TRACTION ÉLECTRIQUE

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LA HOUILLE BLANCHE

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T R A C T I O N ÉLECTRIQUE

L'électrification d u V i r g i n i a n R a i l w a y

I. — C O N S I D É R A T I O N S G É N É R A L E S . — S I T U A T I O N S R E S P E C T I V E S D E S D I V E R S P A Y S E N M A T I È R E D ' É L E C T R I F J C A T I O N D E S

C H E M I N S D E F E R .

C o n t r a i r e m e n t à u n e opinion très r é p a n d u e , les Etats-Unis d ' A m é r i q u e n e sont p a s le p a y s o ù l'électrification des c h e m i n s de fer lourds est la plus a v a n c é e . Voici, e n effet, ce q u e décla- rait M . F . - H . S h e p a r d a u C o n g r è s t e n u le 13 juin 1926, à Atlantic City :

« D a n s le m o n d e entier, o n a construit jusqu'à ce jour 2.351 locomotives électriques d e tous types ; leur puissance totale s'élève à 4.259.148 C H ; 1.446 d'entre elles fonctionnent sur courant alternatif et 9 0 5 sur courant continu, les puissances mises e n jeu étant respectivement 2.780.692 et 1.478.456 C H ; 4 6 5 locomotives, représentant 862.596 C H circulent sur les voies ferrées d e s Etats-Unis, m a i s l'Italie possède encore u n plus

d'électrification les plus divers. E n c e p a y s n o t a m m e n t l'on rencontre les seules applications i m p o r t a n t e ^ d u « Split p h a e System », à savoir : distribution d e courant m o n o p h a s é à h a u t e tension et transformation sur la m a c h i n e d u m o n o p h a s é e n tri- p h a s é p o u r l'alimentation d e s m o t e u r s .

O n réunit d e la sorte les a v a n t a g e s p r o v e n a n t d e la cons- truction facile d'une ligne m o n o p h a s é e , d e la robustesse d e s m o t e u r s triphasés et d e la possibilité d'obtenir u n freinage a v e c récupération. M a i s ce s y s t è m e , d u reste très c o n n u et s o u v e n t exige l'emploi d e locomotives m u n i e s d'appareils rotatifs d e transformation (phase couverter), encore fort délicats.

III. — N O R F O L K - W E S T E R N R W Y E T V I R G I N I A N R Y V Y E n 1 9 1 4 , le « Norfolk et W e s t e r n » a d o p t a le p r e m i e r le dis-

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Fig. 1

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grand n o m b r e d e ces m a c h i n e s . O n y trouve, e n effet, 504- locomotives représentant 1.209.736 C H . A u c u n p a y s n e dispose d'une puissance supérieure : la F r a n c e tient le troisième r a n g avec 336 locomotives (384.460 C H ) , puis l'Allemagne 3 0 4 l o c o m o -

tives, 518.841 C H et la Suisse, 2 1 4 locomotives et 384.152 C H . D a n s les p a y s n o n m e n t i o n n é s , o n trouve m o i n s d e 1 5 0 l o c o m o - tives électriques ».

II. — L E M O N O T R I P H A S É O U « SPLIT P H A S E S Y S T E M » E N A M É R I Q U E

P a r contre, c'est bien a u x E t a t s - U n i s qu'existent les systèmes (1) D'après le Bulletin de l'Association des Ingénieurs sortis des Ecoles spéciales de Louvain (Revue Trimestrielle, décembre 1926). Il contient une belle étude à ce sujet de M . Pierre Wibaut, étude à laquelle nous empruntons beaucoup de détails qui vont suivre.

positif p o u r l'électrification d u plan incliné d'Elkhorn ; ce che- m i n d e fer transporte jusqu'à Norfolk, sur l'Atlantique, u n e partie des é n o r m e s quantités d e c h a r b o n extraites e n Virginie et Virginie Occidentale, n o t a m m e n t d a n s le région d e P o c a - hontas. E n cet endroit, sur u n e distance d e 4 3 kilomètres, o n n e trouve p a s m o i n s d e 8 6 m i n e s d o n t la production fournit a u N o r f o l k et W e s t e r n 6 2 % d e s o n c h a r g e m e n t d e c h a r b o n , char- g e m e n t q u i consiste journellement e n 2.000 w a g o n s d e 1 0 0 tonnes.

L e transport d e pareilles quantités d e combustibles constitue u n p r o b l è m e d'autant plus difficile à résoudre q u e la région char- bonnière se trouve a u x confins d e s A l l e g h a n y s ; le profil d e la ligne est très accidenté jusqu'à R o a n o k e . A partir d e cette ville, les pentes sont faibles et les convois p e u v e n t atteindre facilement le pied d e Norfolk ; o n procède, e n cet endroit, a u d é c h a r g e m e n t Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1928007

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44 LA HOUILLE BLANCHE des w a g o n s e n les basculant cl e n les v i d a n t d a n s des silos capa-

bles d e remplir e n d e u x heures u n cargo d e 5,000 tonnes.

À la fin d e la guerre, le « Virginian Railroad » rencontrait les m ê m e s difficultés q u e le « Norfolk et W e s t e r n ».

C e c h e m i n d e fer fut construit p a r H e n r y R o g e r s , d e la « S t a n - d a r d Oil C o m p a n y » ; les d i m e n s i o n s é n o r m e s d e ses trains et le coût m i n i m u m d e la tonne-kilomèlre l'ont r e n d u célèbre. L e s locomotives à v a p e u r les plus puissantes d u m o n d e entier liraient les trains les plus lourds et transportaient c h a q u e a n n é e 7.000.000 d e t o n n e s d e c h a r b o n .

A v e c la v a p e u r , o n n e p o u v a i t faire d a v a n t a g e .

Trois locomotives Mallet ( u n e e n tête, d e u x e n q u e u e ) dépla- çaient des trains d e 5.500 t o n n e s à la vitesse d e 11 k m . 5 à l'heure, sur les r a m p e s représentées à la figure III.

Y . — T R A N S P O R T H ' É N K H G I K

L a figure I V d o n n e u n e idée d u dispositif e m p l o y é sur le Vir- ginian Railroad.

D e u x lignes m o n o p h a s é e s à 88.000 volts courent le long d u tronçon électrifié, o ù T o n trouve sept stations d e transforma- lion, m u n i e s d e transformateurs spéciaux à trois e n r o u l e m e n t s ; u n d e s e n r o u l e m e n t s est relié sur circuit rail-trolley, entre lequel existe u n potentiel d e 11.000 volts, et l'autre, a u circuit feeder- rail, o ù cette différence est d e 22.000 volts; la différence d e p o -

tentiel entre le trolley et le feeder s'élève d o n c à 33.000 volts;

o n a p r é v u les e n r o u l e m e n t s trolley-rail d e tous les transformateurs p o u r obtenir 22.000 volts, si l'accroissement d u trafic réclamait u n potentiel plus élevé d u fil d e trolley.

E n t r e les sous-stations principales se trouvent d e s stations

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Kilomètres 8.1S (6,6 16,83 20,8 )7.S 11,6 52,50 15,60 11,95 44,40 Hauteurs ^tri"

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Fig. 3

L e « Virginian Railroad » part d e D e e p w a t e r , en^Virginie d'équilibrage, a v e c auto-transformateurs reliant le trolley et le Orientale, o ù il fait sa jonction a v e c le « C h e a s a p e a k e a n d O h i o feeder; le feeder constitue d o n c u n e ligne d e transmission auxi- Railroad ». D e ce point, jusqu'à Norfolk, la ligne est à simple liaire.

voie, sauf d e M u l ï e n s à Clark's G a p .

L e parcours le plus difficile se t r o u v a n t entre M u l l e n s et R o a n o k e , points distants d e 2 1 5 k m . , fixe é v i d e m m e n t la capa- cité m a x i m u m d e la ligne ; p o u r accroître la vitesse et le poids des trains e n cette région accidentée, la C o m p a g n i e d e Virgi- nian décida, e n 1 9 2 3 , l'électrification d e ce tronçon.

L e « Split p h a s e System » lui paraissant avoir d o n n é entière satisfaction sur la ligne d u Norfolk et W e s t e r n , elle passa la c o m m a n d e d e ce travail à la « W e s t i n g h o u s e C o m p a n y », à Pittsburgh, p o u r u n e s o m m e d e 15.000.000 d e dollars.

N o u s dirons u n m o t d e la centrale, d u s y s t è m e d e transmission, d e s locomotives adoptées et d e s résultats obtenus.

I V . C E N T R A L E A V A P E U R D U V I R G I N I A N R W Y L a centrale à v a p e u r , placée le long d u N e w - R i v e r , à N a r r o w s (Virginie), c o m p r e n d quatre turbo-alternateurs W e s t i n g h o u s e triphasés, à 2 5 périodes, alimentés p a r des chaudières a u c h a r b o n pulvérisé. L a puissance m a x i m u m m o n o p h a s é e est d e 15.000 K W . p o u r c h a q u e alternateur. Trois unités suffisent p o u r produire la puissance nécessaire ; la q u a t r i è m e sert d e réserve.

A l'extérieur d e la centrale se t r o u v e n t les quatre transfor- m a t e u r s d e 10.000 K V A refroidis p a r l'eau, élevant la tension d e 11.000 à 88.000 volts.

Tran s format ii/r a 3 enrouie irprtts

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Fig. K

V I . -— L O C O M O T I V E S

Eells sont analogues à celles circulant sur le N o r f o l k et W e s - tern, m a i s c o m p r e n n e n t trois unités motrices a u lieu d e d e u x ;

(3)

L A H O U I L L E B L A N C H E 45 n o u s d o n n o n s ri-dessous les caractéristiques principales d e ces

m a c h i n e s .

SPÉCIFICATION D ' U N E U N I T É D E L O C O M O T I V E P O U R L A V I R G I N I A N R W Y

— P o i d s total d'une unité : 192.000 k g .

—- Classification des roues : 2 - 8 - 2 .

— P o i d s sur les essieux m o t e u r s : 140.000 k g .

— N o m b r e d'essieux m o t e u r s : 4.

— N o m b r e d e bissels : 2.

- Capacité p e n d a n t u n e heure : 2.058 ch. à 22,68 km./h. ; 2.408 ch. à 45,53 k m . / h .

Effort d e traction p o u r u n e a d h é r e n c e d e 2 5 % : 35.000 kg.

--- Effort m a x i m u m p o u r le d é m a r r a g e p o u r u n e adhérence de 29,9 % : 41.800 k g .

Effort d e traction p e n d a n t u n e heure : 24.500 k g . à 22,08 k m . / h . ; 14.300 kg. à 45,53 k m . / h .

—- Vitesse p o u r u n e heure : 22,68 et 45,53 k m . / h .

— Effort d e traction continu : 20.500 kg. à 22,84 k m . / h . ; 11.900 kg. à 45,69 k m . / h .

— Vitesse r é g i m e continu : 22,84 et 45,69 k m . / h .

— Vitesse m a x i m u m : 61,14 k m . / h .

~ E m p a t t e m e n t total : l l^m4 3 0 . E m p a t t e m e n t rigide : 5^m0 2 9 .

— - L o n g u e u r totale (entre les faces extérieures des attelages a u t o m a t i q u e s ) : 1 5^m4 6 9 .

— - L a r g e u r fotate : 3^m3 7 3 .

— H a u t e u r d u rail à la position verrouillée d u p a n t o g r a p h e ; 4 ">877.

— D i a m è t r e des roues motrices : 1.575.

— D i a m è t r e des roues porteuses : 0,6604.

— T e n s i o n et t y p e d e ligne : 11.000 et 22.000 volts m o n o - phasé-aérien.

— N o m b r e et t y p e d e m o t e u r s : 2. T y p e 4 5 2 - A .

— M é t h o d e d'entraînement : E n g r e n a g e s flexibles, f a u x essieux et bielles,

— R a p p o r t des engrenages : 21-100.

— T y p e d e contrôle : E l e c t r o - p n e u m a t i q u e ,

L e transformateur principal, m o n o p h a s é d e 2.350 K V À à bain d'huile et refroidissement forcé, abaisse le potentiel d e 10.500 à 1.500 volts. L e s e n r o u l e m e n t s d u primaire, connectés en parallèle, le seront e n série lorsqu'on désirera porter la ten-

sion d e la ligne à 22.000 volts. L e c h a n g e u r d e phases, d o n t o n connaît le principe, est protégé par plusieurs relais et verrouil- lages e m p ê c h a n t d e le m e t t r e sous tension a v a n t q u e le rotor n'atteigne la vitesse d u s y n c h r o n i s m e .

P o u r u n e modification d e n o m b r e d e pôles, o n p e u t réaliser les vitesses d e 22,68 et 45,53 kilomètres à l'heure. O n obtient u n e variation d e ces vitesses d a n s certaines limites par e m p l o i d e résistances liquides.

E v e n t u e l l e m e n t , quatre unités, a u lieu d e trois, pourraient être accouplées

V I I . — R É S U L T A T S O B T E N U S E N E X P L O I T A T I O N

A E l m o r e Y a r d se trouve la gare d e f o r m a t i o n des trains d e m a r c h a n d i s e s d e 6.000 tonnes. C e s trains gravissent, e n 5 8 m i - nutes, à la vitesse d e 2 2 k m . 8 4 à l'heure, les r a m p e s d e 2 % d ' E l m o r e à Clarks'Gap, grâce à l'effort d'une l o c o m o t i v e f o r m é e d e trois éléments, placée e n tête d u train, et d'une locomotive s e m b l a b l e placée e n q u e u e . A Clarks'Gap, o n f o r m e des trains d e 9.000 t o n n e s ; u n e seule m a c h i n e électrique les traîne d e là jusqu'à R o a n o k e . O n obtient u n e légère récupération d e c o u r a n t sur la descente d e Clarks'Gap à R o c k et u n e récupération i m p o r - tante d e Princeton à Kelleyseille. Cette descente d e 1 7 k m . 7 d e longueur et d'une inclinaison m o y e n n e d e 1 , 2 6 % constituait autrefois u n g r a v e p r o b l è m e d e freinage. G r â c e a u freinage récu- pérateur, o n p e u t actuellement la descendre e n 4 4 m i n u t e s sans faire u s a g e des freins à air, à u n e vitesse l é g è r e m e n t supérieure à celle d u s y n c h r o n i s m e . L a puissance r e n v o y é e d a n s la ligne est utilisée p a r les trains franchissant la r a m p e . Il e n résulte u n e é c o n o m i e notable d e c o u r a n t ; u n e autre é c o n o m i e plus i m - portante encore provient d e l'usure considérablement réduite des sabots et timonneries d e frein.

A partir d e R i c h Creek, le reste d u trajet s'effectue entièrement à la vitesse d e 4 5 k m . 6 9 à l'heure.

L e trafic d e l'Est à l'Ouest consiste p r e s q u e e x c l u s i v e m e n t d a n s le transport des w a g o n s vides.

L e train habituel pèse 2.800 t o n n e s et u n e seule l o c o m o t i v e suffit p o u r tout le trajet.

P o u r d o n n e r u n e idée d e r accroissement d u débit d e la ligne réalisée a v e c les locomotives électriques, disons q u e d e u x loco- m o t i v e s électriques suffisent p o u r assurer la m o n t é e d e la r a m p e d ' E l m o r e à Clarks'Gap, 2 2 k m . 8 à l'heure, ce qui nécessitait autrefois trois locomotives d e Mallet I-E-E-ï, q u i n e réussis- saient à la franchir qu'à la vitesse d e 11 k m . 5 à l'heure.