Delhi. Et la grande tout au long de leur cycle de vie et de sous différents sys- vitesse ferroviaire ne tardera pas à s’y la chaîne de valeurs, grâce à son tèmes d’alimenta- frayer un chemin dans les cinq à dix pro- programme de gestion de la qualité chaines années ! fondé sur la norme IRIS 2. tion électrique et Vous avez tous deux évoqué le transport L’UNIFE est fi nancée par ses membres de signalisation. urbain. Quelles sont les grandes tendan- qui sont tous des constructeurs euro- ces du segment ? péens de matériel équipant les chemins M. C. L’étalement urbain complique et al- de fer du monde entier. L’organisation dix prochaines années. La volonté d’in- longe énormément les trajets quotidiens compte aussi sur le soutien d’une quin- vestir dans le rail et l’apparition de nou- domicile-travail, ce qui donne encore plus zaine d’associations principalement na- veaux modes de fi nancement marqueront tionales. Elle fédère ainsi quelque 70 four- cette décennie. Concrètement, il pourra Notes nisseurs et totalise près d’un millier de s’agir de partenariats publics-privés et de 1 Union des Industries Ferroviaires Européennes membres par le biais de ces associations. contrats associant la construction, l’ex- 2 International Railway Industry Standard L’UNIFE est donc le porte-parole de la ploitation et le transfert de technologies. (cf. encadré 7, p. 23)

Face à face pour une mobilité durable 9 1 En 2008, les villes concentraient déjà la moitié de la population 2 Le tram est un mode de déplacement écologique et convivial, qui mondiale, d’où la priorité des transports urbains. participe à l’attrait des centres-villes.

d’acuité à la question du transport. Les misent sur le bus à grande capacité ; les sécurité. Il est diffi cile d’entrevoir l’évolu- transports publics sont un bon moyen de bus à double articulation sont relative- tion du marché mais une chose est sûre : relever ce défi . Dans cette logique, de ment économiques et ne nécessitent pas l’industrie n’arrêtera pas sa course aux nombreux pôles urbains en pleine expan- d’infrastructure particulière. Par ailleurs, équipements plus légers et plus concur- sion mettent sur pied des systèmes de de nombreuses lignes de tramways sont rentiels. transport, surtout en Chine. Même des en construction, en Europe comme aux capitales comme Paris et Londres, qui États-Unis. Le tram offre plus de capaci- Et le fret ferroviaire ? souffrent d’engorgement chronique du tés que le bus, sans ses défauts : il ne M. C. Le ralentissement économique a trafi c, prennent conscience de la néces- pollue pas et fait moins de bruit ; plus contraint les opérateurs à remiser bon sité de renforcer leurs capacités de transit convivial, il contribue également à la qua- nombre de locomotives et de wagons. Le pour préserver leur attractivité et leur lité d’accueil des centres-villes ➔ 2. Aussi premier défi de la décennie à venir sera de compétitivité économique. le voit-on grignoter des parts de marché retrouver les volumes de trafi c de 2007 : même si les constructeurs de bus rivali- c’est à ce niveau que les équipements Le déploiement du transport urbain accé- sent d’inventivité pour copier ses avanta- existants seront utilisés à leur capacité lérera sa course dans les prochaines an- ges à moindre coût. escomptée. nées. Fait marquant : secteur privé et par- ticuliers sont encouragés à y prendre part. Autre tendance de fond : l’internationali- Par exemple, les propriétaires de biens Le moindre kilo- sation du transport. Le paysage ferroviaire situés à proximité d’une gare, qui contri- du futur sera constitué de gros opérateurs buent au développement des transports, gramme ou mètre mais aussi de petites entreprises assurant peuvent tirer parti de cette valorisation carré de rogné une mobilité transfrontalière, en Europe. foncière ou économique. Les péages ur- Il faudra pour cela davantage de locomo- bains, comme celui de Londres, vont aussi pour acheminer tives interopérables polycourants palliant se multiplier. Dans les deux cas, les usa- les différences de systèmes d’alimenta- gers paient de plus en plus cher leur davantage de tion électrique et de signalisation. mobilité (coûts externes liés au bruit, à la pollution, aux embouteillages, aux acci- passagers décu- Dans d’autres régions du monde, les ten- dents, etc.) et, chemin faisant, favorisent le ple le bénéfice dances sont plus diffi ciles à cerner. Pour- développement des transports collectifs. tant, où que vous soyez, il est toujours économique et question du triptyque rendement-fi abilité- Les pays en développement posent un prix. Je suis convaincu que de plus en défi singulier. L’infrastructure en place est écologique global plus de clients s’intéresseront à la spartiate et tout reste à faire. En épaulant du train. consommation énergétique et au coût les autorités régionales pour prouver que global des locomotives : les industriels le métro attire les investisseurs, crée des doivent donc être en mesure de leur four- emplois et accroît les rentrées fi scales, À mi-chemin entre ces deux modes de nir les données permettant de comparer nous pouvons les aider à garantir les prêts transport se profi lent les trams sur pneu- produits et solutions. et à asseoir la rentabilité des projets. matiques . . . M. C. Pourquoi pas ? Toutes les pistes Cette vive concurrence augmentera-t-elle Les villes plus modestes ont souvent be- méritent d’être explorées lorsqu’elles sont le volume total de fret ferroviaire ? soin de systèmes de transport plus légers utilisées à bon escient ! Quand vous com- M. C. Sans conteste. Les pays européens et moins chers que le métro. parez le tram au bus, en termes de poids, qui ont effectivement ouvert leurs réseaux M. C. À cet égard, on observe deux ten- vous pouvez à juste titre vous demander à la concurrence ont vu leur trafi c fret dances. En Allemagne, certaines villes s’ils se heurtent aux mêmes exigences de grimper de 60 à 130 % au cours des

10 revue ABB 2|10 3 Privatisation et concurrence dopent le fret ferroviaire qui a 4 Le principal contributeur à la réduction de la pollution due au progressé de 60 à 130 % en 15 ans. transport est le report modal de la route et de l’aérien vers le rail.

15 dernières années. Qui plus est, sur les Le train est d’ores et déjà le moyen de cinq ou six années passées, le fret ferro- transport le plus « propre » et durable. Le nombre de viaire a progressé plus vite que le fret rou- Pour autant, que peut faire l’industrie tier. À supposer que d’autres pays ouvrent ferroviaire pour réduire encore son locomotives ven- leur marché, nous pouvons tabler sur la empreinte carbone ? poursuite de cette forte croissante dans M. C. Dans une perspective globale, le dues a pratique- les dix années à venir ➔ 3. plus puissant levier dont dispose le pou- ment triplé ces dix voir politique pour réduire la pollution liée Les ventes de locomotives ont pratique- aux transports réside sans conteste dans dernières années ; ment triplé ces dix dernières années par le transfert du trafi c aérien et routier au rapport à la décennie 1990. Et 50 % de rail. Certes, l’amélioration technologique la moitié est ache- ces machines sont vendues à des clients des trains eux-mêmes peut accroître ces tée par des clients qui n’existaient même pas il y a dix ans ! performances environnementales, mais le Cette ouverture dynamise indéniablement premier contributeur reste le « report qui n’existaient pas le marché du fret ferroviaire. modal » vers le fer ➔ 4. il y a dix ans. Malgré ce bilan positif, le volume du fret Que peut faire le rail pour améliorer son ferroviaire européen reste faible par rap- bilan carbone ? En priorité, électrifi er le ré- port à celui enregistré aux États-Unis. seau. Voyons l’exemple du Royaume-Uni M. C. L’Europe étant constituée de micro- où la traction diesel concerne encore la marchés nationaux, la part modale du rail majorité du réseau ferré. Rien d’étonnant varie d’un pays à l’autre. Prenons l’exem- à ce que son gouvernement se tourne un ple de la Suède, pays assimilable aux peu plus que celui des autres pays euro- États-Unis, non pas bien sûr en termes de péens vers la traction électrique pour superfi cie mais de densité de population. enrayer le dérèglement climatique et La part du fret ferroviaire y est supérieure apporter de réelles solutions durables à la à 30 %, soit une proportion comparable mobilité. à celle des États-Unis. Mais là s’arrête la comparaison : la population nord-amé- Donc, sur le terrain de l’effi cacité énergé- ricaine se concentre dans les régions tique, la balle est dans le camp des pou- côtières de l’Est et de l’Ouest, alors que voirs publics ? l’urbanisme du Vieux continent est plus M. C. Oui mais nous nous devons d’ac- dilué. Les distances à parcourir étant éga- compagner leur action en développant lement plus courtes, le rail peine à concur- des produits plus attractifs tant pour l’ex- rencer la route. ploitant ferroviaire, transporteur de marchandises, que le voyageur. Néanmoins, je suis sûr que l’ouverture des marchés et le développement des ré- En matière de consommation énergéti- seaux transeuropéens, par-delà les fron- que, une solution de choix consiste à ré- tières, favoriseront l’essor du rail. cupérer l’énergie de freinage pour les ac- célérations ou à la stocker sur le véhicule ou le long des lignes.

Face à face pour une mobilité durable 11 J.-L. F. La meilleure façon de favoriser le Dans le premier cas, les seuls exemples le trio Siemens-Alstom-Bombardier. Pour report modal de l’avion et de la voiture pour lesquels, à ma connaissance, les in- ABB, il est capital de reprendre position vers le rail est de proposer des solutions dustriels ne se sont pas contentés de sur le marché ferroviaire, aux côtés de ses compétitives et rentables. Dans le domaine fournir les véhicules mais en ont aussi as- partenaires et de l’UNIFE. Nous avons re- du trafi c voyageurs à 350 km/h, par suré la maintenance, sont ceux d’exploi- joint cette dernière en juin 2009 et nous exemple, le moindre kilogramme ou mètre tants privés. Pour les constructeurs et sommes aussi aujourd’hui l’un des repré- carré de rogné pour acheminer davantage équipementiers que nous sommes, cette sentants de ses membres, à Bruxelles, de passagers décuple le bénéfi ce écono- orientation services nous a permis de tout comme nous siégeons à sa commis- mique et écologique global du train. Nous mieux comprendre les performances au sion Infrastructures. Nous voulons adres- continuerons donc à optimiser nos équi- quotidien de nos engins et de « boucler la ser à l’industrie ferroviaire un message pements sur le plan de l’encombrement boucle » en capitalisant sur ces connais- fort : partie prenante de ce marché, notre et de la masse, mais aussi de la fi abilité et sances afi n d’améliorer l’offre produits et, contribution s’inscrit dans le long terme. de l’écoperformance. in fi ne, de mieux servir nos clients. Nos technologies lui sont vitales : appareils de coupure, transformateurs, conver- L’Europe, à côté du Japon, fait tradition- Le domaine des infrastructures est quel- tisseurs, semi-conducteurs de puissance, nellement fi gure de pionner et d’expert de que peu différent. Une organisation type moteurs, alternateurs, turbocompresseurs la grande vitesse. Ces acquis sont-il trans- implique pour le client de compter sur son et installations fi xes. Nous fournissons posables à d’autres régions du monde ? propre personnel de maintenance mais aussi des systèmes d’électrifi cation, des J.-L. F. L’Europe et le Japon règnent ef- aussi de sous-traiter certains pans du tra- sous-stations de traction en courant al- fectivement en maîtres sur les marchés vail à des tiers. Il en résulte une situation ternatif et continu, et leurs composants. de la grande et de la très grande vitesse. où nous sommes à la fois fournisseurs et, Notre production et notre savoir-faire sont Mais la Chine n’est pas en reste et déve- en quelque sorte, concurrents de nos mondialisés. Par exemple, nous fabriquons loppe aussi ses TGV. On vient même clients, ce qui crée des relations commer- déjà des transformateurs en Amérique du d’apprendre un partenariat entre une so- ciales d’un genre ciété chinoise et General Electric, leader nouveau. Comme du fret américain, pour déployer de gran- pour le matériel Le plus puissant levier politi- des artères ferroviaires en Amérique du roulant, nous pou- Nord. Le marché est fl orissant pour les vons apporter de la que pour réduire la pollution nouveaux acteurs du rail. valeur ajoutée à l’activité de nos liée aux transports consiste à Jusqu’ici, nous avons parlé produits et clients car nous détourner le trafic aérien et technologies. Un autre domaine en pleine connaissons sou- expansion est celui des services. vent mieux leur routier au profit du rail. J.-L. F. Sur certains marchés, les contrats produit ! En conju- de fourniture ne se limitent pas aux véhi- guant maintenance cules mais englobent aussi les services, préventive et maintenance corrective, Nord, en Amérique du Sud, en Chine et sur une période donnée. Cette tendance nous diminuons les coûts et les arrêts en Inde, grâce à notre capacité à être n’est pourtant pas universelle : dans bien techniques. « local » sur tous ces marchés. Tels sont des cas, les exploitants ferroviaires préfè- les points forts du Groupe sur les cinq rent garder leur maintenance en interne. Quels sont le rôle et la contribution d’ABB continents, au service du rail comme au sein de l’UNIFE ? d’autres secteurs. Dans ce contexte de libéralisation, les M. C. ABB intervient vraiment à l’échelle nouveaux entrants sont avant tout inté- mondiale. Cette stature donne toute sa Paradoxalement, jusqu’en 2002, presque ressés par l’exploitation des trains et le valeur à sa participation à l’UNIFE. ABB personne, même au sein d’ABB, n’avait transport de voyageurs ; ils sont donc est certes un membre relativement récent connaissance de notre implication dans le plus enclins à externaliser la maintenance. mais l’UNIFE et ses autres membres se ferroviaire. Nous possédions des techno- Par contre, les opérateurs historiques ont réjouissent d’ores et déjà de bénéfi cier de logies d’excellence . . . mais à peine traditionnellement leurs propres ateliers et l’expérience du Groupe sur les marchés connues ! équipes d’entretien ; on comprend donc étrangers et de travailler ensemble. Nous que l’externalisation de ce type d’activité sommes très impliqués dans l’élaboration Quelle est selon vous la plus importante ne soit pas leur priorité. de normes ferroviaires européennes et contribution d’ABB à la technologie ferro- nous apprécions beaucoup l’apport et la viaire ? En quoi consiste son leadership ? En matière de services ferroviaires, ABB contribution d’ABB. J.-L. F. Notre portefeuille de produits et est très bien placé pour offrir un réseau nos solutions globales font d’ABB un d’envergure mondiale : nous savons être J.-L. F. C’est en 2005 qu’ABB décide de groupe d’exception. Nous pouvons tra- chinois en Chine, indiens en Inde et euro- développer ses activités ferroviaires. Le vailler avec tous les fournisseurs en nous péens en Europe ! succès est au rendez-vous : nos ventes appuyant sur un puissant socle techno- ont bondi de 200 millions de francs suis- logique. Nous possédons toutes les M. C. La situation est différente selon qu’il ses en 2004 à 1,3 milliard en 2009 ! Nous grandes technologies indispensables à la s’agit d’entretenir le matériel roulant ou les travaillons en étroite collaboration avec distribution de l’énergie de traction, ce qui installations fi xes (ouvrages d’art, voies). les grands noms du secteur, notamment explique en grande partie notre fulgurante

12 revue ABB 2|10 croissance des cinq dernières années : Pensez-vous que l’industrie ferroviaire peut Michael Clausecker, directeur général de notre progression annuelle a été supé- apprendre de l’industrie automobile ? l’UNIFE rieure à 40 %, plus de 10 fois plus rapide M. C. Il y a toujours à apprendre . . . à que celle du marché. Aujourd’hui, selon condition de ne pas dupliquer aveuglé- mes calculs, nous fi gurons parmi les 5 ment ! Nous nous sommes tournés vers premiers fournisseurs de l’industrie ferro- l’automobile quand nous avons reconsi- viaire, grâce aux technologies que nous déré le management de la qualité dans mettons à la disposition des construc- notre secteur. Mais en fait, nous avons teurs. comparé notre système à celui de l’aéro- nautique. Notre stratégie consiste à « ra- M. C. ABB aide à maintenir la pluralité tisser large » en tenant compte de divers industrielle. Nous avons assisté à un mou- secteurs industriels mais à trier sur le volet vement de consolidations parmi les in- les méthodes les plus bénéfi ques à notre dustriels du ferroviaire. Du côté des inté- fi lière. grateurs de systèmes, on observe la Né en 1966 à Stuttgart (Allemagne), Michael croissance rapide de constructeurs comme Force est de constater que bon nombre Clausecker a étudié l’économie d’entreprise le Suisse Stadler et les Espagnols CAF d’entre nous (gestionnaires et acheteurs, et débuté sa carrière chez Daimler-Benz pour (Construcciones y Auxiliar de Ferrocarri- par exemple) viennent de l’automobile. rejoindre ensuite l’Office allemand de la les) et Talgo, qui comptent sur des four- privatisation. En 1993, il est nommé directeur général de la DWA (Deutsche Waggonbau nisseurs indépendants de technologies Le ferroviaire se différencie de l’automo- AG), société rachetée en 1998 par de traction et de propulsion. Et là encore, bile notamment par la taille des lots sur Bombardier Transport et devenue depuis le ABB est, pour ainsi dire, une « locomoti- lesquels nous travaillons, qui tendent à chef de file des constructeurs européens de ve » du secteur. ABB joue aussi un rôle être beaucoup plus petits. Nous compen- véhicules ferroviaires pour le transport de fret. En 1999, M. Clausecker est nommé moteur en dotant le marché ferroviaire de sons cela par la normalisation et la réali- responsable de division chez Siemens solutions techniques et d’une stratégie sation de plates-formes, deux stratégies Erlangen et Munich, en charge de l’activité globale qui aident les entreprises euro- que l’on retrouve aussi dans la construc- Locomotives pour le monde entier, puis, en péennes d’expérience à proposer leurs tion automobile. Nous pouvons ainsi créer 2001, directeur général de l’association allemande de l’industrie ferroviaire (VDB). technologies sur un marché mondialisé. des plates-formes de produits que nous Depuis début 2007, il est directeur général ne vendons plus dans un seul pays mais de l’UNIFE. M. Clausecker est titulaire d’un J.-L. F. Tout à fait. Nous sommes à même parfois dans le monde entier. La recette ? MBA de l’Open University du Royaume-Uni. de soutenir nos partenaires en Europe Une conception plus polyvalente qui per- mais aussi de faire équipe avec eux, met de s’adapter à différents standards et notam ment en Chine. Dans ce pays, nous confi gurations ; bien sûr, la normalisation Jean-Luc Favre, responsable des activités avons commencé à travailler avec Alstom internationale est aussi un objectif qui Rail du groupe ABB et directeur général en 2004, qui avait besoin de nos transfor- mérite d’être poursuivi. Nous voyons de d’ABB Sécheron mateurs de traction fabriqués sur place ; plus en plus de pays dans le monde co- il est devenu depuis un partenaire privilé- pier ou utiliser les référentiels que nous gié. avons mis sur pied d’un commun accord, en Europe ; d’où l’importance de nos tra- ABB est un grand groupe diversifi é qui vaux et initiatives dans ce sens. La Chine, s’appuie sur des activités Énergie et Auto- par exemple, a adopté bon nombre de matisation d’envergure mondiale, confor- nos normes ferroviaires comme le systè- tées par une longue expérience dans un me unique ERTMS 3 de signalisation et de large éventail de domaines d’expertise. contrôle-commande des trains à grande Voyez-vous des secteurs dans lesquels le vitesse. À cela deux raisons : c’est à la ferroviaire peut bénéfi cier de ce capital de fois la spécifi cation la plus aboutie du connaissances ? domaine et celle qui rallie un grand nom- J.-L. F. Sans aucun doute. Prenons bre de fournisseurs et équipementiers fer- Né en 1962 à Thonon-les-Bains, Jean-Luc l’exemple des moteurs de traction : quand roviaires du monde entier. Favre débute sa carrière d’ingénieur nous avons décidé de réaliser un nouveau électricien au sein de l’entreprise BBC. Après produit, nous pouvions puiser dans la un passage de trois ans chez IBM, il est nommé responsable de l’activité Transforma- technologie et l’activité Moteurs d’ABB, Michael Clausecker, directeur général de l’UNIFE teurs d’ABB Sécheron. En 2001, il devient qui représente 2 milliards de dollars. De Jean-Luc Favre, responsable des activités Rail du directeur général de l’entreprise genevoise même, nous bénéfi cions d’un noyau de groupe ABB et directeur général d’ABB Sécheron puis, en 2005, responsable des activités fournisseurs mondial. Nous avons recours Propos recueillis par Andreas Moglestue, Rail d’ABB. Jean-Luc Favre est diplômé de l’École aux mêmes fournisseurs et aux mêmes rédacteur en chef de la Revue ABB Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). usines ABB, que ce soit pour les moteurs [email protected] industriels ou les moteurs de traction. Idem pour les transformateurs ou les convertisseurs. Note 3 European Rail Traffi c Management System

Face à face pour une mobilité durable 13 La grande vitesse en première ligne

Équipements de traction et de conversion ABB

PASCAL LEIVA, MELANIE NYFELER – La mobilité revêt de plus en plus d’importance. Ne faut-il pas souvent parcourir des centaines de kilomètres pour ses déplacements professionnels ou privés, d’une métropole ou d’une région à l’autre ? Cet allongement des distances met à rude épreuve le transport routier, ferroviaire et aérien. Confrontés à la nécessité de réduire les émissions de carbone et de désengorger la route et le ciel, de nombreux pays sont amenés à revoir leurs politiques de transport. Des études montrent en effet qu’un voyage en train produit 3 à 4 fois moins de CO2 que le même trajet effectué en avion ou en voiture 1. Dans ces conditions, le train à grande vitesse (TGV) concurrence avantageusement les vols courts.

14 revue ABB 2|10 13 469 km de lignes à grande vitesse sont en construction, et 17 579 km en projet ; en 2020, le réseau ferroviaire mondial pourrait en totaliser 41 787 km.

artout, la grande vitesse (GV) à 220 km/h. Les TGV se singularisent d’essai électrifiée en triphasé, prouvant rapproche les villes : l’Eurostar, par : l’aptitude de la traction électrique à la par exemple, a ramené le tra- – l’emploi de « rames automotrices » grande vitesse. En 1955, une campagne P jet transmanche Paris-Londres plutôt que la composition classique d’essais menée en France permet de à 2 h 15 et représente aujourd’hui 70 % « locomotive-ligne de train », avec de battre le record du monde à 331 km/h. du trafic entre les deux capitales [1], tan- meilleurs rapports puissance-masse, Précisons que le matériel roulant tout dis qu’en Espagne, la liaison Madrid- une aérodynamique, une fiabilité et comme les installations fixes (caténaires, Barcelone relie les deux villes en 2 h 30 une sécurité accrues, etc. ; voie, etc.) étaient basés sur les équipe- et accapare 50 % du transport inter- – le recours à des lignes construites ments classiques utilisés au quotidien urbain. Un succès que ne démentent spécialement pour la GV, au moins sur par la SNCF. Ces essais ont démontré pas les lignes à grande vitesse (LGV) une partie du trajet, et aptes à endurer les marges de sécurité de la technologie Paris-Lyon, Paris-Bruxelles et Hambourg- ses conditions de service (section et la faisabilité de l’exploitation commer- Berlin, entre autres. Soucieux de ne pas transversale, tracé et qualité de la ciale des TGV. manquer le coche, les pouvoirs publics voie, caténaire, alimentation électri- du monde entier cherchent donc à inves- que, environnement particulier, etc.). Néanmoins, les vitesses atteintes en ser- tir dans la grande vitesse ferroviaire. Pour autant, les TGV peuvent aussi vice régulier restaient bien inférieures, les rouler sur des rails classiques (dans trains les plus rapides plafonnant à La barre des 250 km/h certaines limites [2]), ce qui allège les 160 km/h ➔ 1. De fait, la paternité de la La grande vitesse a de nombreux avan- programmes d’investissement ou GV « moderne » revient au train japonais tages : elle raccourcit les temps de par- permet d’échelonner les travaux ; Shinkansen. Lors de son inauguration, cours, accroît les fréquences, le confort, – l’utilisation de systèmes de signalisa- en 1964, sur les 515 km de la ligne la sécurité et la fiabilité des trains, réduit tion évolués, y compris en cabine de Tokyo-Osaka, il atteint la vitesse maxi- l’impact sur l’environnement. L’Union conduite. Internationale des Chemins de fer (UIC) la situe au-delà de 250 km/h, la vitesse Tour du monde de la grande vitesse Note 1 Pour calculer l’impact environnemental de pointe commerciale des trains cir- Dès 1903, la vitesse de 210 km/h est d’un voyage en Europe, consultez culant sur voies classiques étant de 200 atteinte en Allemagne, sur une ligne www.ecopassenger.org.

La grande vitesse en première ligne 15 L’atout écologique du rail 1 L’essor de la grande vitesse ferroviaire

5,0 4,7 120 600 4,5 98 4,0 100 500 3,5 85 80 400 3,0 2,4

2,5 (kg) 2 (tonnes) 60 300 2 2,0 CO CO

1,5 40 Vitesse (km/h) 200 1,0 26 0,6 0,5 20 100 0,0 Camion Train Voie 0 0 EURO4 fluviale Voiture Train Avion 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Année Émissions de CO2 par mode de transport CO2 (Trafic marchandises : 100 t sur 700 km, (Trafic voyageurs : 2 personnes sur 545 km, Vitesse record de Bâle à Rotterdam) de Berlin à Francfort) Vitesse commerciale en service régulier Source : www.ecotransit.org (2008)

male de 200 km/h, puis 210 km/h l’année RFF 2 et Alstom Transport établissaient le Infrastructures suivante. Ce tronçon historique demeure record mondial de vitesse sur rail à près ABB conçoit, développe, construit et l’une des navettes à grande vitesse les de 575 km/h, sur la nouvelle LGV Est met en service des produits, systèmes et plus fréquentées au monde, transportant européenne, dans le sens Strasbourg- solutions complets d’alimentation élec- plus de 360 000 voyageurs par jour. Paris. trique ferroviaire. Il fournit toute une Aujourd’hui, les rames Shinkansen filent gamme de sous-stations abritant l’appa- à 300 km/h et pourraient bientôt rouler L’Espagne, de son côté, entend bien reillage et les outils d’analyse de défauts encore plus vite. surpasser le réseau GV français en ter- nécessaires. Son portefeuille englobe : mes de longueur. Son ambition ? Desser- – des produits pour l’alimentation en En 1981, la France inaugure son premier vir, d’ici à 2020, 90 % de la population énergie des engins de traction ; TGV sur la ligne Paris-Lyon, longue de espagnole habitant à moins de 50 km – des sous-stations de traction pour les 417 km. De 260 km/h au départ, sa d’une gare grâce à ses trains AVE (Alta lignes électrifiées en alternatif et vitesse maximale est portée par paliers Velocidad Española), à la vitesse maxi- continu ; successifs à 320 km/h. Le réseau à male de 350 km/h. – des convertisseurs de fréquence grande vitesse de l’Hexagone s’étend statiques ; La grande vitesse ferroviaire est donc – des systèmes de maintien de la pleinement opérationnelle en Belgique, qualité de la fourniture électrique ; ABB a noué des en France, en Allemagne, en Italie, au – des systèmes de gestion de réseau ; Royaume-Uni, à Taiwan, au Japon, en – des systèmes d’analyse et de partenariats straté- Corée et aux États-Unis. Des chantiers simulation dynamique de l’alimenta- sont en cours en Chine, en Iran, aux tion électrique. giques avec de Pays-Bas et en Turquie tandis que des nombreux construc- projets sont à l’étude en Argentine, au Convertisseurs statiques Brésil, en Inde, au Maroc, en Pologne, Une grande part de l’énergie électrique teurs de matériel au Portugal, en Russie et en Arabie utilisée en traction ferroviaire est prélevée Saoudite. En 2009, on dénombrait à sur le réseau général de transport triphasé roulant comme l’échelle mondiale 10 739 km de LGV à de chaque pays. Néanmoins, pour des Alstom, Bombardier, 250 km/h ou plus, et quelque 1 750 ra- raisons historiques, l’électrification ferro- mes en service [3] ; 13 469 km de lignes viaire a souvent adopté une fréquence CAF, Siemens, supplémentaires sont en construction, et spéciale, différente de l’alimentation ; 17 579 km programmées. Le réseau à d’où le rôle pivot de la chaîne de conver- Skoda et Stadler. grande vitesse planétaire pourrait aligner sion intégrant les dernières innovations 41 787 km d’ici à 2020 [4]. de l’électronique de puissance ➔ 3. aujourd’hui sur quelque 1 900 km : c’est ABB est un fournisseur de premier plan Compensation parallèle de puissance le plus long d’Europe. Des travaux sont de l’industrie ferroviaire depuis plusieurs réactive prévus pour atteindre les 4 000 km à décennies. Fort de son expertise dans Les systèmes de traction modernes exi- l’horizon 2020. En avril 2007, la SNCF, les domaines de l’énergie et de l’auto- gent beaucoup des réseaux électriques. matisation, le Groupe contribue au pro- L’alimentation ferroviaire en monophasé grès du matériel roulant et des infra- est habituellement obtenue à partir de la Note structures avec des solutions fiables et tension entre deux phases du système 2 Réseau Ferré de France : gestionnaire des infrastructures ferroviaires françaises (voies, économiques. triphasé, ce qui peut entraîner un impor- gares, etc.) tant déséquilibre dans un réseau qui

16 revue ABB 2|10 2 Des transformateurs en Espagne 3 Projets de convertisseurs de fréquence statiques

ABB a remporté le contrat de fourniture de tous les transformateurs destinés à équiper ABB réalise en ce moment le plus gros et le les sous-stations de Baro de Viver, Riudare- plus puissant convertisseur statique au nes et Santa Llogaia sur le tronçon Barce- monde (413 MW), en partenariat avec la lone-Figueres de la future LVG Madrid-Barce- société allemande E.ON Kraftwerke GmbH, lone-Frontière française. pour raccorder le réseau national en 50 Hz au réseau ferroviaire en 16 Hz. Le programme de Le contrat, attribué par le consortium livraison devrait s’achever en 2011. D’autres SILFRA-SUD associant Siemens et Inabensa, exploitants ferroviaires ont déjà bénéficié de stipule 4 transformateurs de 60 MVA, la fourniture ABB, tels les chemins de fer 405/27,5 kV fabriqués par l’usine ABB de allemands (8 unités de 15 MW alimentant à Cordoue et 2 transformateurs de 60 MVA, Limburg la LGV Cologne-Francfort), 220/27,5 kV de fabrication ABB Bilbao, autrichiens et suisses. toujours en Espagne. Pour en savoir plus, lire « À convertisseurs Depuis 1990, ABB a livré au total 85 transfor- statiques, performances dynamiques », p. 42. mateurs de grande traction dans toute la péninsule ibérique. C’est aussi le fournisseur privilégié d’un contrat-cadre signé avec ADIF (gestionnaire des infrastructures ferroviaires espagnoles) pour 52 unités supplémentaires jusqu’en 2014.

n’est pas bâti à l’origine pour cette ponc- Matériel roulant d’électrification européens (parfois au tion monophasée. Les constructeurs de TGV améliorent en sein même d’un pays). permanence leur offre pour répondre aux ABB propose différentes solutions pour exigences croissantes de performance, L’AGV d’Alstom ➔ 4, qui a battu le record maintenir la qualité de la fourniture électri- de rendement énergétique et de fiabilité ; mondial de vitesse à 575 km/h en avril que. Les compensateurs statiques de la et cette quête d’excellence se répercute 2007, était équipé d’un transformateur famille des SVC (Static Var Compensator) également sur leurs fournisseurs ! Ces de traction ABB. Le Groupe fournit éga- ou STATCOM (STATic COMpensator), dernières années, placés en parallèle sur le circuit à ABB a élargi son compenser, mettent à profi t des semi- domaine d’experti- L’AGV qui battit le record conducteurs de puissance pour régler en se aux transforma- dynamique la production ou la consomma- teurs de traction : mondial de vitesse à tion de réactif. Entièrement commanda- il est aujourd’hui 575 km/h, en avril 2007, bles, tant à l’amorçage qu’à l’extinction, numéro un mon- ils compensent les transitoires de tension dial du secteur. Le embarquait un transformateur les plus rapides et protègent le réseau Groupe a conclu des graves fl uctuations de tension. Ils des alliances stra- de traction ABB. peuvent aussi maintenir le plan de tension tégiques avec des du réseau et relever sa limite de stabilité, constructeurs com- augmentant sa capacité de transit, sa me Alstom, Ansaldo Breda, Bombardier, lement Siemens (trains Velaro) ➔ 5 et robustesse, sa fl exibilité et sa prédictibilité. CAF, Siemens, Skoda et Stadler. Plu- Bombardier (ZEFIRO) ➔ 6. sieurs types de transformateurs de trac- Quatre SVC équipent le tronçon à grande tion ont été conçus et fournis à pratique- Les nouvelles configurations du marché vitesse reliant la sortie du tunnel sous la ment tous les équipementiers ferroviaires ont abouti à la situation suivante : si les Manche à Londres ; chacun des trois du monde. trains à grande vitesse classiques tels points d’alimentation est soutenu par un que l’ICE1 allemand et le TGV français SVC, côté traction du transformateur, le Transformateurs de traction sont équipés de motrices attelées aux quatrième assurant l’équilibrage de la Le transformateur est un maillon essentiel extrémités de la rame, les trains de nou- charge (cf. « Connaissances FACTuel- de la chaîne de traction à bord du train ; il velle génération comme le Velaro et les », p. 35). doit remplir trois grandes exigences : l’AGV ont une motorisation répartie sur – faire preuve d’une exceptionnelle toute leur longueur, ce qui améliore la Transformateurs fiabilité puisque c’est le seul point de distribution des masses et l’adhérence Un TGV peut prélever beaucoup d’éner- transfert d’énergie entre caténaire et sur le rail, la puissance requise par essieu gie du système électrique, surtout à l’ac- moteurs ; étant moindre. De plus, en logeant tous célération. Les transformateurs conver- – être le moins lourd et le moins les équipements de traction (transforma- tissent la tension réseau en tension volumineux possible ; teurs, convertisseurs, moteurs et appa- d’alimentation des moteurs de trac- – s’accommoder des disparités de reillage de commande) sous la caisse, tion ➔ 2. tension et de fréquence des systèmes quasiment tout l’espace est libéré pour

La grande vitesse en première ligne 17 4 Mutation accélérée : l’AGV 5 TGV nouvelle génération : le Velaro 6 Des commandes à foison

Le 3 avril 2007, la « rame du record », fruit de En juin 2009, Siemens Mobility décide En septembre 2009, Bombardier Transport la collaboration SNCF-RFF-Alstom Transport, d’équiper de transformateurs ABB son train annonce que sa coentreprise chinoise, atteint 574,8 km/h sur une section d’essai phare, le Velaro, pour le compte de la Bombardier Sifang (Qingdao) Transportation de la LGV Est européenne, préfigurant la Deutsche Bahn. Ltd., a été choisie pour livrer 80 trains à très nouvelle génération d’« Automotrices à grande vitesse ZEFIRO (380 km/h) au réseau Grande Vitesse » (AGV) de la SNCF, promises Chaque rame de 8 remorques sera pourvue ferroviaire du pays en pleine croissance à des vitesses commerciales de 360 km/h : de 2 transformateurs de traction dont les (cf. « Révolution chinoise », p. 19). Là encore, un exploit dû à l’allégement du train d’Alstom enroulements secondaires servent également ABB Sécheron fournira les transformateurs (395 t pour une rame entière, comparée aux d’inductances de ligne aux convertisseurs de de traction. 430 t du TGV) qui a largement eu recours aux puissance, lorsque le train est alimenté en composites et à l’aluminium. L’AGV est aussi courant continu (gain de masse). ABB Sécheron est aussi à l’origine des moins gourmande en énergie (– 15 %). transformateurs équipant les rames Pour en savoir plus, lire « Transformation à ultrarapides AVE (Alta Velocidad Española) La première rame entrera en service fin 2011 grande vitesse – Les transformateurs ABB des chemins de fer espagnols RENFE, pour le compte du nouvel opérateur privé équipent le train Velaro », Revue ABB, produites par Bombardier en collaboration transalpin NTV (Nuovo Trasporto Viaggiatori) 4/2009, p.64–67. avec Talgo (Talgo Bombardier 350 et Talgo qui en a commandé 25. Bombardier 250), ainsi que les ETR 500 de Photo Siemens l’opérateur italien TrenItalia. Photo Alstom Transport Photo Bombardier

les voyageurs : le gain de place peut 25 kV alternatif (au lieu du 3 kV continu dans les liaisons interurbaines ultrarapi- attein dre 20 %. Les transformateurs ABB classique), il a fallu adapter, de 2006 à des. Partout dans le monde, la grande des AGV et Velaro sont compatibles avec 2008, le parc d’ETR 500 3 kV à la double vitesse est en bonne voie ! les principales tensions et fréquences alimentation. En février 2006, les trains européennes. commencèrent leur service régulier à la vitesse commerciale de 300 km/h en Convertisseurs pointe, sur les nouvelles liaisons reliant ABB a fourni des convertisseurs de trac- Milan à Turin, Florence, Rome et Naples. tion pour le projet de modernisation de ABB aura ainsi fourni plus de 280 mo- Pascal Leiva teurs de traction pour l’ETR 500 (cf. « Le ABB Sécheron Ltd. moteur de traction se standardise », Genève (Suisse) Fin 2010, 2 500 p. 66). [email protected]

TGV sillonneront le Un marché sur la voie rapide Melanie Nyfeler monde à plus de Au vu des commandes et livraisons en ABB Communication cours, 2 500 TGV fonçant à plus de Baden (Suisse) 200 km/h. 200 km/h seront mis sur les rails du [email protected] monde entier, d’ici à la fin 2010. La Chine possède à elle seule près de 10 000 km l’ICE1 des chemins de fer allemands de nouvelles LGV en construction et Bibliographie Deutsche Bahn (cf. encadré 8, p. 76). 3 000 km supplémentaires en projet [4]. [1] Crumley, B., « Working on the Railroad », Time L’Europe occidentale reste en course : la Global Business, 8 juin 2009. Moteurs France et l’Allemagne vont bientôt rem- [2] Glover, J., « Global insights into high speed rail », Modern Railways, novembre 2009. ABB est membre du consortium italien placer leurs TGV de première génération. [3] High speed rail – Fast track to sustainable Trevi (TREno Veloce Italiano) qui associe Les développements de la grande vitesse mobility, UIC, janvier 2009. Alstom, Bombardier et les fabricants ferroviaire en Europe de l’Est, Amérique [4] Barrón, I., High speed lines in the world, UIC transalpins Ansaldo Breda et Firema pour du Sud et Afrique du Nord prennent aussi high speed department, mis à jour le 14 juin 2009. réaliser l’ETR 500, version italienne des le train de la croissance. Aux États-Unis, [5] Wolf, A., « Demand for high-speed trains TGV. L’opérateur national Trenitalia ayant le président Barack Obama s’est engagé continues to rise », International Railway décidé d’électrifier ses nouvelles LGV en à injecter en 5 ans 13 milliards de dollars Journal, avril 2009.

18 revue ABB 2|10 Révolution chinoise Les technologies ABB dotent la Chine du plus moderne et plus rapide réseau ferroviaire au monde

CÉCILE FÉLON, FRÉDÉRIC RAMELLA, HARRY ZÜGER – Le rail est serre. Pour y remédier, le gouvernement chinois a massive- peut-être le moyen de transport de biens et de personnes le ment investi depuis 2004 dans la modernisation du réseau plus utilisé en Chine, même si ses trains ont longtemps été ferré classique et la construction de dizaines de milliers de lents et très inconfortables. Par ailleurs, en raison de l’étendue kilomètres de lignes de voyageurs à grande vitesse. De du pays, des millions de Chinois n’avaient tout simplement pas nombreuses technologies chinoises et d’origine étrangère, accès au chemin de fer. Le boom économique des dernières dont celles d’ABB, participent au déploiement d’un réseau décennies a modifi é la donne et encouragé l’ouverture de la qu’envieront bien des pays lorsqu’il sera achevé. ABB est le Chine afi n de poursuivre son développement et son essor principal fournisseur d’équipements électriques pour la commercial. Cette croissance a permis l’émergence d’une traction ferroviaire chinoise, notamment des transformateurs classe moyenne nettement plus aisée que les générations et appareils de commutation et sectionnement. Les atouts du précédentes. Revers de la médaille : beaucoup ont troqué la Groupe et son leadership technologique sont reconnus dans bicyclette pour l’automobile, avec pour corollaires la saturation le monde entier par ses partenaires de l’industrie ferroviaire, du trafi c et l’intensifi cation des émissions de gaz à effet de comme l’illustrent les projets présentés dans cet article.

Révolution chinoise 19 1 Le train ZEFIRO de Bombardier fonce à la vitesse de 380 km/h (photo Bombardier).

D’ici là, la Chine construira pour le trans- cipent à la dynamique de construction port de voyageurs 8 artères ferroviaires du chemin de fer et du métro chinois. (4 dans l’axe nord-sud et 4 dans l’axe est-ouest) et des réseaux interurbains Mutation pour desservir les régions développées à Des produits novateurs et renommés, tel forte densité de population, soit un total que le transformateur de traction ABB, u fil des ans, des pays tels de 18 000 km de LGV ; près des trois- équipent de nombreuses locomotives et que le Japon, l’Italie, la France, quarts (13 000 km dont 8 000 empruntés rames automotrices électriques chinoi- l’Allemagne, l’Espagne et la par des trains roulant à 350 km/h) de- ses. Leur grande capacité, leur compa- A Corée du Sud ont développé vraient être achevés en 2012 [1]. cité, leur légèreté et leur haute résistance des réseaux ferroviaires ultrarapides. Ce mécanique et thermique sont garantes « club de la grande vitesse » est aujourd’hui d’une fiabilité hors pair. Ces maillons es- rejoint par la Chine qui a inauguré, en Le gouvernement sentiels de la chaîne de traction contri- décembre 2009, le train de tous les buent aussi au rendement énergétique records : propulsé à 350 km/h en vitesse chinois a massive- du rail. de pointe, ce TGV parcourt la ligne la plus longue de la planète (1 068 km), traver- ment investi depuis Les transformateurs de traction ABB ont sant les provinces du Hunan et du Hubei 2004 dans la investi le marché ferroviaire chinois en pour relier Wuhan, au centre du pays, 2004 avec les trains Regina du construc- à Guangzhou, sur la côte sud, en 3 h modernisation teur Bombardier, plus connus en Chine seulement (au lieu de 10 h 30) ! sous l’appellation « CRH1A » et « CRH1B 1 ». du réseau ferré ABB a fourni les transformateurs de ces Ce n’est là qu’un exemple du succès classique et la rames automotrices 2 qui peuvent attein- continu de l’ambitieux programme chinois dre 250 km/h en service régulier. En sep- de déploiement rapide des lignes à grande construction de tembre 2009, Bombardier Sifang Power vitesse (LGV). Sous la double poussée de est encore choisi par le ministère chinois son expansion économique et démogra- milliers de kilo- des Chemins de fer pour livrer 80 trains à phique, l’essor de la Chine va obligatoire- mètres de lignes très grande vitesse ZEFIRO-380 3 ➔ 1. Au ment de pair avec la mise en place d’un total, 1 120 rames seront construites réseau ferré adapté et rapide : lorsque les voyageurs à grandes lignes seront achevées à l’hori- Notes zon 2020, le réseau à grande vitesse grande vitesse. 1 Les trois lettres « CRH » désignent les trains à chinois sera le plus étendu, le plus rapide grande vitesse chinois ; le chiffre qui suit indique et le plus moderne au monde. le constructeur (1 = Bombardier, 3 = Siemens, par ex.) et la lettre (A, B . . .) ou le nombre, la Les TGV chinois s’appuient sur un large version du train. Le plan chinois de « développement du éventail de technologies tant nationales 2 Les rames CRH1 sont majoritairement réseau ferré à moyen et long terme » pré- qu’internationales. Pour sa part, ABB destinées aux chemins de fer de Guangshen voit plus de 120 000 km de lignes opéra- s’emploie à fournir, aujourd’hui comme pour remplacer tous les trains tirés par des locomotives entre Guangzhou et Shenzhen tionnelles en 2020, dont plus de 50 % à demain, des solutions de traction électri- (province de Guangdong). Certaines circulent double voie et plus de 60 % électrifiées. que à la pointe de l’innovation, qui parti- aussi sur la ligne Shanghai-Nanjing.

20 revue ABB 2|10 La fourniture à Alstom des transforma- 2 Transformateur de traction ABB équipant le TGV Velaro de Siemens Mobility. teurs de traction ABB destinés aux locomotives HXD2 et HXD2B illustre à nouveau la longue et fructueuse collaboration entre les deux entreprises ➔ 4. Bientôt, des transformateurs ABB équiperont aussi les locomotives électriques HXD2C d’Alstom.

L’appareillage sur les rails Les transformateurs ne sont pas les seuls produits de traction électrique d’ABB. Pour le projet de LGV Wuhan- Guangzhou, ABB a aussi fourni des appareils à isolation gazeuse ZX1.5-R 27,5 kV et ZX0 10 kV, ainsi que des ap-

pareils isolés au SF6 de la gamme SAFE, utilisés pour l’alimentation électrique du système de signalisation ferroviaire ➔ 5. Les ZX1.5-R sont des tableaux biphasés à simple jeu de barres, modulaires et pour sillonner les 6 000 km de nouvelles Alstom et CRC. La même année, ABB flexibles, spécialement conçus au centre LGV chinoises ; toutes embarqueront est encore choisi pour améliorer le trans- technique moyenne tension d’ABB Chine des transformateurs de traction ABB. formateur de traction de l’automotrice pour subvenir aux besoins de puissance CRH2-380 de Kawasaki, capable d’at- très pointus des LGV électrifiées chinoi- Les transformateurs ABB équipent éga- teindre 380 km/h. ses. Le faible encombrement de ces ap- lement certains TGV Velaro de Siemens pareils à isolation gazeuse, fabriqués par Mobility ➔ 2. Désignés « CRH3-380 », ces Transport de marchandises ABB Xiamen Switchgear Co. Ltd., auto- trains peuvent atteindre des vitesses L’amélioration et l’accélération du fret rise un gain de place qui peut atteindre commerciales de 380 km/h sur les lignes ferroviaire sont indispensables à la pour- 70 % par rapport à des produits classi- de voyageurs Beijing-Tianjin 4, Wuhan- suite de la croissance économique ques. L’isolation est assurée par l’hexa-

Guangzhou et Zengzhou-Xi’an. Les chinoise. C’est pourquoi le ministère des fluorure de soufre (SF6), gaz bien connu transformateurs sont fabriqués par ABB Chemins de fer s’efforce également, pour ses excellentes propriétés physi- Datong Traction Transformers Co. Ltd. 5 avec le concours d’ABB, d’augmenter la ques, notamment son pouvoir isolant. La (CNDAT), qui a remporté l’appel d’offres capacité de transport de marchandises maintenance réduite de ces appareils se de Tangshan Railway Vehicle Co. Ltd. en allongeant et modernisant l’ensemble traduit pour les clients ABB par une dimi- (TRC) et Changchun Railway Vehicles du réseau fret ➔ 3. nution de l’investissement total et des Co. Ltd. (CRC), deux des plus grands coûts d’exploitation. Leur déploiement constructeurs de matériel roulant En 2005, Alstom et DELC signent un dans les sous-stations électriques assu- chinois. contrat de 350 millions d’euros pour la rera une alimentation sûre et fiable de réalisation de 180 toute la ligne. locomotives élec- Le transformateur de traction triques à 8 essieux Des appareils en tous points semblables HXD2 6. Ces engins équipent aussi la LGV voyageurs Zheng- ABB, réputé pour ses inno- de traction, utilisés zhou-Xi’an de 485 km, qui permet une par la Daqin Rail- vitesse de pointe de 350 km/h. Le temps vations, équipe de nombreu- way Company Ltd., de parcours entre Zhengzhou, capitale ses locomotives et rames acheminent le char- de la province du Henan, et Xi’an, au bon vers les cen- nord-ouest du Shaanxi, a été ramené de automotrices électriques trales électriques 6 h à moins de 2 h. La ligne, qui fait par- chinoises. et les usines du pays. La première Notes HXD2 ou « BoBo », 3 Trains dérivés de la série Regina de Bombardier. sortie d’usine en 4 La mise en circulation des trois premières automotrices électriques atteignant 380 km/h, En 2009, ABB reçoit une commande décembre 2006, est arrivée à TianJing sur la ligne voyageurs Beijing-Tianjin, date de Datong Electric Locomotive Co. Ltd en janvier 2007. La même année, ces d’avant les Jeux olympiques de Beijing en (DELC) pour assembler les transforma- deux sociétés concluent un autre contrat 2008. teurs de traction du CRH2 (variante du de 1,2 milliard d’euros pour la fourniture 5 Coentreprise d’ABB Chine et de Datong Electric Locomotive Co. Ltd, créée en 2005. Shinkansen E2 1000 japonais) et fabri- de 500 locomotives électriques à 6 essieux 6 Locomotive considérée à ce jour comme le quer les transformateurs des automotri- HXD2B, surnommées « CoCo » en Chine, plus puissant (10 000 kW) et le plus rapide ces électriques CRH5 construites par et conçues par Alstom. (120 km/h maxi) engin de fret lourd en Chine.

Révolution chinoise 21 3 Dates et faits chiffrés sur le trafic fret et 4 Locomotive électrique HXD2B d’Alstom (photo Alstom Transport) voyageurs en Chine

– En 2007, quelque 33 300 trains de marchandises ont transporté quotidiennement près de 3,3 milliards de tonnes de fret. − Chaque année, le transport de charbon, de fer et de produits alimentaires… augmente d’environ 200 millions de tonnes. − En 2008, 68 nouveaux projets ont été lancés pour déployer 11 306 km de lignes fret et voyageurs. − Fin 2008, la Chine comptait 18 437 locomotives, dont 6 305 électriques. − Fin 2009, son réseau ferroviaire s’étendait sur 86 000 km ; en 2012, il devrait atteindre 110 000 km.

tie de l’axe est-ouest reliant Xuzhou dans (Ring Main Units) et des modèles de Pour le projet de la province du Jiangsu et Lanzhou dans sous-stations électriques en armoire, le Gansu, est en service depuis février spécialement conçues pour le rail. Par LGV Wuhan- 2010 [2]. Outre les projets de LGV voya- ailleurs, des techniciens ABB expérimen- geurs Wuhan-Guangzhou et Zhengzhou- tés assureront régulièrement les cours. Guangzhou, ABB Xi’an, ABB a également pris part à la Après sa mise en place, le centre sera a fourni des trans- réalisation des lignes Wuhan-Hefei, rattaché à l’unité de formation Traction Shanghai-Hangzhou, Shanghai-Nanjing, électrique de l’université et lui servira de formateurs de Ningbo-Taizhou-Wenzhou, Wenzhou-Fuz- centre de recherche technique. hou, Fuzhou-Xiamen et Guangzhou- traction et des Shenzhen-Hong Kong. Dans le secteur Selon Pierre Comptdaer, vice-président appareils à isola- des transports urbains, ABB a participé d’ABB Chine, « ABB [. . .] coopère étroi- aux chantiers du métro et du tramway de tement avec un certain nombre d’univer- tion gazeuse Beijing, Shanghai, Guangzhou, Shen- sités chinoises. Non seulement le parte- zhen, Nanjing et Changchun. nariat avec les meilleures universités du ZX1.5-R 27,5 kV pays stimulera l’innovation au sein du et ZX0 10 kV, ainsi Partage de connaissances Groupe, mais il contribuera à promouvoir En janvier 2010, ABB a annoncé son inde nouveaux talents qui œuvreront au que des appareils tention de créer un centre de formation développement de nombreuses filières ABB consacré à l’électrification ferro- industrielles. » Des propos confirmés par isolés au SF6 de la viaire, en partenariat avec l’université Chen Feng, vice-président de l’université gamme SAFE. Jiaotong de Beijing 7 ➔ 6. Doté d’un équi- Jiaotong : « Cette coopération dans l’en- pement complet et moderne de traction seignement des techniques d’électrifica- électrique offert par ABB, cet organisme tion ferroviaire encourage la formation accompagnera le développement de la professionnelle tout en améliorant notre grande vitesse chinoise, grâce à son en- capacité à mener une recherche de seignement, sa recherche scientifique et pointe. Le centre nous aidera [. . .] à sou- son matériel pédagogique mis à la dis- tenir le développement rapide de la position tant du personnel technique du construction ferroviaire chinoise. » ministère des Chemins de fer que des enseignants et étudiants de l’université. Ce n’est pas la première fois qu’ABB tra- Il organisera également des échanges de vaille avec une université chinoise. Le technologies de pointe avec d’autres Groupe a toujours soutenu la formation instituts. de techniciens hautement qualifiés en

L’accord prévoit qu’ABB offrira des équi- Note pements de traction électrique ultramo- 7 Placée sous la tutelle du ministère de l’Éduca- tion, l’université est une école de formation dernes, notamment des appareils à iso- officielle du ministère des Chemins de fer, lation gazeuse, des disjoncteurs à vide, réputée pour ses innovations dans les des unités de distribution en anneau techniques ferroviaires.

22 revue ABB 2|10 5 Tableau à isolation gazeuse MT ZX1.5-R 6 ABB et l’université Jiatong montent une 7 Certification IRIS d’ABB pour applications ferroviaires formation à l’électrification ferroviaire.

Les produits d’ABB Sécheron, centre d’excellence ABB pour les équipements de traction ferroviaire, et d’ABB Datong Traction Transformers Co. Ltd. sont certifiés IRIS (International Railway Industry Standard). Créée par l’Union des Industries Ferroviaires Européennes UNIFE, cette norme de qualité, reconnue dans le monde entier, bénéficie du soutien d’intégrateurs de systèmes, de constructeurs de matériel (Bombardier, Siemens Mobility, Alstom, Ansaldo Breda, etc.) et d’opérateurs.

Pour en savoir plus, lire « Face à face pour une mobilité durable », p. 8.

Pierre Comptdaer, vice-président d’ABB Chine (à gauche), et Chen Feng, vice-président de l’université pékinoise Jiaotong (à droite)

Chine. En 2008, par exemple, il crée le sident de China Southern Airlines, pre- centre de formation ABB aux technolo- mière compagnie aérienne du pays par gies de l’énergie à l’université de Tongji la taille de sa flotte, « le TGV étant plus (Shanghai) et fournit un ensemble com- pratique, plus ponctuel et plus sûr, les plet de produits pour les postes de trans- parts de marché des compagnies aé- formation et l’automatisation des lignes riennes risquent de s’éroder » [3]. Par d’alimentation, ainsi que des équipe- ailleurs, un réseau ferroviaire de qualité ments de base (appareils électriques, peut accélérer et étendre le développe- RMU, produits d’extérieur, etc.) pour ment économique à tout le pays. améliorer l’enseignement et la recherche. ABB collabore également à divers pro- Le succès d’ABB sur le marché chinois jets de recherche avec l’université de résulte de l’étroite coopération entre ABB Sécheron et ABB Datong ➔ 7. Le centre de formation ABB Le premier est nu- méro un mondial consacré à l’électrification de la conception, ferroviaire, en partenariat de la recherche- développement, du avec l’université Jiaotong de marketing, de la Cécile Félon commercialisation Frédéric Ramella Beijing, accompagnera le et de la mainte- Harry Züger développement de la grande nance des produits ABB Power Products d’ali men ta tion élec- Genève (Suisse) vitesse chinoise. trique ferroviaire, [email protected] tandis que le se- [email protected] cond est le pôle [email protected] Tsing-Hua, la North China Electric Power spécialisé dans la fabrication de trans- University, l’université de Tianjin, l’uni- formateurs de traction pour le chemin de versité Jiaotong de Shanghai et l’univer- fer chinois. ABB prend actuellement po- Bibliographie sité de Chongquing. sition sur le segment des rames automo- [1] High-speed rail in China, http://en.wikipedia. trices électriques pour devenir le fournis- org/wiki/High-speed_rail_in_China, consulté Les bons aiguillages seur privilégié de produits et systèmes le 2 mars 2010. [2] « Zhengzhou-Xi’an high-speed train starts L’amélioration des liaisons ferroviaires de puissance sur le marché en pleine operation », China Daily, 6 février 2010, rendra sans aucun doute le réseau à croissance des trains de banlieue. http://www.chinadaily.com.cn/regio- grande vitesse chinois accessible à un nal/2010-02/06/content_9439243.htm, nombre croissant de voyageurs. Bientôt, consulté le 2 mars 2010. [3] « China’s dashing new trains », The Economist, les trajets en TGV seront vraisemblable- 4 février 2010, http://www.economist.com/ ment aussi rapides qu’en avion et deux blogs/gulliver/2010/02/high-speed_rail_china, fois moins chers ! Selon Si Xianmin, pré- consulté le 2 mars 2010.

Révolution chinoise 23 Feu vert pour les chemins de fer indiens ABB contribue à la modernisation du rail indien

LALIT TEJWANI – Depuis les débuts du chemin de fer indien, et par là même asiati- que, à Bombay en 1853, le réseau s’est considérablement développé : il s’étend aujourd’hui sur plus de 64 000 km et transporte près de 2,5 millions de tonnes de fret et 19 millions de voyageurs par jour. Cet article présente certaines évolutions qui permettront au rail indien de relever les déﬁ s de demain, de gagner en efﬁ ca- cité et de mieux protéger l’environnement, grâce aux technologies ABB.

24 revue ABB 2|10 1 Électrification du réseau ferroviaire indien au 31 mars 2009

État de l’électrification du réseau Indien

Nombre de km au 31/3/2009

1 Tronçon déjà électrifié au 31/3/2009 18 942 2 Objectifs (Core) 2009 – 2010 1 238 3 Objectifs (Core) 2010 – 2011 1 000 4 Travaux en cours (Core), (2 & 3 incl.) 3 836 5 Travaux avec RVNL / Réseau zonal 1 448 6 Liaisons manquantes / Corridors identiﬁ és 14 702 7 Corridor fret dédié 3 293 8 Artère fret dédiée 1 742

a société des chemins de fer i ndiens IR (Indian Railways) est à Progression planifiée de l’électrification des chemins de fer Indiens (premier train électrique : 3/2/1925) la tête de l’un des plus grands Plan et Avant Plan Plan Plan 9ème 10ème 11ème période indép. 1er 2ème 3ème annuel 4ème 5ème inter. 6ème 7ème inter. 8ème 1997- 2002- jusqu’au réseaux ferroviaires de la planète. 1925-47 1951-56 1956-61 1961-66 1966-74 1969-74 1974-78 1978-80 1980-85 1985-90 1990-97 1992-97 2002 2007 31/3/2009 km de voies L 388 141 216 1 678 814 953 533 195 1 522 2 812 1 557 2 708 2 484 1 810 1 299 Entreprise publique, c’est aussi le premier électrifiées employeur au monde, avec quelque 1,4 Cumul 388 529 745 2 423 3 237 4 190 4 723 4 918 6 440 9 252 10 809 13 517 16 001 17 811 18 942* million de salariés. La gestion des opéra- * Démantèlement de 168 km de voies métriques électrifiées Source : http://www.core.railnet.gov.in/_MapElectrificationofIR_eng.htm tions courantes est assurée par le Railway Board. Cas unique dans l’univers du rail, IR est à la fois exploitant du réseau ferré et est le mode de transport ferroviaire le plus Si les premiers tronçons ont été électrifi és constructeur de matériel roulant, fabri- effi cace sur le plan énergétique. Depuis la en courant continu (CC), depuis les années quant près de 3 000 véhicules ferroviaires mise en circulation du premier train électri- 1950, le courant alternatif (CA) monophasé et 500 locomotives diesel ou électriques que à Bombay en 1925, l’électrifi cation du 25 kV 50 Hz a été adopté pour tous par an, ainsi que des équipements straté- réseau indien a considérablement pro- les nouveaux projets. IR prélève l’électri- giques de la chaîne de traction tels que gressé : au 31 mars 2009, 18 942 km de cité des réseaux régionaux triphasés roues, essieux et moteurs. voies étaient électrifi és, soit 28 % de l’en- 220/132/110/66 kV à 50 Hz pour fournir, Au 31 mars 2008, IR disposait de 47 375 semble du réseau national. À présent, après conversion, l’énergie de traction voitures de voyageurs, rames automotri- l’objectif est d’électrifi er 1 500 km de lignes nécessaire à ses trains via des lignes ces électriques 1 comprises. Quelque 8 400 existantes chaque année ➔ 1. de contact aériennes. Actuellement, IR locomotives sont aujourd’hui en service, Sur les grandes lignes, l’électrifi cation per- consomme plus de 2 000 MW, principale- dont 3 400 électriques. La traction électri- met de transporter du fret plus lourd et ment par l’intermédiaire d’un réseau natio- que assure plus de 65 % du trafi c fret et d’augmenter la vitesse des trains de voya- nal de 400 sous-stations de traction. plus de 50 % du trafi c voyageurs. geurs. Grâce à leur grande capacité d’ac- Depuis 1980, IR a automatisé la télécon- célération et de freinage, les automotrices duite de ses sous-stations à l’aide de sys- Croissance durable sont particulièrement bien adaptées au tèmes de supervision SCADA (Supervisory Ces dernières années, l’urbanisation galo- réseau suburbain. L’électrifi cation est en pante, les besoins de mobilité et la satura- outre stimulée par la volonté du pays de Note tion du trafi c routier ont placé le dévelop- réduire ses coûteuses importations de car- 1 Voitures principalement utilisées dans les réseaux suburbains, comportant chacune de pement du réseau ferré aux premiers rangs burants fossiles. Autre atout de la traction multiples équipements d’énergie et de traction : des priorités en raison des nombreux électrique : la centralisation de la produc- pantographe, transformateur, moteurs, etc. avantages du rail sur la route : rendement tion et de la distribution d’énergie diminue Ces mêmes véhicules moteurs peuvent aussi énergétique nettement supérieur, moindre la pollution atmosphérique et sonore, au transporter des voyageurs, contrairement au schéma classique locomotive-train où les emprise au sol et meilleure rentabilité éco- bénéfi ce des voyageurs et de l’environne- fonctions sont séparées : traction d’un côté, nomique. Par ailleurs, la traction électrique ment. transport de l’autre.

Feu vert pour les chemins de fer indiens 25 Control And Data Acquisition) à micropro- 2 Convertisseur auxiliaire BORDLINE M de 3 Armoire STATCON de gestion des flux de cesseurs. Le rayon d’action d’un supervi- 180 kVA (Module H) puissance réactive seur SCADA régional peut atteindre 200 à 300 km et englober la télésurveillance en temps réel des grandeurs électriques (tension, intensité, facteur de puissance, etc.), le pilotage à distance des appareillages, la détection et l’isolement automatiques des défauts. Cette supervision améliore la gestion des pointes électriques, la recherche de pannes, etc., et se substitue à un sys- tème plus ancien, basé sur des appareils de contrôle-commande à distance électro- mécaniques.

Contribution d’ABB IR se heurte actuellement à un certain nombre de diffi cultés sur une multitude de lignes électrifi ées : – Importantes fl uctuations de tension (17 à 31 kV), principalement liées à l’impédance de ligne variant avec la position des trains ; – Faible facteur de puissance (0,7 à 0,8) dû à la nature inductive de la charge de traction et à l’ineffi cacité de la compensation dynamique de la charge par les Chaîne de traction et alimentation du réseau taient d’autres inconvénients : réglage peu batteries de condensateurs fi xes de bord précis de la tension, faible facteur de puis- existantes ; Les locomotives d’IR à entraînement tri- sance d’entrée, rendement de conversion – Injection d’harmoniques de rangs phasé étaient à l’origine équipées de médiocre, présence d’harmoniques de faibles dans le réseau de traction par convertisseurs de traction à thyristors rangs faibles en sortie et absence d’outils les locomotives CC classiques. GTO. IR vient de lancer un programme de de diagnostic. Ces limites expliquent leur Il en découle trois inconvénients : impor- modernisation de ses locomotives avec remplacement progressif par des conver- tantes pertes système, absorption de puis- des convertisseurs à transistors IGBT 3. IR tisseurs statiques. sance réactive et perturbation électroma- a opté pour la gamme de convertisseurs ABB occupe ce marché avec ses conver- gnétique des composants sensibles des BORDLINE CC refroidis par eau d’ABB, tisseurs auxiliaires BORDLINE M180 ➔ 2, équipements de signalisation et de télé- basés sur des IGBT HiPakTM 4,5 kV à refroidis par air et à haut rendement éner- communication. ABB met en œuvre une faibles pertes, nettement plus avantageux : gétique ; ils utilisent des semi-conducteurs technologie de pointe pour y remédier et – Amélioration de l’effort de traction, de IGBT pour produire une tension triphasée améliorer l’effi cacité et la disponibilité la performance et de la disponibilité, sinusoïdale et équilibrée 2. Cette solution, globales du réseau. grâce à la commande d’essieux et à équipée d’un redresseur actif à modulation une nouvelle génération de système de de largeur d’impulsion (MLI) en entrée, Transformateurs de traction contrôle d’adhérence ; permet un fonctionnement avec un facteur Dans les locomotives électriques et auto- – Amélioration du rendement global de la de puissance (cosϕ) unitaire et une réduc- motrices CA, la tension monophasée conversion de puissance par rapport tion des distorsions harmoniques côté ré- 25 kV captée à la caténaire est abaissée aux convertisseurs à GTO (du fait des seau. De surcroît, la mise en route compar des transformateurs de traction pour moindres pertes des semi-conducteurs mandée du convertisseur et la forme alimenter les moteurs. Outre un niveau IGBT au même point de fonctionne- d’onde sinusoïdale diminuent les contrain- élevé de fi abilité et de performance, ces ment) ; tes sur l’isolant du moteur, rendant super- transformateurs doivent aussi être com- – Amélioration de la forme d’onde du fl u le recours à des moteurs spéciaux. Ces pacts, légers et à haut rendement. ABB courant moteur, entraînant une convertisseurs sont réalisés sur mesure est aujourd’hui le numéro un mondial des réduction des pertes moteur et des pour s’adapter aux spécifi cités mécani- transformateurs de traction, qu’il propose ondulations de couple, et une ques et électriques des locomotives exis- en plusieurs tailles, formes et puissances meilleure qualité de conduite. tantes, et permettre leur remise à niveau. assignées, permettant leur montage en Les locomotives traditionnelles d’IR à équi- différents emplacements du train, comme pements de traction CC utilisaient des sur le toit ou sous la caisse 2. En Inde, les convertisseurs rotatifs pour produire l’ali- Notes transformateurs ABB équipent avec suc- mentation triphasée (3 × 415 V 50 Hz) né- 2 Lire également Annual Year Book, Indian Railways, 2007-08 et Emerging Technologies & cès des locomotives électriques de grande cessaires aux auxiliaires. Or ces machines Strategies for Energy Management in Railways, puissance, des automotrices et des rames tournantes nécessitaient une surveillance octobre 2008. de métro. et un entretien importants, auxquels s’ajou- 3 Voir aussi www.abb.com/railway.

26 revue ABB 2|10 posants de commutation IGBT et sa 4 Disjoncteur d’extérieur FSK II 25kV aux 5 Turbocompresseurs ABB pour locomoti- spécifications des chemins de fer indiens ves diesel indiennes modularité lui permettent de couvrir la croissance des besoins de puissance. Raccordé en parallèle, STATCON est facile à installer. Il libère totalement la source du réactif, permettant une meilleure utilisation de l’équipement et du réseau d’alimentation. En outre, sa compensation dynamique très rapide améliore le proﬁ l de tension et réduit les pertes système et, par consé- quent, la charge sur les transformateurs de puissance, l’appareillage électrique, les câbles en entrée, etc.

Disjoncteur d’extérieur FSK II IR utilise des disjoncteurs et des chambres de coupure d’extérieur 25 kV dans toutes ses sous-stations de traction et bornes de Type TPR 61 commutation. En concertation avec IR, ABB a développé sa gamme FSK II de disjoncteurs et chambres de coupure à actionneur magnétique, qui offre davantage de ﬁ abilité par sa nette réduction du nombre de pièces mobiles 2. Bistable, l’actionneur magnétique ne nécessite pas d’éner- gie pour être maintenu en position ouverte ou fermée ➔ 4.

Turbocompresseur Chaque année, quelque 300 nouvelles locomotives diesel sortent des deux usines d’IR en Inde. Les turbocompresseurs ABB ont fortement dopé les performances de ces engins depuis 1975. Des turbocompresseurs très effi caces tels que le Type VTC 304 TPR 61 et le VTC 304 d’ABB améliorent leur fi abilité et réduisent de 5 % leur Compensation de puissance réactive consommation de carburant ➔ 5. ABB IR (Indian Railways) La puissance appelée par les trains circu- participe également au programme de lant sur le réseau est très variable. De plus, réduction d’émissions carbonées d’IR et est une entreprise les convertisseurs de traction injectent des remet en état ses turbocompresseurs. Les publique à la tête harmoniques de rangs faibles dans le ré- ateliers d’IR fabriquent aussi du matériel seau de traction. La tension de ligne est roulant exporté dans plus de 10 pays de l’un des plus donc sujette à d’importantes fl uctuations. d’Asie et d’Afrique ; ces locomotives sont Pour corriger un facteur de puissance en souvent équipées de turbocompresseurs grands réseaux retard, IR équipe la plupart de ses sous- ABB, notamment en raison du réseau mon- stations de batteries de compensation dial de service et de maintenance d’ABB. ferroviaires de la shunt fi xe. Ces condensateurs commutés planète et le pre- ont néanmoins deux inconvénients : la gra- Transport urbain duation grossière des crans de commuta- Selon le recensement de 2001, l’Inde mier employeur tion et le temps de réponse. Les fournis- compte 300 villes de plus de 100 000 ha- seurs d’électricité pénalisent IR à la fois bitants et 35 villes d’un million ou plus, au monde, avec quand le facteur de puissance est en re- alors que cette dernière catégorie n’en to- quelque 1,4 million tard et, dans certains cas, en avance, suite talisait que 5 en 1951. Près de 30 % de la à une surcompensation. Ces sous-stations population indienne vit dans des zones ur- de salariés. ont donc besoin d’une compensation de baines qui génèrent 55 % du PIB. L’urbani- puissance réactive à réglage dynamique, sation progresse plus rapidement en Inde en temps réel. que dans le reste du monde car la popula- Le convertisseur/onduleur à source de tion des villes s’enrichit chaque année tension STATCON d’ABB peut à la fois ab- de millions de migrants. Or cette urbanisa- sorber et fournir du réactif ➔ 3. Ses com- tion galopante sollicite de plus en plus les

Feu vert pour les chemins de fer indiens 27 6 DMRC, gestionnaire du métro de Delhi 7 Centre de téléconduite de DMRC

La Delhi Metro Rail Corporation (DMRC) a été créée pour mettre en place et exploiter un transport public de masse dans la région de Delhi. ABB travaille en partenariat avec DMRC depuis 2002 et fournit des produits et systèmes pour la traction électrique et le matériel roulant : sous-stations de traction, récep teurs et auxiliaires, électriﬁ cation des lignes aériennes, systèmes de supervision (SCADA), solutions de gestion intégrée des actifs et des bâtiments, transformateurs et moteurs de traction. Le réseau ferré indien est électriﬁ é en 25 kV/50 Hz et équipé de produits ABB comme des appareils électriques compacts à isolation gazeuse et dans l’air, des chambres de coupure sous vide 25 kV montées sur poteau et des disjoncteurs à actionneur magnétique.

DMRC, premier exploitant de métro indépendant en Inde, s’est imposé comme modèle d’efﬁ cacité et de ponctualité dans l’exécution des projets. Il propose à présent des services de conseil pour la plupart des nouveaux projets de métro en Inde, ainsi qu’à l’international.

La première phase du métro (tronçon de 65,1 km) s’est achevée en 2006. La seconde, qui doit être terminée en 2010, prolongera le réseau de 128 km ; à terme, le traﬁ c devrait atteindre 2 millions de voyageurs par jour. DMRC prévoit de disposer d’un métro de 381 km opérationnel en 2021.

Au cours des phases I et II, ABB aura réalisé environ 163 des 193 km électriﬁ és.

infrastructures alors même que la dégra- rents stades de réalisation à Bangalore, Fort de son expérience avec DMRC et les dation des systèmes de transport urbain Mumbai, Chennai et Hyderabad. À Delhi, métros de Mumbai et de Bangalore, ABB peut vite freiner la croissance économique. Mumbai et Bangalore, des exploitants s’est imposé en chef de fi le du marché de Des mesures urgentes doivent donc être indé pendants achètent leurs propres l’électrifi cation clé en main, de la supervi- prises pour améliorer ces transports. véhicules, dans le respect des spécifi ca- sion et de la distribution d’énergie de trac- Comparés à la voiture particulière, les tions et procédures d’appel d’offres inter- tion pour les réseaux métropolitains in- transports collectifs ont l’avantage d’une nationales. Portée par l’augmentation du diens. emprise et d’un taux de pollution plus fai- nombre de projets, la demande annuelle bles par voyageur et kilomètre parcouru. en matériel roulant destiné au métro devrait Perspectives dépasser le millier L’essor industriel et démographique de de voitures dans les l’Inde va de pair avec une augmentation L’électrification est stimulée prochaines années. des besoins de transport. Tirant profi t de Bombardier Trans- sa réussite économique, IR a connu une par la volonté de l’Inde de port a déja créé une profonde mutation ces dernières années usine de rames avec un chiffre d’affaires sans précédent. réduire ses coûteuses impor- dans l’ouest de Plusieurs facteurs y ont contribué : tations de carburants fossiles. l’Inde et équipe le – Accroissement des volumes de fret métro de Delhi. sans nécessité d’investir massivement D’autres entrepri- dans les infrastructures ; Parmi les nombreuses possibilités, le métro ses internationales ainsi que des construc- – Augmentation des charges par essieu ; sur rail, du fait de sa grande capacité, teurs indiens de matériel roulant cher- – Réduction des cycles de rotation du constitue le mode de transport en com- chent à pénétrer ce marché par le biais de matériel roulant ; mun le mieux adapté à la densité de popu- coopérations et d’alliances technologi- – Diminution du coût unitaire de transport ; lation des villes indiennes. Sous l’égide du ques. – Rationalisation des tarifs liée à une aug- ministère du Développement urbain, le mentation des parts de marché du fret. pouvoir central et les gouvernements des Supervision Les investissements ferroviaires du 11ème États fédéraux ont mis sur pied des orga- La Delhi Metro Rail Corporation (DMRC) ➔ 6 plan quinquennal (2007–12) sont estimés à nismes indépendants pour stimuler le avait besoin d’un centre de téléconduite 65 milliards de dollars 4. Près de 17 % feront développement des transports urbains. Au unifi é (avec secours) et souhaitait donc appel à des partenariats publics-privés rang des solutions retenues fi gurent des moderniser et intégrer à ce nouveau sys- pour des projets de couloirs à priorité fret et contrats de construction, de propriété et tème l’ancien superviseur et ses postes grande vitesse, de réseaux de transports d’exploitation « BOO » (Build, Own, Opera- asservis distants RTU (Remote Terminal urbains, de construction de matériel route) en partenariat avec des entreprises Unit), sans arrêt d’exploitation. Le dernier lant et de connectivité avec les infrastructu- privées. système MicroSCADA Pro d’ABB répond res industrielles et portuaires intégrées. Aujourd’hui, Calcutta et Delhi ➔ 6 sont les à ce besoin : il fédère l’ensemble du ré- deux seules villes disposant de réseaux de seau, garantit une grande disponibilité et Note 4 Lire également Projections of Investment in métro en service. Leur extension est en permet d’économiser sur la maintenance Infrastructure during the Eleventh Plan, Planning cours et de nouveaux projets sont à diffé- et les pièces détachées ➔ 7. Commission, Government of India, octobre 2007.

28 revue ABB 2|10 Pour faire face à l’augmentation du trafi c lendrier du développement ferroviaire. Afi n celles de la voiture et le quart de celles de voyageurs et rendre plus compétitifs les d’augmenter malgré tout la quantité de l’avion 5. En Inde, des études de faisabilité trajets interurbains, IR améliore ses struc- marchandises transportées et raccourcir ont débuté pour le corridor à grande tures d’accueil, allonge les quais et met en les temps de parcours pour les industriels, vitesse Mumbai-Delhi à 350 km/h. D’autres service un plus grand nombre de trains. Il le projet de corridor dédié « DFC » (Dedica- lignes viendront vraisemblablement s’y doit pour cela acquérir plus de 4 500 voitu- ted Freight Corridor), doté d’un budget de ajouter par la suite. res par an, dont 660 climatisées, pour la 12 milliards de dollars, prévoit la réalisation IR adopte en permanence de nouvelles desserte des grandes lignes. Ses sites de de 3 300 km de lignes à double voie. Il per- solutions en vue d’économiser l’énergie et production intégrés ne sont pas en mesure mettra à des trains de marchandises à d’utiliser les énergies renouvelables (EnR) de répondre à ces besoins, ce qui limite le charge d’essieu plus élevée de circuler à pour alimenter le matériel roulant et les lancement de nouveaux services ferroviai- 100 km/h (contre 25 km/h en moyenne charges ne participant pas à la chaîne de res et freine le renouvellement des véhicu- aujourd’hui). Le DFC Ouest reliant Mumbai traction 6. Ces initiatives sont multiples : re- les. Pour dynamiser ses approvisionne- à Delhi sera principalement affecté au fonte des systèmes de climatisation et transport de conte- d’éclairage dans les voitures voyageurs, neurs depuis les mise en valeur du photovoltaïque pour les DMRC, premier exploitant de ports de la côte équipements des gares ou de l’éolien pour ouest, tandis que les sites de production. Si l’intermittence métro indépendant en Inde, le DFC Est Delhi- des EnR les rend inaptes à la traction, elles s’est imposé comme modèle Howrah achemine- se prêtent bien à l’alimentation des instal- ra surtout des ma- lations fi xes. Tirant parti à la fois des tech- d’efficacité et de ponctualité tériaux en vrac, tels nologies disponibles, de l’expérience et de que charbon, mine- sa formidable capacité d’innovation, l’Inde dans l’exécution des projets. rai de fer, acier, etc. est bien décidée à mettre sur les rails un Le projet DFC pré- réseau ferroviaire moderne et plus perfor- ments, IR crée de nouveaux sites de voit en outre le développement, par fi nan- mant. production, seul ou en partenariat avec cement étranger, de wagons spéciaux qui des entreprises privées. De nouvelles usi- seront opérationnels en 2015. nes de locomotives diesel et électriques, Lalit Tejwani sous contrats publics-privés, sont égale- Grande vitesse ABB Ltd, Marketing and Sales (Railways) ment envisagées afi n de doter le parc d’IR Le réseau ferré à grande vitesse déconges- Calcutta (Inde) de machines plus puissantes et plus mo- tionne la route et le ciel pour les vols courts, [email protected] dernes. réduisant ainsi la pollution, le bruit et les accidents, et évitant aux voyageurs la gêne Transport de marchandises des embouteillages et des fi les d’attente Notes Même si le fret est une importante source aux contrôles de sécurité dans les aéro- 5 Lire également « Encouraging high-speed trains », 7 janvier 2010, et « Vision 2020, Indian de revenus pour IR, qui contribue aussi au ports. En Europe, les émissions de CO 2 Railways », décembre 2009, The Hindu fi nancement du trafi c voyageurs, les trains par km-passager des trains à grande 6 Unités de production, ateliers et autres de voyageurs sont prioritaires dans le ca- vitesse ne représentent que le tiers de infrastructures

Feu vert pour les chemins de fer indiens 29 30 revue ABB 2|10 La Suisse sur les rails

ABB est partie prenante des grands projets ferroviaires du pays alpin

RENÉ JENNI, REMIGIUS STOFFEL, MELANIE NYFELER – En matière de transports publics, la Suisse fait souvent ﬁ gure de pionnier. Aucune autre région du monde n’exploite un réseau aussi dense de trains, de trams et de bus. En fait, les citoyens de ce petit pays alpin sont si attachés à leur réseau de transports publics qu’ils plébiscitent son extension à chaque votation populaire, choisissant de favoriser le traﬁ c voyageurs et le report du transit de marchandises de la route vers le rail. ABB participe activement à ce dessein en fournissant notamment les installations électriques des deux nouveaux tunnels de base transalpins, le Lötschberg et le Saint-Gothard, ainsi que les sous-stations de traction en courant continu (CC) des réseaux ferrés des agglomérations de Zurich, Berne et Lucerne.

outes les études le montrent : également en permanence le matériel les Suisses sont les cham- roulant. pions mondiaux du voyage T en train. En moyenne, chaque En matière de transit international de résident de la Confédération helvétique marchandises, la Suisse ouvre égale- prend 40 fois le train par an et près ment la voie en poursuivant, dans la me- de 900 000 personnes empruntent sure du possible, une politique active quo tidiennement le réseau ferré suisse de délestage du trafic poids lourds [1,2] ➔ 1. Le pays compte la fréquence la au profit du fret ferroviaire. Aujourd’hui plus élevée de dessertes ferroviaires au encore, le pays est le premier axe de monde. transit ferroviaire alpin. En 2008, pas moins de 40 millions de tonnes de fret Grâce à une politique stratégique des ont traversé la Suisse, dont plus de la pouvoirs publics en matière de trans- moitié (près de 25 millions de tonnes) par ports, la Suisse dispose de zones rurales voie ferrée [3]. À l’occasion de nombreux très bien desservies et de trains interur- référendum, le peuple suisse réitère son bains cadencés à l’heure, voire à la demi- soutien au fret ferroviaire. Une étape im- heure. Pour répondre à la hausse de la portante dans la réalisation de cet objec- demande, les Chemins de Fer Fédéraux tif est la construction des Nouvelles suisses (CFF) accroissent non seulement Liaisons Ferroviaires Alpines (NLFA) qui Photo © AlpTransit Gotthard Ltd. la fréquence des trains, mais modernisent marque l’intégration de la Suisse dans le

La Suisse sur les rails 31 1 Trafic voyageurs en Europe (2007) [1] 2 Tunnels de base alpins (©AlpTransit Gotthard Ltd). Trajet en train de Bâle (Suisse) à Milan (Italie) via le tunnel du St-Gothard de 57 km de long

Pays Voies Nombre ferrées de trajets (km) par 2 500 résident Suisse 3 158 40 Luxembourg 275 33 2 000 Danemark 2 133 29 Tunnel de base du St-Gothard Autriche 5 702 24 1 500 Allemagne 33 890 22 Pays-Bas 2 776 20 Göschenen Airolo 1 000 Belgique 3 374 19 Tunnel de base du Ceneri Arth-Goldau République tchèque 9 460 17 Zurich 500 France 29 918 16 au-dessus du niveau de la mer Mètres Erstfeld Lugano Bâle Zug Biasca Chiasso Milan Espagne 13 368 11 Bellinzona Italie 16 335 9 0 Projet de tunnel de base du Zimmerberg réseau à grande vitesse européen en transformation à appareillage MT isolé Tunnel du St-Gothard pleine extension. Grâce aux nouvelles dans l’air UniGear ZS1, 30 transforma- À l’est du Lötschberg et pratiquement au transversales alpines du St-Gothard et teurs de distribution et 2 transformateurs centre du pays, le chantier du deuxième du Lötschberg, les capacités annuelles de couplage de 5 MVA qui interconnec- tunnel transalpin suisse va bon train. Le de fret ferroviaire feront plus que doubler, tent les 2 réseaux des fournisseurs tunnel de base du St-Gothard est au passant de 20 millions de tonnes en locaux d’électricité. cœur du projet NLFA et devrait considé- 2003 à environ 50 millions, une fois les rablement améliorer le trafic voyageurs deux axes terminés en 2017. Le deuxième volet du contrat concernait et marchandises en Europe centrale. 2 le réseau de traction 16 /3 Hz. Pour relier Lorsqu’il entrera en exploitation en 2017, Tunnel du Lötschberg la Suisse au réseau à grande vitesse cet ouvrage d’art de près de 57 km Le tunnel de base du Lötschberg a ouvert européen, les lignes de contact dans le sera le plus long tunnel ferroviaire au en décembre 2007 après une décennie tunnel furent conçues spécialement pour monde ➔ 2. Le projet est à la fois titanes- de travaux préparatoires et de chantier. des vitesses maximales de 250 km/h. Ce que et pionnier. Les travaux d’excavation Ce nouveau tunnel ferroviaire réduit réseau de traction peut alimenter simul- des deux tubes du tunnel avec leurs considérablement le temps de parcours tanément plusieurs configurations de galeries transversales imposent de per- entre le nord du pays et le canton du trains avec au maximum 6 locomotives cer, par segments, 152 km de roche d’ici Valais. Chaque jour, une quarantaine de et des convois de fret longs de 1,5 km. à l’automne 2010. Les installations élec- trains de voyageurs et 110 trains de mar- Par conséquent, les équipements de com- triques sont déjà bien avancées dans chandises franchissent les Alpes à envi- mutation et de protection doivent gérer certaines parties du tunnel. ron 800 m d’altitude, soit près de deux des courants de court-circuit dépassant fois plus que le trafic de la liaison Gop- 40 kA. Ici encore, ABB fournit les équipements penstein-Kandersteg qui, jusqu’ici, as- électriques du réseau 50 Hz, notamment surait la traversée alpine à une altitude ABB a installé des tableaux électriques les tableaux MT à isolation gazeuse et bien supérieure. Cette ligne était égale- monophasés isolés dans l’air UniGear les équipements de protection. Les 875 ment utilisée par les trains navettes R36 qui assurent autos. une sécurité maximale, à la fois pour En 2008, pas moins de Ce projet du siècle, avec ses nombreu- les personnes et ses galeries transversales et ses énor- les systèmes. Les 40 millions de tonnes de mes travaux d’excavation pour les ré- équipements du fret ont traversé la Suisse, seaux techniques, représentait également réseau de traction, un tour de force pour ABB. En effet, le y compris son sys- dont plus de la moitié par Groupe s’était vu confier la conception, tème sophistiqué la fourniture, l’installation et la mise en d’automatisation et voie ferrée. service du réseau de traction électrique de protection des 2 de 16 /3 Hz et du réseau de distribution sous-stations, sont installés dans des appareils MT doivent conjuguer fiabilité de 50 Hz. conteneurs placés en différents centres fonctionnelle, tenue exceptionnelle aux de conduite qui regroupent tous les sys- conditions climatiques inhabituelles et Le réseau de distribution moyenne ten- tèmes indispensables à la sécurité du maintenance minimale. sion (MT) alimente les systèmes d’éclai- réseau ferré. Deux centres de conduite à rage, de signalisation, de communica- proximité des entrées nord et sud du Les 2 tubes parallèles à voie unique, dis- tion, de ventilation et de climatisation de tunnel abritent les postes de contrôle- tants d’une quarantaine de mètres, sont même que les portes de sécurité du tun- commande des réseaux électriques. reliés par des galeries transversales tous nel complet. Il comprend 21 postes de les 325 m. Les équipements électriques

32 revue ABB 2|10 3 Schéma du tunnel du St-Gothard (©AlpTransit Gotthard Ltd., adapté par ABB) 4 Le contrôleur REF542plus protège le tunnel du St-Gothard des défauts électriques.

Poste multifonction Bodio Faido Arrêt Sedrun d’urgence Tunnel d’accès Faido 57 km Poste multifonction Sedrun REF542plus

Erstfeld Galerie de câbles

Tunnel d’accès Amsteg

Centre de conduite (50 Hz) Réseau MT 50 Hz

Réseau local Système et Maintenance

du double tunnel sont installés dans ces du tunnel. Cette tâche est principalement Réseau de transport urbain de Zurich galeries de service qui font également dévolue à un appareil qui, depuis plus Outre l’alimentation électrique des ofﬁ ce de voies d’évacuation d’urgence ➔ 3. d’une décennie, assure la protection de liaisons transalpines, les solutions ABB Les conditions singulières (présence de nombreuses installations : le contrôleur remportent également un vif succès dans sédiments salins, de poussières de frein, REF542plus ➔ 4. les systèmes de transport urbain, no- de suie et de matériaux d’abrasion des tamment les tramways. Ainsi, dans la ré- rails et des fils de contact) imposent Plus de 500 de ces contrôleurs sont gion de Zurich, une nouvelle ligne de d’utiliser un appareillage à isolation répartis tout au long du tunnel. Ici, le tramway est en construction qui reliera la gazeuse de type ZX0. Ce dernier a REF542plus remplit sa mission la plus zone résidentielle et d’activités de la val- l’avantage majeur d’être extrêmement importante avec sa nouvelle fonction de lée de la Glatt au centre dynamique de la compact avec des armoires d’à peine protection de distance à plusieurs éta- première agglomération du pays. Les 400 mm de large. Un tableau électrique ges. À la fois pour optimiser la sélectivité complet, constitué au plus de 6 armoi- dans un réseau et stabiliser/fiabiliser l’ali- res, peut être remplacé très rapidement mentation électrique, il est indispensable ABB fournit les en cas de défaillance. Cet aspect joue de pouvoir localiser et identifier rapide- un rôle critique dans l’exploitation du ment tout défaut, et mettre hors circuit la équipements élec- tunnel de base du St-Gothard puisqu’il partie incriminée. Les informations cor- faudra interrompre le trafic ferroviaire respondantes sont immédiatement trans- triques du réseau pour accéder aux galeries transversales. mises au système de contrôle-comman- 50 Hz, notamment de du tunnel. Haute protection 875 appareils MT Les contraintes d’exploitation très sévè- Le contrôleur REF542plus est également res nécessitent d’empêcher la pénétra- un outil de télémaintenance. En effet, pour l’alimentation tion de poussière ou d’eau dans les il permet non seulement d’accéder à électrique et la pro- armoires. Celles-ci sont donc protégées distance aux programmes et données IP65 alors que la partie MT de l’appa- de protection stockés via le réseau tection du tunnel reillage est, en standard, totalement local Ethernet, mais également de les étanche aux gaz. modifier et de les remplacer. À ce jour, du St-Gothard. REF542plus est le seul dispositif de pro- Les intenses variations de pression dans tection à offrir cette fonctionnalité. L’ins- 150 000 habitants et 120 000 emplois les galeries transversales sont particuliè- tallation des équipements ferroviaires a des communes de la vallée bénéficieront rement néfastes au matériel. En effet, les démarré et le réseau 50 Hz doit com- de la ligne de tram moderne de 12,7 km trains défilent devant ces galeries à des mencer à les alimenter en 2011. Pendant de long, dont la construction échelonnée vitesses pouvant atteindre 250 km/h et plusieurs décennies, l’appareillage élec- doit s’achever fin 2010 ➔ 5. font varier la pression de ±10 kPa. L’ap- trique verra alors défiler en toute sécurité pareillage ZX0, y compris son armoire, des millions de voyageurs dans ce tunnel Désigné maître d’œuvre, ABB collabore est donc conçu pour y résister. La fiabi- sans équivalent. avec les entreprises locales Implenia Ltd. lité et la disponibilité de ces équipements et Walo Bertschinger pour fournir le sys- jouent un rôle essentiel dans la sécurité tème d’alimentation électrique complet.

La Suisse sur les rails 33 La Suisse érigée en modèle 5 Le tram de la vallée de la Glatt sur le viaduc de Balsberg (photo : Daniel Boschung) Avec un réseau de transports publics bien développé, la Suisse est perçue dans le monde comme un modèle à suivre et joue un rôle de locomotive dans l’essor d’un moyen de transport rapide et durable. Ses pouvoirs publics veulent protéger à la fois les Alpes et les habitants des régions les plus densément peuplées du pays des effets néfastes du trafic de transit. Pour le directeur de l’Office Fédéral des Transports [4], le transfert du trafic, qui ne cesse de gros- sir, vers le rail répond également à des considérations économiques. La technologie ferroviaire innovante d’ABB joue un rôle clé dans cette voie. ABB est responsable de la conception, D’ici à 2012, ABB la fourniture, l’installation et la mise en service des sous-stations à redresseur livrera 5 sous- du réseau de traction. Le système se compose de 8 sous-stations qui alimen- stations à redres- tent la ligne de contact en 600 V continu. seur qui alimente- Les transformateurs sont calibrés à 900 et 1 400 kVA, en fonction de leur empla- ront les lignes de cement.

tram de la ville de ABB est également chargé du réseau Berne en 600 V basse tension qui alimente en 230 V les distributeurs de tickets, les panneaux continu et proté- d’information et les moteurs de commutation des 22 arrêts du tram rapide. geront les lignes Enfin, le Groupe a installé les systèmes de contact. d’éclairage, de ventilation et d’alarme incendie des sous-stations.

Développement des transports René Jenni urbains ABB Power Systems Tout comme Zurich, Berne et sa périphé- Baden (Suisse) rie enregistrent une forte croissance. [email protected] Confrontée à un trafic en hausse, la capitale fédérale a opté pour le tram comme Remigius Stoffel moyen de transport public. À la différence ABB Power Products, Automation & Protection des autobus à trolley utilisés jusqu’ici, Baden (Suisse) les 2 nouvelles lignes de tram relient [email protected] directement l’ouest, le centre et l’est de la ville. Melanie Nyfeler ABB Communications D’ici à 2012, ABB livrera 5 sous-stations Baden (Suisse) à redresseur qui alimenteront les lignes [email protected] de tram en 600 V continu et protégeront les lignes de contact. Le poste asservi RTU560D reliera ces sous-stations au Bibliographie système de téléconduite amont exploité [1] CFF, Rapport annuel 2008, Berne, Suisse. [2] Statistisches Vademecum: Die SBB in Zahlen par la société d’électricité locale. 2008, UIC, cité par les CFF 2009, p. 27. [3] Office Fédéral des Transports, Trafic fret au Parmi les autres contrats remportés par travers des Alpes suisses 2008, Berne, Suisse, ABB, citons le renouvellement des sous- mars 2009. [4] Friedli, M., « Schweizer Verkehrspolitik : stations à redresseur des lignes d’auto- Konstanz und Innovation Referat » (conférence bus à trolley des transports municipaux Politique des transports de la Suisse : constan- de Lucerne. tes et innovations), Bâle, Suisse, 23 mai 2007.

34 revue ABB 2|10 Connaissances FACTuelles

ROLF GRÜNBAUM, PER HALVARSSON, BJÖRN THORVALDSSON – L’accroisse- Les dispositifs de ment constant du traﬁ c sur les voies existantes, tout comme les nouvelles transport flexible en lignes à grande vitesse, font peser une lourde charge sur les réseaux élec- triques. Cette évolution canalise l’attention sur la stabilité de la tension et courant alternatif FACTS la qualité du courant prélevé sur ces réseaux : les trains qui captent de forts courants à la caténaire exigent une alimentation stable, exempte de améliorent l'alimentation creux de tension. Il faut donc limiter l’ampleur des déséquilibres de ten- électrique de la traction sion et de courant entre les phases des réseaux alternatifs, et empêcher leur propagation à d’autres parties du système électrique. De même, les ferroviaire ﬂ uctuations de tension et la pollution harmonique doivent être maîtrisées pour rester dans les limites prescrites. Tels sont les enjeux des FACTS.

Connaissances FACTuelles 35 1 Deux schémas de transformateur sont utilisés pour répondre efficacement aux exigences de la grande puissance.

1a Transformateur suceur 1b Autotransformateur

que deux sections de voies électrique- chrone à source de tension SVC Light®, ment isolées soient alimentées par la de la famille des « STATCOM » (STATic même sous-station de traction : les trans- COMpensator), ont vocation à compen- formateurs sont alors connectés entre ser le déséquilibre en jouant le rôle différentes phases. d’équilibreurs de charge, moyennant des algorithmes de commande spéciaux.

De nos jours, la charge de traction Pch L’équilibrage de la charge a pour but de tend à être relativement importante, sou- transférer les puissances active et réac- vent avec des puissances assignées de tive entre différentes phases ➔ 2. 50 MW à 100 MW par transformateur. Ces charges entraînent des déséquili- Ces compensateurs permettent aussi de bres de tension d’alimentation si elles corriger en dynamique les creux de ten- sont connectées entre deux phases du sion de caténaire et d’atténuer les har- l y a plusieurs façons d’alimenter en système triphasé. Pour un niveau de moniques émis par les engins de traction

électricité des systèmes de traction. défaut du réseau électrique noté Sssc, à thyristors. Dans le cas de SVC Light, De nombreuses voies ferrées ont été l’expérience montre que le déséquilibre certaines familles d'harmoniques peu- électrifiées en monophasé à fré- de tension U vaut vent être supprimées par filtrage actif. I déséquilibre quence industrielle (50 ou 60 Hz) : l’éner- P gie est directement puisée au réseau U = ch FACTS et traction ferroviaire déséquilibre S général de transport ou de répartition ssc Les compensateurs SVC et STATCOM haute tension (HT) et adaptée à la ten- sont très bénéfiques aux réseaux électri- sion des engins de traction par un trans- Habituellement, la tension inverse résul- ques alimentant les systèmes ferroviaires formateur de puissance. tant d’une charge déséquilibrée ne doit et les charges de traction. Leurs avanta- pas dépasser 1 %. Dans l’hypothèse ges, énumérés en ➔ 3, réduisent et Côté réseau de traction, deux schémas de charges comprises entre 50 MW et même suppriment les investissements de transformateur permettent de répon- 100 MW, la puissance de court-circuit nécessaires au renforcement 1 du réseau dre efficacement aux forts appels de côté HT doit être d’au moins 5 000 MVA électrifié. puissance : le transformateur suceur et à 10 000 MVA pour rester dans les limi- l’autotransformateur ➔ 1. Le premier ponc- tes du déséquilibre. Le système de trac- Les FACTS permettent aussi d’obtenir tionne la tension réseau triphasée pour la tion est bien souvent relativement éloigné une qualité de puissance adaptée aux transformer en tension caténaire mono- du réseau de transport robuste. Par besoins et d’alimenter les voies à des phasée ; une extrémité de l’enroulement contre, le réseau de répartition, plus fai- tensions inférieures aux valeurs usuelles : du transformateur de traction est mise ble, est normalement proche du chemin la traction ferroviaire peut alors se à la terre tandis que l’autre est reliée au de fer et peut alors servir à alimenter les contenter d’une alimentation, par exem- fil de contact aérien. Dans le second, voies dans les cas où un déséquilibre ple, en 132 kV au lieu du 220 kV, voire du l’enroulement du transformateur est mis provoqué par la charge de traction peut 400 kV. à la terre en son point milieu ; une extré- être réduit. mité est reliée au fil de contact, l’autre à SVC et équilibrage de la charge la ligne d’alimentation ou feeder (conduc- Principe des FACTS Un SVC fournit une impédance variable, teur supplémentaire raccordé en paral- L’appellation « FACTS » regroupe plu- obtenue en associant des éléments à lèle à la ligne de contact pour augmenter sieurs équipements statiques comman- impédances fixes (condensateurs, par sa section équivalente). Dans les deux dés par le dernier cri des systèmes infor- exemple) et des inductances comman- cas, les points mis à la terre sont reliés matisés à base d’électronique de au rail. puissance. Deux de ces dispositifs, le traditionnel compensateur statique de Note 1 Construction de nouvelles lignes de transport et Côté réseau HT, le transformateur est re- puissance réactive ou « SVC » (Static Var de répartition, de sous-stations de traction et lié entre deux phases. Il n’est pas rare Compensator) et son successeur syn- de points d’alimentation

36 revue ABB 2|10 2 Équilibrage de charge par FACTS 4 Équilibrage de charge et compensation de puissance réactive par SVC

Ec Caténaire SVC

Feeder

3 Avantages des solutions SVC et STATCOM 5 Principe de fonctionnement d’une inductance commandée par thyristors (TCR)

– Équilibrage dynamique des charges asymétri- tension préjudiciables sur la ligne de contact ques alimentées par deux phases des et permet le maintien de fortes capacités de traction malgré une alimentation fragilisée ; systèmes triphasés ; I- − Atténuation dynamique des fluctuations de en cas de panne au point d’alimentation, V tension des réseaux d’alimentation, dues aux les locomotives continuent de recevoir la +- variations importantes de charges de traction ; puissance adéquate. En fait, l’emploi de − Suppression des harmoniques renvoyés par les compensateurs SVC et STATCOM peut aider V équipements de traction dans les réseaux à réduire le nombre de points d’alimentation d’alimentation ; nécessaires ; − Correction du facteur de puissance au point − Choix d’un réseau d’alimentation de plus faible I de couplage commun, quelles que soient les tension (par exemple, 132 kV au lieu de 220 kV - modifications et fluctuations de charge, avec ou plus), sans perte de qualité de la puissance ; maintien d’un facteur de puissance élevé et − Réglage dynamique de la tension et stable à tout moment ; atténuation des harmoniques dans les Impulsions d’amorçage − Soutien dynamique de la tension des caténaires systèmes d’alimentation CA, pour la traction Temps alimentant les locomotives de grande puis- ferroviaire alimentée par convertisseurs CC α sance : cette propriété empêche les chutes de (cas type des métros et trains de banlieue).

dables. Paradoxalement, cette combi- Pour lever les contraintes d’encombre- naison est capable d’équilibrer les flux ment tout en tirant profit des semi- L’accroissement de puissance active ➔ 4. Les inductan- conduc teurs de dernière génération, les ces ont aussi des impédances fixes mais valves à thyristors utilisent un circuit du trafic sur les le fondamental du courant les traversant bidirectionnel, à savoir un composant est commandé par des valves à thyris- semi-conducteur permettant l’intégration voies existantes et tors, ce qui donne une impédance appa- de deux thyristors en antiparallèle sur la réalisation de rente variable ; on obtient une inductance une seule pastille de silicium. L’emploi de commandée par thyristors « TCR » (Thy- ces thyristors réduit de 50 % le nombre nouvelles lignes ristor-Controlled Reactor), schématisée de composants nécessaires dans les en ➔ 4. valves ➔ 6. Le thyristor est un dispositif à grande vitesse de 127 mm de diamètre, capable de sollicitent beau- Ce dispositif est une branche shunt (pa- conduire un courant d’environ 2 000 Aeff. rallèle) composée d’une inductance pla- coup les réseaux cée en série avec une valve à thyris- Dans le SVC classique, il y a équilibrage tors ➔ 5. Le courant de branche est de la charge quand, par commande des électriques. commandé par l’angle de phase α des éléments réactifs, la puissance active est impulsions d’amorçage (« commande transmise entre les phases. Sous sa forme d’angle d’amorçage ») appliquées aux la plus simple, l’équilibreur de charge se thyristors ; autrement dit, la tension aux compose d’une TCR raccordée entre bornes de l'inductance est égale à la deux phases d’alimentation et d’une bat- pleine tension réseau à un angle d’amor- terie de condensateurs fixes en parallèle çage de 90 °, et à 0 à un angle de 180 °. avec une TCR reliée entre deux autres Le courant circulant dans l’inductance phases. La correction du facteur de puis- est l’intégrale de la tension ; il est donc sance est assurée par une batterie de totalement commandable entre la valeur condensateurs fixes en parallèle avec naturelle donnée par l’impédance de l’in- une inductance commandée entre les ductance et 0. deux phases restantes. L’adjonction de filtres, couplés en étoile ou directement

Connaissances FACTuelles 37 6 Valve à thyristors bidirectionnels 7 Dispositifs SVC de la ligne Douvres-Londres (HS 1)

Barking Singlewell 400 kV

Sellindge Tunnel sous la Londres Manche

25 kV (Section neutre) SVC SVC SVC SVC

Équilibrage dynamique de la charge Soutien dynamique de la tension

8 Équilibrage dynamique de la charge sur HS 1 9 Équilibrage de charge asymétrique

QR R C1 Charge QS S L C2 QT T

en parallèle avec les inductances, sup- et le tunnel transmanche est soutenu par Les FACTS de type prime normalement les harmoniques. des SVC ➔ 7. L’énergie soutirée du réseau général est adaptée à la traction ferro- « SVC » (compen- La commande de l’équilibreur de charge viaire par des transformateurs connectés peut être basée soit sur le fait que les entre deux phases, conformément au sateur statique de trois tensions phase-phase de même schéma de l’autotransformateur qui ga- puissance réactive) amplitude ne peuvent pas contenir de rantit une faible chute de tension en ligne. ® tension inverse, soit sur un système plus et « SVC Light » évolué qui distingue les différentes compo- Soutien dynamique de la tension santes de la séquence de phases pour Six des SVC assurent principalement la (STATCOM) peu- contrebalancer la composante inverse. tenue dynamique de la tension et sont vent contrebalan- La commande de la tension directe est connectés au côté traction des trans- normalement moins prioritaire que celle formateurs de puissance ; le septième cer les déséquili- de la tension inverse : elle n’est totale s’occupe de l’équilibrage de la charge. que lorsque l’équilibreur de charge est Aux trois points d’alimentation, un des bres de charge d’un calibre suffisant pour cumuler équi- deux SVC monophasés identiques est et corriger en librage et réglage de tension. relié entre le feeder et la terre, et l’autre entre la ligne de contact et la terre. dynamique les SVC sur les rails britanniques Sept compensateurs SVC équipent Trois raisons principales ont motivé ces creux de tension aujourd’hui la ligne ferroviaire « HS 1 » investissements. Primo, la tenue de la de caténaire. (High Speed 1) de 108 km qui relie Dou- tension de traction en cas de déclenche- vres, en sortie du tunnel sous la Manche, ment d’une sous-station ; le cas échéant, à Londres et permet de rejoindre Paris deux sections de voies doivent être ali- en à peine plus de 2 h, à la vitesse maxi- mentées par une seule station. Il devient male de 300 km/h. alors primordial de soutenir la tension pour conserver l’énergie de traction. Si HS 1 accueille avant tout des trains de voyageurs à grande vitesse, elle écoule Secundo, le maintien du facteur de puis- aussi le traﬁ c fret, plus lent. Les trains sance unitaire, vu des transformateurs modernes atteignant des puissances de du réseau HT amont, en régime normal, l’ordre de 10 MW, le système d’alimenta- afin de garantir une faible facturation tion électrique doit être conçu pour parer de l’énergie active consommée. Tertio, aux fortes ﬂ uctuations de charge. HS 1 l’atténuation de la pollution harmonique : est directement alimentée en 25 kV, les filtres SVC sont conçus pour absor- 50 Hz ; chacun des trois points d’alimen- ber non seulement les harmoniques en- tation du réseau de traction entre Londres gendrés par le compensateur lui-même

38 revue ABB 2|10 10 Schéma unifilaire d’un équilibreur de charge sur la ligne HS 1 11 Schéma unifilaire d’un SVC caractéristique du métro londonien

Sous-station de Sellindge 400 kV 33 kV, -80/+170 MVAr Équilibreur de charge

22 kV

c } b } 33 kV a

3ème 84 MVAr 5ème } ème 7 TCR 25 25 2 x 42 MVAr kV kV TCR} ème ème ème Phase en TCR 3 5 7 Caténaire attente 60 MVAr 10 MVAr 15 MVAr 8 MVAr

Feeder

mais aussi ceux créés par les engins de Si une charge monophasée consomme ajoutant un condensateur entre c et a, traction. La part admise du circuit de une puissance active P et une puissance on s’approche d’un facteur de puissance traction au taux d’harmoniques, aux réactive Q, les valeurs de réactif néces- unitaire. points de jonction avec le réseau amont, saires entre les phases pour obtenir une est strictement encadrée. symétrie triphasée totale et un facteur de L’équilibreur de charge est commandé puissance proche de l’unité sont don- pour compenser la composante de ten- Les SVC font partie de la correction du nées par les formules : sion inverse présente dans le courant facteur de puissance en boucle fermée ; prélevé du réseau amont. De plus, le fac- une panne au niveau des sous-stations QC1 = Q teur de puissance tend vers l'unité. La entraîne le basculement automatique sur le réglage de tension en boucle fermée. Q = P/√3 C2 Les convertisseurs à source de √ Équilibrage de la charge QL = P/ 3 La charge de traction, dont la puissance tension et les IGBT s’associent peut atteindre 120 MW, est connectée Dans le cas de pour donner le système robuste, entre deux phases ; sans compensa- charges de traction tion, elle donnerait une tension inverse complètes, les va- dynamique et à large bande d’en viron 2 %. Ce déséquilibre est contré leurs globales de P par l'installation d’un équilibreur de et Q varient consi- passante qu’est SVC Light. charge ➔ 8, à savoir un SVC à com- dérablement dans mande asymétrique. le temps. Grâce au SVC, les susceptances phase-phase tension directe peut aussi être contrôlée Une charge connectée entre deux pha- réelles deviennent elles aussi variables, si la capacité est disponible ; néanmoins, ses d’un système triphasé peut paraître les équations ci-dessus étant satisfaites cela dépend du point de fonctionnement symétrique et avoir un facteur de puis- dans tous les cas de figure. de l’équilibreur de charge. sance unitaire – vu de l’alimentation tri- phasée – en intercalant des éléments Le schéma simplifié de l’équilibreur de Alimenter le métro londonien réactifs entre phases ➔ 9. Les puissan- charge ➔ 10 est optimisé pour gérer une Pour puiser son énergie du réseau géné- ces réactives par phase peuvent être charge reliée entre les phases a et c. ral, le métro londonien devait fermer son ramenées à un ensemble de puissances Selon les lois de l’équilibrage de charge, ancienne centrale thermique au gaz et réactives phase-phase, soit : l’équilibrage d’une charge purement au fioul de Lots Road. La charge du active oblige à connecter une induc- métro consistant principalement en des

QRS = QR + QS - QT tance entre les phases a et b, et un convertisseurs à diodes qui alimentent condensateur entre b et c. La charge de les rames en courant continu (CC), des

QST = QS + QT - QR traction possède une part réactive qu’il mesures spéciales s’imposaient pour faut aussi équilibrer. Non seulement limiter ou même empêcher les perturba-

QTR = QT + QR - QS l’asymétrie est compensée mais, en tions électriques (fluctuations de tension,

Connaissances FACTuelles 39 12 Catégories de dispositifs SVC utilisés dans le métro londonien 13 Arrivée à Londres d’une inductance TCR à noyau de fer

Tension Plage Puissance Nombre assignée dynamique TCR de (kV) (MVAr) (MVAr) SVC 22 -27/+33 60 2 22 -37/+23 60 3 11 -16,5/+16,5 33 1

14 SVC Light avec valve à thyristors (gauche) 15 Schéma unifilaire d’un dispositif 16 Bâtiment des valves IGBT sur l’un des et système de refroidissement (droite) SVC Light sites SVC Light français

63 kV

15 MVA

On aperçoit la valve du convertisseur suspen- Filtre d’ondulations due au plafond, ainsi que les condensateurs et résiduelles 0,7 MVAr le bus CC au premier plan. harmoniques, etc.) préjudiciables au ré- ne doit pas dépasser 1,6 mT au voisi- L’amenée à Londres d’une TCR à noyau seau général 2. nage de n’importe quel SVC 3. C’est de fer est photographiée en ➔ 13, et un pourquoi les compensateurs utilisent SVC sur site en ➔ 14. En 2009, un SVC destiné au réseau d’ali- des inductances TCR à noyau de fer mentation en 11 kV vient compléter plu- au lieu des traditionnelles inductances SVC Light® sieurs autres SVC exploités depuis le dans l’air. L’avènement des semi-conducteurs milieu de la décennie 2000 : six SVC commandables de forte puissance a per- (associés à quelques filtres d’harmoni- Chaque SVC consiste fondamentalement mis la réalisation de convertisseurs à ques autonomes) sont aujourd'hui opé- en une TCR et un jeu de filtres d’harmo- source de tension 4 dépassant 100 MVA. rationnels aux points sensibles du réseau niques individuellement accordés et cali- Cette technologie, associée aux transis- 22 kV et 11 kV du London Underground. brés ➔ 11. La commande d’angle d’amor- tors bipolaires à grille isolée « IGBT », dé- Les contraintes d’espace et de proximité çage de la TCR permet d’obtenir, à partir bouche aujourd’hui sur la solution « SVC avec les stations de métro très fréquen- du régime établi, une sortie variable Light », extrêmement dynamique et ro- tées imposaient des installations SVC continue, d’une puissance MVAr maxi- buste, dotée d’une large bande passante male en capacitif et capable de remplir une multitude de à une puissance fonctions d’électronique de puissance Par son aptitude à produire MVAr maximale en dans les réseaux et bien d’autres appli- inductif. Le mon- cations. Sa modulation de largeur d'im- des tensions de n’importe tage des filtres pulsion (MLI) donne une tension alterna- varie d’un site à tive quasi sinusoïdale sans recourir à des quels amplitude et angle de l’autre, en fonction filtres d’harmoniques. phase, SVC Light a tout pour du niveau de dé- fauts du réseau Notes 2 Des études approfondies ont cartographié les jouer le rôle d’équilibreur de d’alimentation de sources de distorsion et identifié les mesures charge. chaque site et nécessaires pour ne pas dépasser les limites de des exigences en perturbations admises aux points de couplage termes d’harmoni- commun. compactes et aptes à limiter les nuisan- ques. Les principaux paramètres des six 3 Des mesures confirment la satisfaction de cette condition. ces sonores et les champs magnétiques. SVC permet de les subdiviser en plu- 4 Dans SVC Light, ce dispositif utilise des Concrètement, le champ magnétique sieurs catégories ➔ 12. fréquences de commutation de l’ordre du kHz.

40 revue ABB 2|10 Des atouts technico-économiques 17 Mesure du déséquilibre de tension (toutes les 10 min) La solution SVC Light a des avantages techniques mais aussi économiques [2].

2,5 Pour illustrer ce point, imaginons une installation sans SVC Light : le respect 2,0 STATCOM des limites prescrites de déséquilibre déconnecté 1,5 obligerait à porter l’alimentation électri- que de 63 kV à 225 kV ou 400 kV avec, 1,0 pour corollaires, la construction de nou-

0,5 velles lignes aériennes et le renforcement

Déséquilibre de tension (%) Déséquilibre des sous-stations alimentées actuelle- 0,0 ment en 63 kV ou 90 kV. 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 22:40 Heure

Équilibrer les charges de traction réactive symétrique. Si chaque phase ferroviaire est raccordée aux bornes d’un conden- Apte à produire des tensions de n’im- sateur commun CC par valves IGBT, porte quels amplitude et angle de phase, cette différence n’existe pas. SVC Light convient tout à fait au rôle d’équilibreur de charge. En raccordant le Le réseau ferré français est équipé de convertisseur à source de tension au deux installations SVC Light alimentées réseau électrique, SVC Light peut être par le réseau national, l’une en 90 kV, assimilé à une machine synchrone dont l’autre en 63 kV. Dans les deux cas, la l’amplitude, la phase et la fréquence de solution SVC Light permet d’équilibrer la tension sont indépendamment com- dynamiquement l’asymétrie entre phases due au mode d’alimentation de la traction ferroviaire : les locomotives à thyris- Faute de dispositif tors prélèvent leur énergie des deux phases du système triphasé et engendrent SVC Light, il fau- des harmoniques absorbés par le filtrage drait augmenter la actif 5 de SVC Light. tension réseau, En ➔ 15, l’équilibreur de charge est dimen- sionné à 63 kV, 15 MVA et peut accepter donc construire une charge monophasée active de 16 MW Rolf Grünbaum de nouvelles lignes maxi. Son rôle est de limiter le déséquili- Per Halvarsson bre du réseau de répartition 63 kV à 1 % Björn Thorvaldsson et moderniser bon maxi, en régime normal, et à 1,8 % maxi ABB Power Systems, Grid Systems/FACTS en régime perturbé (état « N-1 »). Un fi ltre Västerås (Suède) nombre de sous- double accord pour les harmoniques de [email protected] rangs 40 et 51,5 est intercalé côté CA. [email protected] stations. Il n’y a pas de fi ltre d’harmoniques passif [email protected] côté 63 kV. Il en résulte une solution robuste qui s’accommode des change- mandables. Qui plus est, grâce à la ments de confi guration du réseau. Note commutation MLI à haute fréquence, le 5 Le filtrage actif est possible grâce à la large bande passante de SVC Light. Pour autant, il convertisseur est aussi capable de syn- Le second SVC Light est dimensionné à n’y a de filtrage actif que tant que la capacité le thétiser une tension inverse. 90 kV, 16 MVA pour accepter une charge permet, notamment lorsque la charge est monophasée active de 17 MW maxi ➔ 16. inférieure à la puissance assignée du compen- Un SVC Light, dans lequel chaque phase Il doit limiter le déséquilibre du réseau sateur.

≥ est reliée aux bornes d’un condensateur 90 kV à 1 % maxi pour Sssc 600 MVA, commun CC par valves IGBT, peut com- en régime normal, et à 1,5 % maxi pour Bibliographie penser une charge de traction √3 fois 300 MVA ≤ S ≤ 600 MVA, en régime ssc [1] Courtois, C., Perret, J.-P., Javerzac, J.-L., plus importante qu’un SVC classique à perturbé (N-1). Les mesures réalisées Paszkier, B., Zouiti, M., « VSC based imbalance base de TCR raccordées en triangle, à depuis l’installation de SVC Light mon- compensator for railway substations », Cigré puissance assignée identique. Le cou- trent une diminution notable du déséqui- B4-103, 2006. [2] Grünbaum, R., Hasler, J.-P., Larsson, T., plage triangle est moins efficace pour libre de tension [1], qui ne dépasse pas Meslay, M., « STATCOM to enhance power équilibrer une puissance active asymétri- 1 % ➔ 17. quality and security of rail traction supply », que que pour compenser une puissance ELECTROMOTION 2009, Lille, France.

Connaissances FACTuelles 41 À convertisseurs statiques, performances dynamiques

GERHARD LINHOFER, PHILIPPE MAIBACH, NIKLAUS UMBRICHT – Il existe Pour une énergie de grandes disparités entre les réseaux de traction ferroviaire et les de traction à la réseaux électriques. Tout d’abord, les chemins de fer électriﬁ és en courant alternatif sont principalement alimentés en monophasé alors fréquence requise que le réseau général produit, transporte et distribue l’électricité en triphasé. Ensuite, les fréquences utilisées sont bien souvent différentes ; et même quand elles sont identiques, elles ne sont pas forcément synchronisées. Aujourd’hui, de gros convertisseurs de fréquence à électronique de puissance assurent le transfert de l’électricité entre réseau national et réseau ferroviaire. Nombreux sont les convertisseurs de fréquence ABB de 15 MW qui alimentent, par exemple, le nouveau tunnel de base du Lötschberg. De nos jours, de plus fortes puissances peuvent être mises en œuvre, comme la station de conversion de 413 MW construite pour l’énergéticien allemand E.ON : un record sur le marché des convertisseurs statiques !

42 revue ABB 2|10 1 Schéma unifilaire d’une station de conversion

Convertisseur standard 15 MW d’ABB

Réseau général Conteneur 20 kV, 50 Hz Transfor- Transfor- mateur 2 ponts triphasés 4 ponts monophasés mateur 2 50 Hz 3 niveaux 3 niveaux 16 /3 Hz 33 1 Réseau de traction 2 110 kV, 16 /3 Hz

Mise à Limiteur Filtre Filtre la terre de tension passe- 33 Hz Mesure haut

2 Aérorefroidisseur à ailettes Filtre 16 /3 Hz

Variantes : Réseau général 110 kV, 50 Hz 2 Réseau de traction 15 kV, 16 /3 Hz

à partir du triphasé puisé au réseau général. Ce couplage était assuré fonda- La conception mentalement par deux machines électri- a traction électrique a de gros ques au nombre de paires de pôles compacte permit besoins en énergie. Pour y ré- différent, accouplées sur un arbre méca- pondre, de nombreux exploi- nique commun. Plus récemment, les de développer L tants ferroviaires possèdent progrès accomplis dans le domaine des des modules leur propre réseau de transport haute semi-conducteurs ont ouvert la voie aux tension (HT), voire leurs centrales de convertisseurs de fréquence à électroni- convertisseurs production. Mais indépendance ne veut que de puissance : ces appareils « stati- pas dire autarcie : l’énergie doit pou- ques » ont totalisé ces 15 dernières standardisés voir transiter d’un réseau électrifié à années quelque 1 000 MW, près des et de réaliser l’autre. Trois grands systèmes d’alimen- deux tiers étant de fourniture ABB. Des tation des voies ferroviaires coexistent convertisseurs cumulant 700 MW sup- des appareils aujourd’hui : plémentaires sont en construction ou en – Dans les pays ou régions dont commande. de différentes l’électrification des chemins de fer puissances. est relativement récente, les caténai- Au niveau du convertisseur (rotatif ou res sont souvent alimentées par le statique), la jonction du triphasé et du réseau général à la fréquence monophasé est plus problématique que industrielle de 50/60 Hz, principale- le couplage de deux réseaux triphasés. ment sous 25 kV ; Cela tient surtout au fait que la puissance – Là où l’électrification remonte au dans un réseau monophasé oscille au début du XXe siècle, la grande traction double de la fréquence, alors qu’elle est ferroviaire a opté pour le courant fondamentalement constante en triphasé. continu (CC) à 1,5 ou 3 kV ; Sur les convertisseurs tournants, ces – Certains pays ou régions du monde fluctuations de couple et de puissance ont fait le choix du courant alternatif sont absorbées et amorties par les mas- monophasé à fréquence spéciale ; ses en rotation. Les vibrations résultan- c’est le cas de la Norvège, de la tes doivent toutefois être absorbées par Suède, de l’Allemagne, de l’Autriche, leurs fixations mécaniques et leurs fon- 2 de la Suisse (16 /3 Hz) et du corridor dations, ce qui ajoute à la complexité de nord-est des États-Unis (25 Hz). la réalisation, tant de la machine que de ses fondations. Dans le passé, on faisait appel à des groupes tournants pour produire le mono- Dans le cas des convertisseurs stati- phasé nécessaire au réseau de traction ques, l’oscillation est filtrée par une bat-

À convertisseurs statiques, performances dynamiques 43 2 Conteneur du convertisseur

Composition : – Système de refroidissement – Modules convertisseurs et limiteurs de tension avec électronique de commande à proximité du convertisseur – Jeux de barres du bus CC et condensateurs derrière les modules convertisseurs – Jeux de barres des transformateurs – Distribution d’énergie aux auxiliaires, à l’instrumentation et au système de contrôle-commande (régulation, mesure et protection) – Alimentation sans interruption de l’instrumentation et du contrôle-commande – Exploitation locale par interface homme-machine et imprimante au fil de l’eau

terie de condensateurs et une inductance et intègre un dispositif de commande de Convertisseur 50 Hz accordée au double de la fréquence gâchette de faible inductance. Sa com- Ce convertisseur est constitué de 2 mo- d’exploitation du réseau ferroviaire. pacité permit de développer des modu- dules standard triphasés à 3 niveaux. les convertisseurs standardisés et de Deux phases se combinent en un bloc Autre défi : le convertisseur statique doit réaliser des appareils de différentes puis- pour former un module double phase. non seulement servir de source de ten- sances. Aujourd’hui, plus d’une vingtaine Le convertisseur est en vraie confi- sion et de puissance réactive, mais aussi de convertisseurs de 15 à 20 MW sont guration 12 pulses : seuls les harmoni- être capable de gérer, sans interruption, en exploitation, à la plus grande satisfac- ques caractéristiques de ce schéma le passage d’un fonctionnement inter- tion des clients. sont donc générés (n = 12 k ± 1, avec connecté à un fonctionnement îloté, en k = 1, 2, 3, 4 . . .). cas de perturbation sur le réseau. De 15 à 20 MW pour le Lötschberg plus, il doit pouvoir être l’unique source Parmi les réalisations d’ABB figure la Convertisseur 16 2/3 Hz d’alimentation d’un secteur isolé de la station de conversion électrique de Ce convertisseur se compose de 4 mo- Wimmis (canton dules standard biphasés à 3 niveaux. de Berne) destinée Deux phases se combinent en un bloc Le convertisseur statique doit au nouveau tunnel pour former un module double phase. de base du Lötsch- L’appareil est configuré en 8 étapes. Ses servir de source de tension et berg 1 que les niveaux de tension de sortie sont addi- trains empruntent tionnés par couplage série des enroule- de puissance réactive mais à 200 km/h. En ments du transformateur réseau des aussi gérer le passage d’un 2005, ABB livrent quatre ponts en H à trois niveaux et 4 convertisseurs impulsions décalées. fonctionnement interconnecté d’une puissance unitaire de 20 MW Limiteur de tension à l’îlotage, en cas de pertur- à la société d’élec- Si la tension du bus CC franchit un seuil bation sur le réseau. tricité bernoise haut, elle est déchargée par une résis- BKW FMB Energie, tance jusqu’à revenir à un seuil bas. La alors responsable commande du limiteur est indépendante ligne de chemin de fer et se resynchroni- de l’alimentation électrique du chemin de du système de contrôle-commande du ser ensuite sur le reste du réseau de trac- fer. Le principe en est simple : la tension convertisseur côté réseau ferroviaire tion après disparition de la perturbation. triphasée du réseau régional à 50 Hz (alternatif biphasé) et côté réseau natio- commence par être redressée, puis cette nal (triphasé) ; la tension du bus CC reste Une longue lignée énergie est momentanément stockée ainsi toujours dans la plage définie. La technologie des convertisseurs de dans un bus continu (CC) avant d’être fréquence statiques jouit d’une longue transformée par un onduleur en tension Bus continu 2 tradition chez ABB. En 1994, la Suisse alternative monophasée à 16 /3 Hz. Tous les modules double phase du inaugure les premiers convertisseurs de convertisseur sont interconnectés côté traction ferroviaire à base de puissants Le schéma de principe d'une station de CC par un jeu de barres commun qui semi-conducteurs, les thyristors bloca- conversion complète comme celle du comporte les connexions des modules bles par la gâchette « GTO » ; ceux-ci Lötschberg est illustré en ➔ 1 ; ses convertisseurs individuels pour les cèdent le pas au thyristor intégré com- constituants sont décrits ci-après. condensateurs du bus CC à couplage muté par la gâchette « IGCT », qui offre de bien meilleures performances en Note commutation avec des pertes inférieures 1 Lire « La Suisse sur les rails », p. 31.

44 revue ABB 2|10 Livrés dans un conteneur protégé des intempéries, le convertisseur et sa commande sont intégrale- ment testés et câblés.

direct et ses filtres, ainsi que les mesures Transformateur 16 2/3 Hz connecté aux enroulements tertiaires en de tension. Le transformateur du convertisseur série ou au réseau de traction. 2 16 /3 Hz additionne les 4 tensions par- Le bus CC reliant les convertisseurs tielles pour obtenir une tension mono- Filtre réseau 2 2 50 Hz et 16 /3 Hz comprend principale- phasée quasi-sinusoïdale à la fréquence Côté 16 /3 Hz, un filtre permet de réduire 2 ment : assignée de 16 /3 Hz. Il se compose de encore la très faible distorsion harmoni- – une batterie de condensateurs à 4 unités monophasées. Les tensions que due au convertisseur ; ce filtrage couplage direct pour le stockage partielles rectangulaires sont produites à peut aussi être nécessaire côté 50 Hz. d’énergie ; – un filtre 33,4 Hz pour absorber les Gestion technique centralisée fluctuations de puissance du réseau La plus grande L’ensemble de l’installation du Lötsch- ferroviaire ; berg est piloté à distance par un ordina- – un filtre passe-haut pour absorber les station de conver- teur de commande ALR 2 d’ABB, qui col- harmoniques de fréquence caractéris- lecte et traite les données des 4 tiques de la traction ferroviaire (rangs sion au monde, convertisseurs statiques de 20 MW et 3 et 5, en particulier). d'une puissance des 2 convertisseurs rotatifs, par le biais d’interfaces normalisées. L’ordinateur Conteneur du convertisseur de 413 MW, est calcule en permanence l’utilisation opti- Le convertisseur et sa commande sont male des convertisseurs statiques et livrés dans un conteneur protégé des en construction à rotatifs disponibles, en fonction des intempéries et intégralement câblés et Datteln (Rhin-du- besoins de puissance du réseau de trac- testés. Le système de refroidissement tion ou de réglages manuels ; il peut donc occupe un autre conteneur. Les deux Nord-Westphalie, connecter ou déconnecter du réseau la conteneurs sont montés sur un même réserve de puissance nécessaire, en support ➔ 2. Allemagne). l’espace de quelques secondes.

Transformateur 50 Hz Toutes les fonctions de contrôle-com- Le transformateur du convertisseur partir d’une source de tension continue mande, de régulation et de protection 50 Hz alimente les 2 ponts triphasés à (bus CC) au moyen de 4 ponts d’IGCT disposent du système numérique PSR 3 IGCT. Un transformateur triphasé est monophasés utilisant la modulation par constitué soit d’un circuit magnétique à largeur d'impulsion ; elles sont envoyées Notes 3 colonnes selon une conception à 2 aux 4 enroulements côté électronique du 2 De l’allemand Anlageleitrechner (ordinateur de plans, avec culasse intermédiaire, soit de transformateur. L’addition et l’adaptation commande) 3 Dénomination des anciennes installations, 2 circuits magnétiques à 3 colonnes, à la tension du réseau de traction se font remplacée par la plate-forme AC 800PEC pour renfermés dans une même cuve. dans l’enroulement HT. Un filtre est les installations actuelles.

À convertisseurs statiques, performances dynamiques 45 3 La station de conversion statique de Les deux convertisseurs de 30 MW de la station autrichienne de Timelkam fréquence du Lötschberg (Wimmis)

d’ABB, conçu pour être utilisé avec les et l’environnement. Deux unités ou plus L’ordinateur ALR boucles d’asservissement précises et de 30 MW peuvent être couplées en très rapides des systèmes convertisseur/ parallèle pour obtenir plus de puissance calcule en perma- onduleur. Les postes opérateurs du sys- par station. nence l’utilisation tème de pilotage MicroSCADA d’ABB, installés dans le centre de conduite, Station de conversion de Timelkam : 30 MW optimale des garan tissent l’affichage fiable des mesu- Fin 2007, les chemins de fer autri- res et calculs, ainsi que la commande chiens ÖBB commandent une nouvelle convertisseurs des circuits et séquences de surveillance station de conversion ferroviaire, à ins- de tous les éléments de l’installation. taller près de la ville de Timelkam, au statiques et rota- L’exploitation en mode secours automa- nord de l’Autriche. La station comporte tifs disponibles, tique instantané de toute la supervision deux convertisseurs indépendants de (ARL + postes opérateurs) garantit la très 30 MW pour transformer l’alimentation en fonction des grande disponibilité du système. du réseau national à 50 Hz/110 kV en 2 16 /3 Hz/110 kV. Le réseau de traction besoins de puis- L’installation est photographiée en ➔ 3 : à dispose ainsi de 60 MW, sans perte de sance du réseau gauche, on aperçoit le transformateur tri- transport grâce à la proximité de la cen- phasé 50 Hz coiffé du circuit de filtrage trale d’énergie. Le premier convertisseur de traction ou (sur portique) ; à droite, le transformateur 30 MW entre en service en juillet 2 monophasé 16 /3 Hz et, au milieu, le 2009 ➔ 4. de réglages conteneur du convertisseur. manuels. Station de conversion de Datteln : 413 MW De 20 à 30 MW et plus . . . La plus grande station de conversion fer- La modularité de ces équipements per- roviaire au monde est en construction à met d’augmenter très facilement la puis- Datteln (Rhin-du-Nord-Westphalie, Alle- sance par paliers de 15 MW ; il suffit de magne). Commandée en 2007 par E.ON, connecter en parallèle les modules elle fournira 413 MW et remplacera les 2 convertisseurs supplémentaires. Cette générateurs 16 /3 Hz des centrales Dat- génération d’appareils établit de nouvel- teln 1–3, arrivés en fin de vie économi- les références en termes de performance, que et technique. La station puisera le d'encombrement et de rapidité de mon- 50 Hz de la nouvelle centrale toute pro- tage et de mise en service. Les retours che de Datteln 4 pour le convertir en 2 positifs des clients prouvent que ces 16 /3 Hz et alimenter le réseau 110 kV de équipements standardisés répondent la Deutsche Bahn (DB). Datteln étant bien à leurs besoins. ainsi l’un des plus gros « points d’injection » du réseau ferroviaire allemand, sa Les clients ne tardèrent pas à rebondir station de conversion doit afficher une sur le succès de ces convertisseurs 15– très haute disponibilité. ABB est respon- 20 MW pour demander encore plus de sable de toute l’ingénierie du projet, de la puissance unitaire ; ABB développa alors conception de la chaîne de conversion à un autre convertisseur de fréquence la déﬁ nition technique de tous ses compo- standard de 30 MW, doté en option d’une sants, en passant par le développement capacité de surcharge selon l’application du logiciel de contrôle-commande et

46 revue ABB 2|10 4 Station de conversion de 30 MW 5 Station de conversion de 103 MW

Conteneur de

2 Transformateur 16 /3 Hz refroidissement Transformateur Conteneur de Conteneur de 380 kV 50 Hz convertisseur 30 MW commande Transformateur 50 Hz

Conteneur de Échangeurs de commande/ chaleur refroidissement Inductances de Inductance 33 Hz 2 transformateurs filtrage 33 Hz 2 Échangeurs de 55 kV 16 /3 Hz 4 conteneurs de convertisseur 30 MW chaleur protection. Ce projet clés en mains inclut approche modulaire confère la souplesse l’installation et la mise en œuvre. nécessaire aux besoins différenciés de puissance. Les prochaines années ver- La fourniture ABB comprend 4 stations ront une demande accrue de convertis- de conversion indépendantes, d’une seurs de 15 MW pour remplacer les puissance assignée de 103 MW obtenue nombreux groupes tournants arrivés en à partir de 4 convertisseurs standard de fin de vie. ABB ne ménage pas ses ef- 30 MW. La capacité de surcharge inté- forts pour conforter sa position de leader grée permet au client de continuer à re- sur ce marché particulièrement exi- cevoir la puissance nominale de 413 MW geant. même si l’un des convertisseurs est hors Gerhard Linhofer service. Chaque station se compose des Philippe Maibach éléments suivants ➔ 5 : Niklaus Umbricht – 1 transformateur convertisseur, côté ABB Automation Products 50 Hz ; Turgi (Suisse) – 4 conteneurs de convertisseur avec [email protected] filtres de circuits intermédiaires ; [email protected] – 1 conteneur de commande ; [email protected] – 1 conteneur abritant le système de refroidissement ;

– 4 échangeurs de chaleur eau/air ; Bibliographie – 2 transformateurs convertisseurs [1] Gaupp, O., Linhofer, G., Lochner, G., Zanini, P., 2 couplés en série, côté 16 /3 Hz. « Convertisseurs GTO de haute puissance pour le trafic ferroviaire à travers les Alpes », Revue ABB 5/1995, p. 4–10. Outre les enjeux techniques de cet ambi- [2] Lönard, D., Northe, J., Wensky, D., « Statische tieux projet, la logistique et la qualité de Bahnstromrichter – Systemübersicht ausgeführ- la planification sont primordiales pour ter Anlagen », Elektrische Bahnen 6/1995, pouvoir livrer l’équipement à temps. La p. 179–190. [3] Mathis, P., « Statischer Umrichter Giubiasco der durée du contrat, dont l’échéance est Schweizerischen Bundesbahnen », Elektrische prévue en 2011, et la rigidité du planning Bahnen 6/1995, p. 194–200. en font un chantier d'exception, qui peut [4] Steimer, P., Grüning, H., Werninger, J., Dähler, aussi faire date dans l’exécution d’autres P., Linhofer, G., Boeck, R., « Couplage série de thyristors GTO pour convertisseurs de haute projets : ces 4 stations de 103 MW éta- puissance », Revue ABB 5/1996, p. 14–20. blissent un nouvel étalon de puissance [5] Steimer, P., Grüning, H. P., Werninger, J., pour la conversion de fréquence stati- Carroll, E., Klaka, S., Linder, S., « IGCT – Une que. nouvelle génération de thyristors pour onduleurs de forte puissance », Revue ABB 5/1998, p. 34–42. Perspectives [6] Meyer, M., Thoma, M., « Netzkompatibilitäts- La part de marché relativement impor- studie und -messungen für die Umrichteranlage tante d’ABB pour ce type de système Wimmis », Elektrische Bahnen 12/2006, p. 567–574. prouve que les efforts de développement [7] Jampen, U., Thoma, M., « Statische Frequenz- du Groupe sont en phase avec les exi- umrichteranlage Wimmis », Elektrische Bahnen gences des clients. Qui plus est, son 12/2006, p. 576–583.

À convertisseurs statiques, performances dynamiques 47 Le disjoncteur nouveau est arrivé

Les disjoncteurs à vide d’extérieur FSK II interrompent le courant, pas le trafic ferroviaire !

KAREN STRONG, BRYCE DENBOER – Les disjoncteurs d’exté- entier, notamment au Royaume-Uni. Aussi le lancement rieur sont un composant essentiel de l’alimentation par ABB du nouveau FSK II et ses innovations, dont la électrique des trains de grandes lignes par la caténaire ; combinaison d’un actionneur magnétique et d’une com- ils permettent de sectionner cette alimentation et d’isoler mande électronique « zéro maintenance », ont-ils tout certains tronçons de la voie ferrée à des fins d’inspection naturellement suscité l’intérêt des fournisseurs de et de maintenance. Les disjoncteurs à vide d’extérieur Network Rail, propriétaire et gestionnaire du réseau FSK I d’ABB jouissent d’une excellente réputation de ferroviaire britannique. fiabilité, de performance et de longévité dans le monde

48 revue ABB 2|10 1 Les nouveaux disjoncteurs à vide FSK II d’ABB équipent un projet d’électrification de ligne suburbaine à Birmingham.

1a Disjoncteurs FSK II 1b Nouveau coffret de commande électronique au sol

le FSK II et les câbles ou jeux de barres phases de l’électrification de la ligne de associés. La solution est ainsi particuliè- banlieue Cross-City Line, à Birmingham. rement compacte et soignée, minimisant l’impact environnemental et l’encom- Darryl Hackett, chef de projet Systèmes brement de l’installation. L’isolation du électriques chez Carillion, explique le FSK II, dans l’azote et le vide, est en choix des disjoncteurs FSK II : « Après e disjoncteur à vide d’extérieur outre écologique. avoir envisagé plusieurs possibilités, le FSK II d’ABB (photo p. 48), qui nouveau FSK II d’ABB s’est imposé reprend la recette éprouvée des Carillion plc, acteur majeur de la comme la solution idéale, par sa simpli- L disjoncteurs FSK I utilisés dans construction et de la maintenance au cité, son élégance et sa compacité, le monde entier, a été spécialement Royaume-Uni, fut l’un des premiers à notamment en termes de distances pensé pour les applications de coupure d’isolement. En plus de réduire l’encom- de courant dans les réseaux de traction brement de l’installation, il était facile à électrique 50 Hz, mono (1 × 25 kV) et L’actionneur monter et nécessitait très peu de mainte- biphasés (2 × 25 kV). Il se distingue aussi nance. » par une innovation majeure : une com- magnétique du mande électronique, câblée à un action- Le projet de Carillion s’est déroulé neur magnétique situé au pied de la FSK II et sa liaison « comme sur des rails », de la première chambre de coupure, remplace la trin- câblée suppriment commande en juillet 2007 à la recette glerie électromécanique traditionnelle usine réalisée à Genève, en novembre entre le coffret de commande (au sol) et plusieurs pièces 2007. Les 50 premiers disjoncteurs ont la chambre de coupure (en hauteur). été livrés en février 2008. À ce jour, mobiles et rendent Carillion a reçu bien plus d’une centaine Principal atout de l’actionneur magnéti- l’installation robuste, de disjoncteurs FSK II d’ABB. que du FSK II et de sa liaison câblée : ils suppriment plusieurs pièces mobiles et fiable et « zéro Accompagnement permettent à l’installation de gagner en La réussite de ces projets ne repose pas robustesse et en fiabilité, sans aucune maintenance ». uniquement sur les atouts technologi- maintenance. Il en découle une réduc- ques du FSK II. En effet, la qualité du tion significative de la durée et des coûts support technique d’ABB, notamment d’intervention. De plus, la souplesse et la adopter le FSK II dans le cadre de deux l’attention portée à la bonne installation simplicité de conception du FSK II facili- grands projets d’infrastructure ferroviaire des disjoncteurs, a aussi été un facteur tent son intégration dans des installa- réalisés pour le compte de Network Rail. décisif. Carillion disposait d’étroites fenê- tions nouvelles ou existantes. Aucun ré- tres temporelles pendant lesquelles ses glage mécanique n’étant nécessaire sur Il s’agissait de remplacer les disjoncteurs sites pouvaient être mis hors service. site, l’installation et la mise en service en fin de vie dans les appareillages d’ex- En garantissant la fourniture de disjonc- sont rapides et aisées. térieur montés sur poteaux. Le premier teurs prêts à monter, ABB a aidé Carillion projet s’est déroulé dans la banlieue à réduire d’un tiers la durée d’immobili- ABB a porté une attention particulière à nord-ouest de Leeds tandis que le sation de ses équipements ! Par exem- la conception des raccordements entre second concernait les deux premières ple, le remplacement de gros points

Le disjoncteur nouveau est arrivé 49 Nous avons également apprécié d’être 2 Un prolongateur de câble ABB relie le coffret 3 Agrément de commande à la chambre de coupure. en permanence informés des moindres détails de l’avancement du projet (départ usine, entrée au Royaume-Uni, date ABB vient d’obtenir la certification de Network Rail pour l’utilisation de son d’arrivée prévue à notre entrepôt, etc.), disjoncteur d’extérieur à vide 27,5 kV FSK II sans jamais avoir à courir après l’infor- dans les systèmes de traction électrique. mation. » Cet agrément consacre l’installation réussie d’un grand nombre de FSK II, en conditions d’essai, dans le cadre de plusieurs grands Le FSK II est proposé soit en fourniture projets britanniques, dont ceux de l’entreprise séparée, soit complet avec équerres de Carillion ainsi que la rénovation de la ligne fixation. Lors d’essais, il a réussi plus de principale de la côte ouest britannique 5 000 manœuvres, soit l’équivalent d’une (WCML), une des plus importantes artères ferroviaires du pays. durée de fonctionnement bien supérieure à 20 ans dans la plupart des applications ferroviaires.

d’alimentation comportant 6 ou 7 dis- Pour le montage, ABB a travaillé en joncteurs ne prit que 4 semaines. étroite collaboration avec les spécialistes Network Rail apprécia cette approche « à de l’installation sur site de Carillion pour grande vitesse » qui contribua à minimi- mettre au point un adaptateur spécial ser les éventuelles interruptions du trafic utilisant les mêmes raccordements et ferroviaire. entraxes de fixation ➔ 1. Résultat : un remplacement à l’identique, mais qui Solutions sur mesure inté grait les dernières avancées tech- Si le projet de Leeds était relativement nologiques. Quant au câblage, ABB simple, puisque les FSK II remplaçaient fournit un prolongateur de câble de commande pour le FSK II, tout en réu- Les raccordements entre le tilisant les câbles FSK II et ses câbles ou jeux en place ➔ 2. Plébiscite de barres garantissent la Darryl Hackett compacité de la solution qui n’hésiterait pas une seconde à diminue l’impact environne- recommander les disjoncteurs FSK II mental et l’encombrement de d’ABB pour des l’installation. projets semblables ➔ 3. Saluant le professionnalis- d’anciens disjoncteurs ABB de même me du Groupe, il s’est aussi félicité de la conception, celui de Birmingham s’avéra fluidité du dialogue entre Carillion et les plus complexe pour plusieurs raisons : équipes d’ABB au Royaume-Uni et en – Les nouveaux disjoncteurs se Suisse. Une démarche qui a garanti la substituaient à des appareils très continuité du projet, de la recette usine à Karen Strong différents d’un autre constructeur ; la livraison finale. ABB Limited – Medium Voltage Products – Le montage devait s’effectuer sur la Stone (Royaume-Uni) structure existante en acier ; « Nous avons été particulièrement im- [email protected] – Network Rail souhaitait ne remplacer pressionnés par la souplesse avec la- que les disjoncteurs et conserver quelle ABB a adapté la conception du Bryce Denboer autant que possible le câblage FSK II aux préférences de Carillion et de ABB Limited – Rail Products d’origine. Network Rail, notamment pour l’empla- Daresbury (Royaume-Uni) cement et le marquage des appareils. [email protected]

50 revue ABB 2|10 Bain turc pour transformateurs secs

RAFAEL BUENACASA, JOSÉ ANTONIO CANO, CARLOS GARCÍA Malgré la chaleur et l’humidité, QUIRÓS, BERTA OBIS – Istanbul, seule ville au monde à cheval les transformateurs ABB font sur deux continents, est le cœur culturel et ﬁ nancier de la Turquie et certainement l’une des plus grandes métropoles un excellent travail dans le mondiales. Paradoxalement, pour une ville de plus de 13 millions d’habitants aussi dynamique, le réseau de métro d’Istanbul transport n’en est qu’à ses balbutiements. En dépit de son retard, la ville ne ménage pas ses efforts pour développer un réseau urbain lui permettant de rivaliser avec d’autres mégapoles.

Bain turc pour transformateurs secs 51 1 Transformateur hi-T Plus à enroulements moulés sous vide d’ABB

tions de traction) destinés à la ligne Ces appareils sont fabriqués sur com- Kartal-Kadikoy. mande dans des usines spécialisées, comme celle de Saragosse en Espagne. Pourquoi les transformateurs ABB ? Les transformateurs de type sec et à en- Même si la gamme de transformateurs à roulements moulés sous vide d’ABB sont enroulements moulés sous vide pour les omme bon nombre de villes étanches et donc parfaits pour travailler projets ferroviaires est vaste, elle couvre de sa taille, Istanbul souffre dans des atmosphères humides ou principalement deux grandes applica- de graves problèmes d’em- extrê mement polluées, où l’hygrométrie tions : l’alimentation des sous-stations et C bouteillages depuis des an- dépasse 95 % et les températures des- la traction. La seconde exige une solu- nées. Ce n’est qu’en 1992 qu’a débuté cendent à – 25 °C. De plus, les condition différente, plus stricte, sous la forme la construction de son premier réseau de tions d’installation très exigeantes du de transformateurs hi-T Plus ➔ 1. métro souterrain pour désengorger l’agglo- site (niveaux de bruit et de vibrations mération. Si la première ligne, entrée en réduits, espaces service au second semestre 2000, limités) en faisaient constitue un progrès indéniable dans la des candidats tout Les transformateurs de réduction de la circulation, beaucoup de désignés pour le chemin reste à parcourir. métro stamboulio- type sec et à enroulements te. Ces transforma- Le chantier, débuté en 1992, n’a pas teurs sont conçus moulés sous vide d’ABB sont cessé d’évoluer. Par exemple, la ligne pour résister aux étanches et donc parfaits Kirazli-Olimpiyat est la troisième côté séismes ; étant don- européen, tandis que la ligne Kartal- né la situation géo- pour travailler dans des Kadikoy fut la première sur l’autre rive graphique d’Istan- du Bosphore. ABB participe à ces deux bul, à proximité de atmosphères humides ou projets en tant que fournisseur privilé- la faille nord-ana- extrêmement polluées. gié de transformateurs à enroulements tolienne, à l’origine moulés sous vide. Le Groupe a livré de plusieurs trem- au total 133 transformateurs de ce type : blements de terre, les accessoires anti- Haute résistance thermique 47 transformateurs à enroulements mou- vibrations des transformateurs ABB ont La principale différence entre les trans- lés sous vide, d’une puissance de 2 000 pesé lourd dans la décision finale. formateurs hi-T Plus d’ABB et les autres à 3 300 kVA, pour la ligne Kirazli-Olim- transformateurs à enroulements moulés piyat et 86 transformateurs de type sec Avec plus de 100 000 unités en fonction- sous vide est leur température de fonc- (60 transformateurs à enroulements nement dans le monde, dont plus de tionnement nettement plus élevée, d’où moulés sous vide de 250 à 5 000 kVA, 1 600 de type sec (d’une puissance la désignation hi-T. Cette performance classe 36 kV pour applications de maximale de 16 000 kVA) dédiées aux est due au choix d’un isolant thermique dis tribution, et 26 transformateurs re- réseaux ferrés, ABB est de loin le pre- renforcé, de classe H, supérieur à la dresseurs dodécaphasés « hi-T Plus » mier fournisseur de ce type de transfor- classe F des transformateurs classiques. à enroulements moulés sous vide de mateurs. Les matériaux de classe H sont réputés 3 300 kVA, classe 36 kV pour applica- pour leur tenue mécanique et diélectri-

52 revue ABB 2|10 2 Durée de vie estimée de l’isolant en % (classe F à 100 K = 100 %) 3 Capacités de surcharge du transformateur hi-T Plus

1 200 Classe F à 100 K 1,20 Transformateur de 1 000 Classe F à 80 K 1,15 classe F 800 Transformateur hi-T 1,10 Transformateur Plus hi-T Plus 600 1,05 400 1,00 Durée de vie (%) 200 0,95 Facteur de charge 0 0,90

4 Capacités de surcharge du transformateur hi-T Plus sans Sous-station de traction ferroviaire (cf. p. 72 pour une vue détaillée) diminution de la durée de vie

400 350 300 250 200

Temps (min) Temps 150 100 50 0 1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 Facteur de charge unitaire Classe F, charge précédente à 0,7 Classe F, charge précédente à 0,9 hi-T Plus, charge précédente à 0,7 hi-T Plus, charge précédente à 0,9

que, ainsi que leur excellente résistance vie de l’isolant. Il s’agit sans conteste La puissance nominale des transforma- à la chaleur. Le transformateur hi-T Plus du meilleur choix pour les réseaux pré- teurs pour applications ferroviaires est peut ainsi supporter un échauffement sentant une forte distorsion harmonique, donnée pour chaque cycle normalisé des pics de charge, de brusques sur- EN 50329 ou CEI 60146, en tenant aussi charges et une hausse imprévue de compte des harmoniques. En l’absence Comparés aux la température ambiante. Cependant, d’information, les valeurs normatives l’échauffement nominal théorique est servent de référence, éliminant ainsi les autres transforma- limité à 100 K pour une température incertitudes qui étaient auparavant levées ambiante maximale de 40 °C. De plus, le en surdimensionnant le transformateur teurs à enroule- hi-T Plus affiche de remarquables capa- ou en limitant son échauffement. ments moulés sous cités de surcharge : une surcharge continue, même à pleine puissance nominale, vide, les transfor- n’amputera pas sa durée de vie ➔ 3 et ➔ 4. Ces transformateurs sont conçus mateurs hi-T Plus pour des cycles de surcharge à une tem- d’ABB résistent à pérature ne dépassant jamais celle auto- risée par leur classe d’isolant, excluant une température ainsi tout risque de dégradation pendant de fonctionnement ces cycles. beaucoup plus Ces avantages techniques, combinés au fait que le transformateur fonctionne élevée, grâce à un dans les limites d’échauffement de la Rafael Buenacasa classe B (échauffement maxi moyen Berta Obis isolant thermique admis des enroulements : 80 K), permet- Carlos García Quirós de classe H. tent de réduire la taille d’un transforma- José Antonio Cano teur hi-T Plus par rapport à un transfor- ABB Power Products mateur de classe F de même puissance Saragosse (Espagne) moyen de 125 K, sans conséquence sur nominale avec, à la clé, une diminution [email protected] le vieillissement thermique de l’iso- des coûts pour le concepteur et l’utilisa- [email protected] lant ➔ 2. En fait, la classe H a l’avantage teur final. [email protected] supplémentaire de prolonger la durée de [email protected]

Bain turc pour transformateurs secs 53 54 revue ABB 2|10 Les transformateurs entrent en gare

Pour les transformateurs de traction ABB, le train-train quotidien n’est pas une sinécure

CÉCILE FÉLON, HARRY ZÜGER – Le train quitte à vive allure le calme de la petite gare de banlieue et ﬁ le vers l’agitation du centre-ville ; il ouvre ses portes pour laisser descendre plusieurs centaines de voyageurs. Très vite, les portes se referment et le train repart en captant l’énergie de la caténaire pour accélérer en un rien de temps à 60 km/h avant de décélérer à nouveau quelques kilomètres plus loin et s’arrêter à la gare suivante pour débarquer d’autres passagers. Du matin au soir, jour après jour, année après année, le rituel se répète. Dans les métropoles du monde entier, les transformateurs de traction ABB contribuent à la ﬁ abilité, au confort et à la ponctualité des trains pour tous ceux qui font le trajet quotidien domicile-travail.

ontrairement aux liaisons ferro- ABB compte parmi les principaux four- viaires régionales interurbai- nisseurs de transformateurs de traction ; nes, les trains de banlieue ses appareils compacts, légers et fiables C assurent généralement les répondent aux exigences spécifiques migrations journalières entre les centres- des constructeurs et exploitants de trains villes et leur périphérie qui peut s’étaler de banlieue. Le Groupe affiche un pal- jusqu’à 60 km. Ces réseaux ferrés sub- marès inégalé, avec plusieurs milliers de urbains, qui transportent des millions de transformateurs de traction en service passagers, sollicitent énormément le dans le monde. Plus que jamais, ABB matériel. détient aujourd’hui une expérience technique qui lui permet de relever tous les Tout au long de la journée, ces trains défis posés par les constructeurs de s’arrêtent, accélèrent et décélèrent, met- trains suburbains. tant à rude épreuve leurs composants. Or, malgré ces contraintes d’exploitation Transformer la qualité de vie urbaine sévères, ils doivent être fiables et sûrs 2008 marque un tournant dans l’urbani- par tous les temps. sation mondiale, plus de la moitié de la population vivant désormais en zones

Les transformateurs entrent en gare 55 1 Aujourd’hui, la population mondiale est majoritairement urbaine.

3 Démographie (milliards)

0 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

Population mondiale totale Population mondiale rurale Population mondiale urbaine

urbaines. Selon les prévisions, nous se- quotidiens réduirait les émissions de CO2 ABB, un train de banlieue . . . d’avance rons 60 % à habiter en ville d’ici à 2030 de 50 g/km [1]. ABB vend des transformateurs de trac- et la tendance devrait se poursuivre. En tion aux constructeurs de trains de ban- 2015, on estime que la planète comptera Pour favoriser l’essor du rail, les trans- lieue du monde entier. Une démarche 560 agglomérations de plus de 1 million ports en commun se doivent d’être abor- efficace d’innovation et une aptitude à d’habitants ➔ 1. dables, fiables et confortables. Souvent, satisfaire le marché mondial ont permis à ABB de devenir un fournisseur de pre- Cette urbanisation galopante pèse lour- mier plan de transformateurs de traction dement sur les infrastructures de trans- L’huile ester afﬁ che à la pointe de la technologie. port existantes avec la saturation des réseaux routiers dans de nombreuses d’excellentes perfor- Ces cinq dernières années, la progres- agglomérations. Pour preuve, l’allonge- mances aux hautes sion spectaculaire des réseaux ferroviai- ment des temps de trajet domicile-travail res de banlieue a contribué à renforcer la dans le monde entier ; en Allemagne, par températures fré- réputation d’ABB. Ses transformateurs exemple, il est en moyenne de 65 minu- « vont bon train » dans des dizaines de tes par jour alors qu’en Chine il s’élève quemment atteintes villes d’Europe, d’Inde et même de nou- à 83 minutes. Les embouteillages nui- veaux marchés comme l’Amérique du sent non seulement à la qualité de vie par les véhicules lors Nord et l’Afrique. des populations concernées, mais sont des périodes de également responsables de la forte pol- New Jersey lution locale de l’air. Pour résoudre un forte accélération. Aux États-Unis, le réseau ferré de l’opé- problème qui ne cesse de s’aggraver, les rateur New Jersey Transit (NJ Transit) as- métropoles accroissent les capacités et C’est le type même sure les trajets quotidiens des habitants étendent leurs réseaux de transport d’innovation qui per- de cet État qui travaillent à New York, public. Newark, Trenton et Philadelphie. Trans- met de conserver le portant environ 252 000 voyageurs par Leader des technologies de traction ferro- jour, il s’agit du 4ème réseau suburbain viaire, ABB aide les municipalités à com- niveau de rende- le plus fréquenté d’Amérique du Nord. battre l’engorgement routier et la pollu- ment des transfor- À la différence de nombreux réseaux de tion avec des équipements clés pour les banlieue d’Europe, NJ Transit utilise des rames automotrices électriques utilisées mateurs tout en pro- locomotives électriques plutôt que des par de nombreux opérateurs de réseaux rames automotrices. Ses locomotives de trains de banlieue à travers le monde. posant au client un Bombardier ALP 46 (American Locomo- Ces véhicules affichent des rendements produit facilement tive Passenger) doivent pouvoir produire énergétiques très supérieurs à ceux instantanément leur pleine puissance, des bus et des trains diesel, et trans- biodégradable. pratique courante sur les réseaux ferrés portent un grand nombre de passagers nord-américains. Une accélération ins- dans un espace relativement réduit. tantanée produit un violent choc thermi- Selon certaines estimations, chaque per- les opérateurs ferroviaires travaillent en que du fait de l’échauffement rapide des sonne qui abandonnerait sa voiture au étroite collaboration avec les construc- équipements, situation encore exacer- profit du train pour ses déplacements teurs de matériel roulant. bée en périodes de froid. Bombardier a

56 revue ABB 2|10 2 Transformateur de traction ABB de la locomotive ALP 46 de 3 Transformateur de traction de dernière génération de la plate- Bombardier forme Porteur Polyvalent d’Alstom

choisi d’équiper ces locomotives de Réseau régional français transformateurs ABB pour leur fiabilité Autre composante du plan de renouvel- 2008 marque un dans ces conditions difficiles ➔ 2. lement du réseau ferré national français : l’achat au constructeur Alstom de trains tournant dans Paris et l’Île de France régionaux Coradia Polyvalent, rebaptisés ABB a également fourni à Bombardier Régiolis par la SNCF. Pour Alstom, la l’urbanisation des transformateurs de traction pour ses priorité lors de la conception de ce train mondiale, plus rames automotrices SPACIUM comman- modulaire à un seul niveau était de ré- dées par la SNCF. Destinées à son ré- duire autant que possible la masse. ABB de la moitié de la seau francilien, ces nouvelles automotri- décrocha le contrat de fourniture des ces ont été élaborées à partir de la transformateurs de traction de ces trains population vivant gamme de trains AGC (Autorail de Grande et travailla étroitement avec le client pour désormais en Capacité) de Bombardier et leur achat créer un ensemble regroupant le trans- s’inscrit dans le plan de renouvellement formateur, les inductances de filtrage du zones urbaines. du réseau ferré national. ABB avait déjà courant continu et une inductance de vendu des transformateurs de traction convertisseur auxiliaire ne pesant au total Selon les prévi- pour la plate-forme AGC standard et sa que 2 650 kg ➔ 3. sions, nous serons variante hybride XBiBi. Mettant à profit le retour d’expérience, le plus gros défi Suisse 60 % à habiter en auquel les ingénieurs ABB étaient La Confédération helvétique compte confrontés pour ce projet SPACIUM était quelques-uns des réseaux de transport ville d’ici à 2030 et la minimisation du bruit émis par les public les plus intégrés et efficaces au la tendance devrait transformateurs. ABB a ainsi fourni des monde. Même si le nombre annuel de transformateurs de toiture silencieux voyageurs ne s’élève qu’à 360 millions, se poursuivre. dont les systèmes de refroidissement le degré d’utilisation du réseau ferré rap- sont très peu bruyants. Les services porté au nombre d’habitants est énorme ; franciliens effectuent chaque année près en effet, chaque résident effectue en d’un milliard de trajets, soit 80 % du tra- moyenne 49 trajets en train par an, ce fic voyageurs national. Ces chiffres tra- qui fait de la Suisse le plus gros utilisa- duisent l’importance des réseaux ferrés teur de services ferroviaires de toute de banlieue et leur potentiel dans l’amé- l'Europe. lioration de l’efﬁ cacité et de la ﬁ abilité des transports en commun. Dans le cas de Ces six dernières années, ABB a livré au Paris, le développement du Réseau ex- marché ferroviaire suisse de nombreux press régional (RER) a réussi à fédérer transformateurs de traction. En 2003, le l’infrastructure ferroviaire existante avec Groupe recevait ainsi une commande du le réseau de métro urbain, créant ainsi constructeur Stadler Rail pour équiper un système de transport efficace qui ses trains FLIRT (Fast Light Innovative intè gre totalement le centre-ville et la Regional Train) destinés à l’origine au grande couronne. marché suisse ➔ 4. Suite à ce projet très réussi, le constructeur ferroviaire passa,

Les transformateurs entrent en gare 57 4 ABB a reçu des commandes pour plus de 1 000 transformateurs 5 Transformateur de traction ABB du train Desiro de Siemens de traction pour les trains FLIRT de Stadler Rail.

au cours des années suivantes, plusieurs Inde lors des périodes de forte accélération. commandes à ABB pour d’autres trains En 2004, ABB signait avec Siemens Mo- C’est le type même d’innovation qui per- basés sur la plate-forme FLIRT et desti- bility un contrat de fourniture de transfor- met de conserver le niveau de rendement nés à de nombreux autres pays, notam- mateurs pour 172 automotrices desti- des transformateurs tout en proposant ment l’Allemagne, la Hongrie, l’Algérie, la nées au réseau de banlieue de Mumbai. au client un produit facilement biodégra- Finlande et la Norvège. À ce jour, près de Ce projet posait des défis spécifiques dable, avec un écobilan plus satisfaisant 800 transformateurs de traction ont été aux ingénieurs d’ABB car les transforma- sur sa durée d’exploitation et un traite- teurs de traction ment en fin de vie moins coûteux. Parmi devaient résister les autres avantages, citons le point de Ces six dernières années, aux chaleurs tropi- feu élevé de l’huile, conforme aux exi- cales de l’Inde. Ils gences de sécurité du Royaume-Uni ABB a livré de nombreux furent donc conçus pour la circulation dans les tunnels. Scot- pour fournir un rail utilisera ces nouveaux trains pour transformateurs de traction rendement éner- desservir l’agglomération de Glasgow. pour des trains FLIRT desti- gétique accru aux températures éle- Algérie nés à la Suisse, l’Allemagne, vées. Le réseau de En 2006, la Société nationale des Che- transport public de mins de fer algériens commandait 64 la Hongrie, la Finlande et Mumbai compte nouveaux trains FLIRT à Stadler Rail d’autres pays. parmi les plus utili- (équipés de transformateurs de traction sés au monde : ses ABB) pour les dessertes de banlieue de trains de banlieue la capitale Alger. Ces trains sont appré- livrés à Stadler Rail et, en 2009, le nom- acheminent quotidiennement plus de ciés pour leur forte capacité d’accueil bre total de transformateurs commandés 6,1 millions de voyageurs. (jusqu’à 10 voyageurs par m2) et leur pour la plate-forme FLIRT dépassait les tenue aux températures caniculaires 1 000 unités. Écosse (jusqu’à 55 °C). Un autre projet avec Siemens Mobility Ce long et fructueux partenariat a incité prévoyait la fourniture par ABB de trans- Ce projet est l’illustration probante des Stadler Rail à faire de nouveau appel à formateurs de traction pour des trains atouts de la standardisation. En effet, le ABB pour les systèmes de traction de sa destinés à l’opérateur écossais Scotrail. système de refroidissement du transfor- nouvelle génération de rames à deux Le cahier des charges du constructeur mateur du train FLIRT a été conçu pour niveaux DOSTO, destinées au réseau allemand spécifiait des transformateurs une alimentation en 15 kV, alors même S-Bahn de Zurich. Dans le sillage de ce monosystèmes à haut rendement et res- que le FLIRT algérien est alimenté en projet, d’autres commandes arrivent pectueux de l’environnement pour sa 25 kV. Il dispose ainsi d’une plus grande pour ce type d’automotrice à deux nouvelle génération de trains de banlieue réserve de refroidissement et permet niveaux en Suisse, en Autriche et en Desiro ➔ 5. Pour y répondre, ABB fabri- d’utiliser le train soit à des températures Allemagne. Ce train DOSTO a toutes les qua des transformateurs refroidis à l’huile ambiantes plus élevées, soit à des puis- chances de rencontrer le même succès ester, plutôt qu’à l’huile minérale tradi- sances supérieures. que le FLIRT. tionnelle. L’huile ester afﬁ che d’excellentes performances aux hautes températures fréquemment atteintes par ces véhicules

58 revue ABB 2|10 6 Train Gautrain de Bombardier équipé de Régime minceur pour transformateurs de traction transformateurs de traction ABB

sectoriels en recherche-développement pour utiliser les meilleurs isolants et minimiser la masse sans compromettre la rigidité diélectri- que.

La conception d’un transformateur doit supporter les cycles de charge spécifiés par le client en utilisant une quantité minimale de cuivre pour éviter tout risque d’échauffement. Des conducteurs transposés sont utilisés pour L’usine ABB Sécheron de Genève, Centre minimiser les pertes harmoniques alors qu’une Afrique du Sud d’excellence mondial du Groupe pour les réduction de masse supplémentaire peut, dans En Afrique du Sud, les transformateurs transformateurs de traction certains cas, être obtenue en intégrant les de traction ABB alimentent le Gautrain, inductances du convertisseur dans l’enveloppe une desserte rapide qui relie sur 80 km S’appuyant sur un retour d’expérience de plu- du transformateur, tirant avantage du refroidis- sieurs décennies dans le domaine des transfor- sement hydraulique. Enfin, la distance minimale Johannesburg et Pretoria à l’aéroport mateurs de traction, ABB n’a pas ménagé ses entre l’enroulement du transformateur et sa inter national de Tambo. La province du efforts pour alléger ses transformateurs tout en cuve est calculée par logiciel. On réalise ainsi un Gauteng est le poumon économique du continuant d’offrir les meilleures performances transformateur aussi compact que possible sans possibles. dépasser les niveaux externes de flux magnéti- que spécifiés par le client. La « locomotive » de ces efforts d’allégement a Les rames auto- été et restera le marché des trains de banlieue La cuve d’un transformateur, en acier ou en et des trains à grande vitesse, où chaque aluminium, est optimisée par la méthode des motrices SPACIUM kilogramme pèse directement sur les coûts éléments finis afin de garantir sa robustesse d’exploitation et la vitesse. mécanique tout en minimisant sa masse. Dans ont été élaborées à la plupart des transformateurs de ce type, un La masse est un facteur prioritaire pris en ou plusieurs circuits de refroidissement sont partir de la gamme considération dès le tout début du procédé intégrés à la cuve pour simplifier les circuits de conception des transformateurs ABB. Une hydrauliques et réaliser des appareils indépen- de trains AGC fois qu’elle est déterminée, le transformateur dants et à refroidissement autonome. Ces est conçu en ayant recours aux meilleures circuits sont à la fois compacts et efficaces avec (Autorail de Grande technologies actuelles. L’équipe d’ingénieurs des motoventilateurs peu bruyants (< 93 dB). ABB travaille étroitement avec ses partenaires Capacité). ABB a

fourni des transfor- matation au contexte africain. Ces adap- mateurs de traction tations permirent à ABB de proposer des solutions de traction de haute volée à un à la fois pour l’AGC rapport prix/qualité imbattable ; la plus spectaculaire est une augmentation phé- et la SPACIUM. noménale de la puissance (près de 40 %) pour doper l’accélération du train. pays : elle contribue pour un tiers à son ABB, leader incontesté PIB et compte près de 10 millions d’ha- ABB collabore étroitement avec les bitants, soit un cinquième de la popula- grands noms de l’industrie ferroviaire et tion nationale. ABB joue un rôle de pre- ses transformateurs de traction équipent mier plan dans ce projet en fournissant une multitude de trains de banlieue. Ils les solutions de traction pour les 24 ra- cumulent un nombre important d’heures mes électriques qui circulent à la vitesse de fonctionnement à travers le monde et maximale de 160 km/h ➔ 6. contribuent au confort de millions de Cécile Félon voyageurs citadins. Harry Züger Le Gautrain est une variante de l’Elec- ABB Power Products trostar de Bombardier qui embarque des Genève (Suisse) transformateurs de traction ABB. Ré- [email protected] compensé par un prix, ce train est large- [email protected] ment utilisé au Royaume-Uni.

ABB modifia le transformateur standar- Bibliographie disé conçu pour l’Electrostar afin de [1] Michaelis, L., Living Witness Project, Your contribution to climate change, satis faire aux exigences spécifiques du http://www.livingwitness.org.uk/home_files/ Gautrain en termes d’accélération rapide, Calculating%20GHG%20.emissions.pdf, de faibles émissions sonores et d’accli- 2009, consulté en avril 2010.

Les transformateurs entrent en gare 59 Accord parfait Compacts, fiables, efficaces et puissants : les convertisseurs de traction ABB se plient aux exigences de tous les types d’engin ferroviaire

HARALD HEPP – Les moteurs électriques des véhicules multiple pour élaborer des convertisseurs de traction ferroviaires modernes sont commandés et alimentés par innovants et performants destinés au marché ferroviaire, des convertisseurs de traction à IGBT. ABB, l’un des avec d’excellents niveaux de rendement énergétique, de principaux fabricants de semi-conducteurs de puissance, fiabilité, de compacité et de simplicité de maintenance. propose un très large éventail de systèmes et d'applica- Sur le marché mondial, ABB est l’un des très rares tions à électronique de puissance. En particulier, ses fournisseurs indépendants de convertisseurs de fréquen- variateurs couvrent tous les usages et gammes de ce, voire de chaînes de traction complètes. Sans être un puissance des moteurs industriels. Ces dix dernières constructeur ferroviaire, le Groupe fournit les principaux années, ABB a tiré parti d’un savoir-faire unique et sous-systèmes d’entraînement électrique.

60 revue ABB 2|10 1 Convertisseur compact BORDLINE de 2,3 MW d’ABB utilisé pour entraîner des locomotives CoCo triple essieux bisystèmes.

i les moteurs de traction élec- etc. Ces valeurs sont combinées aux entraînement électrique ; en effet, ils sont trique des trams, motrices ou signaux de commande transmis par le la clé de la précision, de la fiabilité et de locomotives s’apparentent aux conducteur ou le véhicule ferroviaire, qui la sécurité de la commande, dans tous S muscles du corps humain, les spécifient le mode de démarrage, d’ac- les cas possibles et imaginables de dys- convertisseurs de traction jouent à la fois célération ou de freinage du train. Des fonctionnement de la chaîne de traction le rôle de cœur et de cervelet : le cœur, algorithmes traitent ces signaux en quel- complète. parce qu’ils assurent le flux énergétique ques millisecondes au vu des caractéris- (à l’image du flux sanguin) et le cervelet, tiques des moteurs, aux différents régi- Un des atouts majeurs des convertis- parce qu’ils veillent à la coordination sans mes de marche (courbe fréquence/ seurs de traction ABB est leur plate- heurts et ponctuelle des mouvements au charge). En réalité, la commande de l’en- forme de contrôle-commande modulaire moyen d’algorithmes de commande très traînement électrique d’un engin ferro- AC 800PEC [1], probablement la plus poussés. Pour revenir au domaine ferroviaire est bien plus complexe car elle doit puissante du marché pour les applica- viaire, un convertisseur de traction gère tenir compte du la multitude de formes d’onde de tension patinage des roues requises par les moteurs de traction pour qui évolue selon Si les moteurs de traction réguler très précisément leur vitesse et les conditions cli- leur couple ainsi que la puissance trans- matiques, la décli- électrique des trams, motrices mise aux roues ou récupérée lors du frei- vité ainsi que le nage du véhicule. Le convertisseur ABB à degré d’usure de ou locomotives s’apparentent haut rendement BORDLINE CC1500_AC la voie ferrée et aux muscles du corps humain, (photo p. 60) est un appareil de dernière des roues. Autre génération qui équipe les rames automo- défi de taille : coor- les convertisseurs de traction trices à deux niveaux du constructeur donner les diffé- suisse Stadler Rail. Le convertisseur de rents essieux mo- jouent à la fois le rôle de cœur traction est le maillon « intelligent » d’une teurs du véhicule. et de cervelet. chaîne qui va de l’alimentation électrique À titre d’exemple, fournie par la caténaire, du transforma- citons l’effort de teur ou de la génératrice diesel aux mo- traction exceptionnel développé par les tions rapides ➔ 2. Ce contrôleur multi- teurs de traction. convertisseurs ABB ➔ 1 lors des essais applicatif est également utilisé par ABB sur voie d’une nouvelle locomotive CoCo dans ses convertisseurs pour éoliennes, Des défis côté moteur . . . multisystème de l’intégrateur espagnol ses variateurs de forte puissance, ses Côté moteur, le convertisseur de traction Construcciones y Auxiliar de Ferrocarri- automatismes industriels, ses redres- reçoit un certain nombre de signaux : les (CAF). Les algorithmes de protection seurs haute puissance, etc. Le logiciel courant de phase, vitesse, température, comptent parmi les fonctions vitales d’un de l’AC 800PEC offre trois niveaux de

Accord parfait 61 2 Plate-forme de contrôle-commande AC 800PEC d’ABB utilisée dans les convertisseurs de 3 Baie de commande du BORDLINE traction ABB. CC1500_AC équipée du contrôleur AC 800PEC, de conception sobre et soignée.

performance différents pour un très large les temps de mise en service des trains. éventail de fonctionnalités de contrôle- L’ingénieur chargé de cette tâche ajuste commande et de communication avec en temps réel les paramètres et les algo- des temps de cycle allant de la micro- rithmes pour garantir des mouvements seconde, voire moins, à la milliseconde. sans à-coups et puissants sur toutes les Le contrôleur est complété de plusieurs plages de vitesse et de charge. Souvent, modules d’entrées/sorties de même que les intégrateurs et opérateurs ferroviai- d’outils de développement et de mainte- res sont surpris de la rapidité de mise en nance ➔ 3. exploitation des nouveaux véhicules équipés de convertisseurs et de contrô- Plusieurs équipes d’ingénieurs ABB, tra- leurs ABB lorsqu’ils sont alimentés et vaillant exclusivement sur les conver- démarrés pour la première fois. tisseurs de traction, développent des configurations matérielles et des modu- . . . et côté alimentation les logiciels pour ces équipements, et Le train se déplaçant souvent à grande les adaptent aux projets et véhicules des vitesse, le contact avec la caténaire n’est pas parfaitement stable. Par conséquent, le convertisseur doit compenser les fluc- Les convertisseurs tuations de la tension d’alimentation. Dans les réseaux électriques faibles que de traction ABB l’on retrouve, par exemple, dans certaines régions de l’Inde, l’adaptation aux intègrent la plate- tensions fluctuantes pose un défi encore forme de contrôle- plus grand.

commande modu- La commande du convertisseur de traction doit non seulement optimiser les for- laire AC 800PEC, mes d’onde de tension fournies aux mo- probablement la teurs, mais également veiller à ce que la chaîne de traction ne soit pas source de plus puissante perturbations, d’oscillations ou de pollution harmonique côté alimentation. Dans du marché pour les véhicules diesel-électrique, la com- les applications mande du convertisseur doit minimiser les distorsions de la forme d’onde du gé- rapides. nérateur afin de réduire l’usure et d’optimiser le rendement énergétique. Pour les trains électriques, cette commande côté clients. Comparé à la plupart des logi- alimentation joue un rôle encore plus im- ciels d’application des autres contrô- portant sur le plan de la sécurité en évi- leurs de traction du commerce, celui de tant les interférences avec les systèmes l’AC 800PEC écourte considérablement de signalisation. Dans certains réseaux

62 revue ABB 2|10 4 ABB a adapté le logiciel de commande du train suisse FLIRT de Stadler Rail pour une campagne d’essais en Norvège.

évoqués plus haut, des convertisseurs toiture ➔ 6. Qui plus est, la conception de traction performants peuvent même du convertisseur de traction peut égale- Comparé à la plu- avoir une action stabilisatrice sur le ni- ment réduire considérablement la taille et veau et la forme d’onde de la tension la masse du transformateur. part des logiciels d’alimentation. Quel est le secret de la compacité et de d’application des Pour illustrer notre propos, citons les la puissance massique des convertis- autres contrôleurs règles retenues pour le réseau ferré nor- seurs de traction ABB ? Un refroidisse- 2 végien 15 kV/16 /3 Hz. Le gestionnaire ment liquide interne, une conception de traction du norvégien des infrastructures, Jernbane- modulaire ingénieuse et des enveloppes verket, exige un mode d’amortissement en aluminium ou acier inoxydable soi- commerce, celui spécifique des oscillations basse fré- gneusement élaborées. Les exigences de l’AC 800PEC quence qui surviennent dans les trains draconiennes de robustesse nécessitent circulant sur des tronçons longues dis- des compétences multidisciplinaires : écourte considé- tances du réseau et la régulation des choix et traitement des matériaux, pro- petites centrales hydrauliques qui ali- cédés de soudage et de rivetage, analyse rablement les mentent ces lignes. Grâce à leur puissant par la méthode des éléments finis, tech- temps de mise en langage de programmation, les conver- nologie de refroidissement, etc. ABB y a tisseurs de traction ABB ont plus que recours pour réduire la masse des équi- service des trains. satisfait à cette double exigence en pements de traction ferroviaire. adaptant tout simplement un logiciel mis en œuvre dans des convertisseurs desti- Ainsi, par exemple, le refroidissement nés à des trains en Suisse. Une campa- liquide interne des convertisseurs de gne d’essais en Norvège sur un train traction est une technologie qu’ABB a régional suisse FLIRT de Stadler Rail a soigneusement développée et optimisée convaincu les chemins de fer nationaux au cours des dix dernières années. Elle norvégiens NSB. Aujourd’hui, ces der- procure de nombreux avantages, notam- niers ont commandé à ABB 300 conver- ment une répartition très uniforme de la tisseurs compacts BORDLINE CC750 et température dans toutes les parties du 150 transformateurs de traction ➔ 4. convertisseur, qui allonge la durée de vie des semi-conducteurs de puissance. Les Un convertisseur universel modules de puissance sont tellement Dans la plupart des projets de matériel compacts et légers qu’une seule per- roulant, la conception du véhicule impose sonne suffit pour les manipuler. Le d’épineuses contraintes d’encombrement conver tisseur ne nécessite aucune sour- aux convertisseurs, transformateurs et ce de refroidissement externe (ventilation moteurs de traction. L’extrême compa- ou autre) ; l’électronique de commande cité et la légèreté des équipements ABB et les modules de puissance peuvent confèrent plus de liberté aux concep- être rendus totalement étanches à la teurs des véhicules. En principe, les poussière, à l’encrassement et à l’humi- convertisseurs et transformateurs de dité. traction peuvent être montés en armoire (photo p. 60), sous la caisse ➔ 5 ou en

Accord parfait 63 5 Convertisseur sous caisse

CA CC

Disjonc- teur

Convertisseur MAS de traction Transfor- Contacteurs Bus CC MAS mateur

Limiteur de Convertisseur tension réseau 4Q

Auxiliaire 2 Voie ferrée (option)

Auxiliaire 1

Chargeur de batterie BORDLINE® CC750 MS

5a Puissant convertisseur ABB multisystème à monter sous la caisse 5b Schéma unifilaire du convertisseur des véhicules circulant sur voies étroites.

Projets de rénovation Premier exemple, l’opérateur Treni Re- ABB fabrique Dans les projets de rénovation, l’intégra- gionali Ticino Lombardia (TILO), filiale tion des convertisseurs de traction dans des Chemins de Fer Fédéraux suisses des variateurs et des véhicules existants est une tâche (CFF) qui exploite des dessertes régiona- encore plus ardue car toutes les inter- les entre la Suisse (15 kV alternatif, convertisseurs 2 faces – système de contrôle-comman de 16 /3 Hz) et l’Italie (3 kV continu). Entre électroniques du train, alimentation électrique, mo- 2005 et 2009, TILO a commandé 31 teurs, circuit de refroidissement, espace trains FLIRT (3 MW) à Stadler Rail. Ces basse et moyenne disponible, fixations et raccordements – engins, capables de passer d’un réseau sont prédéfinies. Pour autant, ces pro- à l’autre sans s’arrêter, embarquent des tension pour tous jets complexes peuvent se révéler très convertisseurs compacts et un transfor- les types d’appli- rentables à condition que le fournisseur mateur conçu par ABB Sécheron. Les soit apte à proposer une puissante plate- dimensions et la plupart des modules cation. forme modulaire, une assistance techni- correspondent à la version exclusive- que et une réelle maîtrise de la gestion ment alternative que les CFF ont achetée de projet. À titre d’exemple, citons le pour plus de 80 trains suisses depuis programme de rénovation des trains à 2002. CFF et TILO récoltent ainsi les grande vitesse allemands ICE1 avec des fruits d’une gestion optimale de la main- convertisseurs ABB (cf. p. 76). tenance et des pièces détachées tout en réduisant le coût total de leur matériel Trains multisystèmes pour trajets roulant. Ce choix de la solution de trac- transfrontaliers tion multisystème ABB met en évidence De nos jours, un nombre croissant de la satisfaction des CFF. Elle fut égale- véhicules ferroviaires doit pouvoir fonc- ment commandée par l’opérateur italien tionner sous plusieurs systèmes d’élec- Südtiroler Transportstrukturen en 2007 trification : trajets transfrontaliers sur pour 8 trains circulant entre l’Italie et lignes électrifiées en alternatif ou en l’Autriche (15 kV alternatif). continu, circulation combinée sur ré- seaux de transport urbain et grandes Pour des raisons historiques, la ligne de lignes. Gérer différentes tensions d’ali- montagne de l’opérateur suisse Rhäti- mentation pose un défi technique sche Bahn (RhB) fonctionne sous différen- particulier aux chaînes de traction. ABB tes tensions. Alors qu’une grande partie 2 a imaginé plusieurs solutions ingénieu- du trajet est alimentée en 11 kV/16 /3 Hz, ses et polyvalentes pour ces trains multi- le tronçon qui traverse le Col de la Ber- systèmes. nina (inscrit au patrimoine mondial de

64 revue ABB 2|10 6 Convertisseurs compacts BORDLINE® à monter en toiture des tramways et trains régionaux circulant sur lignes à voie étroite.

Les convertisseurs compacts BORDLINE® destinés aux tramways et trains régionaux circu- ferroviaires en Suisse (Bâle, Berne-Soleure, d’ABB, montés en toiture, sont des exemples lant sur lignes à voie étroite et alimentés en 600 région de Lausanne, agglomération de Zurich), de sous-systèmes à électronique de puissance à 1 500 VCC. Ils se caractérisent par des Allemagne (Bochum, Mainz, Munich, Nuremberg, complets : ils intègrent deux onduleurs moteurs, interfaces mécaniques, électriques et logiques Postdam), Autriche (Graz), Chine (Changchun), deux sorties pour convertisseurs auxiliaires, un adaptables ainsi qu’une masse et un encombre- France (Lyon) et Norvège (Bergen). chargeur de batterie, un hacheur de freinage et ment très faibles. Ces convertisseurs de toiture toute l’électronique de commande. Ils sont ont déjà été vendus à plusieurs opérateurs

6a Convertisseur compact BORDLINE® pour tramways 6b Convertisseur compact monté en toiture des rames automotrices circulant sur lignes à voie étroite.

à monter sous caisse. L’ensemble est mes d’entraînement ABB, même ceux Convertisseur BORDLINE CC750 pour automotrices. À ce jour, Stadler Rail a acheté logé dans une armoire très robuste qui qui produisent en interne quelques plus de 2 500 convertisseurs de ce type pour regroupe 2 convertisseurs de traction de convertisseurs. Les clients d’ABB ont le ses trains FLIRT et GTW. 350 kW, des convertisseurs auxiliaires à choix entre acheter uniquement les isolation galvanique et un chargeur de composants individuels aux spécifica- batterie. Chaque train est équipé de 4 tions requises ou commander des chaî- convertisseurs compacts BORDLINE et nes de traction complètes, optimisées de 2 transformateurs de traction LOT1250 en termes de rendement énergétique et montés sous caisse et conçus par ABB de coût. ABB laisse au constructeur Sécheron. La livraison des 60 convertis- ferroviaire le soin de spécifier l’applica- seurs et des 30 transformateurs se pour- tion et d’intégrer le système. Toutefois, suivra au deuxième semestre 2010. pour réaliser des économies d’échelle, ABB peut optimiser et standardiser ses Un acteur à part du marché ferroviaire produits au niveau des sous-systèmes et ABB fabrique des variateurs et convertis- des modules. seurs électroniques basse tension et moyenne tension pour tous les types d’application : propulsion marine, souf- fleries géantes, moteurs industriels de Harald Hepp différentes puissances. Ces équipements ABB Automation Products, Traction Converters procurent d’énormes économies d’éner- ABB Switzerland Ltd. gie, renforcent l’automatisation, amélio- Turgi (Suisse) rent la qualité des procédés et réduisent [email protected] l’usure mécanique. L’électronique de l’UNESCO), une des voies à adhérence à puissance permet d’injecter l’électricité déclivité très forte (7 %), est électrifié en d’origine éolienne ou photovoltaïque Bibliographie [1] Johansen, E., « Flots de conception – Coconcep- 1 kV continu. dans les réseaux électriques ou de stabi- tion de la plate-forme de contrôle-commande liser ces derniers. Les progrès continus avancé AC 800PEC », Revue ABB, 2/2006, Début 2010, les premiers trains de mon- accomplis dans ces domaines bénéfi- p. 62–65. tagne puissants bisystèmes de Stadler cient également de la place unique Rail, baptisés « Allegra », débutèrent leur qu’occupe ABB sur le marché des semi- exploitation commerciale au terme d’une conducteurs de puissance. Lecture complémentaire Hepp, H., Cavalcante, F., Biller, P., « Sur les voies campagne d’essais probante de 6 mois. de la performance – L’équipement électrique ABB Pour ces trains circulant sur voie étroite, De plus en plus de constructeurs et d’ex- agrémente les voyages en train », Revue ABB, ABB a développé une solution compacte ploitants ferroviaires s’équipent en systè- 2/2008, p. 25–29.

Accord parfait 65 Le moteur de traction se standardise

PETER J. ISBERG, MARK CURTIS – Les engins ferroviaires sont souvent ABB présente sa fabriqués sur les spécifi cations du futur exploitant ; chaque nouveau gamme de moteurs modèle oblige donc à s’approvisionner, auprès d’équipementiers différents, en composants spéciaux ou fabriqués sur commande. modulaires innovants Il en va ainsi des moteurs de traction qui sont habituellement élaborés « sur mesure ». Or ces moteurs exigent d'énormes moyens techniques pour la traction pour leur conférer les caractéristiques fonctionnelles et la qualité ferroviaire requises, compliquant la chaîne de valeurs et rallongeant les délais de réalisation. Pour simplifi er le processus, ABB a développé une nouvelle gamme de moteurs asynchrones qui permet à chaque client de spécifi er, à partir d’une offre modulaire, une machine parfaitement adaptée à ses besoins.

66 revue ABB 2|10 approvisionnements tout en réduisant le 1 Nouveau moteur de traction modulaire d’ABB coût de la non-qualité et le coût global du produit dont un élément prédominant est la consommation énergétique. Pour alléger les coûts d’exploitation des clients, l’accent fut mis, dès la conception, non seulement sur le rendement mais égale- ment sur la fiabilité ainsi que sur la simplicité et la rapidité des opérations de maintenance. Dans l’optique d’une adaptabilité maximale, l’équipe avait carte blanche pour agir sur tous les para- mètres du nouveau moteur de traction, à une exception près : conserver les hauteurs d’axe normalisées CEI (Com- mission Électrotechnique Internationale) des moteurs basse tension ABB. Celles de la nouvelle gamme affichent un che- vauchement partiel des valeurs de puis- Les accessoires de refroidissement et les interfaces mécaniques sont des sous-ensem- sance et de couple, permettant ainsi bles définis qui contribuent majoritairement à la d’optimiser pour chaque client le moteur standardisation du moteur. Les différentes de traction, au vu de ses impératifs d’en- options pour la prise d’air ou le raccordement combrement et de performances ➔ 1. des câbles de puissance sur l’enveloppe renforcent la souplesse de configuration.

Conception modulaire Pour obtenir les performances souhai- ouverte peut être refroidie par auto-ven- tées, la nouvelle gamme de moteurs de tilation ou par ventilation forcée, selon e moteur de traction est une traction ABB se caractérise par une les désirs du client. Qui plus est, un mo- machine électrique qui entraîne conception modulaire innovante qui teur à ventilation forcée peut être trans- les roues d’un engin ferroviaire. autorise une réelle adaptabilité aux impé- formé en moteur à auto-ventilation par L Chaque moteur étant d’ordi- ratifs de chaque client. À titre d’exemple, simple ajout d’une bague de rallonge, naire fabriqué pour un type spécifique de citons les aspects suivants : les côtés d’un ventilateur et d’un bout d’arbre. Le véhicule, les délais de livraison sont iné- accouplement et opposé à l’accouple- client élabore ainsi son moteur « à la car- vitablement longs. En effet, cette fabri- ment du moteur ne sont pas prédéfinis ; te » à partir de composants modulaires cation à la commande doit prendre en la longueur du moteur peut être ajustée standardisés. Cette standardisation dou- compte les temps d’étude et de déve- en fonction de besoins spécifiques d’es- blée de différents modes de refroidisse- loppement supplémentaires, et impose pace et de régime de marche ; l’orienta- ment simplifie l’entretien et l’accès aux une chaîne logistique et des procédures tion de la boîte à bornes et des canaux pièces détachées. d’assurance qualité particulières ainsi que la création de lignes de production Plusieurs modes de montage dédiées. La nouvelle gamme La gamme de moteurs de traction asynchrones modulaires est fournie avec des La nouvelle gamme de moteurs asyn- de moteurs de supports de fixation que le constructeur chrones modulaires d’ABB est l’aboutis- ferroviaire peut monter dans différentes sement d’un projet lancé en 2007 visant, traction ABB se positions (suspendues ou non) sur n’im- d’une part, à créer un moteur de traction caractérise par une porte quel bogie 1 afin d’optimiser l’en- « universel » apte à séduire tous les combrement. Les constructeurs et équi- constructeurs de matériel roulant et, conception modu- pementiers ont ainsi toute latitude pour d’autre part, à fixer des méthodes effica- monter des moteurs de traction ABB à la ces de conception, de développement, laire innovante qui fois sur des conceptions neuves et des d’approvisionnement et de fabrication autorise une réelle conceptions existantes. La structure afin de conforter le leadership d’ABB en complète, y compris les supports et leurs tant que fournisseur indépendant sur le adaptabilité aux éléments de fixation, respectent la norme marché des moteurs de traction. Une CEI 61373 (chocs et vibrations) sans équipe pluridisciplinaire réunissant ingé- impératifs de pénaliser les performances mécaniques nieurs, fournisseurs, spécialistes indus- chaque client. des moteurs. triels et chercheurs fut créée pour déve- lopper ce nouveau moteur. L’objectif était Note non seulement de répondre aux besoins d’entrée et de sortie d’air est modifiable 1 Chariot moteur ou porteur du châssis ou de la caisse d’un véhicule, pouvant être fixe (camion), d’un large panel de clients mais égale- pour optimiser les performances et l’en- articulé (wagon ou locomotive) ou sur ressort ment de rationaliser la fabrication et les combrement. De surcroît, la machine (véhicule à chenilles).

Le moteur de traction se standardise 67 téristiques et de certains critères d’opti- 2 Outils et procédés d’optimisation des moteurs de traction misation : • ondulation de couple minimale 2 ; Cycle fonctionnel de la chaîne de traction • niveaux de bruit et de vibration Évolution dans le temps de l’effort Évolution dans le temps de la vitesse réduits ; de traction sur tout le profil de ligne sur tout le profil de ligne • rendement élevé ; • courant faible ; • refroidissement efficace. Vitesse du train Effort de traction Effort Temps Temps Les caractéristi- 3. Un logiciel de conception Logiciel d’analyse 1. Les pertes fondamen- thermique 3D à paramètres des propriétés tales du moteur sont ques électriques localisés est ensuite électromagnétiques calculées sur toute la actualisé avec les pertes chaîne de traction avec fondamentales issues le logiciel ABB Températures Interaction Pertes du nouveau moteur du logiciel d’analyse et d’analyse des du moteur forte sinusoïdales les pertes harmoniques propriétés électriques issues du logiciel de du moteur. ont été optimisées Logiciel de conception calcul par éléments finis. thermique 3D à 4. Pour finir, l’échauffe- paramètres localisés ment est calculé et la pour réaliser une 2. Les pertes harmoniques valeur de température sont calculées avec le obtenue est entrée Pertes Interaction Températures logiciel de calcul des dans le logiciel de harmoniques faible du moteur machine à haut propriétés électriques du conception qui fournira moteur par éléments finis des prédictions Logiciel de conception ABB en tenant compte de thermiques précises, rendement avec un électromagnétique la stratégie de commutation contribuant à fiabiliser par éléments finis du convertisseur. le fonctionnement du rapport masse/ moteur. Évolution dans le temps de la Évolution dans le temps de l’échauffement performance avan- tension phase-phase du moteur du bobinage stator tageux.

Conception thermodynamique Échauffement du du Échauffement Tension du moteur Tension bobinage stator (K) Uab Temps Temps La classe d’échauffement et la capacité thermique des moteurs jouent un rôle clé Caractéristiques du convertisseur de traction dans les applications de traction ferroviaire. En effet, une estimation très pré- Un moteur robuste et polyvalent du rotor en aluminium directement cou- cise de l’échauffement des pièces criti- Les nouveaux moteurs de traction lée dans les tôles rotoriques, sans aucu- ques d’un moteur est un facteur décisif modulaires sont des machines robustes ne soudure. Cette conception robuste et de sa fiabilité. En utilisant conjointement et polyvalentes. De nombreuses pièces éprouvée renforce la fiabilité du produit. un logiciel d’analyse de conception élec- assurent plusieurs fonctions afin de Si le client recherche un rendement légè- trique, un logiciel de calcul par éléments réduire le nombre de composants du rement supérieur, le moteur peut être finis et un logiciel de modélisation ther- moteur et contribuer à sa compacité et doté d’une cage de rotor en cuivre. Le mique en 3D, on est capable de simuler sa robustesse. Elles sont conçues pour moteur de traction est alimenté en avec une grande précision la température endurer des températures extrêmes et tension et en fréquence par un conver- du moteur en cours de fonctionnement. des atmosphères polluées. tisseur. La figure ➔ 2 illustre les interactions entre les différents logiciels. À partir de la simu- Si le moteur doit être le plus léger et le Lors de la conception électrique des lation en ligne du train et des caractéris- plus compact possible, il lui faut égale- moteurs de traction, le tandem moteur- tiques de commutation du convertisseur, ment fournir un maximum de puissance convertisseur doit être optimisé. Les on obtient les données d’échauffement et de couple sur une durée de vie de moteurs et convertisseurs de traction des organes critiques du moteur comme 20 à 30 ans. Or améliorer le refroidisse- sont des équipements de haute techni- du bobinage stator et des roulements. ment et les caractéristiques électriques cité élaborés pour des besoins précis. pour accroître la puissance massique et Dans les applications de traction, la D’importants efforts ont été consentis la fiabilité ne suffit pas. Il faut, en effet, fréquence de commutation du conver- pour réduire les pertes harmoniques, le optimiser tous les aspects conceptuels tisseur est en général basse, ce qui bruit et les couples pulsatoires d’un du moteur. accentue les harmoniques dans le appareil robuste qui est fabriqué selon moteur. En utilisant un logiciel moderne des méthodes garantissant un haut Rendement énergétique et fiabilité de calcul par éléments finis, déve- niveau de qualité. Le système d’isolant Les caractéristiques électriques du nou- loppé par l’Université de Technologie veau moteur ont été optimisées pour d’Helsinki et optimisé spécialement pour réaliser une machine à haut rendement les machines électriques, on a obtenu Note 2 Valeur de couple mesurée en soustrayant le avec un rapport masse/performance les meilleures performances électriques couple minimum sur un tour du couple avantageux. Innovation majeure : la cage du convertisseur au vu de ses carac- maximum, sur le même tour du moteur.

68 revue ABB 2|10 consommation énergétique, réduire ses à minimiser les inconvénients de sa future 3 Modélisation numérique d’un ventilateur pertes et son niveau de bruit, fixer le génération de moteurs synchrones. nombre de pales, prolonger la durée de vie des composants et renforcer la sou- ABB fabrique des moteurs industriels plesse de la chaîne de traction. depuis plus de 130 ans et des moteurs de traction depuis 100 ans ; ces derniè- Conception optimisée res décennies, plus de 30 000 moteurs La modularité du produit permet de choi- de traction ABB ont été installés sur une sir parmi plusieurs options pour encore large palette de véhicules : locomotives accroître les performances du moteur ou puissantes pour trains express interur- les surveiller. Au niveau de la pivoterie, bains, tramways légers, etc. Les nou- ABB propose tous les types de solution veaux moteurs de traction asynchrones depuis les traditionnels roulements acier modulaires conforteront la réputation Contours de vélocité (m/s) c4 jusqu’aux roulements hybrides de d’ABB de leader mondial des technolo- dernière génération à billes et rouleaux gies de l’énergie et de l’automatisation. céramiques, y compris les solutions Son offre véritablement polyvalente pour contient des matériaux résistant à l’effet hybrides lubrifiées à vie. Différentes tech- la chaîne de traction permet au rail de de couronne 3, absorbe peu l’eau et pré- niques innovantes de filtrage de l’air sont bénéficier de performances accrues tout sente un échauffement de classe 200 4. Il à l’étude et les sondes thermiques peu- en réduisant son impact sur l’environne- capitalise l’expérience et les connaissan- vent être montées en différents endroits : ment. ces acquises par ABB sur les moteurs de bobinage, circuit magnétique ou paliers traction livrés depuis 1909. (pour la détection précoce des défauts Avec leurs spécifications très étendues de roulement). L’intégration des capteurs et leur structure modulaire, les moteurs Modélisation numérique des de vitesse contribue à la compacité du de traction ABB sont « sur les rails » pour écoulements moteur tout en permettant leur rempla- satisfaire aux exigences croissantes L’optimisation thermique a été soigneu- cement sans le démonter. La conception d’efficacité énergétique de l’industrie sement étudiée. La puissance du moteur modulaire simplifie les opérations de ferroviaire. étant limitée par son échauffement, son maintenance sur toutes les pièces. En refroidissement doit être performant. Les tenant compte, dès la conception, des canaux de refroidissement (stator et ro- besoins de maintenance d’un moteur sur tor) et le ventilateur ont été optimisés en bogie et en standardisant les pièces termes d’efficacité et de bruit. La modé- détachées, une partie de ces opérations lisation numérique et les calculs électro- peut se faire sans déposer le moteur, ce qui réduit d’autant les coûts d’exploi- Les moteurs de traction tation et les temps d’immobilisation sur ABB sont « sur les rails » pour le cycle de vie du satisfaire aux exigences produit. Peter J. Isberg ABB Machines, Discrete Automation croissantes d’efficacité Actuellement, ABB and Motion, ABB AB s’efforce d’élargir Västerås (Suède) énergétique de l’industrie sa gamme de mo- [email protected] ferroviaire. teurs de traction pour couvrir les Mark Curtis besoins de diffé- Revue ABB magnétiques ont permis de prédire l’em- rents types d’engin ferroviaire, des tram- Zurich (Suisse) placement probable des points chauds ways aux locomotives. Le but est de [email protected] en cas de surcharge du moteur, aidant à standardiser encore plus la structure, identifier les régions où il fallait améliorer d’accroître le rendement et d’alléger Nos remerciements à Nassar Abu-Sitta (conception le refroidissement et réduire les pertes. la maintenance. Différents types de thermique), Viktor Nyden et Torbjörn Trosten moteurs synchrones sont aussi en déve- (conception électrique) de la division ABB Machines, Par ailleurs, la modélisation numérique loppement (moteurs à aimants perma- Discrete Automation and Motion d’un ventilateur offre une vision complète nents, par exemple) ; pour autant, en de son fonctionnement et permet de dépit de certains avantages évidents –

localiser les zones de recirculation et de haut rendement et forte densité de cou- Notes déterminer les écoulements. Plus impor- ple – ceux-ci présentent quelques incon- 3 Un matériau isolant qui résiste à l’effet de tant encore, elle aide à connaître l’origine vénients : moindre tenue aux chocs, couronne se dégrade moins lors de l’ionisation d’un champ électrostatique haute tension. des problèmes et à cibler les améliora- échauffements plus importants, fabrica- 4 La classe d’échauffement définit la température tions. La conception du ventilateur peut tion et maintenance plus complexes. maximale en °C qu’un système d’isolant peut alors être optimisée pour minimiser sa ABB travaille à renforcer les avantages et supporter en continu.

Le moteur de traction se standardise 69 Service compris ! ABB propose un large éventail de services dédiés au rail

VINCENT MOINE, HARALD HEPP, SANDRO MACIOCIA – Les articles de la Revue ABB sont majoritairement consacrés aux toutes dernières avancées technologiques et innovations produits. Si l’intérêt accordé à la nouveauté va souvent de pair avec le nec plus ultra de la technique, ABB sait fort bien que les préoccupations quotidiennes de nombreux clients dépassent largement le cadre des produits dernier cri de l’entreprise. En effet, le parc installé type d’un client peut avoir été bâti et déployé sur une période de 40 ans ou plus, reﬂ étant les canons technologiques de plusieurs décennies. Dans cette optique, ABB a développé un portefeuille de services pour aider ses clients à relever ce déﬁ . S’appuyant sur un imposant capital de connaissances, l’offre de services du Groupe cible les matériels roulants de tous types et de tous âges, voire s’étend aux équipe- ments d’autres constructeurs. Ces prestations peuvent aller du diagnostic et de la maintenance périodiques à la modernisation, à la refonte et à la révision complète d’un équipement.

e tout temps, les entreprises riques » connaissent aussi cette évolution ferroviaires ont assuré la main- avec la perte d’expérience et de savoir- tenance et le développement faire due aux départs en retraite et l’intro- D de leurs équipements en in- duction de technologies modernes dont terne, souvent dans de grands ateliers la maintenance requiert des compéten- spécialisés. Ces dernières années ont ces différentes. vu s’amorcer une tendance à externaliser ces tâches. L’arrivée de nombreux En tant qu’équipementier, ABB tire un exploitants ferroviaires sur un marché avantage supplémentaire de son offre de s’ouvrant à la concurrence fut l’un des services aux exploitants ferroviaires : la facteurs déclencheurs de cette externali- compréhension des besoins de mainte- sation. Ces entreprises, qui souhaitent nance et du comportement de l’équipe- en général se concentrer sur le volet ment sur tout son cycle de vie est récu- opérationnel de leurs activités, confient pérée et mise à profit par le Groupe pour alors leur maintenance à des spécialistes améliorer ses réalisations futures. Au du domaine. Pour autant, ce ne sont pas final, la démarche bénéficie autant au les seules à profiter de cette mutation constructeur qu’au client : la boucle de la organisationnelle ; les opérateurs « histo- satisfaction est bouclée !

70 revue ABB 2|10 Service compris ! 71 1 ABB fabrique une large gamme d’équipements de traction ferroviaire et en assure la maintenance globale.

Supervision Sous-station Clients, segments de marché Convertisseurs prin- Transformateurs de puissance cipaux et auxiliaires Produits haute Appareils d’intérieur moyenne tension Transformateurs tension Transformateurs de distribution et spéciaux de traction Protection et conduite Conseil Moteurs Produits d’extérieur Service global Valeur ajoutée de traction moyenne tension Qualité de Réseaux ferrés urbains

Semi-conducteurs l’alimentation Moteurs Réseaux secondaires/ électrique privés Basse tension Transformateurs

Choix du client d’extern- puissance Services

aliser sa maintenance de Électronique Sous-stations et Communication supervision SCADA Réseaux ferrés nationaux/ Disjoncteur CA internationaux Systèmes d’interverrouillage Composants basse tension Approvisionnements Convertisseurs auxiliaires ABB Transformateur de traction Signalisation Motorisation Fusibles de traction Équipements embarqués

L’évolution d’une grande partie du maté- vie, améliorant ainsi l’endurance, la lon- Face à la multipli- riel roulant construit ces dernières décen- gévité, la fiabilité et la disponibilité de nies reflète le développement de l’indus- l’équipement. cation des lignes trie au cours de la même période. ferroviaires, l’ex- Jusqu’à il y a une vingtaine d’années, la Planning de circonstance plupart des constructeurs intervenait à La collecte et l’analyse des données plosion du trafic l’échelle locale et bon nombre de pays d’état et de diagnostic, sur toute la du- offraient des « marchés semi-fermés » rée de vie de l’équipement, permettent et l’ouverture à la dans lesquels les fournisseurs jouissaient de passer d’une maintenance systémati- de relations quasi symbiotiques avec que, à échéance fixe, à une maintenance concurrence, les leurs clients. L’ouverture de ces marchés conditionnelle : une transition qui maxi- révisions complè- s’est traduite par une rapide concentra- mise la disponibilité et la fiabilité tout en tion de la production au sein de groupes réduisant les coûts d’intervention et les tes peuvent offrir de dimension internationale ou même temps d’immobilisation. mondiale, favorisant la standardisation une alternative des plates-formes et des composants. À côté des petites réparations qui ponc- économiquement Néanmoins, la longévité du matériel im- tuent la durée de vie de l’équipement, plique que les trains fabriqués avant ces le matériel roulant est souvent l’objet avantageuse au évolutions continueront de rouler encore d’interventions plus lourdes, à certains beaucoup, durant de nombreuses an- points de son fonctionnement : ce sont remplacement. nées. Les prestataires de services et les « réparations à mi-vie ». En l’occur- professionnels de la maintenance sont rence, les 30 à 40 ans d’exploitation d’un donc aujourd’hui obligés d’assimiler une équipement se répartissent en deux tran- large palette de conceptions et de tech- ches de 15 à 20 ans, la seconde consti- niques. tuant un intervalle optimal pour les interventions plus lourdes sur des compo- L’étendue de la fourniture de composants comme les transformateurs et les sants et de l’offre de services ferroviaires moteurs. En outre, ce peut être l’occa- d’ABB est schématisée en ➔ 1. À une sion d'entreprendre des modifications extrémité de son catalogue, ABB peut conceptuelles, soit pour répondre à accompagner ses clients avec des piè- l’évolution des besoins ou des conditions ces de rechange et la planification de la d’exploitation, soit pour incorporer les maintenance ; à l’autre bout, des rénova- progrès technologiques. C’est le cas, tions majeures assurent la mise à niveau par exemple, du remplacement des an- des produits pour leur permettre de ciens convertisseurs à thyristors ou GTO mieux fonctionner à moindre coût. La par des appareils modernes à IGBT, plus rénovation peut parfois être une alterna- performants et plus économiques. tive intéressante au remplacement. Les offres de services d’ABB protègent alors l’investissement du client en réduisant ses coûts globaux, sur tout le cycle de

72 revue ABB 2|10 2 Expertise mondiale d’ABB en matière de transformateurs : 30 centres de service 4 Réparation de transformateurs des et 1 000 professionnels BB 36000 de la SNCF

Vaasa (Finlande) Drammen (Norvège) Ludvika (Suède) Edmonton (Canada) Stone (Royaume-Uni) Halle (Allemagne) Genève, (Suisse) Datong (Chine) Brampton (Canada) Milan et Montelice (Italie) Varennes (Canada) Bilbao et Istanbul (Turquie) St Louis (USA) South Boston (USA) Cordoue (Espagne) Zhongshan (Chine) Mexico (Mexique) Vadodara (Inde) Riyad (Arabie saoudite) En 2008/2009, ABB a réparé en atelier les Bangkok (Thaïlande) transformateurs de trois locomotives BB 36000 de la SNCF, selon un cahier des Lima (Pérou) charges fourni : Guarulhos (Brésil) Moorebank (Australie) – Inspection, nettoyage, mesure/diagnostic Fabrication et expertise ; Service – Changement de la partie active et des inductances (enroulements et circuit magnétique) ; – Remplacement de tous les joints d’étanchéité et accessoires endomma- 3 Solutions ABB de service global TransForLife pour les transformateurs de traction gés (traversées basse et haute tension, jauge de niveau d’huile, vannes) ; – Révision de la pompe et du circuit de Durée de vie d’un transformateur de traction (années) refroidissement ; 0 5 10 15 20 25 25 30 45 – Essais électriques individuels aux

Maintenance à échéance fixeMaintenance conditionnelle Maintenance à échéance fixe normes CEI ; – Analyse d’huile après réparation. – Diagnostic approfondi – Diagnostic approfondi – Révision périodique Révision générale – Révision périodique Précisons que ces transformateurs ne sont en atelier/sur site en atelier/sur site de parc à mi-vie pas de fabrication ABB mais d’un concurrent – Extension de garantie par ABB – Extension de garantie français. Les compétences d’ABB dans la Basée sur l’expertise d’ABB : Basée sur l’expertise d’ABB : réparation de transformateurs ont démontré – Analyse du coût global Solution de – Analyse du coût global ici son aptitude à appréhender et à assimiler – Planification de la remise en état – Planification de la par ABB la technologie de produits tiers. maintenance (calcul MTBF) maintenance (calcul MTBF) – Base de données serviS d’ABB – Base de données serviS d’ABB Photo ci-dessus : SNCF

Pièces de rechange – Kit de sécurité ABB (pièces de rechange) – Pièces de rechange ABB pour transformateurs de traction

Composantes de la maintenance globale TransForLife d’ABB

Maintenance corrective – Réparation en atelier – Solution ABB TrafoSiteRepair – Fourniture des enroulements Ingénierie – Conseil – Montée en puissance – Modification de conception – Études techniques

Transformateurs viaires : le Groupe peut tirer profit de Acteur de l’électrification ferroviaire en cette manne de connaissances en élar- courant alternatif dès les premières heu- gissant aux transformateurs de traction res de la traction électrique, ABB pos- embarqués son offre de services Trans- sède une longue lignée de transforma- ForLifeTM, qui englobe la réparation/révi- teurs de traction. Il n’est pas rare de sion sur site et en atelier, la maintenance trouver des appareils vieux de 30 à 40 de parcs et la fourniture de pièces de ans, toujours en service aujourd’hui. Par rechange. De même, les transformateurs son accès à l’expertise et à la documen- de traction bénéficient des outils de tation des entreprises devancières du simulation et diagnostic de l’entreprise 1. Groupe (ASEA, Brown, Boveri et Cie, Ate- liers de Sécheron, Fabrique de Machines Selon les estimations d’ABB, quelque Oerlikon et TIBB), ABB est bien placé 70 000 de ses transformateurs de trac- pour assurer la maintenance et le sup- tion sont actuellement en exploitation. port technique des transformateurs de Qui plus est, le champ d’action du Note traction. Mieux, son savoir-faire est loin Groupe dépasse ce périmètre comme 1 Pour en savoir plus, lire « Les transformateurs de se cantonner aux applications ferro- l’ont démontré quelques projets récents entrent en gare », p. 55.

Service compris ! 73 5 Révision à mi-vie des locomotives du tunnel sous la Manche 6 Révision complète de moteurs de traction pour MGB

Eurotunnel exploite un parc de locomotives traction embarqués sur ces locos depuis 15 ans. La ligne ferroviaire à voie étroite de la « Bo-Bo-Bo » spécialement conçues pour tracter La maintenance préventive de chaque appareil compagnie suisse Matterhorn-Gotthardbahn de fortes charges (trains de transport de comprend les volets suivants : (MGB) dessert, entre autres, le village véhicules, cars et poids lourds) dans le tunnel – Analyse d’huile, interprétation des résultats et piétonnier de Zermatt, au pied du célèbre transmanche. Ce dernier étant creusé à plus de recommandations ; mont Cervin qui domine le canton du Valais. 100 m de profondeur sous la mer, les trains y – Contrôle, nettoyage, mesure et diagnostic ; Le chemin de fer alterne les tronçons à pénètrent par une pente, à chaque extrémité de – Inspection et réglage de la partie active crémaillère et à adhérence, le matériel roulant l’ouvrage. Les locos doivent non seulement (pression des enroulements, entretoises) ; s’accommodant des deux types de voie. Ces développer la puissance suffisante pour le – Optimisation mécanique de la cuve (joint deux dernières années, ABB a remporté démarrage des lourds convois sur ces déclivités, torique) ; plusieurs contrats MGB pour la fourniture de mais aussi satisfaire aux exigences draconiennes – Remplacement de tous les joints d’étanchéi- produits et la prestation de services : de protection incendie et de redondance du té, remplissage avec de l’huile neuve ; – Révision complète et réparations ; tunnel, compte tenu de son importance et de sa – Essai d’étanchéité spécial (sous pression – Équipements cruciaux (rotors et stators longueur. avec de l’huile chaude) ; complets) ; – Essais électriques individuels « comme à neuf » ; – Pièces de rechange ; ABB a remporté le contrat triennal (2006–2008) – Analyse d’huile après révision complète. – Nouveaux enroulements et collecteurs de révision complète des 17 transformateurs de pour moteurs à courant continu. Photo de gauche : Eurotunnel Photo MGB

mettant en œuvre des transformateurs remonte aux premiers jalons de l’électri- tachées aux pièces critiques (stator ou d’autres fournisseurs. fication ferroviaire. Les entreprises fon- rotor complet), voire à l’échange du mo- datrices d’ABB fabriquaient déjà des teur complet. Les pièces de rechange La présence mondiale d’ABB se concré- moteurs de traction dans les années peuvent aussi être fournies directement tise par 30 centres de service sur les 1890 ! Le Groupe a donc hérité d’un aux clients pour consolider leurs propres transformateurs, dans le monde entier, riche terreau de connaissances et d’ex- stocks et renforcer leurs activités de et un millier d’experts du domaine ➔ 2. périences qui lui permet non seulement maintenance. Tous sont à même d’offrir des services de fabriquer des moteurs de traction à la dédiés aux transformateurs, d’accompa- pointe de l’innovation mais aussi de pro- Une réparation ou une révision plus gner et d’effectuer des réparations. La poser une large palette de services, des poussée fait intervenir l’imprégnation durée de vie d’un transformateur de trac- pièces de rechange aux révisions et sous vide et pression « VPI » (Vacuum tion type est schématisée en ➔ 3 avec réparations, toutes générations de mo- Pressure Impregnation) des enroule- les services offerts par les solutions teurs confondues. ments statoriques, à l’aide du procédé TransForLifeTM d’ABB, aux différents sta- breveté Gemodur® (moteurs à courant des de fonctionnement de l’appareil. La révision d’un moteur de traction en- continu) ou Veridur®-Plus (moteurs à globe son démontage intégral, le contrôle courant alternatif). Ces techniques ga- Deux exemples récents de remise en et le remplacement des pièces d’usure rantissent la résistance de l’isolant élec- état sont évoqués en ➔ 4 et ➔ 5. (paliers, balais, etc.) pour garantir le trique aux hautes températures continues nombre prescrit de et variables, la tenue mécanique des kilomètres de ser- enroulements et du noyau magnétique La dimension mondiale d’ABB vice. L’intervention aux vibrations, ainsi qu’une protection comporte habituel- durable contre la poussière, la corrosion se reflète dans 30 centres lement le net- et l’humidité. La réparation ou la révision toyage des pièces d’un moteur de traction se termine par de service sur les trans- en cabine et leur l'équilibrage du moteur, son remontage, formateurs et quelque 1 000 séchage dans une les essais finaux et la mise en peinture étuve à vide. Au avec un vernis à base de silicone. experts du domaine. besoin, les moteurs peuvent être Si l’on veut aller plus loin que ces inter- rebobinés et les ventions de maintien des performances Moteurs pièces remplacées. Si les pièces de re- et des spéciﬁ cations d’origine, il est aussi À l’image de son expertise en matière change ne sont plus disponibles, des possible de modifier ces moteurs et de de transformateurs, l’expérience d’ABB pièces à l’identique sont fabriquées. Le les améliorer. L’opération peut s’avérer dans le domaine des moteurs de traction remplacement peut aller des pièces dé- nécessaire pour passer à un autre niveau

74 revue ABB 2|10 de tension, prendre en compte des modi- 7 Des convertisseurs auxiliaires pour les nouvelles rames Domino suisses fications de l'alimentation, accroître la puissance assignée ou la vitesse du moteur 2.

Un exemple de récente remise en état de moteurs est présenté en ➔ 6.

Convertisseurs Les convertisseurs sont au centre de la plupart des projets de remise à neuf des En 2006, les Chemins de Fer Fédéraux suisses sées CA à isolation galvanique, des fi ltres et toute véhicules ferroviaires. Quand ils rénovent (CFF) lancèrent leur plus gros programme de l’électronique de commande (cf. « Accord parfait », leurs parcs de machines, après 15 à 20 rénovation de trains régionaux. Ce projet, baptisé p. 60). La plate-forme modulaire BORDLINE M années de service, les exploitants sont « Domino », portait essentiellement sur une pour rames alimentées en 1 000 VCA/16 2/3 Hz souvent à la recherche de plus de puis- révision générale des motrices NPZ* et est refroidie par ventilation forcée (comme la voitures-pilotes de 20 ans d’âge, à la charge des plupart des convertisseurs de la série) ; elle sance, de rendement et de fiabilité, avec ateliers des CFF à Yverdon et Olten, et sur le intègre un chargeur de batterie avec fonction de un budget de maintenance à la baisse. remplacement des voitures intermédiaires vieilles démarrage sur batterie à plat. de 40 ans, confi é à Bombardier. Faiveley remporta la fourniture des nouveaux équipements Le planning de livraison de cet ambitieux projet Convertisseurs auxiliaires de chauffage, ventilation et climatisation. Tant les de rénovation était très serré : un prototype de La demande de puissance électrique à voitures rénovées (25 kVA) que les véhicules convertisseur 45 kVA devait être fourni seulement bord des trains a fortement augmenté neufs (45 kVA) nécessitaient de nouveaux conver- deux mois après la signature du contrat ! Les ces dernières années pour répondre aux tis seurs auxiliaires. ABB, fournisseur indépendant, livraisons de série ont débuté en juillet 2008, avec attentes croissantes de bien-être des réussit à décrocher les contrats de Faiveley et jusqu’à 4 convertisseurs par semaine. Selon Bombardier, offrant l’avantage d’une plate-forme l’avancement du programme, elles se poursui- voyageurs et du personnel : génie clima- homogène de convertisseurs auxiliaires et d’un vront au moins jusqu’à fi n 2011. tique (chauffage, ventilation, climatisa- stock commun de pièces de rechange. À ce jour, tion), systèmes d’information et de diver- plus de 300 convertisseurs ont fait l’objet de com- Notes tissement, prises électriques pour ordi- mandes fermes, et d’autres, d’une prise d’option. * Acronyme de l’allemand Neuer Pendelzug (train de banlieue) nateurs portables, toilettes chimiques, Les convertisseurs statiques BORDLINE M** ** Lire aussi « BORDLINE M – Des architectures etc. Ces auxiliaires, courants sur les nou- d’ABB pour auxiliaires de traction ferroviaire sont d’alimentation très performantes pour velles rames 3, doivent aussi équiper les robustes, compacts et légers ; pour autant, ils services auxiliaires de traction ferroviaire », anciens véhicules pour continuer à attirer embarquent des sorties régulées CC et tripha- Revue ABB, 2/2009, p. 35-41. les voyageurs en offrant des niveaux de

Les moteurs peuvent être modifiés et améliorés au- delà de leurs spé- cifications d’origine pour gagner en puissance ou en vitesse.

Notes 2 Cf. « Le moteur de traction se standardise », p. 66. 3 Lire aussi « Sur les voies de la performance – L'équipement électrique ABB agrémente les voyages en train », Revue ABB, 2/2008, p. 25–29.

Service compris ! 75 séries de véhicules que l’effort de déve- 8 Modernisation des convertisseurs de traction des automotrices ICE1 de la Deutsche Bahn (DB) loppement et d’adaptation « sur mesure » des convertisseurs à un véhicule spécifi- que revêt le plus d’intérêt. La récente fourniture par ABB des convertisseurs de traction destinés à moderniser le train à grande vitesse allemand ICE1 ➔ 8 s’inscrit dans cette stratégie.

Voies d’avenir L’ICE1 fut la première génération de rames à Le nouveau convertisseur est basé sur la grande vitesse allemandes. Au terme de près de topologie à trois niveaux des modules de Dans un contexte de multiplication des 14 ans d’exploitation, la DB lance, à l’été 2005, puissance ABB qui fait chuter les harmoniques, lignes ferroviaires, d’explosion du trafic un programme de rénovation de l’intérieur de tant côté moteur que côté réseau, et permet, et d’ouverture à la concurrence, les révi- toutes les voitures (qui lui vaut le prix de design entre autres effets positifs, de minimiser les sions complètes du matériel peuvent ferroviaire Brunel Award en 2008). Puis c’est au pertes de puissance et d’alléger la charge des tour des motrices avec, en 2007, un appel moteurs, allongeant leur espérance de vie. La souvent offrir une alternative économi- d’offres pour remplacer les anciens convertis- consommation d’énergie a baissé de 15 % par quement avantageuse au remplacement. seurs à thyristors par des appareils modernes à rapport à celle des anciens convertisseurs à ABB est bien placé sur ce marché avec transistors IGBT. thyristors : un bon moyen d’améliorer l’écobilan des services taillés à la mesure des exi- du train mais aussi de réduire considérablement Une offre performante en matière de rendement ses coûts de fonctionnement (plus de 100 000 gences du client et des particularités de énergétique et de coût global, sur tout le cycle euros par an et par train). Autre progrès : si les l’équipement. de vie, fut le principal argument d’ABB pour modules de puissance à thyristors pesaient décrocher la commande de prototype en 300 kg, pour une longueur approchant 1,5 m, septembre 2008. Il ne lui fallut ensuite que 13 les modules trois niveaux à IGBT d’ABB affichent mois pour développer et fabriquer les nouveaux moins de 35 kg et des dimensions d’environ convertisseurs de traction de 2 motrices ICE1 de 80 x 40 x 20 cm ; une seule personne peut les 4,8 MW ! Pourtant, il était beaucoup plus ardu, à changer sans aucun dispositif de levage. Une bien des égards, de remettre à niveau le grande modularité, une fiabilité accrue et des convertisseur de traction d’un train de logiciels pointus pour l’entretien et le diagnostic génération antérieure que de développer de allègent aussi la maintenance du parc ICE1. toutes pièces une nouvelle chaîne de traction ; en effet, la totalité des interfaces était figée, en Les campagnes d’essai, lancées en novembre particulier les raccordements physiques et 2009, furent concluantes. C’est au terme connexions logiques avec l’ancien système de d’autres tests complets et du renouvellement de contrôle-commande (conservé), ainsi que les l’homologation de son matériel que la DB bornes et caractéristiques électriques des décidera ou non d’équiper 36 autres motrices moteurs, du transformateur, du système de ICE1 de ce nouveau convertisseur à IGBT. refroidissement et de tous les paramètres mécaniques. Photo de gauche : Deutsche Bahn

confort comparables. Or les systèmes nos jours, ces produits offrent pour la d’alimentation auxiliaire actuels ne sont plupart de tels niveaux de fonctionnalité, souvent pas à la hauteur de la tâche et de performance et de rendement que la doivent être revus de fond en comble rénovation ou le maintien des anciennes (exemple en ➔ 7). configurations n'a souvent pas d’intérêt économique ni technique. Sans compter Groupe de traction les éventuelles difficultés d’approvision- Vincent Moine La rénovation des convertisseurs de nement en pièces de rechange ! ABB Sécheron SA, Transformateurs de traction traction vise le plus souvent à accroître le Genève (Suisse) rendement et les performances du véhi- Il n’est donc pas surprenant qu’ABB, [email protected] cule tout en réduisant son usure, ses fournisseur indépendant de composants, coûts de maintenance et, parfois, sa reçoive fréquemment des demandes Sandro Maciocia masse 4. de remplacement de convertisseurs ABB Automation Products, Electrical Machines émanant d’entreprises de maintenance, Birr (Suisse) Si des éléments tels les moteurs et les de grands ateliers, d’équipementiers, [email protected] transformateurs sont habituellement ré- d’exploitants de transport ferroviaire ou visés à mi-vie, le bon sens veut souvent collectif. Harald Hepp que les convertisseurs soient remplacés ABB Automation Products, Traction Converters pour bénéficier des progrès technologi- Les convertisseurs de traction d’ABB Turgi (Suisse) ques, plus rapides dans ce domaine. sont bâtis sur une plate-forme modulaire [email protected] Des composants comme les semi- offrant le double avantage de courts conducteurs, l’électronique de commande délais de réalisation et de faibles risques et les logiciels ont vite progressé au de développement. C’est donc pour la Note cours des 15 à 20 dernières années. De rénovation de parcs complets ou de 4 Pour en savoir plus, lire « Accord parfait », p. 60.

76 revue ABB 2|10 L’aube d’une ère nouvelle

NICK BUTCHER, SIMON FELSENSTEIN, SARAH STOETER, CÉCILE FÉLON – Les stations de recharge « Faire le plein » prend un sens nouveau pour ABB. Contribuant au et les technologies de déploiement des réseaux intelligents (RI), le Groupe a investi un nouveau marché qui prend discrètement forme dans les parkings des réseaux intelligents grandes villes : la recharge des véhicules électriques (VE). Le durcisse- ment de la réglementation antipollution et les primes à l’achat dopent d’ABB ouvrent de nou- la croissance du marché des véhicules 100 % électriques, encourageant velles voies d’avenir au ainsi de nombreux constructeurs automobiles à investir ce créneau. Conscient de cette évolution, ABB met au point des systèmes de véhicule électrique recharge ouvrant de nouvelles perspectives au transport propre et durable.

L’aube d’une ère nouvelle 77 1 Technologies des batteries

Plus petites

Al/Air Li/Air 800 Li-P, Li-ion Nouveaux systèmes 700

Réf. : 18650s; 2,6 Ah Zn/Air 600 Li-ion 500 Li-polymères Réf. : AA alcalinee Wh/L 400 Ni-MH Li-métal 300 Cellules prismatiques de 5 mm < 1300 mAh 200 Ni-Cd

100 Plomb-acide 0 Plus légères 0 100 200 300 400 500 600 700 800

Technologies établies Wh/kg

Technologies émergentes Source: Nexergy

Jusqu’aux années 1960, l’industrie auto- vement évolué au fil des ans, il faut mobile se focalise sur le moteur thermi- attendre les années 1990 pour voir le que tandis que la technologie du VE développement d’accumulateurs nickel- évolue au ralenti. Cette polarisation crée hydrure métallique (NiMH) marquer l’avè- une dépendance pétrolière des trans- nement d’une nouvelle génération de VE. algré son apparente nou- ports tributaires de l’essence et, par Certes, les progrès des NiMH en termes veauté, le VE roule pourtant voie de conséquence, une pollution d’autonomie et de rendement étaient depuis près de 200 ans. In- atmosphérique qui allait vite obliger spectaculaires par rapport aux accumu- M venté vers 1830, il n’a véri- à chercher des alternatives et à lateurs au plomb, comme l’illustre l’EV1 tablement suscité d’intérêt qu’à la fin du relancer le VE et le développement de de General Motors. Pour autant, les XIXe siècle. À l’époque, la motorisation nombreux modè- électrique était déjà plus avantageuse les. L’une des voi- que son alter ego à vapeur ou à essence : tures électriques Grâce aux progrès des batte- confort sonore, souplesse de conduite les plus célèbres (moins de vibrations), propreté (moins est la jeep lunaire ries, le rêve du « zéro émis- d’odeur). De surcroît, les voitures thermi- qui, en 1971, ac- sion » pourrait se concrétiser ques devaient être démarrées à la mani- compagne l’hom- velle et leur boîte de vitesses laissait me dans son ex- en marché de masse. beaucoup à désirer. Quant aux véhicules ploration spatiale. à vapeur, leur mise en route était très longue. Il n’en fallait pas plus pour que le Retour vers le futur constructeurs confirment leur verdict : VE connaisse un succès précoce . . . jus- L’ère du transport électrique a-t-elle réel- chères et d’une durée de vie limitée, les que dans les années 1920. lement commencé ou s’agit-il d’un nou- batteries NiMH avaient encore du che- vel épisode de son évolution cyclique ? min à parcourir pour satisfaire à l’auto La roue tourne : aux États-Unis notam- Les sceptiques ne manquent pas de tout électrique. ment, le réseau routier se développe, souligner les fortunes diverses des VE rapprochant les villes et créant un besoin dans le passé. Aujourd’hui encore, la Sous l’impulsion du gigantesque marché de voitures capables de parcourir de lon- technologie des batteries reste le princi- de l’électronique grand public, la dernière gues distances. Par ailleurs, la décou- pal frein à la conquête du marché auto- décennie a vu l’apparition d’une batterie verte de gisements pétroliers au Texas mobile. Pour autant, les récentes avan- à base d’accumulateurs lithium-ion re- fait chuter le prix de l’essence tandis que cées dans ce domaine ouvrent aux chargeables, nouveau saut technologi- la mise au point du démarreur électrique transports « décarbonés » la perspective que par rapport aux NiMH. Actuellement, remise définitivement la fastidieuse mani- d’un marché de masse. la densité énergétique des batteries velle. La production en grande série de lithium-ion (quantité d’énergie emmaga- véhicules à moteur à explosion gonfle Les VE de première génération n’ont pas sinée par unité de poids) reste inférieure rapi dement l’offre, à un prix plus aborda- réussi à s’imposer sur les routes, à cause à celle du pétrole et leur prix de revient ble que les VE. de leurs lourdes batteries plomb-acide est nettement plus élevé qu’un réservoir au rendement et à l’autonomie limités. de carburant. Pour autant, l’impression- Même si ces batteries ont progressi- nant rendement de transmission du VE et

78 revue ABB 2|10 2 Courbe de charge journalière du réseau électrique américain Combiner le rail et la route

Capacité totale installée

Consommation de pointe (capacités de production ou réserves)

Forme du pic de Période creuse consommation

Forme de la consommation saisonnière moyenne

La UC, petite citadine électrique légère à deux places, du créateur suisse Rinspeed*, a été présentée au salon automobile de Genève

2 h 4 h 6 h 8 h 10 h 12 h 14 h 16 h 18 h 20 h 22 h 24 h en 2010. Cette voiture 100 % électrique, de moins de 2,6 m de long, est équipée d’une Nucléaire Heure connexion Internet en 3G. Non seulement elle Énergies renouvelables et hydroélectriques se faufile en centre-ville mais elle peut aussi Énergies fossiles aisément embarquer sur des wagons dédiés

Contribution de la production de pointe Source : Pacific Northwest National Laboratory pour parcourir de grandes distances tout en se « branchant » au système de recharge électrique du réseau ferré. Pendant le trajet, l’automobiliste bénéficie à la fois des équipements du train et des outils de 3 Impact d’une gestion intelligente de la charge sur un transformateur communication de son véhicule (video chat, téléphonie sur IP et messagerie électronique). 1200 À l’arrivée, la voiture est complètement rechargée, prête à reprendre la route. 1000 Ce projet visionnaire donne une nouvelle 800 dimension au concept du véhicule électrique Pénétration VE = 10 % et de la mobilité durable, mariant voiture 600 Pénétration VE = 25 % individuelle et transport collectif. ABB peut contribuer à sa réalisation. 400 Pénétration VE = 50 %

Pénétration VE = 75 % *www.rinspeed.com 200 Pénétration VE = 100 % Charge transformateur (kW ou kVA) 0 14 h 16 h 18 h 20 h 22 h 0 h 2 h 4 h 6 h

Heure

la modicité du prix de l’électricité au kilo- teries automobiles pour augmenter les mètre-véhicule par rapport au pétrole lui volumes et réduire les coûts. ABB pro- permettent enfin de faire jeu égal avec pose des solutions clés en main, notam- son rival thermique. Les batteries connaî- ment des robots pour les cellules de fa- tront bientôt d’autres innovations majeu- brication et l’assemblage des modules et res qui déboucheront sur un succès packs, et l’électronique de puissance commercial à très brève échéance ➔ 1. pour tester les cycles de charge-décharge En réponse au débat climatique et à l’in- à chaque stade de la fabrication. sécurité des approvisionnements éner- gétiques, ces progrès permettent sans Carburer à l’électricité doute au VE de s’inscrire durablement Actuellement, environ 55 % de la produc- dans le paysage automobile. Les annon- tion mondiale de pétrole sont engloutis ces commerciales de plusieurs construc- par les transports (soit près de 50 mil- teurs pour 2010, portant non pas sur des lions de barils par jour). L’une des idées- préséries mais sur une production an- forces de la mobilité électrique est de nuelle de plus de 100 000 unités d’ici un bâtir un système de transport affranchi à deux ans, confortent cette hypothèse. du pétrole et de réduire considérable- Plus de 20 modèles différents de VE ment les émissions de gaz à effet de rechargeables sont attendus pour 2012. serre (GES). Ces objectifs soulèvent deux questions : d’où viendra cette énergie et La batterie Li-ion étant la pièce critique la pollution va-t-elle vraiment chuter ? du VE, il faut une production totalement automatisée et à grande échelle de bat-

L’aube d’une ère nouvelle 79 4 Émissions de CO2 par types de centrales électriques et de véhicules 5 Production mondiale d’électricité par source d’énergie : projections selon scénario tendanciel Type de Centrale au charbon Centrale au gaz Filières EnR/nucléaire centrale 800 à 1 000 g/kWh1 350 à 450 g/kWh 5 à 20 g/kWh électrique 40

kWh 20 12 Émissions de CO2 des véhicules thermiques par rapport aux VE/hybrides rechargeables (VHR) (du puits à la roue, g/km)2 10 195 10 164 15 -29% 117 -20%115 -41% 84 -57% 0 -68% 52 2006 2010 2015 2020 2025 2030 2 -99% Année Thermi- Thermi- VEVHR VE VHR VE VHR ques ques EnR Nucléaire seg B seg D Charbon Carburants Du puits au réservoir Du réservoir à la roue liquides Gaz naturel

1 Centrale au charbon actuellement installée dans l’UE Sources : d’après l’Agence internationale de 2 Consommation des véhicules thermiques du segment B = 5,9 l/100 km et du segment D = 7 l/100 km ; l’Énergie, International Energy Annual 2006 VE = 13 kWh/100 km ; VHR = 3 l et 8 kWh/100 km (juin-décembre 2008), www.eia.doe.gov/iea et AIE, Source : BMWI, Association nucléaire mondiale, Commission UE et Roland Berger World Energy Projections Plus, 2009

Un défi pour le réseau électrique Pour éviter les dépenses énergétiques La pollution effective du VE dépend lar-

Les VE seront alimentés par le réseau inutiles, il est fondamental de tenir compte gement du CO2 émis, en amont, par les électrique, qui ne sert toutefois qu’à du réseau. Une charge « désorganisée », centrales ; avec une électricité produite transporter une électricité produite dans qui est sollicitée aléatoirement, à n’importe par une vieille centrale à charbon (la plus les divers types de centrales qui lui sont quel moment de la journée, peut entraî- émettrice de GES), le bilan écologique raccordées. Alimenter le VE suppose ner la surcharge du transformateur de de la voiture électrique n’est guère distribution local, meilleur que celui d’une thermique et son induisant à son cycle de vie peut même être bien moins Plus de 20 modèles de VE tour une panne bon, notamment par rapport à celui des générale du voisi- dernières générations de moteurs diesel. rechargeables sont nage, même si seul Toutefois, les VE conservent le bénéfice programmés pour 2012. 1 foyer sur 10 utilise indéniable d'une nette réduction de la un VE. En revan- pollution locale ➔ 4. che, une gestion donc, pour les centrales, de disposer de fine de la charge maintient le transforma- Dans une perspective globale, l’accent la capacité de production nécessaire, et teur dans ses limites de charge, même si doit être mis sur une production d’élec- pour le réseau, d’afficher la capacité de tous les foyers des environs sont passés tricité faiblement émettrice de GES. Axés transit correspondante. au VE ➔ 3. sur les technologies de nouvelle généra- tion, les VE sont d’ores et déjà nettement Le problème de la gestion de la produc- Tous les systèmes de recharge intelli- préférables à d’autres solutions, même tion peut être résolu en s’assurant que gents doivent évidemment s’intégrer celles mettant en œuvre des centrales à les VE sont rechargés quand l’énergie dans le système de gestion de la distri- gaz à cycle combiné ; mieux, quand ils est disponible et non de façon aléatoire, bution et de supervision (SCADA) pour puisent leur énergie de sources réelle- pour éviter les fortes pointes de consom- garantir l’interopérabilité et bénéficier ment peu émettrices (parc nucléaire ou mation sur le réseau. Une gestion « intel- pleinement au réseau électrique comme EnR), leurs émissions de GES sont quasi ligente » de la charge permettrait aux aux VE. Aujourd’hui, ABB est le principal nulles. centrales de nombreux pays de fournir fournisseur de gestionnaires de réseau l’énergie nécessaire à la majeure partie de ce type. Selon les prévisions 2006 de l’Agence d’une flotte de véhicules sans la moindre internationale de l’Énergie (AIE), le pas- augmentation de capacité nominale 1, en Un mirage vert ? sage du thermique à l’électrique ne suf- utilisant prioritairement les capacités dis- Le VE est souvent assimilé à la voiture fira pas pour atteindre les objectifs es- ponibles la nuit, période creuse par « zéro émission » : sans tuyau d’échap- comptés de réduction des GES. Pour excel lence, comme l’illustre la courbe de pement, pas de rejet de GES ! Si l’on tirer véritablement parti du transport charge journalière du réseau améri- veut pourtant le comparer objectivement électrique, il faut recourir massivement cain ➔ 2, sans entraîner de pics de aux flottes thermiques existantes, il faut aux sources d’énergie propre ➔ 5. La consommation supplémentaires. Les dif- tenir compte de l’ensemble du système férentes sources potentielles d’électricité, de distribution d’énergie. Note aussi représentées sur la figure, sont 1 Quantité d’énergie qu’un générateur est étudiées ci-après. capable de produire.

80 revue ABB 2|10 électrique est peu sollicité, à des tarifs reconstituer 80 % de la charge de la bat- 6 Production mondiale d’électricité par source d’énergie : hypothèse d’une avantageux en période creuse. Différen- terie en moins de 25 minutes. Le « plein tes bornes de recharge domestiques de courant » dans ces futures stations ne réduction massive des émissions de CO2 sont proposées pour répondre aux be- prendra pas plus de temps qu’un arrêt à 100 4,1 5,6 soins de chaque type de logement (à l’in- la pompe à essence : combiné aux tech- 6,3 17,5 térieur, à l’extérieur, en montage mural) ; nologies de batteries les plus récentes, 80 13,5 13,7 elles intègrent toutes les systèmes de ce dispositif pourrait permettre une charge sécurité propres aux appareils électro- complète en moins de 5 minutes. Ces 60 19,1 37,7

% ménagers. La solution ABB comprend stations seront installées sur les aires de 5,2 40 tout ce qui est nécessaire pour réaliser repos des grands axes routiers et en des

20,8 des stations de recharge domestiques points de recharge urbains appropriés. 40,3 20 sûres et efficaces. Une électronique de puissance de pointe, 11,4 4,8 un interfaçage avec le RI et un stockage 0 2008 2020 Année Charge publique de l’énergie intégré pour gérer les fluc-

EnR autres que Charbon Les bornes « semi-rapides » permettent tuations de la production d’électricité l’hydroélectrique Biomasse de recharger une batterie en quelques assureront la gestion de l’énergie du ré- Hydroélectrique Géothermique heures, pendant que l’automobiliste est seau et la qualité du courant. Le concept Nucléaire Photovoltaïque au travail, au restaurant, au supermar- de station de recharge rapide en courant Gaz naturel Éolien ché, etc. Les produits ABB équiperont continu a été présenté au salon de Ge- Pétrole Sources : EPI et AIE les bornes de recharge réparties en ville nève de mars 2010, avec le prototype de (parkings privés, bâtiments publics, ma- sportive électrique Lampo : ultra-puis- gasins et grands garages). sante, elle est capable de reconstituer faisabilité économique et politique de ce une charge offrant plus de 100 km virage écologique reste à prouver et la Robustes et sûres, elles satisfont à la ré- d’autonomie en à peine 10 minutes ! réalisation d’objectifs aussi ambitieux glementation des espaces publics. Dans que ceux présentés en ➔ 6 nécessitera la plupart des cas, le consommateur des mesures courageuses. payera l’électricité utilisée, la borne étant alors dotée d’un système d’authentiﬁ ca- La possibilité d’une interaction construction du client et/ou de paiement sécurisé. tive entre VE et EnR, telles que l’éolien et le photovoltaïque, ouvre des perspecti- Charge express ves très intéressantes. En associant Les systèmes de charge rapide et ultra- technologies de RI et de stockage d’élec- rapide utilisent des convertisseurs de tricité (batterie automobile) pour gérer la fourniture et la consommation d’énergie, il devient bien moins problématique de Une gestion intelli- relever le défi de l’intégration des VE et des EnR que de traiter chaque enjeu sé- gente de la charge parément. permettrait aux Dernier kilomètre : les points de centrales de nom- recharge Nick Butcher L’un des avantages souvent cité des VE, breux pays de four- ABB Automation Products, sur la filière hydrogène par exemple, est nir l’énergie néces- Power Electronics and MV Drives le coût nettement inférieur de l’infra- Turgi (Suisse) structure de recharge puisque l’électricité saire à la majeure [email protected] est déjà disponible partout ! L’atout est certes de taille mais la réalité n’est pas si partie d’une flotte Simon Felsenstein simple : il faut transférer l’électricité du ABB ISI Smart Grids, E-mobility réseau vers les batteries embarquées de véhicules sans Zurich (Suisse) dans chaque VE, l’opération devant être la moindre aug- [email protected] rapide, pratique, simple, bon marché et sûre. La solution envisagée par ABB est mentation de capa- Sarah Stoeter une station de recharge proposée en Revue ABB trois configurations, selon l’application. cité nominale. Zurich (Suisse) [email protected] Charge à domicile Les chargeurs domestiques permettent grande puissance dans les stations de Cécile Félon de recharger à 100 % une batterie de fai- recharge (plutôt qu’à bord des VE). Dès ABB Power Products ble puissance pendant la nuit. L’opéra- à présent, les stations compatibles avec Genève (Suisse) tion s’effectue donc quand le réseau les batteries existantes sont capables de [email protected]

L’aube d’une ère nouvelle 81 Prise de terre

KNUT MARQUART – Les autorités portuaires et les armateurs sont Les solutions ABB d’alimen- à la recherche de solutions pour réduire leurs émissions polluan- tation électrique réduisent tes et leur impact sur le climat. Si la problématique environne- mentale justiﬁ e l’intérêt accru dans les solutions d’alimentation le bruit et les émissions des navires à quai, les avantages économiques ne sont pas en reste au vu de la hausse des coûts des combustibles fossiles. de gaz à effet de serre Dans ce contexte, ABB a développé des solutions optimisées des navires à quai pour couvrir les besoins énergétiques des navires et répondre aux préoccupations des administrations portuaires, des armateurs et des fournisseurs d’électricité.

82 revue ABB 2|10 Système embarqué complet, y compris connexion au tableau HT et enrouleur de câble

Poste électrique (y compris convertisseur 50/60 Hz) Prise de quai Transformateur 6,6 kV/11 kV de quai

Câble HT enterré (distance : 1 à 5 km)

niveaux de tension et de la fréquence du navire pour éviter la moindre interruption réseau électrique du port à ceux des na- d’alimentation lors du changement de vires. Le développement d’une infra- source. structure terrestre d’alimentation des navires pouvant avoir un impact significatif Pionnier dans ce domaine, ABB a installé sur le réseau électrique général, ABB est avec succès la première connexion bord également en mesure d’en étudier les ef- à quai dans le port suédois de Göteborg fets globaux et de préconiser des solu- en 2000. orsqu’un navire de croisière fait tions pour améliorer et renforcer le ré- escale pendant 10 heures dans seau général et le réseau du port pour Dans un prochain numéro de la Revue ABB, un port, ses moteurs diesel brû- les branchements « bord à quai ». un article décrira plus en détail les solutions ABB d’alimentation électrique des navires à quai. L lent 20 tonnes de combustible et rejettent 60 tonnes de CO2, soit l’équiva- lent des émissions totales annuelles de ABB propose des 25 berlines européennes. Or ces émis- sions peuvent être supprimées en bran- solutions pour les chant le navire sur le réseau électrique terrestre. infrastructures élec- triques à bord et à

Outre le CO2, ce branchement diminue également les rejets de SO , de NO et terre, ainsi qu'un x x de particules, réduit les niveaux de bruit et les vibrations basse fréquence du éventail complet de navire, et permet la maintenance des services et de sys- moteurs diesel pendant l’escale. tèmes prédévelop- Les solutions clés en main d’ABB regroupent l’ensemble des infrastructures pés et intégrés. électriques à bord et à terre, y compris les convertisseurs de fréquence, l’appareillage haute et moyenne tension (HT/ Des solutions mono ou bifréquences, MT), les transformateurs, les systèmes pour toutes les puissances, sont dispo- de contrôle-commande et de protection. nibles pour les applications à un ou ABB propose également un éventail plusieurs mouillages, les terminaux de complet de services et de systèmes pré- conteneurs et les ports de centre-ville ; développés et intégrés, depuis le poste de même, des solutions compactes d’in- électrique à quai jusqu’à l’adaptation du térieur peuvent accueillir tous les compo- réseau de bord pour son raccordement sants majeurs du système. au réseau terrestre. Knut Marquart À bord, la solution d’alimentation doit ABB Marketing and Customer Solutions À terre, cela suppose une alimentation être totalement intégrée au réseau élec- Zurich (Suisse) électrique appropriée et l’ajustement des trique et au système d’automatisation du [email protected]

Prise de terre 83 Rapidité, sécurité, compétitivité

La triple devise du nouveau sectionneur de terre ultrarapide d’ABB

DIETMAR GENTSCH, VOLKER GRAFE, HANS-WILLI OTT, ﬁ able des courants de défaut et de l’intensité lumineuse, par WOLFGANG HAKELBERG, ANDREAS BRANDT – ABB a combiné une électronique dédiée, garantissent une extinction quasi les technologies de deux dispositifs éprouvés, sa célèbre immédiate des arcs. Ce sectionneur offre des avantages chambre de coupure rapide sous vide et le limiteur Is, appareil technico-économiques : nette amélioration de la disponibilité de commutation et de limitation le plus rapide au monde, pour du système et de la sécurité de l’opérateur, à des valeurs réaliser un ingénieux système de protection contre les défauts assignées de tension atteignant 40,5 kV et de courant admis- d’arc destiné aux appareils de coupure moyenne tension sible de courte durée de 63 kA maxi (durant 1 s) ; baisse ultrarapides. La durée de déclenchement très courte (<1,5 ms) signiﬁ cative des temps d’indisponibilité et des coûts de de ce dispositif de coupure sous vide et la détection rapide et réparation après défaut.

84 revue ABB 2|10 lateur à tige 24 kV. Ils se composent 1 Durée et conséquences d’un défaut d’arc d’une chambre sous vide, encapsulée dans une installation électrique dans une résine époxyde qui l’isole du milieu ambiant. D’un point de vue diélec- Dispositif de protection traditionnel trique, cette chambre est en fait consti- – Durée du défaut d’arc = 200 à 300 ms tuée de deux espaces sous vide séparés – Détection par relais standard par une membrane : le premier intègre – Élimination du courant de défaut d’arc par une tige de contact mobile, au potentiel le disjoncteur amont

de la terre, et le second, un contact fixe Risques élevés à potentiel élevé. Chaque commutateur – Incendie/explosion intègre également un microgénérateur – Graves blessures du personnel de gaz ultrarapide, de type et de fonc- (selon le type d’appareil) tionnement comparables au générateur Relais de protection rapide avec équipe- de gaz d’un airbag ➔ 2, et conçu comme ment supplémentaire (limiteur Ith, par ex.) un actionneur de vérin simple effet. L’uni- − Durée du défaut d’arc = 50 à 100 ms té électronique, bâtie sur une technolo- − Détection rapide par relais de protection spécial gie analogique rapide et robuste, est, par − Élimination du courant de défaut d’arc par sa structure, indépendante de chaque le disjoncteur amont phase ; elle détecte le courant et la lu- mière, puis déclenche la coupure avec Risques limités pour les équipements et le personnel (selon le type d’appareil) une fiabilité et une célérité maximales. Sectionneur de terre ultrarapide (UFES) Lorsqu’un défaut d’arc interne se produit − Durée du défaut d’arc ≤ 4 ms (après dans un appareillage, l’unité électronique détection) − Détection ultrarapide par unité électroni- détecte le courant de défaut (capté par que de type QRU transformateur de courant) et l’arc lumi- − Extinction ultrarapide de l’arc interne par neux (mesuré par capteurs optiques). Le commutateurs primaires UFES ans certaines circonstances, microgénérateur de gaz est activé pres- − Élimination définitive du courant de défaut d’arc par le disjoncteur amont il arrive qu’une défaillance à que simultanément. Plus précisément, la

l’intérieur d’une armoire élec- pression du gaz actionne le piston, qui Aucun risque D trique, causée par un défaut, s’engage dans la première partie de la un régime de fonctionnement anormal ou chambre sous vide ; la tige de contact une erreur de manœuvre, déclenche un mobile enfonce alors la membrane pour arc interne dangereux ➔ 1. Si la protec- atteindre le contact fixe sans rebondir, L’association de tion du personnel est de loin la priorité créant un fort court-circuit métallique à la absolue, il est aussi important de préve- terre. Le court-circuit et l’extinction du la chambre de nir la destruction des autres composants défaut d’arc ont lieu moins de 4 ms après de l’installation ! Mission accomplie avec sa détection. La séquence complète, coupure sous vide le nouveau système de protection contre décrite en ➔ 3, aboutit au raccordement et du limiteur I les arcs internes d’ABB. sûr du piston au potentiel de la terre via s le contact mobile. d’ABB forme un Le principe du dispositif consiste en une mise à la terre triphasée métallique rapi- Traiter toute l’information essentielle ingénieux système de qui empêche la libération incontrôlée L’unité électronique possède 3 canaux de protection d’énergie, à l’apparition d’un défaut d’arc d’entrée pour suivre en continu la valeur interne. Ce raccordement de très faible instantanée du courant. Des comman- contre les défauts impédance provoque la commutation des simples permettent de régler et immédiate du courant de court-circuit d’adapter le niveau de réponse (critère d’arc pour les d’un défaut d’arc vers le sectionneur de de détection d’un courant de défaut) appareillages de terre rapide et l’extinction de l’arc. aux nombreux besoins de protection. La faible charge d’entrée (moins de 1 VA) du coupure moyenne Ce sectionneur de terre ultrarapide transformateur de courant permet de le « UFES » (Ultra-Fast Earthing Switch) se relier simplement à l’enroulement secon- tension extrême- compose de trois commutateurs primai- daire des transformateurs de protection ment rapides. res complets de type U1 (photo p. 84) existants. et d’une unité électronique de déclen- chement rapide « QRU » (Quick Release De plus, 9 entrées optiques assurent la Unit). Les commutateurs ont les mêmes détection des défauts d’arc. L’état de la dimensions (210 mm de hauteur et protection est indiqué par des voyants et 137 mm de diamètre), la même forme et un afficheur 7 segments, en face avant les mêmes points de fixation sur un iso- de l’unité ➔ 4. Des contacts flottants

Rapidité, sécurité, compétitivité 85 2 Vue en coupe d’un commutateur primaire UFES 4 Unité électronique de type QRU1

Isolateur en époxy

Contact fixe Dispositif Isolateur en céramique sous vide Membrane Tige de contact mobile

Capsule détonante Piston Vérin Actionneur Système à contact mobile Microgénérateur de gaz

3 Déroulement de la coupure

Disj Disj Disj Disj Disj

TC TC TC TC TC

Ik“ Ik“ Ik“ Ik“ Ik“ UFES QRU UFES QRU UFES QRU UFES QRU UFES QRU

(facultatif)

i (t) i (t) i (t) i (t) i (t)

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 Temps (ms) Temps (ms) Temps (ms) Temps (ms) Temps (ms)

Formation de l’arc interne Détection de l’arc par l’unité Envoi du signal de Mise à la terre triphasée Élimination définitive du électronique (lumière + déclenchement aux métallique rapide par courant de défaut par le courant) commutateurs primaires manœuvre des commuta- disjoncteur amont UFES (éventuellement, au teurs primaires entraînant : disjoncteur amont) – l’interruption de la tension d’arc : extinction immédiate de l’arc ; – l’écoulement du courant de défaut contrôlé vers le potentiel de la terre par les commutateurs primaires UFES.

86 revue ABB 2|10 5 Commutateur primaire UFES de type U1 6 Démonstrateur avec commutateurs primaires UFES en partie haute

Conformité normative CEI Caractéristiques électriques maxi (6 variantes de base) Tension assignée (eff) kV 40,5 Tension de tenue assignée à fréquence industrielle (eff) kV 85 / 95 Tension de tenue assignée aux chocs de foudre (crête) kV 170 / (200) Fréquence assignée Hz 50 / 60 Courant assigné admissible de courte durée (eff) kA 50 / (63) Courant assigné admissible (crête) kA 170 Durée du court-circuit s 3 / (1) Courant assigné de coupure en court-circuit kA 170

Caractéristiques mécaniques Dimensions (diamètre x hauteur) mm ~ 137 x 210 Temps de fermeture ms < 1,6 Durée de rebond du contact ms 0

Durée de vie Nombre de manœuvres 1 Nombre de courts-circuits interrompus 1 Stockage Années 30 Microgénérateur de gaz Années 15

les critères de réponse de l’appareil de minimise l’installation de limiteurs de Le système d’ABB coupure, et, d’autre part, afficher les pression dans des locaux difficiles déclenchements sans les envoyer au d’accès. est une solution de microgénérateur. Les commutateurs primaires UFES peu- protection active Avec le système de détection lumineuse vent être montés dans les compartiments contre les défauts TVOC, une seule unité électronique per- de raccordement des câbles de l’appa- met de surveiller jusqu’à 54 comparti- reillage ou simplement dans chaque sec- d’arc pour les ments (3 par tableau) d’un appareillage. tion de jeu de barres pour assurer la pro- Les modules d’extension TVOC, compre- tection du système entier. L’UFES sera, appareillages MT, nant chacun 9 entrées optiques, peuvent dans un premier temps, livré sous la for- qui renforce consi- être directement raccordés aux 5 inter- me d’une unité complète logée dans un faces fournies. Sachant que la détection coffret de branchement ABB ayant subi dérablement la d’un défaut d’arc par ces modules est des essais de type (pour s’intégrer aux aussi surveillée par l’unité électronique, appareillages existants ➔ 6) puis, dans disponibilité du au moins 18 tableaux d’un appareillage un deuxième temps, proposé « en fourni- système et la sécu- de coupure disposent d’une protection ture séparée » regroupant l’électronique active. La surveillance de chaque com- et les trois commutateurs primaires. rité du personnel. partiment facilite la localisation du défaut. permettent l’interfaçage avec d’autres Pouvoir de protection appareils pour, notamment : Le système d’ABB, conçu pour des ten- − communiquer l’état de l’électronique sions assignées jusqu’à 40,5 kV et des à une salle de commande distante ; courants assignés de tenue aux courts- Dietmar Gentsch − envoyer des commandes à un circuits de courte durée (1 s) de 63 kA Volker Grafe disjoncteur raccordé à la détection du maxi ➔ 5, constitue une solution de pro- Hans-Willi Ott défaut d’arc ; tection active contre les défauts d’arc Wolfgang Hakelberg − bloquer le réenclenchement du interne pour les nouveaux appareillages Andreas Brandt disjoncteur juste après ouverture. moyenne tension (MT) certifiés ainsi que ABB Power Products les appareils d’anciennes générations. Ratingen (Allemagne) De même, l’allumeur du microgénérateur Il permet d’éviter l’endommagement de [email protected] de gaz et le chien de garde électronique l'appareillage, de l'équipement et du [email protected] sont contrôlés en permanence. L’unité milieu environnant ; la disponibilité du [email protected] électronique peut passer en mode test système et la sécurité du personnel s’en [email protected] pour, d’une part, simuler et vérifier tous trouvent grandement renforcées. Enfin, il [email protected]

Rapidité, sécurité, compétitivité 87 Panorama historique L’électrification de la grande traction ferroviaire Une longue tradition ABB

NORBERT LANG – L’histoire a ses paradoxes : n’est-il pas étonnant que, bien longtemps avant les premiers signes de « globalisation », la technique ait progressé en parallèle dans différents pays occidentaux, malgré leurs disparités géographiques, économiques et culturelles ? Il en est ainsi de l’électrifi cation et de la traction ferroviaires. La décision d’électrifi er le chemin de fer dépendait en grande partie de la richesse du pays en ressources houillères et hydroélectri- ques. D’où la multiplicité et la coexistence de fi lières et techniques nationales qui n’ont pourtant pas empêché la naissance de nombreuses innovations remarquables, tant par leur ingéniosité que leur universalité.

88 revue ABB 2|10 de montagne et à vapeur, l’entreprise dé- 1 Premiers jalons tient alors, depuis des décennies, le quasi- monopole de la partie mécanique (carros- – 1890 : un prédécesseur de l’entreprise serie, châssis et organes de roulement) des genevoise ABB Sécheron équipe locomotives électriques suisses. Les deux Clermont-Ferrand des premiers tramways ﬁ ls Brown, Charles E. L. (futur cofondateur électriques français. de BBC) et Sidney, sont de la partie : tous – 1892 : le premier chemin de fer à crémaillère électrique (500 V continu) voit deux conçoivent la première locomotive le jour au Mont Salève, près de Genève. de grande ligne électrique pour la liaison – 1894 : les Ateliers Oerlikon livrent les Berthoud-Thoune de 40 km (photo p. 88). premiers trams électriques zurichois. Il s’agissait d’une loco de fret, à deux vites- – 1896 : les premiers trams électriques BBC font leur apparition à Lugano, en Suisse. ses constantes (17,5 et 35 km/h), alimen- L’entreprise suédoise ASEA, fondée en tée en alternatif triphasé à 40 Hz. La trans- 1883 et devancière du groupe ABB, lance mission utilisait des engrenages droits qu’il son activité Traction électrique avec des fallait changer à l’arrêt ; deux gros moteurs voitures de tram. – 1898 : BBC équipe les dessertes asynchrones entraînaient les deux essieux Stansstaad–Engelberg et Zermatt– à l’aide d’un arbre intermédiaire et de biel- Gornergrat, ainsi que la ligne qui grimpe les d’accouplement. La tension de la ligne au sommet du Jungfraujoch, à 3 500 m de contact aérienne était limitée à un maxi- d’altitude. – 1901 : ASEA fournit des trams électriques mum légal de 750 V. à la ville de Stockholm.

En 1903, la Compagnie de l’Industrie Élec- trique et Mécanique (CIEM), prédécesseur d’ABB Sécheron, électrifi e le chemin de fer moteurs utilisaient un stator à pôles saillants à voie étroite reliant St-Georges-de- et une commutation de champ à décalage Commiers à La Mure, en France ; l’alimen- de phases. Cette machine rencontra un tel tation est en continu, à une tension excep- succès que la première locomotive fut our la plupart des constructeurs tionnellement élevée pour l’époque de adaptée en conséquence. De décembre ferroviaires, les dispositifs et 2 400 V, sous fi l de contact aérien double. 1907 à 1909, tous les trains réguliers de systèmes d’électrifi cation pui- Presque simultanément, mais chacun de P sent leurs origines dans le tram- leur côté, les Ateliers de Construction Oer- way. En 1890, un prédécesseur d’ABB likon (MFO) et BBC lancent un grand projet « Le véhicule à Secheron, à Genève, fournit à la ville de d’électrifi cation du réseau exploité par les Clermont-Ferrand les premiers trams élec- Chemins de Fer Fédéraux suisses (CFF). traction électrique, triques français ➔ 1, ouvrant la voie à l’élec- trifi cation des lignes de montagne à cré- À l’origine, l'alternatif monophasé sans doute le plus maillère. En 1898, un autre pionnier d’ABB, De 1905 à 1909, les Ateliers Oerlikon en- harmonieux et le Brown, Boveri et Cie (BBC), équipe plu- treprennent des essais de traction mono- sieurs chemins de fer de montagne, comme phasée à 15 kV, 15 Hz, sur un tronçon de plus bel assemblage la célèbre ligne de la Jungfrau qui se hisse l’ancien réseau ferré helvétique National- au plus près du sommet du Jungfraujoch, bahn reliant Zurich-Seebach à Wettingen de composants à 3 500 m d’altitude ; la voie ferrée est (aujourd’hui partie intégrante du réseau électromécaniques, d’abord électrifi ée en courant triphasé à suburbain zurichois). La première locomo- 40 Hz, avant de passer à la fréquence tive Oerlikon est équipée d’un groupe ne cesse de poser industrielle de 50 Hz. tournant et de moteurs de traction à courant continu ➔ 3. Une seconde machine au génie humain Dès leurs premières heures, les voies fer- lui est ajoutée en 1905 ➔ 4 : elle conserve de nouveaux et rées locales et de montagne connaissent la même disposition d’essieux B’B’ mais de fulgurants progrès techniques. Pour les bogies sont tous deux équipés d’un passionnants défis autant, cet article se consacrera essentiel- moteur monophasé à excitation série de lement aux développements des grandes 180 kW, directement alimenté par le chan- de conception. » lignes ferroviaires à voie normale (écarte- geur de prises du transformateur. La com- Karl Sachs ment de 1 435 mm). mande par jeu de prises échelonnées sur les enroulements du transformateur allait cette ligne passèrent à la traction électri- Question de fréquence devenir par la suite la méthode classique que. Néanmoins, la haute tension n’autori- Saviez-vous que l’un des cofondateurs de de pilotage des locomotives à courant sait pas l’emploi de ligne de contact la Fabrique de Locomotives et de Machi- alternatif, jusqu’à l’essor de l’électronique aérienne centrée sur la voie : l'alimentation nes suisse SLM ➔ 2, en 1871, fut Charles de puissance. Les essieux étaient entraînés électrique se faisait par un fi l latéral, fi xé sur Brown père (1827–1905), dont le nom se par un réducteur, un arbre intermédiaire et des poteaux en bois. Le contrat prévoyait perpétue encore aujourd’hui dans l’un des des bielles d’accouplement. La vitesse de retirer ce fi l au terme des essais et de « B » d’ABB ? Constructeur de locomotives maximale plafonnait à 60 km/h. Les restituer la ligne à la traction vapeur, qui ne

L’électrification de la grande traction ferroviaire 89 3 Première locomotive d’essai Oerlikon à groupe tournant et 4 Seconde locomotive d’essai Oerlikon à moteurs monophasés moteurs de traction à courant continu

2 Quelques grands noms du rail Walter Boveri ASEA Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget, Västeras, Suède (1983–1987) ; ASEA fusionne avec BBC le 1er janvier 1988 pour former Asea Brown Boveri (ABB). s’opposa à l’exploi- BBC Brown, Boveri et Cie, Baden, Suisse (1891-1987) tation des conces- BLS Compagnie du Bern-Lötschberg-Simplon, Spiez, Suisse CFF Chemins de Fer Fédéraux suisses, Berne sions publiques et DB Deutsche Bahn, entreprise nationale des chemins de fer allemands MFO Ateliers de Construction Oerlikon (1876–1967), repris par BBC. réseaux de che- ÖBB Österreichische Bundesbahnen, chemins de fer fédéraux autrichiens mins de fer suisses SAAS Société Anonyme des Ateliers de Sécheron, Genève, Suisse (1918–1969), reprise par BBC. à différentes fré- SLM Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik, Winterthur, Suisse, fondé en 1871 et acquis par ADtranz en 1998. quences ; son ob- SJ Statens Järnvägar, entreprise nationale des chemins de fer suédois, devenue société publique à responsabilité limitée en 2001. jection déboucha sur le compromis sera électrifi ée qu’en 1942. Cette expé- italien. Le parc d'origine comprenait deux 2 rience eut néanmoins un grand retentisse- locomotives Ae 3/5 (1’C 1’) ➔ 5 et deux Ae du 16 /3 Hz. ment. 4/4 (0-D-0), à moteurs asynchrones. Le ré- glage de la vitesse se faisait à l’aide des Le monophasé à fréquence spéciale pôles commutables du stator. Les moteurs pour le Simplon lents, montés en bas de caisse, entraî- Fin 1905, BBC se charge d’électrifi er, à ses naient les essieux par des bielles d’accou- frais et à ses risques, les 20 km du tunnel plement multiples. Ces machines dévelop- monovoie subalpin du Simplon reliant paient une puissance unihoraire de 780 kW Brigue (Haut-Valais suisse), à Iselle (Italie), (Ae 3/5) et 1 200 kW (Ae 4/4), à la vitesse en cours d’achèvement. Lever le risque maxi de 75 km/h. En attendant l’achève- d’intoxication des voyageurs par le mono- ment de toutes les locomotives, trois ma- xyde de carbone des locos à vapeur, en chines de réalisation équivalente furent em- cas de panne du convoi dans ce long tun- pruntées au chemin de fer de la Valteline. nel, était le premier argument justifi ant l’électrifi cation. Pourtant, il ne restait que À l’époque, le moteur asynchrone alternatif six mois avant l’inauguration de l’ouvrage. triphasé s’était déjà révélé avantageux pour L’électrifi cation fut réalisée en triphasé à la traction ferroviaire, par sa robustesse et 2 16 /3 Hz, sous une tension de 3 kV fournie sa simplicité d'entretien, en l’absence de par deux centrales électriques situées de collecteurs. Mais il n’était pas exempt d’in- part et d’autre du tunnel. Ce système élec- convénients : par exemple, un réglage de la trique fut repris pour la ligne de la Valteline vitesse à graduation grossière, du fait de la (nord de l’Italie), les lignes franchissant le commutation des pôles, et la ligne de col du Brenner (entre l’Autriche et l’Italie) et contact à deux fi ls de l’alimentation tripha- du Monte Giovi (province de Florence), ainsi sée qui compliquait les aiguillages. Le mo- que celle longeant le littoral méditerranéen teur triphasé devait donc rester minoritaire

90 revue ABB 2|10 5 Locomotive de la ligne du Simplon, alimentée en alternatif triphasé (1906) 6 La voie optimale

1904 voit la création, en Suisse, d’un comité fédéral d’études pour l’électrification du chemin de fer en vue « d’examiner et de clarifier les conditions techniques et financières préalables à l’instauration de la traction électrique sur les lignes ferroviaires suisses. » Plusieurs systèmes d’électrification font alors l’objet d’études approfondies, s’appuyant sur de récentes réalisations. Résultats et conclusions sont régulièrement publiés. En 1912, le comité préconise d’unifier la grande traction ferroviaire suisse autour du courant monophasé sous ligne de contact aérienne de 15 kV, à environ 15 Hz.

en traction ferroviaire jusqu’à une date ré- En 1910, Oerlikon et SLM fournissent au fer suisses à différentes fréquences ; relayée cente où les convertisseurs à électronique BLS un prototype de locomotive de par d’autres détracteurs, son opposition 2 de puissance ont pu combler ses lacunes 1 250 kW avec une confi guration d’essieux débouche sur le compromis du 16 /3 Hz sans compromettre ses points forts. C-C ➔ 7. Au terme d’essais fructueux, le (soit le tiers de la fréquence de 50 Hz nor- BLS passe commande de plusieurs locos malement pratiquée dans l’industrie). En 1908, les CFF reprennent cette installa- Be 5/7 (1’E1’) de 1 800 kW, dont la première tion : en 1919, deux autres locomotives est livrée en 1913. En 1930, la Société Boveri propose également d’équiper les sont ajoutées et l’électrifi cation s’étend Anonyme des Ateliers de Sécheron (SAAS) loco motives de redresseurs à vapeur de jusqu’à Sion ; un second tunnel voit le jour vend au BLS la première de six Ae 6/8 mercure, qui ont déjà donné satisfaction en 1921. Pour autant, l’année 1930 sonne (1’Co)(Co1’) mettant à profi t l’entraînement dans l’industrie. Or l’époque n’est pas en- le glas du triphasé sur la ligne du Simplon individuel des essieux à arbre creux : une core à ces dispositifs « statiques » dont les avec sa conversion en monophasé 15 kV, à conception couronnée de succès puisque volumineuses cuves de mercure auraient 2 16 /3 Hz ➔ 6. ces engins tiraient encore de lourds trains diffi cilement supporter les rudes conditions de voyageurs et de marchandises bien d’exploitation du rail. L'électrification du Lötschberg après la Seconde Guerre mondiale ! Avec des déclivités de 2,2 à 2,7 % et des L’électrifi cation du Gothard progresse à rayons de courbure de 300 m, la ligne al- Le Saint-Gothard une telle vitesse que le temps manque pour pine qui relie Thoune à Brigue via Spiez, Confrontés à la grave pénurie de charbon tester convenablement les locomotives exploitée par le Chemin de fer du Lötsch- causée par la Grande Guerre, les CFF d’essai. Il faut passer commande au plus berg (BLS) et achevée en 1913, se carac- décident en 1916 d’électrifi er le réseau vite ! L’électricien BBC et le mécanicien térise par un profi l très tourmenté. Dès ferroviaire du Gothard en reprenant le SLM fournissent 40 locomotives de trains système d’alimen- de voyageurs (1’B)(B1’) et Oerlikon/SLM, tation qui avait fait 50 locos de fret (1’C)(C1’). Ces deux types Le moteur asynchrone (sans ses preuves sur la de machine sont équipés de quatre mo- ligne du Lötschberg. teurs sur châssis entraînant les essieux par collecteurs) offre des qualités Ils demandent alors un arbre intermédiaire et des bielles d’ac- de robustesse et de simplicité à des constructeurs couplement. Développant une puissance suisses, électro- unihoraire de 1 500 et 1 800 kW, à une vi- d’entretien pour la traction techniciens et mé- tesse maxi de 75 et 65 km/h, ces engins caniciens, de fournir ont su répondre aux cahiers des charges ferroviaire. des prototypes de des exploitants ferroviaires et passer à locomotives, avec la postérité : les locomotives du Saint- l’esquisse du projet, il est question d’élec- d’éventuels contrats à la clé. Trois centra- Gothard sont en effet devenues l’archétype trifi er le tunnel à deux voies. En 1910, le les hydroélectriques alimentées par des des véhicules de traction ferroviaire suis- BLS opte pour le 15 kV à 15 Hz, déjà barrages de hautes chutes (Amsteg, Ritom ses. C’est surtout le cas de la version de éprouvé lors des essais réalisés sur la pe- et La Barberine) sont immédiatement mi- fret longue de 20 m à châssis articulé (qui tite ligne Seebach–Wettingen, qu’il porte ses en chantier pour produire le courant facilite le franchissement des courbes), 2 ensuite à 16 /3 Hz. Le BLS traçait ainsi la nécessaire aux locomotives traversant le surnommée crocodile pour sa livrée voie de l’électrifi cation du Saint-Gothard Gothard. verte ➔ 8. Ces machines de légende assu- mais aussi des réseaux ferrés allemand, rèrent un service ininterrompu pendant autrichien et suédois qui se rallièrent à ce C’est alors que Walter Boveri, cofondateur près de 60 ans, tout en étant copiées sous système. de BBC, conteste fermement l’exploitation bien des formes dans différents pays ; elles des concessions publiques et chemins de demeurent aujourd’hui la pièce de collec-

L’électrification de la grande traction ferroviaire 91 7 Locomotive d’essai des chemins de fer du Lötschberg (1910) 8 La légendaire crocodile Oerlikon Ce 6/8, construite pour le transport de marchandises sur la ligne du Gothard des CFF.

tion incontournable de tout passionné de La centrale de Porjus alimente cette ligne duel des essieux. Cette « transmission 2 modélisme ferroviaire. ferroviaire en monophasé 15 kV à 16 /3 Hz Büchli », du nom de son inventeur, reposait (auparavant 15 Hz). Vers 1920, l’électrifi ca- sur le principe suivant : le moteur de trac- La signature Sécheron tion a gagné Lulea via Gellivare, sur le Golfe tion, solidaire du châssis, attaque par un En 1921/1922, Sécheron fournit six loco- de Botnie. Le tronçon norvégien de la ligne pignon une couronne dentée située en motives Be 4/7 (1’Bo 1’)(Bo’) au chemin de est électrifi é en 1923. Dans cette région, porte-à-faux, à l’extérieur de l’essieu fer du Gothard. Elles sont équipées de les montagnes culminent à des altitudes moteur, qui transmet l’effort de traction quatre essieux entraînés individuellement moyennes et les rampes de 1 à 1,2 % sont à des leviers secteurs et biellettes qui, par une transmission à ressorts et arbre bien inférieures aux déclivités des traver- via des manetons, entraînent la roue creux Westinghouse ➔ 9. Malgré leurs bon- sées alpines suisses. Néanmoins, le fort motrice ➔ 10. 114 unités de cette concep- nes caractéristiques de fonctionnement, ce tonnage des trains chargés de magnétite tion circulèrent sur le réseau des CFF. Leurs furent les seuls exemplaires commandés impose de lourdes contraintes aux loco- performances permirent de porter le pla- par les CFF qui n’étaient pas convaincus motives. ASEA fournit la partie électrique fond de vitesse de 90 km/h à 110 km/h. Ce par la commande individuelle des essieux. des 12 locomotives articulées de 1 200 kW succès confi rma la puissance de l’industrie Pour leurs trajets moins montagneux, ils (1’C)(C1’) et équipées d’une transmission électrotechnique suisse et déboucha sur passent commande de 26 locomotives de à bielles latérales, voyageurs Ae 3/5 (1’Co1’) ; dotées de la ainsi que deux loco- même transmission à arbre creux, elles motives de vitesse Les Crocodiles devinrent les atteignent 90 km/h. D’une masse de 81 t, similaires de 600 kW ces machines étaient nettement plus légè- (2’ B 2’). Dix machi- locomotives emblématiques res que leurs concurrentes. Suivent dix uni- nes à quatre essieux tés similaires, baptisées Ae 3/6 III, à dispo- de 650 kW pour le du rail suisse. sition 2’Co 1’. Ces trois types d’engins transport rapide de de traction, plus connus sous le vocable marchandises leur sont adjointes, principa- de nombreuses commandes et contrats de générique de « Machines Sécheron », ont lement utilisées en tandem. En 1925, la concession pour des locomotives similaires surtout circulé en Suisse occidentale. La grande ligne de la compagnie nationale en Alle magne, en Tchécoslovaquie, en dernière était encore en service au début Statens Järnvägar (SJ) de 460 km reliant France, en Espagne et au Japon. Au total, des années 1980 pour remorquer les trains Stockholm à Göteborg est électrifi ée, quelque 1 000 véhicules à transmission de transport de véhicules dans les tunnels ASEA fournissant les locomotives 1’C1’ de BBC-Büchli ont été construits. du Saint-Gothard et du Lötschberg. 1 200 kW. Néanmoins, les trains de grandes lignes, ASEA et le secteur ferroviaire Le succès de la commande plus longs et plus lourds, exigent des locos Comme en Suisse, l’électrifi cation des che- individuelle des essieux surpuissantes pour franchir les rampes du mins de fer nationaux suédois débuta avant Après avoir inauguré la traction électrique Gothard et du Simplon. S’inspirant du la Première Guerre mondiale. De 1911 à sur la ligne du Gothard, les CFF étendent concept précédent et de la transmission 1914, la ligne de transport de minerai de fer son rayon d’action aux chemins de fer de Büchli, 127 locomotives Ae 4/7 (2’Do1’) Malmbanan, longue de 120 km, est électri- plaine et de montagne jurassienne. Vers sont mises sur les rails de 1927 à 1934. fi ée. Elle achemine principalement le mine- 1927, la transversale reliant le lac de Ces machines, malgré une esthétique déni- rai de fer du gisement de Kiruna, dans le Constance, à l’est, au lac de Genève, à grée par un célèbre designer suisse de grand Nord lapon, au port norvégien de l’ouest, est électrifi ée. BBC et SLM déve- l’époque, ont fait partie, des décennies du- Narvik, libre de glace toute l’année grâce loppent les locomotives de voyageurs rant, des prestigieuses locomotives du parc au Gulf Stream. La Suède dispose aussi Ae 3/6 II (2’Co1’) mettant en œuvre une des CFF et de la ligne du Gothard. La der- d’immenses ressources hydroélectriques. nouvelle technique d’entraînement indivi- nière a quitté le service régulier en 1996.

92 revue ABB 2|10 La révolution des semi-conducteurs devait 9 Entraînement Sécheron à ressorts et arbre 10 Transmission unilatérale BBC-Büchli creux 12395 changer la donne avec les composants « statiques » qui ne tardèrent pas à appa- reiller les nouvelles locomotives. De 1965 à 1983, le BLS acquiert 35 locomotives Re 4/4 de la série 161 ➔ 12. Au lieu de l’alter natif monophasé, les moteurs de traction sont alimentés en courant continu à travers un redresseur simple alternance et une inductance de lissage. Le redresseur statique à pont de diodes refroidi par bain d’huile ponctionne son alimentation du changeur de prises du transformateur. Ces locomotives possédaient deux moteurs par bogie, placés en parallèle pour réduire le risque de patinage sur les fortes rampes. Capables de développer une puissance Des ressorts logés dans la roue motrice À l’intérieur de la roue dentée, un système de unihoraire avoisinant 5 MW, elles ont fait un découplent le déplacement de l’essieu de celui biellettes et d’engrenages permet la transmis- parcours sans faute ! Une machine fut modu moteur, réduisant l’usure de la voie. sion du couple et le libre débattement de difi ée pour recevoir des convertisseurs à l'essieu moteur. thyristors et testée avec succès sur la ligne autrichienne du Semmering. L’entreprise Les locomotives à bogies de en Autriche (type 1043) et aux États-Unis ferroviaire ÖBB passa alors commande à la l’après-guerre (AEM-7) où elles sont construites sous fi liale viennoise d’ABB de 216 locomotives Les locomotives décrites jusqu’ici sont ma- l icence General Motors. de même réalisation (1044). joritairement équipées d’essieux porteurs et d’essieux moteurs, héritages de leurs Du redresseur au convertisseur L’association convertisseurs de fréquence- ancêtres à vapeur. 1944 est une année de Sous l’angle conceptuel, un moteur à cou- moteurs asynchrones s’est révélée par- rupture technologique pour BBC/SLM avec rant alternatif monophasé s’apparente ticulièrement avantageuse. Elle permet de la fourniture au BLS des premières loco- beaucoup à un moteur à courant continu. réaliser un entraînement très uniforme, fon- motives à bogies Ae 4/4 (Bo’Bo’) de grande Pourtant, le second répond avec davantage cièrement indépendant du type d’alimenta- puissance, dont les quatre essieux sont de souplesse et de simplicité aux exi- tous moteurs. Ces machines de 3 000 kW gences de réglage en vitesse ou en puis- pouvaient atteindre la vitesse de 120 km/h. sance. Quand certains pays choisirent La conception Dès lors, la quasi-totalité des entreprises d’électrifi er leurs grandes lignes en courant ferroviaires opte pour cette réalisation. continu à 1,5 ou 3 kV, d’autres cherchèrent d’un moteur CA En 1946, les CFF reçoivent la première des à acquérir des locomotives embarquant monophasé est 32 locomotives rapides et légères Re 4/4 I, des redresseurs pour convertir l’alternatif auxquelles succéderont 174 machines bien en continu. L’un des inconvénients de comparable à celle plus puissantes, les Re 4/4 II destinées l’électrifi cation en continu est que la ten- aux trains express et toujours en service. sion réseau doit être relativement basse car de son homologue D’une masse de 81 t et d’une puissance il est impossible d’utiliser des transforma- CC, à une réserve de 4 000 kW, elles peuvent rouler à teurs. Il en résulte une augmentation des 140 km/h. pertes en ligne qui oblige à multiplier et à près : le réglage rapprocher les points d’injection du cou- Le Suédois ASEA s’intéresse à son tour rant (sous-stations). Les constructeurs de la vitesse ou aux locomotives à bogies. La première Ra ferroviaires ont donc longtemps cherché à de la puissance à disposition Bo’Bo’ ➔ 11 fait son entrée concilier traction en continu et électrifi ca- sur le réseau en 1955 : ses bas de caisse tion en alternatif, comme en atteste la pre- est plus simple en moulurés, ses fenêtres en forme de hublot mière locomotive Oerlikon de la desserte et son « nez » arrondi ne sont pas sans rap- Seebach-Wettingen (cf. p. 89). Il faut atten- continu. peler les dernières tendances du design dre l’avènement du tube monoanodique à américain. Comme ses sœurs helvétiques, vapeur de mercure dans le vide et impul- elle est équipée de bogies bimoteurs. sion d’allumage, encore appelé ignitron ou tion fournie par le fi l de contact. Cette Légère (60 t), elle atteint 150 km/h. Cette excitron, pour produire en grandes séries évolution amorce la standardisation et la loco motive fut couronnée de succès et des locomotives à redresseurs (surtout aux construction de véhicules « polymorphes », resta en ordre de marche jusque dans États-Unis et dans certains pays du bloc aptes à circuler sous différents systèmes les années 1980. L’année 1962 marque soviétique). de tension et fréquence pour tracter les l’avènement de la première locomotive à trains internationaux. De plus, l’emploi de redresseur Rb, suivie par les machines à moteurs asynchrones triphasés robustes, thyristors Rc en 1967 qui s’exportent aussi sans collecteurs, permet d’économiser sur

L’électrification de la grande traction ferroviaire 93 11 Locomotive à bogies Ra d’ASEA, construite pour le compte des 12 Locomotive à redresseur Re 4/4 série 161 du BLS (1965) chemins de fer suédois.

1 2

d = 1,300

7,800 2,2002,900 4,900 2,900 2,200

15,100

la maintenance tout en offrant une plus ce principe commença à être battu en brè- en unités multiples. Ces dernières années, grande puissance massique : les moteurs che au tournant des années 1980 et 1990. ABB a mis au point de nouveaux compo- peuvent alors être soit plus petits, soit plus Tout d’abord, la préfabrication des pièces sants pour différentes tensions et fréquen- puissants. Parmi les locos BBC et ABB uti- permettait de réduire considérablement les ces de la caténaire, et pour la traction die- lisant cette motorisation, citons l’E120 de délais d’approvisionnement. Ensuite, ces sel-électrique. ABB fournit les trans for ma- la Deutsche Bahn (DB), la Re 4/4 de la ligne sous-ensembles préfabriqués pouvaient teurs, convertisseurs de traction, systèmes Lac de Constance-Toggenburg et de être montés presque partout ! Bref, cette d’alimentation embarqués et chargeurs de l’entreprise ferroviaire suisse Sihltal Zürich évolution, combinée à l’ouverture du mar- batteries des trains Stadler. À partir de Uetli berg Bahn (SZU), ainsi que les Re 450 ché à la concurrence, poussait les indus- 2011, 50 nouveaux trains Stadler à deux et Re 460 des CFF et la Re 465 du BLS. triels à passer d’une stratégie de fabrica- niveaux circuleront sur les l ignes des CFF. tion complète d’un produit destiné à un La grande vitesse marché local à la fourniture de composants Aujourd’hui, ABB a conclu des alliances Entre 1989 et 1992, la DB met en service visant un marché mondialisé. stratégiques avec d’autres constructeurs 60 trains rapides interurbains ICE (InterCity de matériel roulant comme Alstom, Sie- Express), dérivés de l’E120. ABB prend ABB et ferroviaire : les grands mens et Bombardier. Si le Groupe ne part à leur développement. L’ICE1 est tournants construit pas de trains entiers, il reste l’un composé de deux motrices à moteurs En 1988, la fusion d’ASEA et de BBC en des « poids lourds » du transport ferroviaire. asynchrones triphasés commandés par ABB a pour effet de regrouper les activités convertisseurs et de 11 à 14 voitures voya- Systèmes de transport de chacun en une geurs intermédiaires. Une rame d’essai société autonome du groupe ABB. En atteint 280 km/h sur la nouvelle ligne 1996, ABB et Daimler Benz fusionnent leur Norbert Lang Hambourg-Francfort. branche ferroviaire sous la dénomination Archiviste ABB Daimler-Benz Transportation (ADtranz). ABB Suisse En 1990, ABB livre à SJ le premier exem- Celle-ci acquiert les entreprises suisses [email protected] plaire des 20 trains à caisses inclinables SLM et Schindler Waggon en 1998. L’année

X2000 pour le service express entre Stock- suivante, ABB vend son activité ADtranz Bibliographie holm et Göteborg. Avec leurs convertis- à DaimlerChrysler, qui cédera par la suite – Bugli, Ralph W., Electrifying Experience : A Brief seurs à thyristors blocables par la gâchette sa branche ferroviaire à Bombardier. Account of The ASEA Group of Sweden 1883–1983, 1983. (GTO) et leurs moteurs asynchrones, ils Aujourd’hui, ABB ne construit donc plus de – Haut, F. J. G., Die Geschichte der elektrischen peuvent atteindre 200 km/h. Aujourd’hui véhicules moteurs complets mais continue Triebfahrzeuge, Vol. 1, 1972. ces trains circulent également sur d’autres de fournir les différents composants ultra- – Huber-Stockar, E., Die Elektrifikation der grandes lignes suédoises, réduisant jusqu’à performants répondant aux dures exigen- Schweizer Bundesbahnen, 1928. – Machefert-Tassin et al, Histoire de la traction 30 % le temps de parcours. ces de la traction ferroviaire. électrique, 2 vol., 1980. – Sachs, K., Elektrische Triebfahrzeuge, 3 vol., 1973. Rationaliser le secteur Depuis 2002, ABB entretient des partena- – Schneeberger, H., Die elektrischen und Aux yeux du grand public, il n’est pas riats stratégiques avec Stadler Rail, Dieseltriebfahrzeuge der SBB, vol. I: Baujahre 1904–1955, 1995. d’autre produit de l’industrie mécanique et constructeur de matériel roulant de stature – Teich, W., BBC-Drehstrom-Antriebstechnik für électrotechnique aussi prestigieux et em- internationale, né d’une petite entreprise Schienenfahrzeuge, 1987. blématique que le matériel roulant ferro- suisse spécialisée à l’origine dans les loco- – Revue ABB, 1988–2010. viaire. Aussi les pouvoirs publics avaient-ils motives diesel et à accumulateurs pour le – ASEA Journal (édition anglaise), 1924–1987. coutume de privilégier les fournisseurs na- service des manœuvres et les lignes indus- – BBC Mitteilungen, 1914–1987. – BBC Nachrichten, 1928–1943, 1950–1987. tionaux pour équiper leurs chemins de fer, trielles. L’entreprise est à présent un four- – Bulletin Oerlikon, 1921–1970. malgré quelques exportations. Néanmoins, nisseur international de trains de voyageurs – Bulletin Sécheron, 1929–1972.

94 revue ABB 2|10 Rédaction

Peter Terwiesch Chief Technology Officer Group R&D and Technology

Clarissa Haller Head of Corporate Communications

Ron Popper Manager of Sustainability Affairs

Axel Kuhr Head of Group Account Management

Friedrich Pinnekamp Vice President, Corporate Strategy

Andreas Moglestue Chief Editor, ABB Review [email protected]

Édition La Revue ABB est publiée par la direction R&D and Technology du Groupe ABB.

ABB Asea Brown Boveri Ltd. ABB Review/REV CH-8050 Zürich Dans le numéro 3|10 Suisse

La Revue ABB paraît quatre fois par an en anglais, français, allemand, espagnol, chinois et russe. Elle est proposée gratuitement à tous ceux et celles qui Terrain vert(ueux) s’intéressent à la technologie et à la stratégie d’ABB. Pour vous abonner, contactez votre correspondant ABB ou directement le bureau de la rédaction de la revue. ABB dispose de nombreuses technologies pour améliorer La reproduction partielle d’articles est autorisée l’efficacité de la production et des procédés, sur le plan de la sous réserve d’en indiquer l’origine. consommation énergétique et de la productivité. Ses variateurs La reproduction d’articles complets requiert l’autorisation écrite de l’éditeur. électroniques de vitesse, par exemple, permettent d’énormes économies d’énergie par rapport aux méthodes traditionnelles Édition et droits d’auteur ©2010 de régulation mécanique : non seulement ils consomment moins ABB Asea Brown Boveri Ltd. Zurich (Suisse) pour accomplir le même travail (bénéfices environnementaux) mais ils réduisent aussi les coûts en écourtant le retour sur Impression Vorarlberger Verlagsanstalt GmbH investissement. Si ces équipements ont investi les applications AT-6850 Dornbirn (Autriche) de ventilation, de pompage et de manutention, ils occupent aussi des terrains plus atypiques, comme les commandes du Maquette DAVILLA Werbeagentur GmbH toit ouvrant du Cowboys Stadium, le gigantesque stade de AT-6900 Bregenz (Autriche) football de Dallas.

Traduction française Dominique Helies Ces variateurs ne sont qu'un exemple de l’expertise d’ABB en [email protected] électronique de puissance. Celle-ci est à contribution chaque

Avertissement fois qu’il s’agit de modifier le courant et la tension pour les Les avis exprimés dans la présente publication adapter à pratiquement toutes les formes d'onde et fréquences. n’engagent que leurs auteurs et sont donnés Le numéro 3/2010 de la Revue ABB se penchera sur certaines uniquement à titre d’information. Le lecteur ne devra en aucun cas agir sur la base de ces écrits de ses applications et sur ses composants fondamentaux : sans consulter un professionnel. Il est entendu que les semi-conducteurs de puissance. les auteurs ne fournissent aucun conseil ou point de vue technique ou professionnel sur aucun fait ni sujet spécifique et déclinent toute responsabilité sur Toujours dans cette dynamique, la Revue s’intéressera à un leur utilisation. Les entreprises du Groupe ABB bâtiment du futur, aux derniers progrès de l’énergie éolienne et n’apportent aucune caution ou garantie, ni ne prennent aucun engagement, formel ou implicite, à la réduction de la pollution des moteurs marins. concernant le contenu ou l’exactitude des opinions exprimées dans la présente publication.

ISSN : 1013-3119 www.abb.com/abbreview

Dans le numéro 3|10 95 Powering the railways. Des solutions efficaces et fiables pour une mobilité durable.

En tant que leader mondial dans les technologies de l’énergie et de l’automation, ABB joue un rôle important dans la performance et la sûreté des systèmes de transports publics ferroviaires, contribuant ainsi à préserver durablement l’environnement. Nos produits fiables sont présents partout où ces moyens de transport sont propulsés par l’électricité. Par exemple, sous la forme d’équipements de traction à haut rendement énergétique pour le matériel roulant, de produits d’électrification pour les installations fixes ou encore de solutions de gestion des réseaux. www.abb.com/railway

INNOTRANS Berlin, 21. – 24. September 2010 Halls 2.2 & 26, Stands 207 & 226