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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...

di Gabriele Branca

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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