La voie ferrée : survol des interférences électriques

Voies ferrées non électrifiées : une question de signalisation et de sécurité

Les interférences des voies ferrées non électrifiées sont associées aux systèmes de détection et de signalisation, dont les signaux transitent par les rails, qui ont pour fonction de détecter la présence d’un train et de prédire son arrivée à un passage à niveau. La détection du matériel roulant est possible grâce aux roues qui court-circuitent les rails à l’intérieur d’une zone (canton) de longueur fixe délimitée par des joints isolants. Ces systèmes permettent également de transmettre des consignes (p. ex. vitesse, signalisation avancée) aux zones adjacentes. La position et la vitesse d’un matériel roulant sont aussi utilisées pour activer les barrières des traversées routières en fonction du temps d’arrivée prévu. La figure suivante montre le principe de détection pour la signalisation ferroviaire à canton fixe (réf. : Electric Power Research Institute [EPRI], Power System and Railroad Electromagnetic Compatibility Handbook).

Au Canada et aux États-Unis, les équipements ferroviaires doivent être conformes aux recommandations de l’American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association (AREMA), ce qui permet d’obtenir de bonnes performances en condition normale d’exploitation et lors de chocs de foudre. De plus, les redondances mises en place et l’application du principe de sécurité intrinsèque (failsafe) permettent d’assurer la sécurité du public et des travailleurs. Par exemple, de l’énergie est transmise aux barrières de passages à niveau afin de les garder en position ouverte. Une coupure d’alimentation causera la fermeture des barrières par défaut.

La principale source d’interférence électrique d’une voie ferrée non électrifiée est la présence d’un réseau de puissance (lignes, postes, etc.) à proximité. Dans cette situation, les éléments suivants doivent être vérifiés.

En condition d’exploitation normale du réseau de puissance :

• La tension induite entre les deux rails ne doit pas dépasser typiquement entre 5 et 10 Vca pour éviter tout impact sur le fonctionnement des équipements de signalisation.
• La tension rail-terre ou entre deux sections d’un rail ne doit pas dépasser typiquement entre 25 et 50 Vca afin d’assurer la sécurité du personnel.

En condition de défaut du réseau de puissance :

• Le courant circulant dans les équipements ferroviaires ne doit pas causer de dommages (parafoudres, relais).
• Les tensions vues par les équipements ferroviaires ne doivent pas être supérieures à leur tenue diélectrique.
• Les tensions de pas et de contact présentes par rapport aux rails et autres équipements doivent permettre d’assurer la sécurité du personnel.

Voie ferrée électrifiée : enjeux variables selon les technologies et les configurations

Les voies ferrées électrifiées utilisent des technologies et des configurations variées, ce qui peut modifier les types d’interférences applicables. On peut notamment penser à la tension et au type d’alimentation (CA ou CC), ainsi qu’au type de voie ferrée (train, tramway, train léger).

Le système de traction des trains est généralement isolé de l’alimentation provenant de l’utilité, à l’exception d’un point de liaison unique à la mise à la terre (bonding). Le courant est acheminé au train à partir de transformateurs (système CA) ou de redresseurs (système CC) par le biais d’une caténaire (fil aérien), puis il revient à sa source par les rails et des câbles de mise à la terre dédiés à cette fin. Les rails doivent être suffisamment isolés du sol pour ne pas qu’un courant de fuite (courant vagabond) puisse s’écouler à la terre et accélérer la corrosion des structures ou affecter d’autres systèmes adjacents. Des limiteurs de tensions sont raccordés aux rails à des intervalles donnés pour que la tension des rails ne dépasse pas les valeurs sécuritaires de contact lors de défauts.

Selon la technologie, certaines interférences citées précédemment lorsqu’un réseau de puissance est situé à proximité d’une voie ferrée non électrifiée peuvent s’appliquer à la voie ferrée électrifiée. Par exemple, une condition de défaut des voies ferrées électrifiées peut avoir un impact sur un réseau de puissance à proximité. Puisque la caténaire achemine de l’électricité, une attention particulière est portée à la sécurité du public en condition normale d’exploitation et lors de défauts, notamment pour les gares, les rails et les structures de caténaire.

Validation et mitigation des phénomènes

Les phénomènes ferroviaires doivent être évalués lors de l’ingénierie des systèmes ferroviaires, puis validés par des mesures lors de la mise en service. Cependant, l’ajout d’un réseau électrique à proximité ou la modification des systèmes demande d’investiguer davantage et nécessite habituellement une modélisation en 3D des phénomènes électriques.

Aller plus loin

Pour en savoir plus sur les différents phénomènes d’interférence ferroviaire, n’hésitez pas à communiquer avec l’un de nos experts et à vous fier à BBA pour obtenir d’autres conseils concernant l’interférence en courant alternatif.