AltaVelocitaRev-2

7/22/2019 AltaVelocitaRev-2

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Universit degli studi di Padova

Facolt di Ingegneria

Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Elettrotecnica

Corso di

Sistemi elettrici per i trasporti

(prof. Roberto Turri)

Appunti

ALIMENTAZIONE ELETTRICADELLE LINEE FERROVIARIE

AD ALTA VELOCIT

Questi appunti, di ausilio per il corso, possono contenere errori ed inesattezze, segnalazioni

delle quali (e-mail:[email protected]) possono essere utili per le revisioni future.

Ringrazio anticipatamente quanti contribuiranno.

La prima versione di questi appunti stata preparata nella.a. 2005/06 con il contributo degli

studenti Coffele e Valente.

Padova, novembre 2006


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Alimentazione elettrica delle linee ferroviarie ad alta velocit

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INDICE

1. I SISTEMI DI ALIMENTAZIONE .............................................................................................................. 31.1 PANORAMICA MONDIALE SUI TRENI AD ALTA VELOCIT..................................................... 31.2 PROBLEMI DI ALIMENTAZIONE DEI TRENI AD ALTA VELOCIT .......................................... 7

1.2.1 Potenze assorbite dai treni ad alta velocit....................................................................................... 71.2.2 Potenza degli impianti dalimentazione ........................................................................................... 81.2.3 Il problema della captazione............................................................................................................. 8

1.3 I SISTEMI DI ALIMENTAZIONE ........................................................................................................ 91.3.1 Il sistema in corrente continua a 3 kv ............................................................................................... 91.3.2 I sistemi ad alta tensione................................................................................................................... 91.3.3 Lalimentazione delle linee a 15 kV - 16 Hz............................................................................... 101.3.4 Lalimentazione delle linee a 25 kV - 50 Hz.................................................................................. 101.3.5 Il sistema in c.c. ad AT................................................................................................................... 13

2. IL SISTEMA 2 x 25 Kv .............................................................................................................................. 142.1 CARATTERISTICHE DEL SISTEMA................................................................................................ 14

2.2 SPECIFICHE DI PROGETTO DEL SISTEMA ITALIANO............................................................... 162.3 LALIMENTAZIONE PRIMARIA ...................................................................................................... 172.4 SOTTOSTAZIONI................................................................................................................................ 18

2.4.1 Sezione alta tensione ...................................................................................................................... 192.4.2 Gruppi di trasformazione................................................................................................................ 192.4.3 Sbarra secondaria............................................................................................................................ 202.4.4 Sezione alimentatori ....................................................................................................................... 202.4.5 Sbarra di parallelo pari/dispari ....................................................................................................... 202.4.6 Servizi ausiliari ............................................................................................................................... 20

2.5 SCHEMA DI ALIMENTAZIONE DELLA L.C. ................................................................................. 212.5.1 Posti intermedi di sezionamento, autotrasformazione e parallelo pari/dispari ............................... 21

2.6 I PROBLEMI DELLA LINEA DI CONTATTO.................................................................................. 232.6.1 Tiro dei conduttori .......................................................................................................................... 232.6.2 Sospensione a Y ............................................................................................................................. 242.6.3 Spinta del pantografo...................................................................................................................... 242.6.4 Sostegni .......................................................................................................................................... 24

2.7 PROTEZIONE DAI CORTO-CIRCUITI SULLA L.C. ....................................................................... 252.8 CONDUTTURE AEREE ...................................................................................................................... 25

2.8.1 Struttura .......................................................................................................................................... 252.8.2 Trefolo di terra................................................................................................................................ 272.8.3 Impianto di terra della linea............................................................................................................ 27

2.8.4 Feeder ............................................................................................................................................. 282.8.5 Sospensione .................................................................................................................................... 282.9 CONFINE ELETTRICO 25 kV AC / 3 kV DC .................................................................................... 292.10 DISTURBI PRODOTTI DALLE LINEE A CORRENTE ALTERNATA MONOFASE.................. 30

2.10.1 Induzione elettromagnetica........................................................................................................... 313. LE LINEE FERROVIARIE AD ALTA VELOCIT IN ITALIA ............................................................. 33

3.1 IL PROGETTO PER LE NUOVE LINEE VELOCI ............................................................................ 333.1.1 Linteroperabilit ............................................................................................................................ 333.1.2 Tempi di percorrenza...................................................................................................................... 333.1.3 Sicurezza durante la circolazione dei treni ..................................................................................... 343.1.4 La sicurezza in galleria ................................................................................................................... 35

3.2 SITUAZIONE ATTUALE (NOVEMBRE 2005) ................................................................................. 35


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1. I SISTEMI DI ALIMENTAZIONE

1.1 PANORAMICA MONDIALE SUI TRENI AD ALTA VELOCIT

A partire dagli anni settanta vi stato uno sviluppo dei vari sistemi ferroviari mondiali con lobbiettivoprincipale di ridurre i tempi di percorrenza. Nel 1964, in Giappone fu costruito il primo servizio ferroviario a220 km/h sulla linea Tokyo-Osaka, poi nel 1975, fu costruita in Europa la prima linea ad alta velocitdestinata a collegare Parigi e Lione in meno di due ore. In seguito, grazie ai risultati ottenuti anche il restodellEuropa si spinta in questa direzione.Si cos cominciato a parlare di treni ad alta velocit, ovvero treni in grado di muoversi a velocit elevateovvero maggiori di 200 km/h.Il record di velocit stato conquistato nel 1990 dal TGV francese (515 km/h), mentre un treno sperimentalea levitazione magnetica giapponese ha toccato i 581 km/h.

Per quanto riguarda lutilit dei treni ad alta velocit, gli studi effettuati hanno identificato nel collegamentodiretto tra due grandi citt la migliore utilizzazione di questo tipo di treni che necessitano di poter effettuareil minor numero possibile di fermate intermedie per non perdere la loro caratteristica principale. Le primeapplicazioni pratiche sono state in effetti tra Tokyo e Osaka in Giappone, tra Parigi e Lione in Francia, traBoston e New York negli Stati UnitiAttualmente i treni veloci sono: TGV, ETR500, ICE, AVE, CISALPINO, KTX e ACELA.

Il TGV, in francese Train Grande Vitesse (treno a grande velocit), un convoglio automotrice a trazioneelettrica di concezione francese, messo a punto dalla SNCF in collaborazione con Alstom. stato messo incircolazione commerciale per la prima volta fra Parigi e Lione nel settembre 1981, sfruttando il primotroncone della nuova linea costruita fra Saint-Florentin e Sathonay-Camp, vicino a Lione.

Figura 1 TGV

I collegamenti TGV sfruttano le nuove linee su parte del loro percorso e continuano sulla rete tradizionaleper distanze anche lunghe, comprese quelle di paesi vicini. Per lo pi si tratta di collegamenti radiali chepartono da Parigi o vi arrivano. I TGV collegano pi di 100 stazioni in Francia, di cui otto nell'le-de-France

e pi di trenta all'estero.Gli assi pi importanti, Parigi-Lione, Parigi-Marsiglia, Parigi-Lille, Parigi-Nantes, etc., hanno oraricadenzati.


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Il treno ad alta velocit delle Ferrovie Tedesche si chiama ICE (InterCity Express), viaggia alla velocit di300 km/h e secondo degli studi considerato il migliore in Europa per servizio e qualit.Il pi recente della generazione dei treni ad alta velocit lICE 3 quello utilizzato nella tratta tra Francofortee Colonia che raggiunge 300 km/h collegando queste due citt che distano 177 km in soli 70 minuti.Questo treno collega in una o due ore molte citt della Germania arrivando persino in Svizzera e a Vienna.

E uscito il nuovo catalogo AutoZug per la stagione invernale. DallItalia possibile trasportare la propriaauto caricandola sul treno da Bolzano verso Duesseldorf ed Amburgo da dicembre fino ad aprile, mentre ilservizio da Verona per Berlino, Duesseldorf ed Amburgo e il Bolzano-Berlino saranno attivi da marzo 2006.

Figura 2 ICE

Il cisalpino un treno ad assetto variabile delle vetture, che consente di mantenere un'elevata velocit incurva, riducendo notevolmente i tempi di percorrenza su tratte come il Ltschberg, il San Gottardo e ilSempione. Grazie al suo dispositivo policorrente, l'ETR 470 il primo treno a poter circolare in Italia,Svizzera e Germania senza dover cambiare locomotiva al confine (un'operazione dispendiosa in termini ditempo).

Figura 3 CISALPINO


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In Spagna i nuovi treni serie 103 per AVE Renfe Operadora sono stati ispirati dai modelli ad Alta VelocitIC 3 della DB AG (Germania). Da un punto di vista tecnico si tratta di treni ad alta tecnologia, con potenzadistribuita e progettati per una velocit massima di 350 km/h. L'assenza di locomotore consente una capienzaottimale di 404 posti a sedere ed una postazione guida trasparente,molto apprezzata dalla clientela.Il design e il comfort hanno avuto la massima attenzione progettuale, in conformit agli standard AVE: tutti i

passeggeri siedono nella direzione di marcia del treno; i pasti sono previsti al posto; ci sono le sale riunioni; imonitor TV, ecc. Attualmente (fine 2005) i primi convogli di questo tipo sono in fase di prova; si prevede diiniziare il servizio tra Madrid e Barcellona entro il 2006.

Figura 4 AVE

Il treno ad alta velocit in Italia lETR 500; il suo progetto parte negli anni '80 per vedere la luce, conalcuni cambiamenti, negli anni novanta con la produzione in serie e l'utilizzo da parte di Trenitalia.

Figura 5 ETR 500

Questo treno non ha assetto variabile, come i "Pendolini", perch la morfologia della rete TAV in esercizio ein fase avanzata di costruzione, non comporta raggi di curvatura stretti, dove un treno ad assetto variabileguadagnerebbe il 30% della velocit. In italia sono in servizio 57 ETR 500, capaci di superare 300 km/h.


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La composizione del convoglio fissa, composta da 2 locomotori agli opposti (uno provvisto di motore e ilsecondo con funzione di guida) e da 12 carrozze.

Caratteristiche tecniche:

Posti totali 671; Posti 1 classe 195; Posti 2 classe 467; Poltrone per disabili 2; Velocit massima 300 km/h e oltre; Lunghezza totale 354 m; Massa 642 t;

Potenza continua alle ruote 8800 kW; Tensioni di alimentazione (versione

politensione): 3 kV cc 1,5 kV cc, 25 kV ac - 50 Hz ; Sforzo allavviamento 400 kN.

Nella Corea del Sud, il 1 aprile 2004 entrato in servizio il Korean Train eXpress (KTX), treno ad AltaVelocit di progettazione Alstom, prima fase di un vasto programma di sviluppo ferroviario della Corea.

Figura 6 KTX

Infine negli Stati Uniti, tra Boston e New York, in servizio il treno ad alta velocit ACELA.

Figura 7 ACELA


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1.2 PROBLEMI DI ALIMENTAZIONE DEI TRENI AD ALTA VELOCIT

L'esercizio ferroviario ad alta velocit pone al sistema d'alimentazione elettrica una serie di problemi, legatifondamentalmente all'elevata potenza assorbita ed alla captazione di corrente.Detti problemi, per molti aspetti interconnessi, sono attualmente risolti ricorrendo ai sistemi ad alta tensionea corrente alternata monofase, sia a 15 kV e frequenza speciale di 16,7 Hz, sia a 25 kV e frequenzaindustriale di 50 o 60 Hz.

1.2.1 Potenze assorbite dai treni ad alta velocit

La potenza impegnata sensibilmente pi elevata rispetto a quella del traffico di viaggiatori e merci che sisvolge sulle linee storiche. A causa delle velocit raggiunte che passano da 200 km/h a 300 km/h e della

prevalenza delle resistenze al moto aerodinamiche la potenza diventa tre volte pi grande. In secondo luogo iconvogli viaggiatori presentano una massa che raggiunge e supera le 600 t, essendo richieste capacit ditrasporto dell'ordine di 500-600 posti, ben superiori a quelle che un tempo erano offerte dai classici treni

rapidi di sola prima classe.

I treni ad AV composti di due locomotive a quattro assi e di 8 - 14 carrozze intermedie hanno una potenzanominale continuativa ai cerchioni dell'ordine di 8 - 9 MW; tenuto conto del rendimento degli azionamenti edei notevoli assorbimenti da parte dei servizi ausiliari delle locomotive e delle carrozze, la potenza totaleassorbita raggiunge 10 - 12 MW/treno. Si tratta di livelli di potenza sensibilmente pi elevati di quelli usuali

per i convogli tradizionali, raggiunti soltanto, al limite, dai pi pesanti treni merci sulle linee di valico, per iquali si richieda la doppia o tripla trazione: sono queste evidentemente punte di carico eccezionali, limitatead un numero molto ristretto di convogli.

Per le linee ad AV, che si sviluppano lungo le direttrici fondamentali con una domanda di trasporto molto

forte, i programmi d'esercizio prevedono intensit di circolazione che per le lunghe distanze erano finorainusuali, almeno in Europa: intervalli minimi di soli 5 minuti e possibilit di accoppiare due treni in multiplonei momenti di punta, o di ridurre ancora l'intervallo fra i treni. Un'altra caratteristica del trasporto ferroviarioad AV legata al tracciato delle linee, studiato espressamente per raggiungere nella totalit del percorso lavelocit massima prevista, fatta eccezione di qualche eventuale punto singolare e, naturalmente, dei trattiterminali. La marcia dei treni ad AV non sottoposta quindi alle frequenti restrizioni di velocit, tipichedella maggior parte delle linee tradizionali.

Figura 8 Caratteristica meccanica di un elettrotreno ad AV (ETR 500)


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Ci significa che la velocit effettiva quella consentita dalla potenza disponibile e dalla pendenza dellelinee: se i mezzi di trazione presentano una caratteristica meccanica F(v) a potenza costante in un ampiocampo di velocit (figura 8), come ormai la regola per i moderni azionamenti trifasi, ne conseguel'assorbimento della potenza nominale P1 continuativa per una frazione molto elevata del percorso. In altre

parole, il rapportoPm /P1 fra la potenza media assorbitaPm eP1 molto elevato.

1.2.2 Potenza degli impianti dalimentazione

Si ha quindi una netta diversit rispetto ai sistemi tradizionali, nei quali: a causa delle frequenti restrizioni di velocit e, in generale, delle caratteristiche del tracciato, la

potenza mediaPm effettivamente sviluppata sensibilmente minore di quella nominaleP1; le caratteristiche meccaniche intrinseche degli azionamenti che impiegano motori a collettore

consentono di utilizzare la potenzaP1 in una gamma ristretta, compresa fra la velocit nominale v1 apieno campo e la velocit v1 raggiungibile, a corrente nominale I1, con il massimo grado zd'indebolimento di campo. Solo con forti valori di z la potenza P1 pu essere utilizzata fino allavelocit VM.

Negli impianti tradizionali si approfittato di queste circostanze per limitare a valori modesti la potenzaspecificaPS degli impianti d'alimentazione, intesa come rapporto:

=t

SSS

L

PP

della potenza totale installala nelle sottostazioni (SS) e la lunghezza L, della linea considerata. Nella rete FSa 3 kV c.c., ad esempio, PS dell'ordine di 0,3-0,4 MW/km nelle linee principali ad andamento

prevalentemente pianeggiante e sale a 0,5-0,7 MW/km soltanto nei tratti di valico. In queste situazioni si faovviamente affidamento sulla sovraccaricabilit dei gruppi di conversione delle sottostazioni, che del 100%

per 2 ore e del 133-200% per 5 min. Solo nella "direttissima" Roma-Firenze si raggiunta una potenza

specifica di circa 0,8 MW/km (vL=250 km/h).Per le future linee AV, con vL = 300 km/h, si stima necessaria una potenza specifica dell'ordine di 1-2MW/km come conseguenza sia del valore di vL, sia delle intensit di circolazione sopra accennate.

1.2.3 Il problema della captazione

Oltre all'adeguato dimensionamento degli impianti fissi d'alimentazione per quanto attiene potenze installate,cadute di tensione, riscaldamento dei conduttori, intervento selettivo delle protezioni, nell'AV assumeimportanza fondamentale la captazione di corrente, che investe tutta una serie di problemi di naturameccanica ed elettrica, con ripercussioni sull'esercizio e la manutenzione. Dal punto di vista elettrico,

notevole importanza ha la tensione d'alimentazione U1, dalla quale discendono: il valore delle correntiI1 che ciascun pantografo deve captare e la necessit di fare ricorso ad una o adue prese di corrente per ciascun treno;

la sezione della linea di contatto, quindi la sua elasticit; il tipo ed il numero degli striscianti, che hanno una diretta influenza sulla massa dell'archetto.

Le caratteristiche elastiche della linea di contatto, da un lato, e la massa dinamica equivalente della presa dicorrente, dall'altro, condizionano la qualit dell'accoppiamento meccanico ed elettrico pantografo/catenaria.


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1.3 I SISTEMI DI ALIMENTAZIONE

1.3.1 Il sistema in corrente continua a 3 kv

Sotto questo punto di vista il sistema in c.c. per il quale la tensione nominale finora limitata a 3 kV, non

certamente favorito. L'assorbimento di 12 MW corrisponde a correnti di linea dell'ordine di 4 kA per treno edi 2 kA per locomotiva: quest'ultima intensit ritenuta un limite per un pantografo, nell'esercizio ad AV.Occorrono quindi due pantografi in presa per ciascun convoglio, con archetti relativamente pesanti; Ilsecondo pantografo, trovando la linea gi fortemente perturbata, lavora in condizioni peggiori del primo.

Sulla direttissima Roma-Firenze il traffico veloce a 250 km/h con elettrotreni tipo ETR 450 formati da 9elementi e a 200 km/h E con treni intercity, trainati da locomotive a quattro assi da circa 4,4 MW. Inentrambi i casi si ha un solo pantografo in presa, chiamato ad assorbire circa 2 kA. Il sistemacatenaria/pantografi relativamente "pesante" e rigido: la sezione della catenaria, inizialmente di 460 mm2, stata portata a 610 mm2 nei tratti pi recenti, in alcuni dei quali stata introdotta la sospensione ad Y.Dalle relazioni degli sperimentatori FS si desume che, mentre il comportamento dinamico soddisfacente,con percentuale di distacchi minore dell'1%, qualche perplessit destano il comportamento termico deglistriscianti, che raggiungono temperature di 300-400 C, e le usure. Evidentemente ancora necessario un

paziente lavoro di ricerca e sperimentazione per migliorare la situazione, soprattutto in vista delcontenimento degli oneri di gestione.

La decisione d'elevare a 300 km/h la velocit nelle nuove linee AV comporta un vero e proprio "salto" nellascala delle difficolt, rispetto ai problemi, pur impegnativi, dell'esercizio a 200 - 250 km/h. In una prima fasesi ritenuto sufficiente, per far fronte a tali esigenze, potenziare e migliorare gli impianti d'alimentazione, in

particolare riducendo il passo L fra le sottostazioni a 10-12 km, incrementando la potenza specifica PS,perfezionando il sistema catenaria/pantografi.

Le sperimentazioni condotte recentemente con due pantografi in presa hanno dimostrato che la captazione soddisfacente fino a 270-280 km/h, ma che sopra questo limite il secondo pantografo, pur avendo ancora a300 km/h una percentuale di distacchi contenuta, soggetto a notevoli azioni dinamiche.La velocit di 300 km/h attualmente ritenuta "normale" per l'AV, e si pensa addirittura di raggiungerelivelli pi elevati: appare quindi chiaro come il sistema a 3 kV c.c. non possa essere considerato idoneo agarantire, con i necessari margini, un traffico di forte intensit ad AV.

1.3.2 I sistemi ad alta tensione

In questa situazione sono favoriti i sistemi ad alta tensione (AT), che consentono in primo luogo un maggiordistanziamento fra le sottostazioni di trazione ed un alleggerimento della catenaria, in sostanza un minorcosto degli impianti fissi. Alta tensione significa, per ora, corrente alternata monofase (c.a.m.), adottata

all'estero per tutte le linee o reti ad AV, con tensioni di 15 kV oppure di 25 kV.Ai vantaggi insiti nel trasporto dell'energia ad alta tensione, la corrente alternata aggiunge, nel campo dellatrazione, quelli della facilit ed economicit della riduzione della tensione a bordo, mediante il trasformatore,e della semplicit e affidabilit dei sistemi di protezione, a terra e a bordo.La riduzione delle correnti a valori dell'ordine delle centinaia di ampere facilita inoltre il problema dellacaptazione, sia perch, con l'alleggerimento dell'archetto, migliora il comportamento dinamico del sistema

pantografo/catenaria, sia perch si richiede un solo pantografo in presa per ciascun treno. A tal fine occorreprevedere, come nei TGV francesi, un conduttore ad alta tensione sul tetto dei veicoli, per collegare lamotrice di testa con quella di coda. L'installazione di questo conduttore facilitata, nei TGV, dal fatto cheessi sono formati da rimorchi di tipo articolato, quindi a composizione bloccata.La Deutsche Bundesbahn (DB) ha rinunciato al conduttore ad alta tensione, che sarebbe risultato di picomplicata realizzazione, essendo i suoi treni ICE composti da un numero variabile di carrozze, tra loroindipendenti. Gli ICE hanno quindi due pantografi in presa, ma la velocit limitata, almeno finora, a 250km/h.


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1.3.3 Lalimentazione delle linee a 15 kV - 16 Hz

Il sistema a 15 kV-16 Hz consente il massimo possibile distanziamento fra le SS: la rete DB presenta unnumero di sottostazioni per 1000 km di linea: N1000 = 10, cio una SS ogni 100 km.Il passo medio un po minore cio dell'ordine di 80 km. Grazie alla bassa impedenza, tale distanzagarantisce che la corrente di guasto per corto circuito lontano sia superiore a quella massima d'esercizio

erogata dall'interruttore di SS.La rete a 16 Hz, dedicata esclusivamente alla trazione, presenta una potenza totale dei generatorirelativamente modesta rispetto ai singoli carichi assorbiti e richiede che questi abbiano un elevato fattore di

potenza:Tale esigenza, soddisfatta in buona misura dagli azionamenti tradizionali a motori monofasi a collettore,richiede oggi, per gli azionamenti elettronici, l'impiego come convertitori d'ingresso d'invertitori monofasi acommutazione forzata e regolazione per impulsi (convertitori a 4 quadranti).Da tenere presente che un elevato fattore di potenza consente di limitare le c.d.t. in linea.Il sistema a 15 kV-16 Hz, nonostante l'indubbia onerosit degli speciali impianti di produzione e trasportodell'energia di trazione, offre una serie di vantaggi, in parte legati alla presenza di detti impianti. L'economiadegli impianti d'elettrificazione a 15 kV, a valle delle primarie monofasi, evidenziata dal progetto dellanuova linea ad AV Colonia-Francofone, per la quale si prevede N1000 = 12 e una potenza specifica Ps = 0.35MVA/km.Un'ipotetica elettrificazione a 25 kV-50 Hz avrebbe richiesto N1000 = 19-20 e una potenza specifica Ps = 1.4MVA/km.

1.3.4 Lalimentazione delle linee a 25 kV - 50 Hz

Lalimentazione delle linee alla frequenza industriale ha il grande vantaggio di poter collegare lesottostazioni elettriche (SSE) direttamente alla rete trifase, con per il problema degli squilibri.

A tal fine necessario effettuare gli allacciamenti delle SSE a potenti nodi della rete industriale, a livelli ditensione di 220 kV e di 380 kV. Ci comporta ovviamente un aumento sensibile del costo delle SSE, rispettoad alimentazioni a tensioni pi contenute, normali per gli altri sistemi.Il provvedimento adottato per limitare gli effetti degli squilibri la distribuzione dei carichi di trazione sulletre fasi della rete industriale AT (figura 9).

Abbandonato il collegamento Scott dei trasformatori, usato nelle elettrificazioni degli anni 50 erelativamente complicato e costoso, per le SSE equipaggiate con due trasformatori si ricorre normalmente alcollegamento a V, collegando detti trasformatori, ad esempio, alle fasi RS ed ST della rete. In tal modo itratti a monte ed a valle della SSE hanno tensioni di fasi diverse (figura 9) e la linea di contatto deve esseresezionata con un tratto neutro ai capi del quale esiste la d.d.p.:

kVUU 5,423 ==


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Figura 9 Distribuzione dei carichi monofasi di trazione sulla rete trifase AT a 50 Hz, con sequenza di ordine 3

I collegamenti alle coppie di fasi della rete AT variano ciclicamente da una SS alla successiva, per cui

ciascuna tratta L viene suddivisa in due sottotratte, alimentate con fasi diverse e separate in centro da unazona neutra, con d.d.p. U . La sequenza delle tensioni di linea secondo la figura 9 di ordine 3: U1, U2, U3,U1 ecc.. Per limitare la d.d.p. pu essere seguita una sequenza d'ordine 6 (figura 10), per la quale UU= .

Figura 10 Distribuzione dei carichi monofasi di trazione sulla rete trifase AT, con sequenza di ordine 6.


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Conseguenze di quanto sopra sono: alimentazione a sbalzo delle sottotratte, con aumento delle c.d.t. e maggior carico della linea di

contatto, in quanto la corrente assorbita dai treni non si ripartisce; notevole numero di posti di sezionamento con zona neutra, che vanno oltrepassati a pantografi

abbassati o, quanto meno, a circuiti aperti, con l'ausilio di dispositivi di controllo automatico a bordo

e di segnali a terra.

Gli impianti sono abbastanza complicati, sia in SS (figura 11), sia in linea; tenuto conto che si usacollegare i due binari in parallelo, come a 16 Hz, la tratta fra due SS comprende normalmente: un posto di sezionamento principale con zona neutra e messa in parallelo a met tratta; due posti ausiliari di sezionamento e messa in parallelo, ad 1/4 e a 3/4 della tratta.

Figura 11 Schema di principio di una sottostazione a 25 kV 50 Hz, con trasformatori a V a doppio binario.

Nella figura:1. linee monofasi AT2. sezionatore bipolare demergenza3. interruttori automatici bipolari4. trasformatori monofasi5. interruttori unipolari di macchina6.

interruttori automatici principali unipolari

7. sezionatore unipolare demergenza8. sezionatori della linea di contatto con

zona neutra9. interruttori unipolari di linea10.alimentazione servizi ausiliari di sotto

stazione


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L'impedenza di linea elevata: per esempio nella Madrid-Siviglia si ha:Z = 0,226 /km; < z = 66 el;

qui la situazione favorita dalla presenza di un conduttore ausiliario di ritorno, montato sui pali allamedesima altezza della catenaria: come vedremo, esso ha lo scopo di ridurre la corrente dispersa nel terrenoe, per conseguenza, il potenziale di binario ed i fenomeni d'induzione elettromagnetica.

La forte impedenza di linea e l'alimentazione a sbalzo, oltre a peggiorare le c.d.t., rendono critico l'interventodegli interruttori di protezione delle SS in caso di corto circuiti lontani. Il numero N 1000 di SS per 1000 km dilinea, che abbiamo visto essere dell'ordine di 10 in una rete a 15 kV, per la SNCF risulta:

16 nella rete normale ( L*=62,5 km) 19 nella linea TGV-PSE (Z.*=53 km).

La potenza media specificaP1 dell'ordine di 0,44 MVA/km nella rete normale e sale ad oltre 1,5 MVA/kmnelle linee ad AV; nelle SS delle linee TGV sono installati due trasformatori da 40 MVA o 60 MVA. Darilevare che il collegamento a V costringe a tenere in funzione entrambi i trasformatori, con aumento delle

perdite a vuoto.

1.3.5 Il sistema in c.c. ad AT

I sistemi a c.a. ad alta tensione, se rendono possibile l'esercizio ferroviario alle massime prestazioni oggiprevedibili, pongono una serie di problemi, la cui soluzione spesso non del tutto soddisfacente.Se fosse disponibile un sistema di trazione a c.c. ad AT (per esempio a 12 o a 18 kV), molti problemiverrebbero brillantemente risolti; si avrebbe:

carico equilibrato sulla rete trifase industriale, con elevato fattore di potenza e basso contenutoarmonico. Varrebbe infatti la pena di generalizzare l'uso di gruppi raddrizzatori a reazione d'ordinen= 12 o maggiore;

impedenza di linea ridotta alla pura resistenza ohmica in c.c.; alimentazione bilaterale; correnti assorbite e di linea ridotte; c.d.t. ridotte; assenza di disturbi elettromagnetici, se non per la presenza di armoniche, peraltro riducibili con i

mezzi ordinari e, per quanto riguarda il raddrizzamento, adottando come sopra detto: n=12.

Il problema delle corrosioni elettrolitiche dovute alle correnti disperse, per quanto delicato, potrebbe esseredominato senza eccessive difficolt, come dimostra l'esperienza dei sistemi a 3 kV c.c.; nel caso specifico,l'elevata tensione giocherebbe ovviamente a favore, avendosi correnti inferiori a 1 kA, anche con i carichi

previsti per l'AV. Un sistema a c.c. ad AT oggi attuabile grazie alla possibilit di realizzare, da un lato,convertitori elettronici idonei ad "abbassare" a bordo la tensione di linea fino a valori adatti all'alimentazionedegli invertitori tritasi di trazione, e a risolvere, dall'altro, il problema fondamentale delle protezioni. Non

potendosi per queste fare ricorso ai classici interruttori extrarapidi, il cui limite d'impiego la tensionenominale di 3 kV (4 kV massimi), si deve affidare il compito d'interrompere le correnti di guasto ai gruppiraddrizzatori controllati a tiristori delle sottostazioni; le apparecchiature elettromeccaniche provvedono alsemplice sezionamento, a vuoto.Un sistema con contenuti innovativi di cosi rilevante entit richiederebbe, ovviamente, un'adeguatavalidazione sul campo, a livello di prove e d'esercizio sperimentale.


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2. IL SISTEMA 2 x 25 Kv

2.1 CARATTERISTICHE DEL SISTEMA

Lelevato livello di potenzialit richiesto ha indirizzato verso il sistema 2 x 25 kV , allo scopo soprattutto dirispettare i limiti di caduta di tensione senza ravvicinare troppo le sottostazioni, ma anche di limitare leinterferenze.La genesi logica del sistema 2 x 25 kV rappresentata nelle figure 12, 13 e 14.

Figura 12 Da una linea di distribuzione a 50 kV (p,q), a intervalli ravvicinati, sono derivati i trasformatori50/25 kV che alimentano la linea i contatto L.C.

Figura 13 Dallo schema precedente si sostituiscono i trasformatori con autotrasformatori di ugualicaratteristiche

Figura 14 si perviene allo schema con feeder 25 kV ed autotrasformatori, eliminando il conduttore q chedallo schema precedente risulta in parallelo metallico con la L.C.


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La figura 12 mostra un trasformatore che alimenta una linea a 50 kV. Da questa linea sono derivati, adintervalli regolari, trasformatori 50/25 kV che alimentano la linea di contatto a 25 kV. Rispetto al casodellalimentazione in antenna a 25 kV della linea di contatto, il vantaggio conseguito per quanto riguarda lecadute di tensione evidente: lenergia trasmessa a 50 kV e solo nelle sezioni occupate (quelle dove sitrova il treno) ridistribuita bilateralmente al treno a 25 kV.

Ma lo schema di figura 12 pu essere costruttivamente semplificato; infatti nulla impedisce di impiegareautotrasformatori invece di trasformatori (figura 13); dopo di che si osserva che uno dei conduttori dellalinea bifase (contrassegnato con q) viene ad essere in parallelo franco con la linea di contatto e pu quindiessere eliminato; come pure pu essere eliminato il primo autotrasformatore collegando il binario al puntocentrale del secondario del trasformatore principale.

Si perviene cos (figura 14) allo schema effettivo del sistema 2 x 25 kV nella versione europea, che dunquecostituito da un trasformatore principale con secondario a 50 kV, avente presa centrale collegata al binario edi morsetti, indicati convenzionalmente come +25 kV e 25 kV, collegati rispettivamente alla linea di contattoe ad un feeder sostenuto dalla stessa palificazione della linea di contatto; ad intervalli regolari di 10-15 km

sono installati gli autotrasformatori di rapporto 2/1.

La figura 15 mostra la ripartizione ideale (in assenza di cadute di tensione in linea e negli autotrasformatori)delle correnti, nel caso di 3 celle (cella = sezione tra due autotrasformatori) e con il treno al centro della 3cella.

Figura 15 Ripartizione ideale delle correnti

In questa situazione il carico viene alimentato in parti uguali dai 2 autotrasformatori adiacenti. Fatta 100 A lacorrente assorbita dal locomotore, nella 3 cella la corrente della linea di contatto proveniente da sinistra di75 A, pari alla somma dei 50 A forniti direttamente al carico e dei 25 A occorrenti per lalimentazione a 50kV dellultimo autotrasformatore; mentre quella proveniente da destra di 50 25 = 25 A.

Nelle prime due celle la corrente nel binario nulla, mentre sulla linea di contatto e sul feeder le correntisono uguali e di senso opposto e di valore pari alla met della corrente assorbita dal locomotore. Pertanto,lenergia trasportata a 50 kV dalla linea bifase costituita dalla linea di contatto e dal feeder.

Questo schema, oltre al suddetto vantaggio di consentire, a parit di cadute di tensione, un maggiordistanziamento delle sottostazioni, presenta anche quello di dar luogo a minori interferenze sulle linee ditelecomunicazioni adiacenti. Si fa qui appena un cenno a tale problema, che sar ampliato in seguito.

Un complesso di conduttori paralleli percorsi da correnti alternate, qual la linea di contatto della trazionemonofase, crea nello spazio circostante un campo magnetico che, se ci si pone a distanza elevata rispetto alla


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mutua distanza tra i conduttori, proporzionale alla somma vettoriale delle correnti nei conduttori stessi. Seil binario fosse isolato da terra, tale somma sarebbe comunque nulla e tale sarebbe anche il campo; poich,invece, il binario non isolato, una buona parte della corrente che lo percorre si disperde nel suolo, per cuidetta somma non pi nulla e si ha un campo risultante tanto pi intenso quanto pi elevata la sommavettoriale delle correnti, cio la quota di corrente che si disperde nel terreno, la quale, a parit di altre

condizioni, abbastanza proporzionale alla corrente che percorre il binario.Orbene, nel caso del sistema 25 kV convenzionale la corrente di ritorno impegna il binario lungo linterotratto da ciascun punto di carico alla sottostazione, con cumulo degli effetti di tutti i carichi. Nel caso del 2 x25 kV abbiamo visto invece che nelle celle libere nessuna corrente (in realt solo una modesta corrente)

passa nel binario. Pertanto viene a mancare leffetto di cumulo, in quanto ciascun treno praticamente creainterferenze solo nella cella che occupa; inoltre, nella cella stessa la corrente di ritorno si ripartisce

bilateralmente e anche per questo motivo si ha una riduzione delle interferenze rispetto al caso del 25 kVconvenzionale.

2.2 SPECIFICHE DI PROGETTO DEL SISTEMA ITALIANO

Elemento fondamentale di impostazione del progetto la specifica di base emessa dalle FS che,relativamente al sistema di alimentazione, stabilisce che esso deve essere in grado di sostenere lacircolazione di treni da 12 MW impostati alla velocit di 300 km/h distanziati di 5 min senza alcun limite macon margini di potenzialit.La prestazione discende dalla previsione di circolazione nei due sensi di marcia di treni tipo ETR500 nellamassima composizione (M+14R+M) con 12 MW massimi allarchetto, distanziati di 5 min: ci corrispondea una potenza specifica (nominale), complessivamente sui due binari, di oltre 1 MW/km, ipotizzando carichicon fattore di potenza di 0,95.Per il sistema a 25 kV i limiti di tensione massima e minima ammessi al pantografo, fissati dalla normativa

CEI e IEC vigente, sono rispettivamente di 27,5 e 19 kV. Al fine di consentire al treno di fornire le massimeprestazioni, la progettazione del sistema di alimentazione stata concepita in modo che, ad eccezione di trattimolto limitati, ai pantografi sia presente una tensione superiore a 22 kV.

Il dimensionamento e larchitettura del sistema adottato realizzano un margine di potenzialit del 100%, cioil sistema di alimentazione delle linea AV italiane pu raggiungere la potenzialit massima di oltre 2MW/km.Larchitettura adottata, come si vedr in seguito, realizza elevati livelli di continuit desercizio, tanto veroche mantenuta la potenzialit nominale anche in caso di gravi guasti in una sottostazione o sul sistema dialimentazione AT.Il margine di potenzialit consente di far fronte agli ipotizzabili futuri aumenti della domanda di potenza

specifica che si dovessero verificare nellarco di vita degli impianti e risulta in linea con quanto realizzatonelle linee AV europee di pi recente costruzione.

Il sistema di alimentazione della AV italiana basato su un distanziamento medio tra SSE di 50 km:ciascuna di esse attrezzata con 2 trasformatori monofase da 60 MVA. Tra due SSE successive sono previsti3 posti intermedi di autotrasformazione di potenza installata pari a 2x15 MVA, che svolgono anche lafunzione di parallelo pari/dispari, e di cui quello centrale anche posto di sezionamento.Per quanto riguarda le linee di contatto, sulla base delle potenze da trasmettere e dei limiti imposti alle cadutedi tensione, la soluzione tendenzialmente adottata prevede una catenaria costituita da una linea di contatto inrame da 320 mm (una fune portante da 120 mm pi due fili di contatto da 100 mm) ed un feeder in Al-Acdi 22,8 mm di diametro. E stato inoltre previsto un trefolo di ritorno, situato sulla sommit dei sostegni, inalluminio da 150 mm e un trefolo di terra interrato e con funzione anche di dispersore lineare da 95 mm. Lastruttura della catenaria, il tiro della fune portante e dei fili di contatto sono stati, invece, scelti sulla basedelle problematiche relative alla captazione alle alte velocit, che ci riserviamo di illustrare in seguito.


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2.3 LALIMENTAZIONE PRIMARIA

Una difficolt particolare dei sistemi di trazione monofase deriva dal fatto che, come noto, un prelievomonofase squilibra la rete di alimentazione trifase, rendendo dissimmetrico il sistema delle tensioni. Se taledissimmetria supera un certo limite, si possono avere eccessivi riscaldamenti e malfunzionamenti sullemacchine del fornitore di energia e sugli apparecchi degli altri utenti.

Lo squilibrio provocato valutato mediante il fattore di squilibrio:cc

m

P

PK=

dove Pm la potenza apparente monofase prelevata e Pcc la potenza di cortocircuito della rete trifase nelpunto di prelievo; affinch lo squilibrio sia tollerabileKdeve essere contenuto entro 1-2 %.

Le esigenze principali perseguite nel fissare la soluzione pi idonea per lalimentazione primaria sono statedue:

risolvere soddisfacentemente il problema degli squilibri; ottenere la massima continuit di esercizio, nel senso di ridurre al minimo il rischio di mancanza

dellalimentazione di una delle SSE.

La soluzione pi razionale quella di una alimentazione AT dedicata e bilaterale, che possiamo vedererappresentata in figura 16, per il caso ideale di un tratta di 150 km con 3 SSE. Lo schema costituito da:

allacciamento, con elettrodotto a 132 (o 150) kV, delle SSE estreme alle pi vicine stazioni ENEL a380 kV;

elettrodotto a 132 ( o150) kV che collega in entra ed esci tutte le SSE (linee primarie); possibilit di sezionamento della sbarra di SSE in modo di poter alimentare un gruppo con

lelettrodotto proveniente da destra e laltro con quello proveniente da sinistra (relativamente alloschema);

installazione sui montanti di gruppo di sezionatori a forchetta in modo da poter realizzare ilcosiddetto schema a V.

Figura 16 Schema di principio dellalimentazione primaria


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Con tale schema le due esigenze perseguite vengono raggiunte.Infatti, per quanto riguarda laffidabilit, larchitettura adottata garantisce la continuit di alimentazione ditutte e tre le SSE anche in caso di black-out di una stazione ENEL o di fuori servizio di un autotrasformatoreo di guasto ad un elettrodotto di allacciamento. In ogni stazione ENEL saranno, infatti, installati

autotrasformatori 380/132 kV con una potenza di 250 MVA, che assicurano quindi unampia riserva dipotenza, mentre tutte le linee saranno costituite da elettrodotti a 132 kV, equipaggiati con conduttori Al-Accdi 31,5 mm di diametro, in grado di trasportare una potenza di 200 MW. Un'unica stazione ENEL quindi ingrado di alimentare da sola tutte le SSE della tratta.

Per quanto riguarda gli squilibri, il loro contenimento ottenuto innanzitutto grazie al prelievo di potenzadirettamente dalla rete a 380 kV, caratterizzata, come noto, da unelevata potenza di cortocircuito. Inoltre, loschema adottato consente di ripartire il carico tra le diverse coppie di fasi. Nel caso di figura 16, con isezionatori nella posizione indicata, ogni stazione ENEL alimenta tre gruppi, ciascuno dei quali serve 25 kmdi linea ed derivato da una coppia di fasi diversa, RS, ST e TR. Se il carico fosse uniformemente ripartito siavrebbe una compensazione perfetta. Con lo schema a V, tuttavia, i tratti a monte e a valle di ogni SSE

hanno tensioni di fase diverse: la linea di contatto deve perci essere sezionata con un tratto neutro ai capidel quale esiste la d.d.p.:

kVUU 5,423 ==

Peraltro, nel caso di impossibilit di mantenere lo schema a V per guasto di uno dei due trasformatori diSSE, il relativo maggior squilibrio pu essere compensato allinterno del sistema e non ripercuotersi sullarete 380 kV.

In realt, la compensazione solo parziale sia perch il carico tuttaltro che uniformemente ripartito (sitratta di carichi mobili concentrati e variabili), sia perch le tratte servite non sono in pratica di uguale

lunghezza, sia perch il numero delle SSE pu essere diverso da 3.

2.4 SOTTOSTAZIONI

Ciascuno dei due trasformatori alimenta un lato della linea di contatto di circa 25 km, corrispondente, allapotenza specifica nominale di linea, ad un assorbimento di circa 25 MW.

I trasformatori monofase, inseriti sulle sbarre trifasi di distribuzione di SSE con lo schema a V, hanno

potenza nominale di 60 MVA, il che realizza il previsto margine di potenzialit del 100% e che consente,nelle situazioni in cui si dimostrasse possibile fare a meno dello schema a V, di mantenerne in eserciziouno soltanto, con laltro di riserva pronta.I trasformatori non opereranno mai in parallelo, in quanto si verrebbero ad avere correnti di cortocircuitoeccessivamente elevate, in particolare nei confronti del potere di rottura degli interruttori di bordo.

La configurazione dimpianto della SSE (figura 17) tale che per nessuna condizione di manutenzione o didisservizio di una apparecchiatura si abbia a verificare il fuori servizio di ambedue i gruppi.


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Figura 17 Schema elettrico di principio di una SSE

2.4.1 Sezione alta tensione

Ciascuno stallo di linea dotato di sezionatori e interruttori e di TA e TV per le protezioni ed eventualimisure.

Nelle SSE collegate direttamente alle stazioni ENEL sono installate apparecchiature per la registrazione dellecorrenti di sequenza inversa, al fine di determinare e monitorare il livello di squilibrio prodotto in rete.

La sbarra AT sezionabile al centro con un sezionatore telecomandato. Tale sezionatore, oltre a permetterelalimentazione indipendente di ciascun gruppo come gi detto, consente anche di mantenere in servizio unodei due gruppi in caso di guasto d sbarra o di una apparecchiatura rigidamente collegata alla sbarra.In serie al sezionatore previsto un secondo sezionatore a comando manuale che ha il solo scopo diconsentire interventi sul sezionatore telecomandato di cui sopra, sempre mantenendo in esercizio un gruppodi trasformazione.

2.4.2 Gruppi di trasformazione

Ciascun gruppo monofase alimentabile dalla sbarra trifase mediante una forchetta che consente di sceglierela coppia di fasi con cui realizzare lo schema a V.


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A valle della forchetta di derivazione presente linterruttore di protezione del trasformatore. A protezionedella macchina contro le sovratensioni sono previsti degli scaricatori.Il trasformatore dotato di regolazione di tensione lato primaria per compensare le cadute di tensionesullelettrodotto, ottenibile mediante variatore sotto carico.I trasformatori hanno possibilit di sovraccarico del 50% per 15 min. o del 100% per 5 min.

Il secondario del trasformatore a tre prese, di cui quella centrale collegata ai binari di corsa medianteconnessioni induttive di sbarramento di caratteristiche tali da rispettare le esigenze degli impianti disegnalamento. I due terminali in tensione, invece, costituiscono linizio del sistema secondario (impiantoafferente al sistema linea di contatto).Le tensioni di cortocircuito dei trasformatori hanno valore tale (10%) da limitare la corrente di cortocircuito

per guasti in prossimit della SSE a valori dellordine di 12 kA e nel contempo ridurre per quanto possibile lecadute di tensione dovute al carico.

2.4.3 Sbarra secondaria

La sbarra secondaria, composta da due conduttori uno a +25 kV (linea di contatto) e laltro a 25 kV(feeder), dotata di u sezionatore telecomandato che ha in serie un sezionatore manuale da utilizzare per la

sola manutenzione locale.Tale sbarra sezionata quando la SSE ha lassetto con collegamento a V, mentre in continuit quando unsolo trasformatore deve alimentare la linea di contatto da ambedue i lati della SSE.

2.4.4 Sezione alimentatori

In ciascuna SSE, ameno che no sia di estremit, sono presenti 4 montanti alimentatori.Ciascun alimentatore comprende un interruttore bipolare e due sezionatori bipolari, di cui uno motorizzato etelecomandato.Linterruttore svolge la funzione di protezione delle linee dai cortocircuiti, mentre il sezionatore permette dirilasciare i moduli di tolta tensione in caso di interventi sulle condutture aeree o in SSE mantenendo in

esercizio la linea.

2.4.5 Sbarra di parallelo pari/dispari

A valle del sezionatore motorizzato prevista una sbarra di parallelo pari/dispari tra gli alimentatori Nord euna analoga tra gli alimentatori Sud. Tali sbarre sono dotate di un sezionatore motorizzato, normalmente in

posizione di aperto. La loro funzione quella di consentire lalimentazione di ambedue gli scarti in caso diguasto o fuori servizio di un montante alimentatore.

2.4.6 Servizi ausiliari

Da ciascuna estremit del conduttore di sbarra feeder derivato un trasformatore monofase 2500/240 V da50 kVA per lalimentazione dei servizi ausiliari di SSE.

Ciascun trasformatore protetto da un fusibile con segnalazione dintervento e da un sezionatore a comandomanuale. I servizi ausiliari sono alimentati da uno dei due trasformatori.Sul lato BT previsto un commutatore che trasferisce automaticamente lutenza al secondo trasformatorealla mancanza di tensione sul primo, dandone segnalazione al posto centrale di telecomando.Sono previsti due carica batterie in modo da assicurare ridondanza anche su tali apparecchiature.


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2.5 SCHEMA DI ALIMENTAZIONE DELLA L.C.

2.5.1 Posti intermedi di sezionamento, autotrasformazione e parallelo pari/dispari

Come gi detto nel presentare lo schema delle alimentazioni primarie, in esercizio normale previsto ilcambio della coppia di fasi di alimentazione sia tra i due gruppi di una SSE sia tra i gruppi corrispondenti

alimentanti ciascun tratto di linea tra SSE e SSE. Pertanto la linea di contatto deve essere sezionata sia incorrispondenza della SSE sia a met della tratta di 50 km.

Allo scopo di poter spostare i sezionamenti e meglio ripartire il carico in caso di condizioni anormali come ilfuori servizio parziale o totale di una SSE, i sezionamenti sono realizzati anche a met di ciascuna antenna di25 km e tenuti normalmente cortocircuitati.

In definitiva, lo schema standard di alimentazione quello indicato in figura 18. Tra due SSE sarannorealizzati 3 posti intermedi uguali distanti circa 12,5 km, ciascuno comprendente:

un sezionamento, cortocircuitabile;

due moduli uguali, uno per ciascun lato del sezionamento, costituiti da un autotrasformatore da 15MVA, collegabile, a mezzo interruttori di manovra bipolari, alla linea di contatto e al feeder sia delbinario pari sia del dispari, con realizzazione del parallelo pari/dispari. Dalla sbarra feeder di ciascunmodulo derivato un trasformatore monofase per i servizi ausiliari 25000/240 V di potenza pari a 10kVA.

Figura 18 Schema di alimentazione della L.C. con posti intermedi

Nel caso in cui limpianto sia semplicemente in configurazione di posto di parallelo (con sezionamentoquindi cortocircuitato) potr essere in servizio un solo modulo con laltro di riserva, oppure potr essererealizzato il parallelo dei due autotrasformatori.

Nel caso, invece, in cui la configurazione di impianto sia quella di posto di sezionamento (cambio coppia di

fasi), i due moduli devono necessariamente essere entrambi in servizio e, sulla linea di contatto, gliinterruttori di manovra e i sezionatori del posto di sezionamento saranno aperti.


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Figura 19 Posto di autotrasformazione e parallelo pari/dispari

Figura 20 Posto di autotrasformazione di met tratta comprendente posto di sezionamento

I sezionamenti (vedi figura 21) sono realizzati con doppio spazio daria (ciascuno dei quali non inferiore a 50cm) e breve tratto intermedio non alimentato (tratto tampone) di circa 50 m. Il treno deve impegnare il trattotampone senza assorbire corrente in modo da evitare linnesco di un arco al passaggio tra condutturaalimentata e tratto tampone. La disinserzione dellazionamento e dellinterruttore principale di bordo sarannocontrollati e/o comandati automaticamente tramite boe disposte sul binario in posizione opportuna, in

modo da garantire la massima sicurezza delleffettuazione della manovra e nel contempo limitare al massimoil tempo di disinserzione dei motori.


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I due sezionamenti sono cortocircuitabili, il primo mediante un interruttore bipolare di manovra (operabileanche sotto carico), il secondo mediante un sezionatore unipolare. Di questo sezionatore il macchinista purichiedere telefonicamente al posto di telecomando la chiusura nel caso eccezionale in cui il treno si siaarrestato con il pantografo sotto il tratto tampone.Il sezionamento del feeder, invece, unico, situato in corrispondenza del primo spazio daria incontrato dal

treno in senso legale (sinistra), e realizzato attraverso isolatori di ormeggio senza collo morto.

Figura 21 Posto di sezionamento su linea a doppio binario

2.6 I PROBLEMI DELLA LINEA DI CONTATTO

Lunghi ed approfonditi studi e prove hanno portato ad una serie di migliorie, anche di dettagliapparentemente secondari, che tuttavia l'esperienza ha dimostrato importanti per realizzare una correttacaptazione ed una lunga durata di striscianti e filo di contatto.Riportiamo brevemente alcune considerazioni.

2.6.1 Tiro dei conduttori

L'aumento del tiro T molto utile, perch consente di aumentare la velocit critica, intesa come velocit dipropagazione delle oscillazioni:

= mTvc / la sommatoria estesa a tutti i conduttori costituenti la linea di contatto, di massa lineare m. Occorreovviamente garantire per i conduttori un adeguato coefficiente di sicurezza K a rottura (si assume: K2),anche nella condizione estrema di filo a massima usura. A tal fine viene usato rame opportunamenteadditivato, per esempio con 0,1% di argento: il tiro fissato a 15 kN per il filo di contatto da 120 mm 2 ecorrisponde ad una sollecitazione di trazione: = 125 N/mm2 a nuovo e =160 N/mm2 a massima usura.Per la corda portante si assume: T = 14-15 kN, con = 213-228 N/mm2.


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2.6.2 Sospensione a Y

La sospensione ad Y consiste nell'aggiunta di una corda ausiliaria applicata alla portante, con un tiro moltopi modesto; i relativi pendini sono sostenuti dalla corda ausiliaria, per cui la rigidit in corrispondenza allasospensione risulta molto pi bassa e molto pi prossima a quella a coltro campata. Ne risulta, come si vedein figura 22, una diminuzione dell'escursione del pantografo, con benefici effetti per la captazione. Le

catenarie monofasi sono state realizzare finora con sospensione ad Y, che richiede una messa a punto ed unamanutenzione scrupolose, ma consente l'aumento dell'elasticit emin e la conseguente riduzione dell'indice didisuniformit.

Nel campo dell'AV, essa adottata dalla DB e dalla RENFE e, in Francia, per la linea TGV Parigi Sud-Est(TGV-PSE).

Figura 22 Traiettorie dello strisciante

2.6.3 Spinta del pantografo

Alla bont della captazione ad AV contribuisce, oltre all'adeguato tiro dei conduttori, il contenimento ed ilcontrollo della spinta F esercitata dalla presa di corrente. L'effetto aerodinamico che alle basse e medievelocit utile per conseguire una legge di variazione della spinta:

2)( kvFvF o +=

idonea per evitare distacchi, porterebbe nell'esercizio ad AV a valori di F eccessivi per usure e sollevamentodel filo. Con catenarie leggere il valor medio Fm dev'essere di 120-130 N fra 200 e 300 km/h, con valoriestremi a 300 km/h: Fmax = 200 N; Fmin = 50 N. Si adottano quindi pantografi aerodinamicamente neutri, nei

quali la spinta impressa da un apposito dispositivo elettropneumatico.

2.6.4 Sostegni

Molto importanti sono la disposizione degli elementi di sostegno e guida della linea di contatto incorrispondenza dei pali ed il sollevamento del filo da essi consentito. Normalmente vengono usati palisingoli, che sopportano mediante isolatori, i puntoni ed i tiranti.Per la linea TGV-PSE fu stabilito un valore massimo: =0,24 m. Due spettacolari incidenti occorsi nei primimesi d'esercizio, con il danneggiamento di lunghi tratti di catenaria, dimostrarono come tale valore fosseinsufficiente in particolari condizioni d'esercizio (forte vento laterale su tratti in rilevato), con aumento

eccessivo della spinta F. Studi e prove portarono a limitare la spinta massima, a modificare la disposizionedei bracci di poligonazione in modo da consentire un maggior sollevamento , a ridurre le oscillazioni dellacatenaria. Questi provvedimenti, insieme all'aumento del tiro T di cui abbiamo parlato, ai tecnici francesi


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sono apparsi pi convenienti della sospensione ad Y, che per la linea TGV-A stata perci abbandonata: cicomporta, ovviamente, un peggioramento dell'indice i, compensato dall'irrigidimento e dall'aumento dellavelocit critica.Da ricordare che sotto una catenaria del genere il 18 maggio 1990 stato raggiunto il record di 515,3 km/h;

per l'occasione il tiro del filo stato aumentato a 33 kN (velocit critica: Vc = 553 km/h).

Come si vede, esiste in questo campo, come del resto naturale nelle tecnologie applicative, una diversit diopinioni da parte dei tecnici.La SNCF, tra l'altro, ritiene utile posare il filo con freccia positiva pari a 10-3 l a met campata (catenaria

preflessa), mentre altri ritengono questo provvedimento non utile e preferiscono mantenere la sospensione adY, con elasticit elevata e molto uniforme. A conferma della molteplicit dei punti di vista va ricordato cheuna soluzione completamente diversa da quelle europee adottata in Giappone per la rete ad AV Shin-kansen, dove i treni sono di forte composizione e a potenza distribuita, con pi pantografi in presa. Lacatenaria pesante e di tipo composto, con campate di soli 50 m; il filo di contatto di rame ha sezione di 170mm2 e tiro di 15 kN, la corda portante ausiliaria di rame sezione di 150 mm 2 e tiro di 15 kN, la portante

principale d'acciaio sezione di 180 mm2 e tiro di 25 kN; l'elasticit media di 0,3 mm/N.

2.7 PROTEZIONE DAI CORTO-CIRCUITI SULLA L.C.

Le apparecchiature di protezione che intervengono sugli interruttori dei montanti alimentatori sono del tipo areattanza con caratteristica rettangolare ed in grado di assicurare lintervento anche con linee in parallelo edestese fino alla SSE limitrofa.

Lesercizio degli scarti pari e dispari in parallelo. In caso di guasto, la sequenza automatica degli interventi

la seguente: In SSE, le protezioni a reattanza fanno aprire i rispettivi interruttori, provocando la momentanea

disalimentazione di ambedue i binari. Subito dopo, poich la chiusura ed il mantenimento in chiusura degli interruttori di manovra dei

posti intermedi di parallelo condizionata dalla presenza di tensione lato linea (rilevata attraversoappositi TV), detti interruttori di manovra si aprono automaticamente per mancanza di tensione,attuando la separazione tra linea di contatto pari e dispari.

Dopo un brevissimo intervallo di tempo, gli interruttori di SSE si richiudono e, se il guasto permane,si ha la riapertura del solo interruttore relativo al binario si cui insiste il guasto, mentre le condutturedellaltro binario restano rialimentate.

A questo punto, nei posti di parallelo si richiudono solo gli interruttori di manovra relativi al binarioin tensione, reinserendo in tal modo gli autotrasformatori a servizio del binario stesso.

Sullaltro binario, invece, attraverso normali procedure di sezionamento si individua la tratta guasta.Tutte le manovre di ricerca saranno quanto pi possibile automatizzate a livello di posto centrale ditelecomando.

2.8 CONDUTTURE AEREE

2.8.1 Struttura

I sostegni sono del tipo LS, normalmente usato per le elettrificazioni delle FS, con sospensione a puntoneinclinato (vedi figura 23).


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Gli isolatori sono del tipo composito con tensioni di tenuta di 250 kV ad impulso e 125 kV a frequenzaindustriale per 1 min. sotto pioggia.I sostegni allaperto sono fissati ai blocchi di fondazione attraverso bulloni agenti su flangiatura e ci sia perdiminuire i tempi di montaggio sia per rendere possibile linstallazione direttamente sulle solette dei viadotti,che avranno delle forature apposite. In galleria sono previsti supporti penduli. Laltezza del filo di contatto

sotto sospensione di 5,35 m dal piano del ferro.

Figura 23 Sezione trasversale allaperto


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Figura 24 Sezione trasversale in galleria

2.8.2 Trefolo di terra

Tutti i sostegni di ciascun binario sono collegati tra di loro alla sommit da un conduttore in alluminio da 150mm2, il quale ogni 1500 m circa connesso al binario, tramite connessioni induttive, necessarie per leesigenze degli impianti di segnalamento. Sono previsti collegamenti di parallelo tra il conduttore pari equello dispari alla fine ed a met di ciascuna tratta di 1500 m. Tale conduttore esplica una triplice funzione:

di conduttore di ritorno, in quanto, in virt della sua posizione prossima alla L.C. ed al feeder,attira una buona quota della corrente di ritorno, con riduzione della quota di corrente che sidisperde nel terreno e conseguente diminuzione delle interferenze;

di conduttore di terra per la protezione contro il tensionamento dei sostegni, in quanto realizza uncollegamento diretto dei sostegni al binario, per cui, in caso di cedimento di uno degli isolatori, si haun cortocircuito franco con conseguente intervento immediato delle protezioni;

di protezione ceraunica, in quanto, sempre in virt della sua posizione prossima ai conduttori attividella linea, opera una efficace protezione contro le sovratensioni di origine atmosferica.

2.8.3 Impianto di terra della linea

Allo scopo di diminuire i potenziali ritorno/terra e conseguentemente evitare il rischio di eccessive tensionidi contatto sia in esercizio normale sia in caso di guasto, la naturale conduttanza di dispersione del binarioverso terra viene aumentata attraverso la posa, per ciascuno dei due binari, di un apposito dispersore linearecostituito da un conduttore in rame da 95 mm2 interrato in prossimit della base dei sostegni e ad essicollegato. Tale dispersore lineare riduce anche limpedenza dei sostegni verso terra, ci che importante ai

fini della protezione contro le sovratensioni di origine atmosferica.


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Tutte le apparecchiature e le strutture metalliche ricadenti nella sede ferroviaria sono francamente collegateai sostegni o al conduttore interrato. In viadotto, il conduttore interrato posato sulla soletta dellimpalcato;su ciascuna pila sono realizzate delle discese che vanno ad attestarsi ad adeguati picchetti di dispersione.In galleria, i due conduttori proseguono: quello aereo collega tutti i supporti penduli e quello interrato

posato sullarco rovescio esternamente ai binari e collegato, con lo stesso passo dei supporti penduli, ai ferri

dellarmatura dellarco rovescio della galleria. In corrispondenza di ciascun supporto pendulo montata unadiscesa che collega il supporto con il relativo dispersore lineare.

2.8.4 Feeder

Il feeder costituito da una linea aerea con conduttore in Al-Acc di 22,8 mm di diametro. La sezione tipodella linea di contatto prevedeva il feeder posizionato in testa al palo LS e sostenuto da mensola con isolatoreappesa rivolta verso lesterno della sede, ma i trincea e in presenza di muri di controripa, per il rispetto deifranchi elettrici, si reso necessario rivederne la posizione e pertanto sar rivolto verso linterno della sede equindi montato direttamente sopra la sospensione con un isolatore portante. Allinterno delle gallerie sempre costituito da una conduttura aerea sostenuta da isolatori dello stesso tipo attaccati ai pendoli. Gliisolatori hanno le stesse caratteristiche di quelli della linea di contatto.

2.8.5 Sospensione

La sospensione a puntone inclinato adottata fortemente innovativa: realizzata in lega dalluminio, conevidente risparmio nei pesi e conseguenti vantaggi per la migliore maneggevolezza sia nella posa in operainiziale che nelle successive operazioni di manutenzione oltre, ovviamente, con migliori prestazioni dal

puntoni vista della corrosione e dellinstallazione in ambienti aggressivi. La regolazione della configurazione ottenuta mediante fori allineati che consentono di realizzare variazioni discrete della geometria,

presentando minore difficolt nel recupero di assestamenti e inesattezze di montaggio: a tal fine la differenzadi assetto che si realizza tra due fori di regolazione successivi tale da rientrare nei limiti di tolleranza. Tuttigli accoppiamenti fra i vari componenti sono realizzati mediante spine in acciaio inox e coppiglie di

sicurezza, che consentono celerit dinstallazione e insensibilit di serraggio. Sono stati eliminati pressochtotalmente collegamenti tramite bulloni.

Figura 25 Particolare della sospensione a puntone inclinato in lega dalluminio


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2.9 CONFINE ELETTRICO 25 kV AC / 3 kV DC

Un confine tra sistema 25 kV c.a. e sistema 3 kV c.c. si presenta in tutte le interconnessioni delle nuove lineecon le linee esistenti. Data lincompatibilit tra i due sistemi, saranno elettrificati a 3 kV c.c. i tratti terminali

di penetrazione delle nuove linee nei nodi fino ad una distanza tale da evitare interferenze delle correnti a 50Hz sui circuiti di binario degli impianti di segnalamento delle linee esistenti.

Il sezionamento di confine sar realizzato come rappresentato in figura 26.

Figura 26 Sezionamento dei posti di confine 25 kV a.c./ 3 kV c.c.

Allo scopo di impedire il travaso delle correnti di ritorno, sul binario saranno applicati due giunti isolanti,distanziati di non oltre 2 m., non essendo previsto, sullo spezzone di binario che rimane isolato, alcuncontrollo di occupazione.

Le linee di contatto dei due sistemi di elettrificazione saranno separate con doppio sezionamento a spaziodaria e tratto intermedio con isolatore centrale, in modo da creare due tratti neutri che saranno francamentecollegati alla rispettiva zona di binario.La zona di confine deve essere naturalmente percorsa a pantografo abbassato, anche nellipotesi dilocomotiva dotata di pantografo anfibio (mezzi politensione). Per ottenere la sicurezza dellabbassamentosono previsti, come per i tratti tampone per cambio fasi, dispositivi di controllo/comando automatici,

mediante impiego di boe di terra.

Per ridurre, per quanto possibile, lo sconfinamento in territorio c.c. delle correnti di ritorno a 50 Hz, dannosoagli effetti delle interferenze sul segnalamento, sar probabilmente necessario prevedere anche opportune

bobine di reattanza, in aggiunta ai suddetti giunti isolanti di binario che in effetti, al passaggio di un treno,risultano cortocircuitati tramite le ruote.


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2.10 DISTURBI PRODOTTI DALLE LINEE A CORRENTE ALTERNATAMONOFASE

In corrente alternata non si hanno pericoli di corrosione elettrolitica di rotaie, tubazioni e strutture metallichedovuta alle correnti disperse, ma acquistano notevole importanza i fenomeni d'induzione elettrostatica edelettromagnetica che interessano tutti i conduttori posti in prossimit della ferrovia: linee ditelecomunicazioni in primo luogo, e poi tubazioni metalliche, linee elettriche, circuiti di binario, ferrovie acorrente continua.

L'induzione elettrostatica riguarda soltanto i conduttori nudi non schermati, quindi non le linee in cavo. Latensione indotta Us dipende esclusivamente dalla tensione di linea U1: nelle immediate vicinanze dellaferrovia, la Us pu raggiungere il 10% della tensione massima istantanea USmax, quindi alcune migliaia divolt. La capacit C fra conduttore e linea di contatto, che influenza il rapporto US/U1, diminuisce conl'aumento della distanza reciproca; supposto U1 = 25 kV, a 50 m la Us dell'ordine di 300 V. Va osservato

che, a fronte di potenziali relativamente elevati, molto limitata l'energia associata alla carica elettricaaccumulata nel conduttore con il quale una persona possa venire accidentalmente a contatto. Molto pi grave l'effetto della f.e.m. E indotta, legata all'intensitIdella corrente alternata ed alla sua frequenzaf1.

Va innanzitutto osservato che il circuito di trazione di una linea classica fortemente dissimmetrico: lacorrenteI1 che percorre la linea di contatto ritorna alle sottostazioni (figura 27) sia attraverso le rotaie, siaattraverso il terreno. Solo in prossimit del veicolo e delle sottostazioni, cui il binario collegato, si ha: I2=I1.

Nelle zone intermedie buona parte della corrente di ritorno percorre il suolo: se i punti d'alimentazione sonolontani, fino al 50%.

Figura 27 Correnti disperse nel circuito di trazione

L'ammettenza di dispersione Y delle rotaie pi elevata che in c.c. e, pur con armamento in buonecondizioni, raggiunge valori di 1 S/km ed oltre. Anche l'impedenza longitudinale Z del binario moltoelevata e cresce sensibilmente con la correnteI2.

Una prima diretta conseguenza della dispersione della corrente di ritorno il potenziale Ub, assunto dalbinario rispetto al terreno, massimo in corrispondenza del mezzo di trazione e della sottostazione. Di solito si

considera il potenziale specifico: Ubs = Ub/ Iche per distanze D fra veicolo e SS superiori a 5-6 km puraggiungere valori massimi di 0,10-0,15 V/A.


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Per le linee a forte intensit di traffico, con correnti dell'ordine di 1 kA, riveste notevole importanza lalimitazione dei potenziali Ub, che viene perseguita collegando fra loro le rotaie, compatibilmente con leesigenze dei circuiti di binario, e con numerose ed efficienti messe a terra. Le Ferrovie austriache (OBB) perle linee principali sono ricorse al conduttore ausiliario di ritorno, collegato direttamente al binario. Essomodifica in senso nettamente favorevole la ripartizione della corrente di ritorno, che risulta suddivisa in parti

uguali fra rotaie, conduttore ausiliario e terreno; il potenziale Ub si riduce del 40%.

2.10.1 Induzione elettromagnetica

Fortunatamente le f.e.m. E indotte dall'impianto di trazione sono attenuate dalla presenza degli altri circuitiinteragenti che, se chiusi, sono sede di correnti indotte tali da esercitare, per loro natura, un effetto dicompensazione.

Per determinare la E indotta in una linea di telecomunicazioni che per lo sviluppo S corra parallelamente allaferrovia si schematizza il sistema considerando separatamente i diversi conduttori, tutti riferiti al terreno.

Figura 28 Rappresentazione di circuito di trazione e linea di telecomunicazioni disturbata

Nella figura 28 sono rappresentati soltanto il circuito di trazione e la linea "disturbata" 0; poich la resistenzad'isolamento di quest'ultima molto grande, si pu ritenereI0 0. La f.e.m. in essa indotta risulta quindi:

iio IZE = in cui le impedenze tengono conto delle mutue induttanze e, in generale, della resistenza del ritornoattraverso il terreno. Nell'ipotesi assunta si ha:

=

210

2120110 1

ZZZZIZE

L'espressione entro parentesi viene denominata fattore di riduzione, nel caso specifico dovuto alle rotaie:

=

210

21202 1

ZZ

ZZK

In generale si pone:ISMKE =

in cui K il fattore di riduzione globale.

In presenza del conduttore ausiliario di compensazione, l'espressione della f.e.m. diventa:

=

110

331

110

221110 1

IZ

IZ

IZ

IZIZE


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per evidenziare i contributi dovuti alla corrente di binario ed alla corrente del conduttore ausiliario, si ponecome fattore di riduzione globale K il prodotto:

32 KKK =

K2 per una linea a doppio binario assume il valore 0,5 in piena linea, ma scende a 0,25 in prossimit dellesottostazioni; il fattore K3 dell'ordine di 0,8-0,9.

Gli effetti del campo magnetico prodotto dalla corrente di linea sono dovuti: in via permanente, alle normali correnti di trazione, a frequenza f1, ed alle relative armoniche In, a

frequenzafn. in via transitoria, alle correnti di corto circuito Icc.

Per contenerne entro limiti accettabili le conseguenze indispensabile un rapido intervento degli interruttoridi protezione; tali tempi sono dell'ordine di 60-80 ms.

Se il conduttore soggetto all'induzione elettromagnetica messo a terra ad un'estremit, all'estremit opposta

si manifesta una d.d.p. verso massa corrispondente alla f.e.m. E; se il tratto di parallelismo molto lungo, sipossono avere danni a persone o impianti; le differenze tra le f.e.m. indotte nei due conduttori di un circuitotelefonico danno luogo inoltre a tensioni di rumore che disturbano le comunicazioni.Per le diverse situazioni si stabiliscono di regola valori limiteElim; dato il valore di S, si pu ricavare la f.e.m.specifica ammissibile:

S

EEs

limlim =

oppure, viceversa, dato il valore Es, si stabilisce lo sviluppo:

sE

ES limlim =

II fenomeno dell'induzione elettromagnetica si attenua in funzione della distanza D molto lentamente:triplicando D, da 100 m a 300 m, la mutua induttanza M si dimezza soltanto.I fattori di riduzione K, e la mutua induttanza M dipendono da una serie di elementi. Ci limitiamo a citarnealcuni:

a) natura del terreno: al diminuire della sua conduttivit, M aumenta;b) valore delle correnti inducenti: il fattore K diminuisce all'aumentare di I;c) utilizzazione delle rotaie per il ritorno della corrente, dato che possono essere usate entrambe, o una

soltanto, per esigenze dei circuiti di segnalamento. vantaggioso collegarle in parallelo, nelle linee adoppio binario;

d) frequenzaf1 d'alimentazione;e) alimentazione bilaterale, possibile nel sistema a 15 kV, 16 e 2/3 Hz. Essa vantaggiosa sia per la

ripartizione della corrente assorbita dai singoli mezzi di trazione, sia per l'effetto di parzialecompensazione dovuto al verso opposto delle correnti nei tratti di parallelismo a cavallo del punto incui si trova il veicolo.

Il sistema d'elettrificazione a 2 x 25 kV offre, sotto questiaspetti, considerevoli vantaggi poich:

a) sono praticamente annullali gli effetti dell'induzione elettrostatica;b) la mutua induttanza dovuta al circuito catenaria/alimentatore negativo ridotta, essendo questi due

conduttori tra loro vicini;c) nelle sezioni in cui non si trovano treni la corrente nel binario nulla;d) nella sezione in cui si trova un treno la corrente nei binario dovuta solo a questo treno. Inoltre la

distribuzione delle correnti equivale all'alimentazione bilaterale, quindi con effetto di parzialecompensazione.


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3. LE LINEE FERROVIARIE AD ALTA VELOCIT IN ITALIA

Allo scopo di potenziare e rendere competitiva la rete ferroviaria italiana nel 1991 nata la TAV S.p.A.,societ con lo scopo di costruire nuove linee veloci dedicate. Fra gli obiettivi del progetto sono:

- l'ampliamento delle dorsale Milano-Bologna-Firenze-Roma-Napoli, la trasversale Torino-Milano-Venezia, il collegamento tra Genova e la pianura padana e la sistemazione dei nodi urbani

- l'aumento della capacit dell'intero sistema ferroviario (da cui la dicitura TAC = Treno ad AltaCapacit)

Molti di questi obiettivi sono in fase avanzata di completamento.

3.1 IL PROGETTO PER LE NUOVE LINEE VELOCI

Il progetto per le nuove linee veloci prevede la riorganizzazione dei nodi ferroviari urbani e ilquadruplicamento (cio la costruzione di una nuova coppia di binari) dei tratti ferroviari ad alta intensit di

traffico, lungo le pi importanti direttrici ferroviarie del Paese: la dorsale Milano-Napoli, la trasversaleTorino-Milano-Venezia e il collegamento tra Milano e la Pianura Padana attraverso il Terzo Valico.Le prime ad essere realizzate saranno le linee tra Torino, Milano e Napoli e il tratto tra Padova e Mestre.L'obiettivo trasformare il sistema ferroviario italiano in un sistema ad alta capacit: la costruzione dellenuove linee consentir, infatti, la circolazione, in condizioni di massima sicurezza, di un numero di treniquasi doppio rispetto all'attuale. La frequenza dei treni quotidiani in partenza da ogni stazione aumentersensibilmente e, con essa, la qualit del servizio offerto agli utenti.Alleggerite di buona parte del traffico, le linee esistenti potranno essere dedicate al trasporto locale eregionale e al trasporto delle merci. La prospettiva disporre di una rete di collegamento efficiente per mercie passeggeri dotata di accessi immediati ai principali punti di trasporto e di scambio: porti, interporti,aeroporti.

3.1.1 Linteroperabilit

Per rendere lAV italiana interamente funzionale al potenziamento della ferrovia italiana nel suo complessotrasformando il sistema ferroviario in un sistema ad alta capacit con accesso immediato ai principali sistemidi trasporto e di interscambio, le nuove linee saranno destinate tanto al trasporto di lunga percorrenza di

passeggeri e merci. Gli standard costruttivi utilizzati, i parametri geometrici del tracciato, i carichi massimi ela sagoma limite ammessa, sono infatti tali da rendere accessibile la nuova infrastruttura a diverse tipologiedi treni e garantire linteroperabilit con la rete AV europea cos come con le linee nazionali esistenti.Linterscambio tra queste e le nuove linee reso possibile dalle interconnessioni: grazie ad esse sar

possibile non solo garantire collegamenti diretti e veloci tra grandi terminali, ma anche ampliare il bacino diutenza delle linee veloci alle citt di medie dimensioni non direttamente attraversate dalle nuove linee ecreare collegamenti pi efficienti con i grandi terminali logistici.

3.1.2 Tempi di percorrenza

La stretta interconnessione delle nuove linee con la ferrovia esistente permetter infatti di estendere i beneficidei nuovi collegamenti a tutto il sistema ferroviario, avvicinando il nord al sud dell'Italia e l'Italia al restod'Europa.Da Roma, Lione - con il completamento delle nuove linee veloci italiane e la realizzazione dell'Alpetunnel -sar raggiungibile in 5h42' rispetto alle 10h47' attuali, Bari in 3h40' rispetto alle 4h40' attuali, Reggio

Calabria in 5h15' rispetto alle 6h15' attuali.


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Da Milano a Roma si impiegheranno circa 3h rispetto alle 4h30' attuali, e da Torino a Napoli sarannonecessarie solo 5h30' rispetto alle circa 9h attuali, considerando anche i tempi di fermata in ogni stazione dicirca 5min.La tabella indica i tempi di percorrenza attuali e futuri, con le linee AV completamente operative

Tratta Distanzaattuale

(Km)

Tempi attuali Tempi sunuove linee

Torino-Milano 153 1h30' 50'

Milano-Bologna 215 1h42' 60'

Bologna-Firenze 92 59' 30'

Firenze-Roma 254 1h35' 1h20'

Roma-Napoli 214 1h45' 1h05'**

3.1.3 Sicurezza durante la circolazione dei treni

La sicurezza di circolazione delle nuove linee veloci un requisito fondamentale dello sviluppo progettualedella nuova infrastruttura, insito nel tipo di tecnologie adottate e nel livello di automazione prescelto.La sicurezza garantita dallinsieme degli impianti di segnalamento installati sulla linea e delleapparecchiature di bordo le quali, ricevendo le informazioni da terra, realizzano la funzione di controllocontinuo della velocit (ATC- Automatic Train Control).

I tradizionali segnali luminosi, che a velocit di 300 km/h sono difficilmente leggibili dal personale di bordo,sono stati sostituiti dalla trasmissione automatica continua in cabina di guida di tutte le informazioni sullostato della linea ferroviaria a valle del treno, espressa in termini di distanza obiettivo da rispettare sia in via

permanente che transitoria. Larchitettura delle apparecchiature di bordo connesse al comando e controlloautomatico della marcia dei treni sicurezza sar realizzata secondo lo standard Eurocab che prevede oltre adun elevato grado di automazione, lintegrazione delle funzioni di sicurezza e la realizzazione di unainterfaccia uomo-macchina unica per tutte le reti ferroviarie europee.Pertanto ogni treno ricever in cabina di guida, con continuit e in via automatica, sia linformazione dellalibert della via connessa al distanziamento dal treno che lo precede, sia lindicazione di punti singolari dellalinea che impongono livelli di velocit ridotti rispetto alla velocit standard di esercizio (limiti imposti dallageometria del tracciato, rallentamenti temporanei, ecc.). In entrambi i casi lautomatismo di bordo sar ingrado di indicare costantemente al macchinista la velocit di sicurezza da rispettare, di programmare il

profilo caratteristico di frenatura del treno per ogni traguardo, con lintervento automatico del treno in casodi superamento dei valori di velocit ammessi dal profilo stesso.Il comando automatico del treno adottato per le nuove linee veloci sar basato su una trasmissione radio

bidirezionale terra/treno, conforme, come gi detto, alle specifiche del progetto europeo.La comunicazione radio bidirezionale permette di acquisire con continuit ed in tempo reale:

a bordo del treno i dati relativi alle condizioni della linea immediatamente a valle, compreseeventuali limitazioni di velocit dovute al tracciato, mobili (connesse al movimento dei treni) otemporanee (rallentamenti per cantieri di lavoro in linea);

a terra le caratteristiche sia statiche che dinamiche dei convogli presenti nella tratta (numeroidentificativo, composizione, posizione, velocit, accelerazione, diagnostica,...);

La logica di terra calcola per ogni treno, in funzione della velocit e delle caratteristiche di frenatura, unospazio di sicurezza dinamico. Sulla base della lunghezza di tale spazio, e tenendo conto delle eventuali


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limitazioni di tracciato e dei rallentamenti temporanei, viene comunicato al treno il limite di velocit darispettare.La posizione del treno viene determinata dallodometro di bordo opportunamente ricalibrato e da appositisensori (boe o balise) installate sulla linea.Questo sistema di distanziamento consentir un cadenzamento teorico minimo di 230 alla velocit di 300

km/h.

3.1.4 La sicurezza in galleria

Tutte le gallerie principali lungo le nuove linee sono progettate per far fronte a quello che in galleria l'incidente pi temuto: l'incendio. Le finestre laterali rappresentano rapide "vie di fuga" verso l'esterno. Oltrealle misure di prevenzione comunemente adottate sul materiale rotabile che percorrer le nuove linee(sensori di rilevamento e uso di materiali refrattari ed autoestinguenti), sono stati progettati specificiinterventi - ad oggi in fase di perfezionamento - per l'accessibilit esterna e interna. Per la gestionedell'emergenza le nicchie saranno attrezzate con armadi per i materiali di soccorso. Su entrambi i lati dellegallerie principali saranno realizzati stradelli pedonali larghi circa 65 centimetri. Il piano viabile dellefinestre sar composto da una corsia per il passaggio dei mezzi di soccorso e da un percorso pedonale largo.

allo studio la possibilit di realizzare, in corrispondenza delle finestre, camere di transizione dotate didoppie porte, per l'esodo dei viaggiatori e per l'accesso delle squadre di soccorso in caso di incendio, e di unsistema di ventilazione capace di mantenere le camere stesse a una pressione superiore a quella della galleria,con funzione di zona filtro per la protezione dal fumo in caso di incendio. La segnaletica sar di tiporiflettente a alta rifrangenza o luminescente.

3.2 SITUAZIONE ATTUALE (NOVEMBRE 2005)

Le linee ferroviarie ad alta velocit si svilupperanno per oltre 1400 km sulle principali direttrici del Paese daTorino a Venezia, da Milano alla Sicilia e sui collegamenti di valico con il resto d'Europa.

Figura 29 Linee (novembre 2005)


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Le tratte previste sono le seguenti.

La linea veloce Torino-Milano si articola su un percorso di 125 km e si estende, per la maggior parte delsuo tracciato, nel territorio piemontese e per un quinto circa in quello lombardo. Una volta operativa, la lineacollegher Torino a Milano in 50 minuti.

La linea veloce Milano-Bologna si articola su un percorso di circa 182 km e interessa il territorio di 42comuni distribuiti tra la Pianura Padana e le provincie di Milano, Lodi, Piacenza, Parma, Reggio Emilia,Modena e Bologna. Sar collegata alla rete tradizionale attraverso otto interconnessioni.

La linea veloce Bologna-Firenze si articola su un percorso di 78,5 km e interessa il territorio di 12 comuni,6 in provincia di Bologna e 6 in provincia di Firenze. A causa della particolare complessit morfologica edellalta sensibilit ambientale delle zone attraversate (i comuni dell'Appennino emiliano e l'area delMugello, in Toscana), si deciso di minimizzarne l'impatto ambientale facendone passare la maggior parte(il 93% circa) in galleria. Una volta operativa, la linea collegher Bologna e Firenze in 30 minuti.

La Direttissima Roma-Firenze gi funzionante dal 1978 ed stata costruita con lo scopo di elevare lecaratteristiche delle linee e del servizio ferroviario dell'epoca attraverso l'integrazione con la rete

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