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LA TRAZIONE
ELETTRICA NELLE FERROVIE ITALIANE
LA FASE SPERIMENTALE
- PARTE PRIMA
Una peculiarità delle ferrovie italiane rispetto a quelle straniere, è quella del sistema
di alimentazione, con catenaria in corrente continua a 3 kV (nominali), che ha pochi riscontri all’estero... |
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di Gabriele Branca
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 Introduzione
Una peculiarità delle ferrovie italiane rispetto a quelle straniere, è quella del sistema di alimentazione, con catenaria in corrente continua a 3 kV (nominali), che ha pochi riscontri all’estero.
Con tale sistema si annoverano in Europa solo la Spagna, la Polonia e il Belgio. In Russia, Repubblica Ceca, Slovacchia, Slovenia e Ucraina il sistema in corrente continua a 3 kV convive con il sistema a corrente alternata a 25 kV 50 Hz. Proprio il sistema monofase a 25 kV a frequenza industriale (quasi ovunque a 50 Hz) sta diventando il sistema elettivo per le nuove elettrificazioni nel mondo, ed è stato scelto anche in Italia e Spagna, in base sia a scelte di unificazione europea che di convenienza tecnico-economica, per le nuove linee veloci.
Salta subito all’occhio il vantaggio di un sistema ad alta tensione rispetto a quello di media tensione: le minori correnti assorbite consentono una maggior potenza dei locomotori. Al tempo stesso le minori cadute di tensione permettono di distanziare, e quindi di diminuire, il numero di sottostazioni, con ovvii benefici economici.
Attualmente sulle linee ferroviarie italiane il massimo assorbimento consentito per locomotore è di 1750 A, corrispondente ad una potenza assorbita (non resa al cerchione!) di 5,25 MW, sensibilmente inferiore quindi dalle potenze sviluppabili – dai 6,4 ai 7 MW – dei locomotori moderni attuali.
Questo nonostante la catenaria delle ferrovie italiane, gestite da RFI, sia di 440 mm2 equivalente in rame, circa il doppio dei sistemi monofase a 15 kV 16,7 Hz diffusi in Germania, Svizzera ed Austria, nonché ai 25 kV 50 Hz, pionerizzati fin dagli anni ’30 in Ungheria, e sviluppati in modo efficace dai francesi e dagli statunitensi negli anni ’50 del secolo scorso e ora diffusi ovunque.
Per ovviare ai limiti di potenza della nostra catenaria, già da alcuni anni sulle linee di valico (Brennero, Frejus, etc.) nonché sulla Direttissima e le linee principali, la tensione è stata elevata a 3,6 kV, apportando un leggero beneficio, senza peraltro risolvere alla radice il problema.
E’ quindi interessante ricostruire come mai le Ferrovie Italiane siano giunte ad elettrificare in corrente continua a tensione medio-alta (per le linee ferroviarie), laddove altri paesi europei e extra-europei, con situazioni orografiche simili alla nostra, scelsero con molta più lungimiranza già negli anni Venti del Novecento il sistema monofase, sia esso a frequenza ferroviaria (16,7 Hz) che industriale - 25, 45, 50 o 60 Hz, a seconda della rete di distribuzione.
Gli albori della trazione elettrica e l’Italia
La trazione elettrica ferroviaria ha una storia che supera di poco i cento anni. Il primo treno elettrico si mosse a Berlino nel 1879, trainando a malapena 7 tonnellate su una linea a scartamento Decauville. Eppure il potenziale dell’energia elettrica fu subito evidente, anche se in misura minore di quanto ci si potesse aspettare.
Per vari motivi, ci si orientò ad elettrificare le linee tranviarie e suburbane, non ritenendo economicamente e tecnicamente valida la trazione elettrica sulle linee ferroviarie di grande traffico. General Electric, Westinghouse e Sprague nella sponda americana dell’Atlantico, e AEG, Siemens e Thomson Houston in quella europea, a fine ottocento diffusero i tram elettrici nelle principali città del Vecchio e Nuovo Continente, per lo più alimentandoli in corrente continua a bassa tensione - generalmente a 600 e 750 V.
Una prima elettrificazione ferroviaria fu compiuta oltreoceano nel 1895, dove la compagnia Baltimore & Ohio RR (B&O) elettrificò il lungo tunnel d’accesso alla stazione di Mount Royal mediante un sistema a binario sospeso in corrente continua. La tensione era di 600V, ma stavolta a captarla erano mezzi ferroviari, non piccoli tram.
Primi furono gli Svizzeri ad elettrificare una linea ferroviaria, la Burgdorf-Thun, a soli 750 V ma già a 40Hz, la frequenza industriale presente in zona. Il riuscito esperimento fu importante per due motivi: per la prima volta si adottava la trazione elettrica su’intera linea ferroviaria, e al tempo stesso si abbandonava il sistema in corrente continua, per sperimentare il sistema trifase a linea di contatto bifilare.
Il sistema con motori trifasi presentava, quando ancora l’elettronica era al di là da venire, il sistema più semplice per effettuare la frenatura elettrica del rotabile, potendo passare l’asincrono trifase da motore a generatore senza particolari complicazioni costruttive. Tale vantaggio era ancora più significativo su linee con forti acclività, permettendo in discesa di preservare i ceppi dei freni dei convogli rimorchiati e al tempo stesso di alimentare parzialmente i locomotori ascendenti mediante il rinvio sulla catenaria della corrente generata dai motori durante la frenatura elettrica.
Fu l’allora Ministro dei Lavori Pubblici on. Prinetti a dare il via ai programmi di sperimentazione della trazione elettrica in Italia. Le ferrovie italiane soffrivano di alti costi di gestione – e probabilmente anche bassa produttività - a causa delle acclività, che mettevano a dura prova le locomotive a vapore. Quest’ultime poi necessitavano per funzionare del carbone (ovviamente!), materia prima pressoché assente in Italia. Viceversa il Bel Paese abbondava di risorse idroelettriche, sufficienti ad alimentare le necessità dell’industria nazionale – dell’epoca! - e anche, potenzialmente, del trasporto ferroviario.
Queste considerazioni portarono nel 1897 ad istituire una commissione coi principali ingegneri delle tre reti esercenti, Rete Mediterranea, Rete Adriatica, e Rete Sicula, per affrontare il problema di una possibile elettrificazione su vasta scala. Le risposte ottenute da tale commissione furono però molto caute, e alla fine solo RM e RA si avviarono a sperimentazioni sul linee di traffico limitato. Si scelse di mettere al vaglio tre sistemi: locomotori ad accumulatori, alimentazione a terza rotaia laterale e sistema trifase ad alimentazione aerea bifilare.
I locomotori ad accumulatori
L’8 febbraio 1899 la Rete Mediterranea mise in esercizio, mediante due automotrici ad accumulatori la tratta Milano - Monza; solo il 1 maggio 1901 la Rete Adriatica attivò un servizio simile per la linea Bologna - Poggio Rusco, tratta iniziale della linea che avrebbe messo in comunicazione il capoluogo felsineo con Verona e quindi il Brennero. L’esercizio elettrico fu limitato al solo servizio passeggeri, e per tale motivo furono costruite apposite automotrici ad accumulatori, dalle prestazioni invero assai modeste, principalmente per via degli accumulatori di grande peso e di scarsa potenza.
In generale sulle poche automotrici (anzi, elettromotrici) costruite era installata una potenza di 22 kW esercitata da due motori elettrici in corrente continua. La regolazione avveniva, a seconda di come si collegavano le varie batterie di accumulatori, in serie o in parallelo. Le velocità massime esercitabili erano sui 60 km/h, di tutto rispetto per l’epoca – e forse unica nota positiva di tali elettromotrici.
Non vennero pressoché effettuati adeguamenti sulla linea, salvo installare i punti di ricarica degli accumulatori nelle stazioni: sperimentazione quindi molto economica, e per questo probabilmente anche preferita dalle reti esercenti stesse, poiché non gravante sui bilanci societari.
Di fatto entrambi i sistemi, grandemente pubblicizzati all’avvio dell’esercizio, furono ben presto abbandonati, già due anni dopo per quanto riguarda la tratta Bologna – Poggio Rusco, nel 1904 per l’esperimento lombardo, per i limiti di autonomia e di potenza, e in definitiva di prestazioni, esercitabili dai rotabili.
Vale la pena citare che periodicamente il sistema di trazione elettrica ad accumulatori tornò alla ribalta in campo ferroviario, dando origine a nuove sperimentazioni, tutte di solito fallimentari e ben presto abbandonate.
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