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LA TRAZIONE
ELETTRICA NELLE FERROVIE ITALIANE
LA FASE SPERIMENTALE
- PARTE SECONDA
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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 Il
sistema a terza rotaia
Più interessante fu lo sviluppo del sistema a terza
rotaia sulla linea Milano - Varese – Porto Ceresio. Tale
elettrificazione fu portata avanti dalla Rete
Mediterranea su questa linea che già nel 1899 sviluppava
un discreto traffico pendolare: non si trattava più
quindi di una linea secondaria, ma anzi, quasi di una
linea principale a grande traffico.
Il sistema adottato
fu la posa di una rotaia verticale affianco dei due
binari di corsa, soluzione canonica quindi, e non
particolare come quella di Baltimora con la terza rotaia
sospesa. Tale sistema era già diffuso all’estero, non
solo in Nord America, ma anche in Francia, dove una
prima tratta della linea Parigi - Orleans veniva
all’epoca messa in esercizio in trazione elettrica.
L’esercizio, cominciato il 16 ottobre 1901 si dimostrò
subito vincente, con una maggiore velocità d’esercizio e
i superiori carichi rimorchiati, diminuendo nel contempo
i ritardi.
L’elettrificazione si estendeva per circa 76 km di
tracciato, per un totale di 146 km di binari di
sviluppo. Per l’alimentazione fu costruita un’apposita
centrale termica con tre motrici a vapore da 1,4 MW
ciascuna. L’energia era poi convogliata mediante
classica terna trifase alle tre sottostazioni di Musocco,
Parabiago e Gazzada, dove veniva raddrizzata e immensa
in linea. Già nel 1905 ci fu un incremento della potenza
erogata, e nel 1912 si costruirono ulteriori
sottostazioni di alimentazione, ad indicare il crescente
traffico che la ferrovia riscontrava. La tensione
adottata per la terza rotaia fu di 600 V, e i rotabili
captavano la corrente mediante spazzole a strisciamento
che correvano in cima al condotto. In prossimità degli
scambi e dei passaggi a livello l’alimentazione veniva
interrotta perché era ovviamente impossibile posare il
binario conduttore.
Oltre alla linea Milano – Varese – Porto Ceresio, anche
il Passante di Napoli fu esercitato, a partire dal 1925,
in terza rotaia, con caratteristiche del tutto simili a
alla linea lombarda. L’estensione era assai limitata,
partendo da Pozzuoli e terminando a Napoli Garibaldi,
dove si attestavano i treni per Roma. Nel 1927
l’elettrificazione giunse a Villa Literno, per uno
sviluppo complessivo di 37,4 km. Con la gestione FS i
rotabili delle due linee, lombarda e partenopea erano
comuni, anche se le diverse caratteristiche del servizio
fecero sì che sulla prima rete effettuassero servizio
soprattutto locomotori, apparizione sporadica sulla
seconda, dove furono destinati principalmente al traino
dei treni provenienti da Roma.
Va detto che l’esercizio non diede mai inconvenienti di
sorta, e alle prime elettromotrici seguirono i
locomotori per il traino dei convogli passeggeri più
pesanti, non essendo più possibile coi mezzi leggeri
(cioè carrozze motorizzate, quali appunto sono le
elettromotrici) disimpegnare il traffico nelle ore di
punta. Tali locomotori, a quattro (E420) e tre assi
motori (E300 ed E310), furono tutti dotati di motori in
corrente continua e regolazione reostatica.
La singola E420 (rodiggio UIC B0’ B0’) era di chiara
derivazione statunitense, e assai simile nella forma
alle macchine che prestavano servizio sulla
Paris-Orlèans. Aveva una potenza oraria di 440 kW e
raggiungeva i 60 Km/h: poco più delle elettromotrici
coeve.
Ben diverse e più prestanti le macchine a tre assi
motori (rodiggio UIC 1’C1’) gruppo E320, di concezione
svizzera e costruzione OM e TIBB, dotate di due soli
grossi motori, non dissimili nell’aspetto dai locomotori
trifase gruppo E330, anch’essi di concezione elvetica.
La regolazione era reostatica e con collegamenti in
serie – parallelo. La potenza oraria era di 1500 kW, la
velocità di 95 km0h. Unico neo di questa serie,
costruita in cinque esemplari dalle OM e dalla TIBB, il
complesso sistema di trasmissione del moto dei due
motori, posti sopra il baricentro della macchina in
omaggio alla teoria, in voga all’epoca, che tale
collocazione desse maggiore stabilità ai mezzi. L’uso di
bielle separate e altrettanti bilancieri, nonché
contrappesi rotanti, per quanto in teoria validi,
all’atto pratico si dimostrarono poco validi, sia per la
scarsa durabilità dei materiali che per gli oneri di
manutenzione.
A questi cinque locomotori fecero seguito gli E321,
miglioramento degli stessi, con i due motori accoppiati
in una classica biella triangolare allo stantuffo che
trasmetteva alle tre ruote il moto. La potenza oraria di
tali macchine era di 1460 kW, e la velocità massima di
95 km/h, per l’epoca prestazioni significative. Furono
costruiti in due serie per un totale di 18 esemplari,
numero che da una buona misura del notevole traffico
disimpegnato sulle due linee.
Il successo della sperimentazione dell’alimentazione a
terza rotaia avrebbe potuto dare origine ad un sistema
ben più esteso, se non fosse che in contemporanea
l’esperimento valtellinese con locomotori trifase
preannunciava traguardi ben più luminosi.
Sulla tratta napoletana l’alimentazione a terza rotaia
fu eliminata già nel 1935 in favore del sistema a 3 kV
in corrente continua delle linee afferenti Roma-Napoli e
Napoli-Foggia.
Viceversa in Lombardia il sistema a terza rotaia con le
sue caratteristiche elettromotrici, soprannominate
“varesine”, rimase in esercizio fino al 1951, complici
anche le vicende belliche che diedero altre priorità
alle ricostruzioni, quando la linea venne
rielettrificata con la catenaria aerea usuale a 3 kV in
corrente continua.
Il sistema a terza rotaia, per quanto in apparenza ai
giorni nostri obsoleto, in realtà è tuttora diffuso in
moltissime metropolitane del mondo, e anche in alcune
linee suburbane. Non solo, la rampa occidentale per il
valico del Frejus, lato Francia, fino al 1976 era
alimentato a terza rotaia a 1,5 kV: si avevano così
macchine modernissime ad azionamento elettronico
alimentate da un sistema vecchio di tre quarti di
secolo! E fino a pochi anni, prima dell’apertura della
nuova linea ad alta velocità, gli Eurostar che
percorrevano la Manica, nella tratta del Kent captavano
l’energia elettrica dalla terza rotaia a 650V…
L’esperimento valtellinese
Mentre la Rete Mediterranea sperimentava proficuamente
la corrente continua a terza rotaia sulla tratta Milano
– Varese – Porto Ceresio, la Rete Adriatica , con
l’appoggio dell’ungherese Ganz, si avviava verso il
sistema trifase a linea di contatto bifilare.
La tratta da elettrificare partiva da Lecco e giungeva
fino a Sondrio e in seguito Tirano, con in aggiunta
l’antenna che da Colico raggiungeva Chiavenna. Le
frequenti rampe costituivano la ragione d’essere
dell’elettrificazione trifase: il vantaggio immediato
del motore asincrono trifase è la possibilità di passare
da motore a generatore senza particolari complicazioni,
e quindi di effettuare la frenatura a recupero, con
ovvii vantaggi soprattutto nelle linee di montagna.
L’esercizio in trifase, previsto per la primavera del
1901, subì vari ritardi, principalmente per la
difficoltà di tesare la linea di contatto bifilare (con
la rotaia come terzo contatto), e solo il 15 ottobre
1902 i primi treni in servizio regolare percorsero la
tratta Colico – Sondrio. Tirano sarebbe stata raggiunta
dai binari nel 1902 e dall’elettrificazione nel 1908.
Per l’alimentazione elettrica l’energia era prelevata
dalla centrale di Morbegno e immessa in catenaria dalle
sottostazioni alla tensione di 3 kV alla frequenza di 15
Hz (poi elevata a 16,7 Hz): all’epoca una tensione così
elevata era un record mondiale!
Per la trazione elettrica furono sperimentate diverse
soluzioni, con vari locomotori costruiti dalla Ganz di
Budapest. Artefice dei vari progetti fu il geniale
ingegnere ungherese Kàlmàn Kàndò, padre del trifase
italiano e delle elettrificazioni mono-trifasi ungheresi
degli anni Venti.
Va subito premesso che i motori asincroni trifase usati
in queste prime elettrificazioni hanno poco a che
spartire con quelli in uso attualmente in campo
ferroviario. Mentre attualmente si usano motori con
rotore a gabbia di scoiattolo, a 4-6 poli e con
frequenze d’alimentazione variabile che superano i 135
Hz, i motori del primo Novecento erano a rotore avvolto,
ad alto numero di poli (arrivarono anche a 24 su alcune
macchine ungheresi) e con frequenza d’alimentazione
fissa a 16,7 Hz. Tutto questo era dovuto
all’impossibilità di variare la frequenza
d’alimentazione dei motori, in assenza dei moderni
azionamenti elettronici. Quindi i motori presenti sui
locomotori valtellinesi erano di fatto costretti a
velocità di regime fisse, non certo l’ideale per la
trazione ferroviaria. Vennero quindi provate varie
soluzioni, che andavano dall’uso di due motori per
ottenere tre velocità di regime a quattro motori
collegabili in serie e in cascata.
Tutti i motori erano
a rotore avvolto e con reostato liquido a soluzione
sodica: tale soluzione sembrò vincente al punto che,
allorquando si elettrificò la galleria del Sempione
(1906), due macchine valtellinesi furono prestate alle
Ferrovie Federali Svizzere per rinforzare il parco
macchine e compararle con i mezzi prodotti dalla Brown
Boveri, che aveva optato per motori asincroni gabbia di
scoiattolo su alcuni locomotori, oltre che il reostato
metallico invece che liquido.
I locomotori elettrici di questa prima elettrificazione
ebbero quindi in genere tre velocità di regime, fisse,
che venivano ottenute usando ora il motore “primario”,
ora il motore “secondario”a più alto numero di poli, o
collegando in cascata i due motori (o le serie di
motori, a seconda del locomotore). In genere le potenze
installate erano sui 300-800 kW per locomotore,
eccezionali per l’epoca, anche se non pienamente
sfruttabili per via dei collegamenti in cascata. La
marcia a regime omotachico non costituiva una reale
soggezione d’esercizio, viste le caratteristiche della
linea e le inferiori prestazioni ottenute in precedenza
con la trazione a vapore.
Circa la tipologia costruttiva, la scuola ungherese di
Kàndò si rivelò vincente su quella Svizzera della Brown
Boveri, e di fatto tutti locomotori trifase in servizio
nelle allora (1905) neo costituite Ferrovie dello Stato
si rifaranno alle macchine sperimentate in Valtellina.
L’esperimento valtellinese darà poi origine nel 1907 a
quella dei Giovi, di gran lunga più importante, che sarà
la base delle prime elettrificazioni italiane col
sistema trifase bifilare.
continua...
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