Într-un sistem de electrificare feroviară , profilul de contact aerian, denumit și catenară rigidă , este un sistem de colectare a curentului de către pantografele vehiculului, o alternativă la sistemul catenar clasic care utilizează un cablu de alimentare al trenului. Acest profil metalic, care trebuie fixat pe un perete de tavan, este, prin urmare, utilizat în tuneluri. Catenaria rigidă este o șină de tracțiune care, fiind suspendată de bolta tunelurilor, îmbunătățește siguranța personalului de întreținere, precum și a pasagerilor în cazul evacuării trenului.
Prima catenară rigidă a fost cea a liniei electrizate a centurii Baltimore din 1890.
Prima linie a metroului din Budapesta comandată în 1896 a fost echipată cu o tensiune de 550 V, această șină fiind situată la 2,85 m deasupra căilor ferate într-un tunel „cadru” înalt de 3,66 m. Echipamentul este încă în funcțiune, cu o tensiune crescută la 600 V din 1973.
Tokyo metrou utilizează catenarei, cablul sau rigid, sub tensiune de 1500 V. In anul 1961, a fost electrificată linia 2 din Tokyo , metroul pe 37 de km de piste , cu un profil T.
Compania Sumitomo a folosit pentru linia Tozai din metrou Sapporo o șină de oțel mai ușoară, întărită pe laturile sale cu profile din aluminiu, care mărește secțiunea echivalentă din cupru pentru o greutate mai mică, permițând o tensiune de 1500 V.
Ulterior, Sumitomo, pentru a ușura și mai mult șina, cu o rezistență liniară egală, a adoptat alte metale conductoare, cum ar fi cuprul și aluminiul . Cuprul, pe lângă prețul său, are dezavantajul de a avea o greutate mare, ceea ce necesită suspensii strânse pentru a limita deviația și duce la o investiție semnificativă. Sumitomo a proiectat o șină din aluminiu cu o piesă de frecare mai mică din oțel inoxidabil. Performanța aluminiului în ceea ce privește fricțiunea cu pantograful se dovedește a fi destul de slabă, ceea ce necesită adăugarea unui fir de contact din cupru. Acest model a evoluat într-un profil cuprinzând două fire de contact fixate de gheare de bronz. Apoi, ghearele au fost înlocuite cu cleme de aluminiu fixate de șuruburi sau știfturi distanțate la 25 cm.
Compania Delachaux a inventat un profil din aliaj de aluminiu care fixa firul de contact prin prindere elastică, evitând astfel orice utilizare a șuruburilor. În 1983, RATP a instalat o lungime de 400 m într-un tunel neexploatat pe linia A a RER-ului parizian, cu un ansamblu de prindere pivotant. Experimentul la 1.500 V nu a fost concludent. Din 1984, RATP a început apoi testele de coroziune în locuri deosebit de expuse din linia RER. Un tunel a demonstrat rezistența bună a profilului din aluminiu, inclusiv cu fire de contact din cupru, ale căror caneluri au fost fixate de aluminiu, în ciuda reputației proaste a acestui electrolitic. cuplu. Testele de rezistență ale catenarului rigid în timpul încălzirii prin efectul Joule aproape de realitate au demonstrat invulnerabilitatea virtuală a acestei catenare. Testele dinamice, efectuate la sfârșitul anului 1990 sub 400 m de catenară rigidă păstrate în tunelul neexploatat al liniei A, au arătat o regularitate dinamică mai bună cu catenaria rigidă. Testele de rezistență sub 1.500 V, efectuate din 1991 cu 500 m de catenară rigidă, pe linia C a RER la stația Austerlitz cu trecerea a aproximativ 130.000 de pantografe pe an, au fost satisfăcătoare.
Instalatorul elvețian Furrer + Frey l-a testat în 1984 sub 15 kV la stația Zurich - Opfikon cu o traversare la 105 km / h pe o secțiune de 300 de metri. La sfârșitul anului 1988, trenurile circulau cu 140 km / h peste 1,07 km echipate cu această catenară rigidă în tunelul Simplon . Stația RER Museumstrasse din Zurich a fost echipată cu un profil Delachaux. În aceste zone, ansamblurile ciupesc profilul și beneficiază de o articulație dublă concepută pentru a permite extinderea
În Germania , profilele de cupru autoportante au fost instalate pe izolatoarele de tavan. Linia C a metroului Hanovra folosește o secțiune de cupru din 1984 la 600 V. Secțiunea suspendată este prinsă la fiecare 3,3 m, după ce a fost ușor îndoită în formă de sinusoid, a cărei magnitudine variază în funcție de variațiile de temperatură. Durata de viață a acestui profil este de așteptat să depășească 50 de ani.
Când a fost creată, catenaria rigidă consta dintr-o secțiune de aproximativ zece centimetri înălțime, aproximativ în formă de șină, suspendată ca un cablu catenar deasupra căii.
Profilele din aliaj de aluminiu, cu lungimea de 10 până la 15 m, sunt fixate cap la cap prin sudare sau prin plăci cu șuruburi pentru a forma o lovitură continuă cu o lungime maximă de 200 până la 250 m (în loc de 1500 m pentru o catenară clasică). Pentru a echipa șinele curbe sau pentru a obține decalajul necesar pentru scanarea corectă a pantografului, șina poate fi îndoită prin presiune laterală manuală până la o rază de 120 m. Pentru raze mai mici, îndoirea mecanică vă permite să coborâți la 45 m sau mai puțin. Punctul de mijloc al împușcăturii ar trebui să fie imobilizat, de exemplu printr-o ancoră în formă de X a bolții. Există două tipuri de montare a izolatorului: fie montarea orizontală a cărei înălțime reduce distanța dintre firul de contact și vârful tunelului la mai puțin de 40 cm, fie montarea verticală. Odată instalat profilul, se așează firul de contact, care poate fi realizat folosind un cărucior mic special conceput în acest scop.
Pe măsură ce împușcătura se extinde odată cu căldura, ansamblurile asigură, prin urmare, fie dispozitive care fixează profilul cu posibilitatea de mișcare prin pivotare sau prin articulație dublă, fie care permit profilului să alunece printr-un sistem de suspensie cu flanșă cu joc vertical și lateral. Din același motiv, îmbinările de dilatare sunt prevăzute la capetele fotografiilor, fie care asigură continuitatea axială a catenarului rigid cu un dispozitiv de conductori de alunecare amestecate, fie alcătuite din suprapunerea laterală cu o distanță între cele două fotografii consecutive ale căror capete au fost ridicate prin îndoire mecanică.
Piesa de mai sus nu mai este folosită pentru transportul energiei electrice și pentru a fi în contact cu pantograful, ci pentru a susține partea conductivă corespunzătoare pe partea sa inferioară. Acesta ține firul de contact din cupru prin ciupire. Astăzi, profilul de contact aerian este o șină rigidă compusă dintr-un fir de contact din cupru sertizat într-o grindă de aluminiu.
În Elveția, catenaria rigidă a fost utilizată încă din anii 1980 atât în tunelurile feroviare cu tensiuni de 15 KV ca înlocuitor pentru catenarele convenționale, cât și în rețelele urbane (în Zürich mai presus de toate, în Locarno , precum și în Lausanne ). Toate instalațiile elvețiene au fost furnizate de compania Furrer + Frey.
Catenaria rigidă este foarte populară în metrourile din Japonia, Coreea și acum China continentală. După metroul din Tokyo, Osaka a fost echipată în 1969. Prima instalație din Coreea a fost în 1974 pentru liniile de metrou și RER din orașul și suburbiile Seoulului. Sute de kilometri de șine subterane au fost astfel montate pe unele dintre cele mai aglomerate linii de metrou și suburban din lume.
Acest sistem este utilizat pe scară largă în Spania, în special pentru metroul din Madrid , a cărui nouă linie 9. În 2002, TMB s-a angajat să standardizeze sistemul actual de colectare a metroului din Barcelona cu catenaria rigidă. Noile linii, inclusiv cele 9, sunt echipate cu aceasta, precum și o parte a metroului din Bilbao . Catenaria rigidă este utilizată și în Spania pentru trenurile din tuneluri. În Italia, linia C a metroului din Roma folosește și catenaria rigidă.
Panama Metroul foloseste un catenare rigid pe întreaga linie 1, în timp ce șase dintre paisprezece stații sale sunt deasupra capului.
SNCF folosește catenaria rigidă din partea centrală a liniei RER C din 1991. A fost pentru mult timp singura utilizare în Franța.
Secțiunea de contact aerian este de asemenea utilizată la 25kV pe linia Haut-Bugey între Bourg-en-Bresse și Bellegarde , la nivelul tunelurilor Bolozon , precum și pe linia Lyon-Perrache din Geneva în tunelul Crêt d. ' Apă .
RTM instalat un profil aeriană de contact de la ieșirea subterană a tunelului Noailles pe T1 linia de tramvai , în stația terminus același nume.
Noile linii de metrou Grand Paris Express vor fi parțial echipate cu catenare rigide. Au fost semnate primele contracte, inclusiv cel pentru linia 15 sectorul Sud-Est.
RATP este testarea acestui sistem în Paris , pe două secțiuni scurte de pistă. Peste o sută de metri într-un tunel la ieșirea din Nation (linia 1, direcția Boissy / Chessy) cu o instalație foarte rigidă, apoi de-a lungul cheiului la La Défense (linia 2, direcția St-Germain / Cergy / Poissy) cu o suspensie mai elastică. Cele două secțiuni de testare au fost alese în locurile unde există un siding, pentru a nu trebui să întrerupă operațiunile în cazul unei probleme. La ieșirea din Nation , se poate rămâne astfel sub catenaria „clasică” circulând pe calea Z (garaj central în tunel) și la La Défense , folosind calea B (centrală) de cealaltă parte a cheiului. Scopul acestui test este de a putea decide, când va veni momentul, între reînnoirea identică a catenarelor sau înlocuirea acestora cu o catenară rigidă.
Avantajele colectării curentului prin secțiunea de contact aerian în comparație cu catenaria convențională sunt:
Comparativ cu o a treia șină de alimentare electrică la sol, catenaria rigidă face posibilă creșterea tensiunii de la 750 V la 1.500 V, ceea ce reduce numărul de stații de redresare și, prin urmare, de stații electrice. O tensiune de 1500 V este o soluție mai potrivită în cazul intersecțiilor lungi. Aceasta este, de exemplu, alegerea metroului din Sao Paulo pentru modernizarea și noile linii. Este, de asemenea, alegerea multor metrou din Asia.
Dezavantajele în comparație cu catenaria convențională sunt:
În Europa, companiile Furrer + Frey, a căror experiență datează de la începutul anilor 80 ai secolului XX și care de la acea dată au instalat profilul de contact aerian pe 1.700 km de cale și Delachaux (sub marca Pandrol reunind, printre alte companii, Railtech și KLK) domină piața. Compania OCS2 reprezintă mai multe companii care oferă catenare rigide și retractabile. Compania Alstom dezvoltă propria sa soluție catenară rigidă. Același lucru este valabil și pentru Compania GCF , a cărei catenară pare să fie încă în curs de aprobare. Companiile Ineo Scle Ferroviaire și Galland dezvoltă primul sistem feroviar rigid francez de mare viteză care ar face posibilă atingerea vitezei de trecere de până la 250 km / h.
Derularea firului de contact al catenarului rigid al tunelului Racouze (Ain)
Un sistem catenar rigid retractabil (Electren)
Catenaria rigidă a metroului Panama (Railtech KLK).