SEMINARIO “Sistemi elettrici di alimentazione dei mezzi di

trasporto a guida vincolata urbani ed extraurbani”

I Sistemi Elettrici di Alimentazione per la Trazione Ferroviaria

R.F.I. S.p.A. – Ing. Patric Marini – p.marini@rfi.itR.F.I. S.p.A. – p.i. Massimo Giraldo – m.giraldo@rfi.it

Nascita della Trazione Elettrica Ferroviaria

Prime elettrificazioni a fine 1800Carbone ancora competitivo e linee non elettrificate meno vulnerabili

Dopo il primo conflitto mondiale aumento costo del carbone porta ad un aumento delle elettrificazioni.In particolare in Italia due elementi ha spinto ad un veloce sviluppo della trazione elettrica:

• caratteristiche orografiche del paese necessità di aver maggiori coppie per superare pendenze elevate

• assenza di miniere di carbone e presenza di centrali idroelettriche

AC o DC ?

Inizialmente manca un coordinamento tra reti in Italia diversetipologie di alimentazione dal trifase (es. 3400 V 16 e 2/3 Hz) almonofase (es. 15 000 16 2/3 Hz) alla continua (es. 1500 V 3000V)

Prima degli anni ‘30 quasi tutte le linee elettrificate italiane sono atrazione trifase

Nel 1928 parte una sperimentazione sulla Bneevento-Foggia acorrente continua che piacque per la sua semplicità di realizzazionedelle linee di trazione (ldc unipolare) nonostante la maggiorcomplessità delle sottostazioni e del materiale rotabile.

Nonostante gran parte delle linee negli anni 30 fossero con trazionetrifase, le ricostruzioni post belliche diedero la possibilità di ripartire dazero, standardizzando tutta la rete al 3 kV.

Sistemi di Trazione Elettrica Ferroviaria in Europa

AT 132/66/50 KV

MT 20 KV

AT/MT to BT3 KV CC

Alimentazione Trazione Ferroviaria

La potenza derivabile dalla linea di contatto è limitata dal soddisfacimento di 4 condizioni:

a) CARICO MASSIMO SOSTENIBILE DAI RADDRIZZATORI;b) TEMPERATURA DEI CONDUTTORI DI LINEA;c) TENSIONE MINIMA AL PANTOGRAFO;d) TARATURA EXTRARAPIDI.

Dimensionamento delle linee di Trazione Elettrica Ferroviaria

Dimensionamento delle linee di Trazione Elettrica Ferroviaria

a) CARICO MASSIMO SOSTENIBILE DAI GRUPPI RADDRIZZATORII GRUPPI PRESENTI NELLE SSE SONO DA UNA POTENZA NOMINALE DI 3,6 o 5,4 MW

Dimensionamento delle linee di Trazione Elettrica Ferroviaria

a) CARICO MASSIMO SOSTENIBILE DAI GRUPPI RADDRIZZATORI

Treno Servizio Velocità Potenza Corrente

ETR500 Frecciarossa 250 km/h 10.4 MW 2800 A

ETR500 Frecciabianca 200 km/h 9 MW 2500 A

E402B Intercity 180 km/h 6 MW 1670 A

E464 Regionale 160 km/h 3.6 MW 1050 A

Dimensionamento delle linee di Trazione Elettrica Ferroviaria

b) TEMPERATURA DEI CONDUTTORI DI LINEA

La temperatura dei conduttori viene considerata come limite per evitare modifiche alla resistenza di trazione dei conduttori, che potrebbe

comportare problemi meccanici.

Il limite imposto è di 4 A/mmq che garantisce un equilibrio termico di 85°sul conduttore (con Taria= 45°C)

Dimensionamento delle linee di Trazione Elettrica Ferroviaria

c) TENSIONE MINIMA AL PANTOGRAFO

Tale tensione è la principale caratteristica d’interfaccia tra Treno e Terra.

E’ definita dalle STI secondo la tabella:

Dimensionamento delle linee di Trazione Elettrica Ferroviaria

d) TARATURA EXTRARAPIDILa taratura degli extrarapidi (interruttori di protezione della linea) serve per proteggere dalle sovracorrenti, in particolare a quelle dovute ai cc.

Normalmente è il valore che definisce il limiti dell’erogazione.

Dimensionamento delle linee di Trazione Elettrica Ferroviaria

d) TARATURA EXTRARAPIDIDato che un treno lontano dalla SSE-A potrebbe essere «confuso» con un corto, vengono inseriti dispositivi di asservimento che aprono entrambi gli

extrarapidi in caso di sovracorrenti.

In questo modo è possibile aumentare la taratura degli interruttori poiché è da considerare come se la linea fosse lunga metà tratta.

Gli impianti di Trazione Elettrica Ferroviaria in Veneto

Gli impianti di Trazione Elettrica Ferroviaria in Veneto

Gli impianti di Trazione Elettrica Ferroviaria in Veneto

Sottostazione Elettrica per Trazione Ferroviaria

TV arrivo linea 132KV

Sezionatore di linea 132KV

Sbarra 132KV e sez. a pantografo chiuso

Sezionatore a 132 KV a pantografo aperto

Interruttore di gruppo a 132KV

Trasformatore di gruppo e relativi scaricatori

Trasformatore 132 KV 3880 KVA

Trasformatore 132 KV 5750 KVA

Sezionatore esapolare

Armadio raddrizzatore

Armadio raddrizzatore

Reattanza

Cella filtro

Sezionatore bipolare

Insieme complesso raddrizzatore

Interuttore Extrarapido

Funzionamento extrarapido

Shunt induttivo di taratura

Sezionatore 3KV cc

<<VEDERE SLIDE DOTE>>

Il sistema di Telecomando/Telecontrollo degli impiantidi Trazione Elettrica Ferroviaria

DOTE

Descrizione dei Sottosistemi Posto Centrale e Disaster Recovery

I componenti fondamentali sia del ssPC che del ssDR sono: • L’unità di elaborazione, server, del sistema • I pulpiti operativi e il pulpito di configurazione

dotati di telefono VoIP • La LAN ridondata di connessione interna del

sottosistema • Le stampanti • La sincronizzazione di sistema • I router di accesso alla WAN del ssTLC e alla rete

di interconnessione con i sistemi esterni • I punti di accesso alle reti telefoniche: Remote

Access Server per le chiamate dati dei terminali SMA e il gateway VoIP per le chiamate vocali degli operatori.

L’unità di elaborazione del ssPC è progettata allo scopo di realizzare un sistema di computer o “cluster” ad alta disponibilità che permette il funzionamento continuo dei servizi applicativi anche in presenza di guasti hardware o software. I guasti hardware relativi al singolo server, ad un disco, o ad un componente della LAN, sono gestiti mediante l’intervento di componenti ridondati. Un cluster si basa sulla stretta aggregazione di un certo numero di server, nel caso in oggetto tre, ciascuno dei quali possiede una propria memoria di massa interna e che insieme condividono una risorsa di archiviazione esterna, “unità di storage” costituita da un array di dischi. Questa stretta aggregazione fa sì che il cluster si presenti verso l’esterno come un unico elaboratore che può raggiungere prestazioni notevoli in quanto ha la possibilità di distribuire il carico di lavoro sui server che lo costituiscono. L’utilizzo di tre server nel caso in esame è motivato più che dall’aumento delle prestazioni, dall’incremento della disponibilità globale del sistema a fronte di possibili malfunzionamenti dei server: i servizi applicativi sono mantenuti anche nel caso di guasto di due elaboratori. La condivisione dell’unità di storage nel caso in esame è ottenuta attraverso una rete (Storage Area Network = SAN) in fibra ottica dedicata esclusivamente allo scambio di dati tra i server e l’unità storage. L’utilizzo di una SAN costituisce una soluzione ridondata ad alta affidabilità e di facile espandibilità.

Unità di elaborazione del Sottosistema Posto Centrale

Le interfacce di ciascun server sono tutte ridondate e riguardano: • la LAN di sistema che consente lo scambio di dati tra i

server e tra questi ed i client attraverso gli switch• la LAN dedicata al controllo del cluster (scambio dei

messaggi “heartbeat”) attraverso connessioni dirette tra i server

• la SAN riservata alla condivisione dell’unità di storageattraverso un doppio switch in fibra ottica

L’utilizzo di una LAN di controllo dedicata distinta dalla LAN di sistema ha lo scopo di evitare che un sovraccarico anche momentaneo provochi ritardi nella ricezione dei messaggi di controllo con ripercussioni sulla auto diagnostica del cluster. L’unità di storage del cluster è concepita per garantire la massima affidabilità: sono implementate caratteristiche di “fault tolerance” garantite da un array di dischi

Ridondanza Unità di elaborazione del Sottosistema Posto centrale

I Pulpiti dal punto di vista funzionale si distinguono in operativi e di configurazione; dal momento che la costituzione sia HW che SW del pulpito è la stessa, nel seguito si parlerà in modo generico di pulpito. Il pulpito è costituito da un elaboratore di tipo workstation che supporta fino a cinque uscite grafiche, di esse due sono utilizzabili per monitor da 47” in formato 16:9 e fino a tre (previsti 2 in fornitura) per monitor da 21” e formato 16:9. Fanno parte della dotazione del pulpito: • Tastiera e mouse. • Lettore di smart card (il dispositivo permette anche la funzione di scrittura che è utilizzata

solo per le funzioni associate al pulpito di programmazione). • Stampante. • Telefono IP equipaggiato con kit “mani libere”.

Per l’elaboratore del pulpito, a parte le caratteristiche indicate come minimali nella specifica dei requisiti in conformità con le indicazioni fornite nel progetto esecutivo di offerta, interessa in questa sede sottolineare la presenza di: • Doppia interfaccia Ethernet per il collegamento ai due switch della LAN • Scheda audio integrata con altoparlanti interni per la gestione della suoneria del pulpito • Porte USB per il collegamento del lettore di smart card e della stampante • Schede grafiche per il collegamento dei monitor

Il telefono IP è collegato in modo indipendente alla LAN di sistema

Descrizione del Pulpito (sotto sistema Posto Centrale)

Router di accesso al ssTLC o alla WAN verso i sistemi esterni I router previsti sono di tipo modulare con una dotazione di base ed un equipaggiamento adattabile alle tipologie e quantità di connessioni WAN e LAN da realizzare. I router sono tutti connessi ad entrambi gli switch della LAN. Le connessioni WAN verso i sistemi esterni si suddividono in collegamenti verso altri DOTE ed in collegamenti verso altre tipologie di Sistemi (SCC, …). Per la realizzazione di tali connessioni occorre in fase realizzativa caratterizzare la tipologia di interfaccia fisica utilizzata in modo da equipaggiare il router con l’opzione adeguata.

Le Reti.

Il progetto realizza una rete di tipo WAN (Wide Area Network), con protocollo di trasporto dati tipo TCP/IP, architetturalmente strutturata in tre livelli:

• La rete primaria di telecomando

• La rete secondaria servizi (Voip, terminali portatili ed eventuali altri)

• Le reti di campo

WIDE AREA NETWORK(WAN)

RETE DOTE

WIDE AREA NETWORK(WAN)

RETE DOTE

WIDE AREA NETWORK(WAN)

RETE DOTE

Disaster Recovery

IP based NETWORK

RETE DOTE

ROUTERRETE

PRIMARIA

ROUTERRETE

PRIMARIA

DEDICATAAL

TELECONTROLLO

ROUTERRETE

SECONDARIA

DEDICATAAI SERVIZI:- VoIP- SMA- Video-sorveglianza- Management

RETEdi

CAMPO

RETE DOTE

ZOOM

RETE DOTE

SEGMENTO DI RETE

SEGMENTO DI RETE TRATTAFERROVIARIA

SEGMENTO DI RETE

NODO LOCALE DI TELECOMUNICAZIONE(NLT)

RTU

Le RTU sono apparati di teleoperazione che si interfacciano con il campo nei

vari impianti e scambiano i dati relativi al telecontrollo con gli elaboratori del

ssPC o del ssDR

DIFFERENTIMEZZI

TRASMISSIVI

DOPPINO TELEFONICO

FIBRA OTTICA

FAULT

FAULT FAULT

L’apparato Remote Access Server (RAS) è il dispositivo che consente la connessione dei terminali mobili al ssPC o al ssDR nel caso in cui i terminali utilizzino le chiamate via PSTN o GSM-R invece che le connessioni alla WAN tramite le porte Ethernet degli apparati di comunicazione siti nei posti satellite. L’apparato è connesso alla rete telefonica utilizzando fino a 4 porte ISDN di tipo primario ed accetta fino a 16 comunicazioni concorrenti di tipo Modem V34, V90; ISDN e GSM.

L’apparato consente fino a 8 comunicazioni voce a bassa ampiezza di banda o chiamate fax T.38 simultanee; utilizzando fino a tre collegamenti ISDN BRI alla centrale telefonica di RFI.

Per permettere all’apparato Remote Access Server (RAS vedi figura esemplificativa) di connettere i terminali mobili al ssPC o al ssDR nel caso in cui i terminali utilizzinole chiamate via PSTN o GSM-R invece delle connessioni WAN (porte Ethernet degli apparati di comunicazione dei P.S.)Occorre che l’apparato sia collegato da un lato alla LAN mediante laporta Ethernet 10/100 di cui dispone, e dall’altro abbia collegatoun numero adeguato di linee telefoniche; si stima che tale numeropossa oscillare tra il 50% ed il 30% del numero totale degli S.M.Apresenti sul campo da telecontrollare.

Comunicazioni verso l’esterno.

GRAZIE PER L’ATTENZIONE