Bir katener , hava cihazı ile akım toplama ile elektrik taşıma araçlarını sağlamaya yönelik bir dizi taşıma kablosu ve iletken teldir . Taşıyıcı kablolar , iletkenler gibi bronz veya alüminyum - çelikten yapılmıştır , % 98 saf bakır veya kalay veya magnezyum ile alaşımlı bakırdır. Katener çoğu tren ve tramvayın yanı sıra troleybüsleri çalıştırmak için kullanılır . Bazı lunapark çarpışan araba sürüşleri de üstten güçle çalışır.
Üstten geçen bir elektrik çekme hattı, yalnızca bir veya iki kontak teli (FC) olduğunda kontak hattı olarak adlandırılır. Katener (Latin catena'dan zincir), bir veya iki destek kablosundan sarkaçlarla asılan bir veya iki kontak telinden oluşur.
Akım kolektörleri yüksek hızlarda, iki ardışık üç nokta (kapsam) arasında spesifik bir ok olan bir temas teli gerektirir. Düzensizlikler, elektrik enerjisinin toplanmasında kesintilere yol açarak malzemenin belirgin şekilde bozulmasına yol açar (aşınma şeridi ve kontak teli).
Bazı hatlar basitleştirilmiş katenerlerle donatılmıştır (örneğin: Bourg Saint Maurice - Albertville hattı ), bu tür katenerlerle donatılmış hat bölümlerindeki hız 120 km / s'den azdır . Hızın her zaman azaldığı marşaling sahalarında ve depolarda, trenlere güç beslemesi de bir veya iki kablodan oluşan bir temas hattıyla sağlanır.
Ağırlığından dolayı, iki nokta arasında gerilen bir iplik düz bir çizgiyi takip edemez. Ok veya zincir adı verilen ( hiperbolik kosinüs şeklinde ) bir eğri izler .
Çözüm, asma köprülerle aynı prensibi izleyerek, üstte uzunlamasına oluklu kontak telinin değişken uzunluktaki sarkaçlar vasıtasıyla bir taşıma kablosuna asılmasıdır. Tertibat, iki tel üzerinde dengeli bir çekiş uygulayan ve belirli bir sıcaklık aralığı (tamamen düzenlenmiş katener) için sabit bir mekanik gerilim sağlayan karşı ağırlıklarla donatılmış gerdirme cihazları ile gerilir. İki karşı ağırlık arasındaki bu montaj, ekipman olarak adlandırılır.
Clermont-Ferrand'da hizmete giren ilk Fransız elektrikli tramvay, bölünmüş bir tüp içinde kayan bir "mekik" ile beslendi ve tramvaya esnek bir kablo ile bağlanmıştı.
1910'da PLM, Grasse ve Mouans-Sartoux arasında 10 kV 25 Hz'de testler gerçekleştirdi; aynı zamanda, Cie. du Midi, Perpignan'dan Villefranche de Conflent'e giden hattı 12 kV- 16 2/3 Hz ile donatmaya karar verir.
Bu testler, ilk katener desteklerini ve bunu doğrulamayı mümkün kıldı.
Perpignan ve Villefranche arasında, 12 kV 16 2/3 Hz'deki ilk testlerden kalma ve bugün 1500 V DC'de birleşik bir katener destekleyen birçok katener direği hala bulunmaktadır.
Temas teli üzerindeki yayın sürtünmesi , temas noktasının her iki yanında yayılan mekanik bir dalga oluşturur . Kontak telinin normal gerilimi için , bu dalga 500 km / s'den daha az bir hızla yayılır . Eğer TGV bu hıza ulaştığında, pantograf dalga yakalar - bu Mach fenomeni de denir, katener duvar . Havai hatların pantografı yırtmasına ve yok etmesine neden olabilir. Bu, TGV tipi trenlerde hız sınırının nedenlerinden biridir. Bu fenomenden kaçınmak için, dalganın yayılma hızını artıran telin gerginliğini artırmak gerekir. Bu, katenerin mekanik direnci sorununu ortaya çıkarır. Joule etkisinden kaynaklanan kayıpları sınırlamak için, katenerin iyi mekanik mukavemeti ile iyi elektrik iletkenliği arasında bir uzlaşma bulunmalıdır .
Katener üzerine uygulanan mekanik gerilime ek olarak, katener desteklerinin sertleştirilmesi ve pantografın sabit bir yükseklikte ( Fransız LGV'sinde 5.08 m) bloke edilmesi ile dalganın hızında (çalışma sırasında) bir artış elde edildi. ). Desteklerin titreşim frekansları bu dalgayı absorbe edecek şekilde ayarlanarak bu dalganın genliği de azaltılır. Bu modifikasyonlar, 270 km / s hızın aşılmasına ve 300 ile 320 km / s arasında çok yüksek hızlarda hatların çalıştırılmasına imkan vermiştir .
25.000 volt elektrifikasyonda, silah, yani direk üzerinde bulunan ve katener "taşımak" amaçlanan teçhizat en çok gerilim altındadır ve katener desteklerinden izolatör cam, seramik veya sentetik ile izole edilmiş konsol ve örtülerden oluşur. boyutları besleme voltajına ve maruz kaldıkları atmosferik koşullara göre değişen (kirlenen deniz alanı vb.) malzeme. Katenerin yapısı, besleme gerilimine büyük ölçüde bağlıdır.
GenelDağıtılan elektrik iletkenlerinin sayısı, kullanılan gerilime, hattın hızına, aynı sektörde eşzamanlı olarak mevcut olan sirkülasyon sayısına göre gereken elektrik boyutlandırmasına bağlıdır.
Aracın karkası şunlar olabilir:
Rayda, dönüşümlü olarak, fazlardan biri raya ve toprağa konur ("başıboş akımların" etkileri dönüşümlü olarak neredeyse ihmal edilebilir).
Demiryolu ağının elektrifikasyonu başladığında doğru akım uygulandı. Örneğin, 1500 V DC ağlar Fransa veya Hollanda'da bulunabilir . Katenerde akan büyük akımlar daha fazla iletken ve daha büyük kesit gerektirir, uygulanması daha karmaşık ve 10 ila 15 km uzakta güç noktaları ( elektrik trafo merkezleri ) gerektiren bir katenerdir . Fransa'da, bu tür katener genellikle güneydoğu ve güneybatı ağlarında kullanılır (Paris'te: Gare de Lyon , Gare d'Austerlitz , Gare Montparnasse , RER C hatlarının ayrılışı ).
3000 V DC katener, Belçika , Lüksemburg'da Eylül 2018'e kadar (Lüksemburg'dan Brüksel'e), İtalya , İspanya ve Polonya gibi bazı Doğu Avrupa ülkelerinde bulunabilir . Gerilimin ikiye katlanması, sağlanan aynı güçte hattaki enerji kayıplarını sınırlar, çünkü gerekli akım ikiye bölünür ve kablolardaki Joule etkisi ile kayıp dörde bölünür.
Örneğin tramvay, metro ve troleybüs ağlarında 600 V ila 750 V gerilimler de bulunur .
DC elektrifikasyonunda, "pozitif", katener veya temas hattı aracılığıyla trafo merkezlerinden çekiş ünitelerine iletilir. Akımın trafo merkezine dönüşü raylar tarafından yapılır. Aslında, bu elektrifikasyon modunda, akım geri dönüş iletkeni (ray), yakındaki metalik kütlelerde (örneğin: gaz boruları, vb.) Güçlü korozyon oluşturmaya meyilli olan yerdeki başıboş akımları önlemek için topraktan izole edilir. Normal çalışma modunda, rayların toprağa göre potansiyeli insanların korunması ile uyumludur.
Endüstriyel alternatif akım25 kV alternatif tek fazlı 50 Hz artık Fransız demiryolu ağında ve İspanya, Büyük Britanya, Çin, Rusya, İtalya, Finlandiya, Belçika, Senegal, Lüksemburg, Çekya ve Slovakya gibi diğer ülkelerde kullanılmaktadır…. Ayrıca varyantlar da vardır: Japonya'da 20 kV ve 25 kV 60 Hz , Amerika Birleşik Devletleri'nde 25 kV 60 Hz ... 50 kV , Güney Afrika'da ve Amerika Birleşik Devletleri'nde kömür taşımak için kullanılan bir hatta bulunur .
Bu basit bir şekilde uygulanır, yalnızca elektrik santrali 50-70 aralıklı gerektirir bölgesinin dışında da daha fazla ya da 2 x 25.000 V ( elektrik enerjisi kayıpları doğru akım ile birlikte zincirle daha düşüktür. Düşük voltajlarda) ve bunların daha basit olan (akımı düzeltmeye veya düzeltmeye gerek yok). Bu, 1.500 V katenerden çok daha düşük bir kilometre başına maliyetle sonuçlanır .
Öte yandan, belirli trafo merkezlerinde veya yakınında , güç kaynaklarını ayırmak için bir bölüm yapılır. Temin edilmeyen bu ayırma bölümünün amacı, aralarında faz farklılıkları olan iki ardışık katenerin (elektrik iletim şebekesinin üç fazlı bir ağındaki tek fazlı bağlantı nedeniyle) tek bir köprü ile köprülenmesini önlemektir. veya daha fazla pantograf, elektrik sirkülasyonu. Fransa'da, Paris'ten çıkan 25 kV ağları Gare du Nord , Gare de l'Est ve Gare Saint-Lazare'de bulunmaktadır . Fransa'daki tüm yeni hatlar artık bu voltajda da besleniyor.
Daha yüksek voltaj, özellikle bakım işlemleri sırasında elektriksel güvenlik kısıtlamalarını artırır.
Düşük frekanslı alternatif akımİsviçre , Almanya , Avusturya , Norveç , İsveç gibi bazı Avrupa ülkeleri , 15 kV alternatif tek fazlı 16 Hz 2/3 voltajı benimsemiştir .
Olarak ABD , 25 Hz frekans 11 kV voltaj ile, 16 2/3 Hz tercih edilmiştir.
Fransa, Perpignan'dan Villefranche - Vernet-les-Bains'e giden hat üzerinde 12 kV'de ve 25 Hz'de, 6.6 ve 10 kV'de elektrikli demiryolları, metrik ikincil demiryolları üzerinde çok sayıda ağ üzerinde 16 2/3 Hz frekanslarını denedi. CDHV (kalıntıları hala Oradour-sur-Glane'de bulunmaktadır), Tramways des Alpes-Maritimes , Tramways de l'Ain , Loir-et-Cher elektrikli tramvayları , Camargue demiryolları vb. .
Bu düşük frekans, sınırlı jikle etkisi sayesinde doğrudan tek fazlı motorların kullanılmasını mümkün kıldı. Tristörlü makinelerin (sürekli seri tip motorlu Re 4/4 IV CFF 10101 ila 10104) ve ardından asenkron motorlu makinelerin (BR 120 DB, Re 460 CFF) ortaya çıkmasıyla, düşük frekans artık hiçbir şekilde haklı gösterilmiyor.
Daha düşük yarım dalga frekansı (endüstriyel elektrik şebekesine kıyasla üçe bölünür), besleme kablosu ile kontak kablosu arasındaki faz farklarını sınırlandırmayı mümkün kılar ve bu nedenle katenerle olan bağlantılarını basitleştirir.
Bununla birlikte, bu, yüksek voltaj kullanımıyla sınırlı olsalar bile, hat kayıpları normal frekanstan daha büyük olduğundan, hat boyunca çok sayıda enerji dönüştürme tesisleri veya belirli bir üretim ve dağıtım ağı gerektirir.
Gıdaİşletme ve bakım nedenleriyle katener, pantograflarla geçilebilen özel kırma cihazları ile izole edilmiş elektrik bloklarına bölünmüştür.
2 x 25.000 V güç kaynağı: Besleyici , katener ile faz karşıtlığında direklere sabitlenmiş bir güç kaynağı hattıdır. Hat voltajı düşüşlerini azaltmayı ve katener bağlantı noktalarının elektrik dağıtım şebekesine (trafo merkezleri) yerleştirilmesini mümkün kılar. Ototransformatörler, besleyici gerilimini katenerle ("2 x 25,000" tekniği olarak adlandırılır) tekrar faza sokmayı mümkün kılar. Elektrik gücü daha sonra trafo merkezinden ototransformatöre 50.000 V'ta besleyici ve katener tarafından taşınırken, otomatik transformatör gücü trene 25.000 V'ta (katener ve ray arasında) iletir .
Katener direkleri, aynı zamanda, sözde eşpotansiyel topraklama hattı ile birbirine bağlanır.
Düzenli hale getirme, iletkenin mekanik geriliminin korunmasıdır.
Katenerde sabit bir mekanik gerilimi korumayı amaçlayan karşı ağırlıkların varlığı (örneğin, 50 ° C'lik bir düzenleme aralığı için , - 2.5 ° C ila + 47.5 ° C arasında uzanan ), n 'sistematik değildir. Aslında, özellikle 1500 V DC'de, tek (CS), hafif (CL) veya "tramvay teli" tipi katenerlerin (bir veya iki kontak teli, taşıyıcı olmadan; daha sonra Havai Kontak Hattı için "LAC" den bahsediyoruz) ), karşı ağırlık olmadan doğrudan desteklere sabitlenir, çünkü araçların düşük hızı, kabloya şok vermeden, kablo yüksekliğindeki farklılıkları pantograf içinde telafi etmeyi mümkün kılar.
Yanal konumlandırmaYukarıdan bakıldığında, bir katenerin kontak teli düz bir çizgi değil, bir zikzak oluşturur. Bu düzenleme, pantograf yayının ara sıra aşınmasını önlemeye yöneliktir . Bu ayara katener ofset denir.
Kontak telinin yanal konumlandırılması genellikle katener silahlarına monte edilmiş geri dönüş kolları ile sağlanır.
Mevcut koleksiyonDemiryolu taşıtlarında akım, yay takılı bir pantograf tarafından toplanır . Yüksek hızlı trenler , diğer taraftan, pantograflarımız çift süspansiyon ile donatılmıştır.
Diğer toplama sistemleri ark kollektörü ve troley bus direğidir . İkinci durumda, toplama işlemi, şehir trafiğine zorlanmadan sığması için araca birkaç metrelik yanal hareket özgürlüğü sağlayan bir çift direk ile gerçekleştirilir.
Elektrik şablonuFransız ağında, üstten geçen bir elektrik çekme hattının yüksekliği aşağıdaki koşulları karşılamalıdır:
Mevcut hatları elektriklendirirken, mühendislik yapılarının (tüneller ve köprüler) boyutu hesaba katılmalı ve hemzemin geçitler işlenmelidir.
Genelde akıntının dönüşü demiryolu rayları ile yapılır. Raylar daha sonra sıfır volt potansiyelinde mükemmel bir toprak bağlantısına bağlanmalıdır . Aslında, trenin (veya metro veya tramvayın) tüm gövdesi metaliktir ve ayrıca zemine tamamen bağlıdır, eğer bir toprak arızası varsa, bir kullanıcı bu karkasa dokunarak elektrik çarpabilir. Bu nedenle elektrik direnci çok düşük olmalıdır (birkaç ohm). Çok kayalık topraklarda ( örneğin Massif des Maures'de olduğu gibi) topraklar çok derindir (minimum 4 metre).
Troleybüsler akım dönüşü, mümkün olan yerde ile dönüş için ikinci bir hat kullanılır. Bir çift temas hattı, örneğin Brest'ten Conquet'e giden tramvay gibi belirli demiryolu hatlarında da kullanılmıştır , böylece kablonun yakınlığı nedeniyle raylarda çekiş dönüş akımı olmaz, transatlantik telgraf .
Üç fazlı bir akımın kullanılması, birkaç kontak telinin kullanılmasını gerektirir. Örneğin, Jungfrau demiryolu veya La Rhune dişli demiryolu , iki faz için havai kontak tellerini ve üçüncü faz olan topraklama için rayları kullanır.
1200 V ve 2400 V gerilimlerle iki telli bir doğru akım sistemi kullanıldı , ray üzerinde bir orta nokta, her bir tel + 600 veya + 1200 V ve - 600 veya - 1200 V idi , bu da sahip olmayı mümkün kıldı. Kontak kablolarına çekilen sınırlı akımlar sayesinde çok fazla hat voltajı kaybı olmadan güçlü akım yükselmelerine izin verirken voltajın yarısı için yalıtım. Bu sistemler Grenoble'dan Chapareillan'a giden tramvayda (1200 V'de ) ve Mure demiryolunda (2400 V'de ) kullanıldı.
Eğik katener özel bir durumdur. Geri dönüş kolları yoktur: sadece kontak telinin gerilmesi ve ayrıca destek telinin sabitleme noktalarının makul bir şekilde konumlandırılması kontak telinin ray eksenini takip etmesine izin verir. Bu katener en alışılmadık yönünü alır, çünkü ekseni yataya yakınken, diğer katener dikey kalır.
Amerika Birleşik Devletleri'nde tekniği geliştiren şirketin adını taşıyan Westinghouse katener olarak da bilinir . Fransa'da, 1.500 V DC beslemesi için Compagnie des Chemins de fer du Midi'nin ağında kullanıldığı için çoğunlukla "midi" katener olarak adlandırılır . Ayrıca Ravezies'i Soulac sur Mer, Le Verdon ve La Pointe de Grave, Facture - Arcachon, Bordeaux - Hendaye ve Béziers - Neussargues'e bağlayan Médoc hattında da bulunur .
Besleme voltajına ve sağlanacak çekiş enerjisi miktarına bağlı olarak katener, geometrisi üretimi ve bakımı daha karmaşık olan dört kablolu bir sistem içerebilir. Bu tip katener genellikle, bir ana taşıma kablosundan değişken uzunlukta sarkaçlarla asılan bir yardımcı taşıma kablosuna eşit bir mesafede asılı iki kontak telinden oluşur. Bu tür katenerde, yalnızca kontak telleri sabit bir mekanik gerilimde tutulur (düzenlenmiş). Bu tür katener, "bileşik katener" veya bileşik olarak adlandırılır . Bu tür katener, Fransa'da 1500 V'ta ve Belçika'da 3000 V'ta elektrifikasyonun çoğunluğu için kullanılır.
Daha ekonomik bir yolla elektrik verebilmek için , Valenton ile Valenton arasındaki Büyük Kemer'de olduğu gibi, düzenli kontak teli olmadan "tramvay" denen katener 120 km / s'yi aşmayan maksimum hızdaki hatlarda test edildi. Bobigny, Plaisir-Grignon - Épône-Mézières ve diğer alp hatlarında. Bu tür katener, bahçelerde her yerde bulunur .