Sistema di alimentazione per linee AV

[Fabrizio]

L'alimentazione elettrica delle linee ad alta velocità richiede specifiche diverse rispetto alle linee tradizionali, principalmente per le alte potenze in gioco e per la captazione che deve avvenire senza problemi a velocità elevate. Lo standard che va diffondendosi sulle linee per l'alta velocità è il cosidetto 2x25 kV. Il sistema funziona in corrente alternata alla frequenza di 50 Hz, la tensione nominale del sistema è 50 kV e i mezzi di trazione sono alimentati a 25 kV (25.000 V). Il sistema prevede l'uso di trasformatori alta/media tensione con secondario a 50 kV nelle sottostazioni elettriche e trasformatori 50 kV/25 kV a presa centrale lungo la linea. Questi ultimi trasformatori hanno la presa centrale collegata al binario (0V), le altre due prese a 25 kV sono collegate una alla linea di contatto (LC) e una al feeder, che è il cavo che si vede correre paralleamente ai pali e attaccato ad essi tramite isolatori. In questo modo l'energia viene trasportata dalla sottostazione al treno alla tensione di 50 kV, con conseguenti correnti basse e quindi basse perdite. Solo nell'ultimo tratto, quello occupato dal treno, l'energia viene trasportata alla tensione di 25 kV.

Il sistema 2x25 kV ha i seguenti vantaggi

- la tensione di alimentazione di 25/50 kV è abbastanza elevata da mettere in gioco "piccole" correnti pur trasportando grandi potenze
- non sono necessari gruppi raddrizzatori per la conversione ca/cc nelle sottostazioni
- basse perdite e cadute di tensione
- impiego di conduttori di minore sezione
- migliore captazione per le piccole correnti in gioco

e i seguenti svantaggi

- distrurbi ed interferenze di origine elettromagnetica

infatti essendo in gioco correnti alternate, si generano campi magnetici variabili nel tempo che inducono forze elettromotrici sui circuiti elettrici adiacenti (distrurbi nei sistemi di segnalamento).
Il problema è parzialmente mitigato usando il sistema 2x25 kV. infatti due conduttori vicini, percorsi da correnti uguali ed opposte generano nello spazio un campo magnetico nullo, poiche nel singolo punto gli effetti del campo generato da un conduttore vengono annullati dagli effetti generati dall'altro conduttore che è percorso dalla stessa corrente in verso oposto. Questo è vero se ci si pone ad un'adeguata distanza tale da far si che sia vera l'ipotesi che i due conduttori possano considerarsi vicini. Il problema nasce quando un conduttore è la linea di contatto e l'altro è il binario. In questo caso infatti le due correnti non sono uguali, poichè il binario non è isolato da terra e parte della corrente si richiude attraverso il terreno, rendendo così le correnti nei conduttori diverse e generando disturbi. Nel sostema 2x25 kV però la corrente viaggia nella linea di contatto e nel feeder, e non sul binario, per tutto il tratto dalla sottostazione al treno, solo nell'ultima cella, quella occupata dal convoglio, la corrente viaggia nella linea di contatto e nel binario. Essendo il feeder isolato da terra, allora in tutto quel tratto le correnti saranno uguali ed opposte, quindi il campo elettromagnetico nullo. Solo nel tratto occupato dal treno si hanno fonti di inquinamento elettromagetico.

Tutto questo è vero in prima approssimazione, a meno di non considerare fenomeni secondari, ma di trattazione alquanto complessa

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[marioscd]

estremamente interessante, Fabrizio! Un'altra cosa interessante e che riguarda principalmente i treni "Frecciarossa" ETR500 è che essi hanno due motrici, una in testa e l'altra in coda al treno però, pare, che solo per brevi tratte e a solo a certe velocità esse possano "captare" contemporaneamente corrente con i propri pantografi perchè il primo pantografo, quello anteriore, imprime forti oscillazioni alla linea di contatto che impediscono la corretta captazione del secondo, quello posto sulla motrice di coda. Quello che non ho ancora capito è se esiste, su questi elettrotreni, una condotta ad alta tensione in grado di distribuire la corrente anche sulla motrice non in presa... pare di capire che questa condotta non ci sia e quindi ne consegue che una delle due motrici sia per forza di cose spesso solo trainata dall'altra. E' vero tutto ciò? se si la cosa mi rende parecchio perplesso...

ciao

[Fabrizio]

Ciao Mario, a riguardo degli ETR 500 ti indico ciò che so io.

La condotta alta tensione esiste ed è utilizzata per alimentare la motrice di testa, quando la motrice di coda ha il pantografo in presa ( o viceversa, ma di solito si usa in presa il pantografo posteriore). Tuttavia la portata in corrente di questa condotta è limitata ed è quindi possibile alimentare la motrice di testa solo durante la captazione sotto la catenaria a 25 kV. Alimentando la condotta a 25 kV le correnti sono inferiori e rientrano nella portata della condotta, a 3 kV le correnti sono più elevate e superano la portata della condotta. Anche se si fosse realizzata una condotta in grado di trasportare la corrente a 3 kV, sarebbe stato inutile, questo perchè il problema risiede anche nel pantografo. Un solo pantografo è capace di captare una corrente limitata, che sarebbe stata comunque insufficiente ad alimentare entrambe le locomotive, anche volendo realizzare una condotta in grado di alimentare la motrice di testa dalla coda, la corrente non sarebbe potuta passare nell'unico pantografo in presa.

Si è così deciso di realizzare un treno in grado di marciare in doppia simmetrica (entrambe le motrici con i pantografi in presa) fino alla velocità di 200 km/h, su linee appositamente attrezzate (direttissima, e i tratti di accesso alla AV), successivamente il treno sarebbe entrato sotto la catenaria a 25kV e avrebbe potuto raggiungere i 300 km/ marciando con un solo pantografo in presa e alimentando l'altra motrice tramite la condotta. Tuttavia per lunghi anni la marcia in doppia simmetrica ha portato a gravi inconvenienti, quelli a cui tu fai riferimento, quindi solitamente la doppia simmetrica non si è mai usata e si trascinava la motrice di coda inattiva. Negli ultimi tempi si sono sviluppati invece sistemi con pantografi a spinta impressa e ,nel contempo, catenarie adatte a far si che gli ETR 500 possano marciare in doppia simmetrica (entrambe le locomotive attive e con pantografo in presa) fino ai 250 km/h. Le nuove catenarie presentano mensole di tipo modificato e tesature delle funi maggiori. Tuttavia qualche inconveniente di strappo della catenaria si verifica ancora, soprattutto lungo la Direttssima, che è la linea più sollecitata. Da quanto ne so attualmente gli ETR 500 possono marciare a 250 km/h in doppia simmetrica sulle linee direttissima e su tutte le tratte afferenti alla AV. La captazione con singolo pantografo in presa sotto i 25 kV alimentando l'altra motrice dalla linea AT del treno non ha mai portato inconvenienti, ne di captazione ne di altra sorta. Questo per via delle piccole correnti in gioco. Da qui si può vedere quali siano le forti limitazioni derivanti dall'uso del sitema 3 kV. Quindi in definitiva si va con due locomotive e due pantografi fino a 250 km/h, poi si entra sotto la 25 kV e si usa un solo pantografo alimentando l'altra motrice dalla condotta AT del treno, raggiungendo i 300 km/h. Solitamente l'accesso alla linea AV e quindi l'alimentazione a 25 kV avviene comunque molto prima del raggiungimento dei 250 km/h.

Attualmente è in corso di applicazione a tutte le E414 (ex E404-100, le motrici dei Frecciabianca) una modifica ai pantorgafi che renderà queste locomotive in grado di viaggiare in doppia simmetrica (tutti e due i pantografi in presa), andando così a mitigare il problema della scarsa accelerazione di questi convogli. La marcia in doppia simmetrica comunque dovrà avvenire solo sulle linee appositamente attrezzate con catenaria idonea, che si riconoscono da un nuovo tipo di mensola adottato su tutte le linee a grande traffico a partire dal 2010. In questo caso la velocità massima ammessa è di 200 km/h, sempre e solo sulle linee appositamente attrezzate.

Nuovo tipo di mensola e zampa di ragno adottato sulle linee a 3kV per consentire la marcia fino a 200 km/h in doppia simmetrica (due pantografi in presa)
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[Massimo Salvadori]

Bellissimo e interessantissimo !!!!

[marioscd]

grazie Fabrizio per aver messo un po' di chiarezza sulla vicenda degli ETR500! Quando li incrocio in piena velocità sulla Milano-Bologna accanto all'autostrada noto che hanno sempre e solo un pantografo alzato (bello scintillante!) e visto che in quei tratti sono quasi sempre sotto catenaria a 25KV e viaggiano a 300Km/h mi chiedevo appunto che senso avesse usare una sola macchina. Ora è tutto più chiaro!

ciao

[Fabrizio]

Grazie Massimo

Prego Mario, è sempre un piacere

Lo scintillio è una delle cose che più danneggiano catenaria e pantografo, ma putroppo non è del tutto eliminabile. Già a 25 kV con "piccole" correnti si nota, a 3 kV, con correnti in gioco superiori e quasi al limite, sarebbe deleterio.

[sergio giordano]

grazie Fabrizio, lezione interessantissima! non le sapevo queste cose..ora potro' spiegarle a Paolo, il mio bimbo! ciao

[Fabrizio]

Ciao Sergio. Bravo bravo... infondi la cultura ferroviaria nelle nuove generazioni

[fede.1997]

Moolto interessante!

[sergio giordano]

Ciao Sergio. Bravo bravo... infondi la cultura ferroviaria nelle nuove generazioni

heehehe alcune volte ormai è lui che insegna a me!!!

[Fabrizio]

Visto che la cosa suscita interesse in voi , aggiungo che il sistema 2x25 kV è stato messo a punto dai francesi, primi ad usare questo sistema di alimentazione sulle loro linee AV, che al momento sono le più estese d'Europa. Altri sistemi di alimentazione sono quello tedesco (e di tutti i paesi legati alla Germania) che prevede l'alimentazione a 15 kV 16,7 Hz, uguale a quello della rete tradizionale degli stessi paesi. Tuttavia lo standard europeo prevede il sistema 2x25 kV. 50 Hz.


Poichè le linee alimentate con il sitema a 50 Hz generano disturbi di tipo elettromagnetico sui sistemi circostanti ( seppur ridotti con l'adozione della soluzione linea di contatto + feeder ), i punti di interconnessione fra la rete AV e quella tradizionale prevedono appositi filtri, mentre è da evitarsi l'esercizio in parallelo fra linee tradizionali alimentate in cc (3 kV ) e lineea AV alimentate in alternata. I disturbi di origine elettromagnetica a 50 Hz vanno a generare problemi sul segnalamento delle circostanti linee tradizionali in corrente continua,che operano con sistemi di blocco e ripetizione segnali aventi proprio frequenza portante di 50 Hz. Si sono presi provvedimenti volti a usare sulle linee tradizionali vicine alle AV sistemi di ripetizione segnali e blocco aventi frequenza portante diversa dai 50 Hz (83 mi pare).
Questi disturbi non influiscono invece sul segnalamento stesso delle linee AV, che avviene mediante trasmissione radio continua a delle frequenze nell'ordine dei MHz, quindi estremamente distanti dalle frequenze disturbanti.

Ciao

Fabrizio