Contribution à la modélisation CEM en milieu ferroviaire : influence de l'infrastructure

Contribution to EMC modelling in the railway environment : influence of the infrastructure

• Auteur / Autrice : María Alejandra Mora Riveros
• Direction : Michel Ney
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiques et sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016) - Ecole nationale supérieure des télécommunications de Bretagne (Brest ; 1977-2016)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Noël Haddad

Mots clés

Mots clés contrôlés

Champs électromagnétiques

Compatibilité électromagnétique

Mots clés libres

Compatibilité électromagnétique

Milieu ferroviaire

Couplage conductif

Couplage inductif

Perturbations

Sol

Plateforme ferroviaire

Champs électromagnétiques

Résumé

Cette étude porte sur l’analyse de la compatibilité électromagnétique en milieu ferroviaire dans les basses fréquences (50 Hz et harmoniques). L’objectif est de perfectionner le calcul des perturbations provoquées par le système caténaire-rails-sol sur les systèmes avoisinants (communication, signalisation, etc. ). L’étude porte également sur l’analyse de la distribution des champs électromagnétiques engendrés par la caténaire dans un système 1x25kV et par une ligne de puissance triphasée. Dans ce but, les modèles qui permettent de représenter les phénomènes physiques mis en jeu, et qui s’appuient sur des méthodes analytiques et numériques, sont évalués pour enrichir la modélisation actuelle. Les avantages et les limitations de ces méthodes sont donc soulignés par rapport au domaine dans lequel ils peuvent être appliqués. L’importance de la modélisation des caractéristiques électriques et géométriques des éléments analysés est ainsi constatée dans la nature de ces phénomènes. Ceci a permis de montrer que la géométrie de la plateforme ferroviaire influence les impédances linéiques du système, et le profil des composantes de conduction et d’induction du courant dans les rails. La modélisation tridimensionnelle permet donc de prédire le niveau des courants vagabonds dans le sol, qui sont liés à la densité volumique de courant dans ce dernier. Il en découle qu’un sol de résistivité élevée contribue à augmenter des perturbations comme les tensions induites. Les tensions de contact seront aussi plus élevées car le courant qui parcourt les rails sera plus important. L’effet de la résistivité du sol sur la distribution des champs électromagnétiques dans l’air est aussi démontré.

This study concerns the analysis of electromagnetic compatibility in the railway environment in the low frequency range (50 Hz and harmonics). The objective is to improve the calculation of the perturbations provoked by the catenary –rails –soil system on the neighboring systems (communication, signalization, etc. ). The study also focuses on the analysis of the distribution of the electromagnetic fields generated by the catenary in a 1x25kV railway system and by a three-phase power line. To meet the above objective, models that permit to represent the implied physical phenomena, and that are based on analytical and numerical methods, are evaluated to enrich the present used software. Advantages and limitations of these methods are therefore underlined, according to the domain in which they can be applied. The importance of modeling the electric and geometric characteristics of the analyzed elements is thus emphasized in the nature of these phenomena. This allowed one to demonstrate that the geometry of the railway platform influences the system impedances, as well as the conduction and induction components of the rails’ current profile. Three-dimensional modeling allows therefore the prediction of stray currents in the soil, which are linked to volume current density in it. As a result, a high resistivity soil increases perturbations such as induced voltages. Contact voltages are also higher because of the level of rails’ current. The effect of soil’s resistivity on the distribution of electromagnetic fields in the air is also shown.