Il Sistema di alimentazione delle linee Il Sistema di alimentazione delle linee ferroviarie Italiane ad Alta Velocitferroviarie Italiane ad Alta Velocitàà::

esigenze e nuove soluzioniesigenze e nuove soluzioni

Prof.ing. Alfonso Capasso

Torino 26 Maggio 2009

LINEE FERROVIARIE AV – CARATTERISTICHE PRINCIPALI

Velocità massima 300 km/h

Raggio di curvatura minimo 5450 m

Pendenza massima allo scoperto 18 %o

Pendenza massima in galleria 15 %o

Sopraelevazione massima 10,5 cm

Raggio minimo raccordi altimetrici 20 km

Distanziamento minimo treni 5’ (in entrambi i sensi di marcia)

Larghezza della sede 13,6 m

Interasse binari 5 m

Sezione utile gallerie naturali 82 m2

Sistemi di elettrificazione ferroviaria: dimensionamento

Vincoli/obiettivi di progetto:

max c.d.t. per mantenere V ai pantografi a valore sufficiente per garantirne marcia regolare e secondo orario:

densità max di corrente nei conduttori entro il limite termico: 4 A/mm2

contenimento delle potenze erogate dalle macchine in SSE in funzione della loro taglia e dei loro limiti di sovraccaricabilità

Output: - numero, posizione e “taglia” delle SSE,

- configurazione e sezioni dei conduttori della linea di trazione

Tipo di trazione Vmin Vn Vmax

3 kV c.c. 2000 3000 3600

15 kV 16 e 2/3 Hz 12000 15000 17250

25 kV 50 Hz 19000 25000 27500

SCHEMA TIPO DI ALIMENTAZIONE PRIMARIA DELLE TRATTE 3kVcc (tipo DIRETTISSIMA Roma- Firenze)

~ 16km ~ 16km ~ 16km ~ 16km ~ 16km ~ 16km

~ 100km

SCHEMA TIPO DI ALIMENTAZIONE PRIMARIA DELLE TRATTE AV 2x25 kV c.a.

ALIMENTAZIONE DEL CIRCUITO DI TRAZIONE ELETTRICA 2x25 kV

Le SottoStazioni Elettriche svolgono la funzione di trasformazione da AT (132 kV) a 2x25 kV per la TEIl distanziamento tra le SSE è di circa 50 km Ciascuna sottostazione elettrica è composta da due sezioni di trasformazione ciascuna equipaggiata con macchine da 60 MVA (riserva 100%)

Tra una SSE e l’altra sono ubicati 3 Posti di Autotrasformazione e di Parallelo distanziati di circa 12 kmCiascun posto di parallelo intermedio è composto da due (tre) sezioni di autotrasformazione con autotrasformatori da 15 MVA In prossimità del Posti di Confine elettrico (POC) è previsto un PP costituito da un solo modulo da 15 MVA (Posto di parallelo Semplice -PPS)

ALIMENTAZIONE DEL CIRCUITO DI TRAZIONE ELETTRICA 2x25 kV

Trazione elettrica 2x25 kV - 50 Hz – Principio di funzionamento

Il sistema 2x25kV ha notevoli vantaggi rispetto al 25 kV semplice:maggiore distanza tra le sottostazioni;correnti in linea mediamente inferiori;riduzione delle interferenze con i circuiti telefonici e telegrafici;riduzione dell'induzione e.m. in acquedotti, oleodotti, metanodotti, recinzioni metalliche e altre strutture simili.

Cella 1 (libera)

Feeder - 25 kV

L.d.c. + 25 kV 50 % 50 %

50 % 50 % 25 % 25 %

25 %25 %75 %

50 % 100 %

50 %50 %

50 %

Cella 3 (occupata)

SSE

Cella 2 (libera)Cella 1 (libera)

Feeder - 25 kV

L.d.c. + 25 kV 50 % 50 %

50 % 50 % 25 % 25 %

25 %25 %75 %

50 % 100 %

50 %50 %

50 %

Cella 3 (occupata)

SSE

Cella 2 (libera)

ALIMENTAZIONE DEL CIRCUITO DI TRAZIONE ELETTRICA 2x25 kV

InterruttoreSezionatore

Chiuso Aperto

PPS - SALONE PPD - ZAGAROLO PPD - LABICO PPD - COLLEFERRO PPD - SUPINO PPD - CECCANO

SSEGallicano

(fasi 4-8)

SSEAnagni

(fasi 4-12)

POC

SSES. Giovanni

(fasi 4-12)

InterruttoreSezionatore

Chiuso Aperto

PPS - SALONE PPD - ZAGAROLO PPD - LABICO PPD - COLLEFERRO PPD - SUPINO PPD - CECCANO

SSEGallicano

(fasi 4-8)

SSEAnagni

(fasi 4-12)

POC

SSES. Giovanni

(fasi 4-12)

CIRCUITO DI TRAZIONE ELETTRICA 2x25 kV – Linea di Contatto LC

Le linee AV/AC sono elettrificate con il sistema 2x25 kVca, impiegano una catenaria (corda portante + filo di contatto) di sezione globale pari a 270 mm2;

Il sistema tradizionale a 3kVcc viene utilizzato:nei tratti di avvicinamento ai "nodi" (stazioni terminali di ciascuna tratta): linea di contatto di sezione globale pari a 540 mm2;nelle linee di interconnessione tra l'alta velocità e le linee "lente" esistenti: linea di contatto da 440 mm2.

CIRCUITO DI TRAZIONE ELETTRICA 2x25 kV – Linea di Contatto LC

Filo di contattoFeeder

Trefolo di terra

Fune portante

Filo di contattoFeeder

Trefolo di terra

Fune portante

conduttori aerei

LINEA DI CONTATTO ALL’APERTO

LINEA DI CONTATTO IN GALLERIA

LINEA DI CONTATTO IN GALLERIA

Circuito di terra di protezione e circuito di ritorno TE

In ambiente elettrificato a 25 kVca il circuito di protezione ed il circuito di ritorno corrente di trazione costituiscono un sistema unico.Il circuito per ciascun binario è costituito dai seguenti conduttori:- Rotaie;- Conduttore di terra aereo, sez. 150 mm2 , in lega di Alluminio

- Dispersore lineare interrato in rame, sez. 95 mm2 ;I dispersori del BP e del BD vengono collegati tra loro ogni 750 m; inoltre ogni 1500 m circa ciascun dispersore è collegato al proprio binario attraverso una cassa induttiva.Al dispersore lineare sono collegate tutte le masse che rientrano in zona a rischio di tensionabilità (4.3 m dall’asse binario)

CIRCUITO DI RITORNO E DI TERRA

Compatibilità elettromagnetica

25 kV 3 kVPOC

Giunto POC

Treno 25 kV

Correnti condotteCorrenti disperse

POSTO DI CONFINE ELETTRICO

Posto di Confine Elettrico - POC

Per ogni binario di interconnessione e imbocco vanno inserite l’unità trasformatore separatore (TS) lato 25 kV e l’unità

filtri lato 3 kV

25 kV

1 km 1 km

3 kVPOC

Giunto 1 Giunto 2Giunto POC

110 m

1,8 mcavo da 120 mm2TS Filtro

binario

Filtrol.d.c.

SISTEMA ALTA VELOCITASISTEMA ALTA VELOCITA ’’TRATTA Bologna TRATTA Bologna -- FirenzeFirenze

SCHEMA DI ALIMENTAZIONE DELLA TRATTA AV BOLOGNA-FIRENZE

• STAZIONE PRIMARIA TERNA

• CABINA PRIMARIA ENEL DISTRIBUZIONE

• SSE DI SMISTAMENTO AV S.BENEDETTO DEL QUERCETO

SSE DI SMISTAMENTO AV S.BENEDETTO DEL QUERCETO

SSE CHIVASSO

VIADOTTO IDICE

SSE AV IDICE

SSE ANAGNI

SSE AV FIRENZE CASTELLO

SSE AV FIRENZE CASTELLO

SSE AV FIRENZE CASTELLO

Luce e Forza Motrice – LFIl Sottosistema LF comprende:

Impianti di alimentazione dei sistemi tecnologici (SA) ubicati:

nei Posti Periferici Fissi (fabbricati e locali in galleria)lungo Linea (ad es.: BTS, RTB)

Impianti di alimentazione per i sistemi a servizio della sicurezza in galleriaIlluminazione delle vie di esodo in galleriaIlluminazione delle nicchie tecnologicheIlluminazione di piazzali accessi primari ed imbocchi finestraImpianto idrico antincendioImpianto di controllo fumiDiffusione Sonora e Telefonia di EmergenzaImpianti di TelecomunicazioneImpianti di Antintrusione e TVCCEliporti

Sistema 25 kV (alimentazione da feeder) Posto di trasformazione su palo

Cunicolo a tre gole

Sistema AC Bo-Fi - Impianti LF

Sistema 25 kV (da Feeder)6 Posti Tecnologici allo scoperto3 Posti Tecnologici in galleria

Sistema 15 kV (da ENEL)4 Punti di adduzione ENEL

18 Cabine MT/BT all’aperto

17 Cabine MT/BT in galleria

80 km circa di linea trifase MT in cavo

180 km circa di linea trifase BT a 1000 V

260 km circa Fibra Ottica Multimodale

660 nicchie NLF (circa)

1300 nicchie tecnologiche (circa)

Schema Elettrico Generale Distribuzione LFM

Cab. Sicurezza

Protezione e Riconfigurazione Rete 15 kV

ENEL 1 ENEL 4ENEL 3ENEL 2

15 kV

Il sistema di alimentazione è radiale, delle 4 adduzioni ENEL una è di riserva

1) Il sistema di Protezione isola il tronco guasto2) Il sistema di Automazione riconfigura la rete al fine di ripristinare l’alimentazione

Il sistema di Protezione e Selezione del tronco guasto lavora in modo indipendente dal sistema di Automazione.In caso di guasto:

Cabina ..Cabina 1 Cabina 2 Cabina 3 Cabina .. Cabina .. Cabina ..Cabina ..

RISERVA

SCHEMA DI PRINCIPIO

Sicurezza in Galleria - Sistema 15 kV Sistema di Protezione e Selezione del Tronco Guasto

•I sistemi di protezione BT e MT sono indipendenti dal sistema di Automazione

•Rete di distribuzione MT 15 kV e dorsali BT 1 kV dotate di un sistema di eliminazione dei guasti a logica accelerata

•I relè di protezione individuano in modo selettivo il guasto utilizzando logiche di blocco e telescatto. Tali informazioni sono trasferite a mezzo di interfaccia in fibra ottica

•Il sistema di protezione, indipendentemente dal senso di alimentazione, identifica ed isola la sezione di dorsale affetta da guasto aprendo gli interruttori subito a monte e a valle della stessa.

•Le Cabine Sicurezza hanno passo di circa 5 Km: il sistema di protezione di MT utilizza una interfaccia a fibra ottica monomodale

•I QdT hanno passo di 250 m: il sistema di protezione dei circuiti ad 1 kV utilizza una interfaccia a fibra ottica multimodale

Protezione e Riconfigurazione Rete 15 kV

50-51-67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51 50-5150-51

50-51-67N

Senso di alimentazione

Intervento del Sistema di Automazione

Rialimentazione

50-51- 67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51- 67N

50-51- 67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51- 67N

ENEL ENEL

50-51-67N

50-51-67N

50-51 50-5150-51

50-51-67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51-67N

50-51- 67N

Senso di alimentazione

Intervento del Sistema di Protezione

Architettura del Sistema di Alimentazione 15 kV – 1 kV

ENEL 1 ENEL 2

QdT

Cabina

1Cabina

2

Cabina

n

GALLERIA

15 kV

1 kV

GALLERIA

Cabina

…

1 kV1 kV

Le Cabine MT/BT alimentano le dorsali 1 kV da una sola estremitàLe dorsali 1 kV (una per ciascun binario) alimentano le utenze poste in galleria (Quadri di tratta 1000/240 V ubicati ogni 250 m)

In caso di guasto:1. Il Sistema di Protezione seleziona il tronco guasto2. Il Sistema di Automazione, utilizzando l’alimentazione di riserva, rialimenta la dorsale guasta

Il sistema di alimentazione 1 kV sopporta il primo guasto senza degrado

1 kV

Protezione e Riconfigurazione Reti 1 kV

Il sistema di alimentazione è radiale.

1) Il sistema di Protezione isola il tronco guasto

2) Il sistema di Automazione riconfigura la rete al fine di ripristinare l’alimentazione

Cabina1 Cabina2

Il sistema di Protezione e Selezione del tronco guasto lavora in modo indipendente dal sistema di Automazione.In caso di guasto:

QdT