Il Sistema di alimentazione delle linee ferroviarie Italiane ad Alta Velocità: esigenze e nuove soluzioni. Prof.ing.

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1 Il Sistema di alimentazione delle linee ferroviarie Italiane ad Alta Velocità: esigenze e nuove soluzioni Prof.ing. Alfonso Capasso Torino 26 Maggio 2009

2 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 Raggio minimo raccordi altimetrici Distanziamento minimo treni Larghezza della sede Interasse binari Sezione utile gallerie naturali 10,5 cm 20 km 5 (in entrambi i sensi di marcia) 13,6 m 5 m 82 m2

3 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: Tipo di trazione V min V n V max 3 kv c.c kv 16 e 2/3 Hz kv 50 Hz densità max di corrente nei conduttori entro il limite termico: 4 A/mm 2 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

4 SCHEMA TIPO DI ALIMENTAZIONE PRIMARIA DELLE TRATTE 3kVcc (tipo DIRETTISSIMA Roma- Firenze) ~ 16km ~ 16km ~ 16km ~ 16km ~ 16km ~ 16km ~ 100km

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

6 ALIMENTAZIONE DEL CIRCUITO DI TRAZIONE ELETTRICA 2x25 kv

7 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 TE Il 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 km Ciascun 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)

8 Trazione elettrica 2x25 kv - 50 Hz Principio di funzionamento Feeder - 25 kv 50 % 50 % 25 % 25 % SSE 25 % L.d.c kv 50 % 50 % 50 % 75 % 100 % 25 % 50 % Cella 1 (libera) Cella 2 (libera) 50 % Cella 3 (occupata) 50 % 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.

9 ALIMENTAZIONE DEL CIRCUITO DI TRAZIONE ELETTRICA 2x25 kv SSE Gallicano SSE Anagni (fasi 4-8) Interruttore Sezionatore Chiuso Aperto (fasi 4-12) SSE S. Giovanni (fasi 4-12) POC PPS - SALONE PPD - ZAGAROLO PPD - LABICO PPD - COLLEFERRO PPD - SUPINO PPD - CECCANO

10 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 mm 2 ; 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 mm 2 ; nelle linee di interconnessione tra l'alta velocità e le linee "lente" esistenti: linea di contatto da 440 mm 2.

11 CIRCUITO DI TRAZIONE ELETTRICA 2x25 kv Linea di Contatto LC conduttori aerei Fune portante Feeder Filo di contatto Trefolo di terra

12 LINEA DI CONTATTO ALL APERTO

13 LINEA DI CONTATTO IN GALLERIA

14 LINEA DI CONTATTO IN GALLERIA

15 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 mm 2, in lega di Alluminio - Dispersore lineare interrato in rame, sez. 95 mm 2 ; 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)

16 CIRCUITO DI RITORNO E DI TERRA

17 Compatibilità elettromagnetica POSTO DI CONFINE ELETTRICO POC 25 kv 3 kv Treno 25 kv Giunto POC Correnti disperse Correnti condotte

18 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 POC 110 m 3 kv Filtro l.d.c. TS cavo da 120 mm 2 1,8 m Filtro binario Giunto 1 Giunto 2 Giunto POC 1 km 1 km

19 SISTEMA ALTA VELOCITA TRATTA Bologna - Firenze

20 SCHEMA DI ALIMENTAZIONE DELLA TRATTA AV BOLOGNA-FIRENZE

21 STAZIONE PRIMARIA TERNA CABINA PRIMARIA ENEL DISTRIBUZIONE SSE DI SMISTAMENTO AV S.BENEDETTO DEL QUERCETO

22 SSE DI SMISTAMENTO AV S.BENEDETTO DEL QUERCETO

23 SSE CHIVASSO

24 VIADOTTO IDICE

25 SSE AV IDICE

26 SSE ANAGNI

27 SSE AV FIRENZE CASTELLO

28 SSE AV FIRENZE CASTELLO

29 SSE AV FIRENZE CASTELLO

30 Luce e Forza Motrice LF Il 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 galleria Illuminazione delle vie di esodo in galleria Illuminazione delle nicchie tecnologiche Illuminazione di piazzali accessi primari ed imbocchi finestra Impianto idrico antincendio Impianto di controllo fumi Diffusione Sonora e Telefonia di Emergenza Impianti di Telecomunicazione Impianti di Antintrusione e TVCC Eliporti

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

32 Cunicolo a tre gole

33 Sistema AC Bo-Fi - Impianti LF Sistema 15 kv (da ENEL) 4 Punti di adduzione ENEL 18 Cabine MT/BT all aperto Sistema 25 kv (da Feeder) 6 Posti Tecnologici allo scoperto 3 Posti Tecnologici in galleria 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)

34 Schema Elettrico Generale Distribuzione LFM Cab. Sicurezza

35 Protezione e Riconfigurazione Rete 15 kv SCHEMA DI PRINCIPIO Il sistema di alimentazione è radiale, delle 4 adduzioni ENEL una è di riserva Il sistema di Protezione e Selezione del tronco guasto lavora in modo indipendente dal sistema di Automazione. In caso di guasto: 1) Il sistema di Protezione isola il tronco guasto 2) Il sistema di Automazione riconfigura la rete al fine di ripristinare l alimentazione ENEL 1 ENEL 2 ENEL 3 ENEL 4 RISERVA 15 kv Cabina 1 Cabina 2 Cabina 3 Cabina.. Cabina.. Cabina.. Cabina.. Cabina..

36 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

37 Protezione e Riconfigurazione Rete 15 kv ENEL Intervento del Sistema di Protezione ENEL N N N N N N N N Senso di alimentazione Intervento del Sistema di Automazione N N N N N N N Senso di alimentazione Rialimentazione

38 Architettura del Sistema di Alimentazione 15 kv 1 kv Le Cabine MT/BT alimentano le dorsali 1 kv da una sola estremità Le dorsali 1 kv (una per ciascun binario) alimentano le utenze poste in galleria (Quadri di tratta 1000/240 V ubicati ogni 250 m) ENEL 1 ENEL 2 15 kv Cabina Cabina Cabina Cabina 1 1 kv QdT 2 1 kv n 1 kv 1 kv GALLERIA GALLERIA In caso di guasto: 1. Il Sistema di Protezione seleziona il tronco guasto 2. 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

39 Protezione e Riconfigurazione Reti 1 kv Il sistema di alimentazione è radiale. Il sistema di Protezione e Selezione del tronco guasto lavora in modo indipendente dal sistema di Automazione. In caso di guasto: 1) Il sistema di Protezione isola il tronco guasto 2) Il sistema di Automazione riconfigura la rete al fine di ripristinare l alimentazione Cabina1 QdT Cabina2