DIMENSIONAMENTO DEGLI IMPIANTI DI TRAZIONE ELETTRICA APPLICAZIONE DEI PROGRAMMI DI SIMULAZIONE

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1 Progetto Figi - Corso in Cotutela DIMENSIONAMENTO DEGLI IMPIANTI DI TRAZIONE ELETTRICA APPLICAZIONE DEI PROGRAMMI DI SIMULAZIONE Dicembre 2009 Ing. Antonio Colla

2 ARGOMENTI TRATTATI NOZIONI SUI CRITERI DI DIMENSIONAMENTO DEGLI IMPIANTI DI TRAZIONE ELETTRICA NORME DI RIFERIMENTO REQUISITI E PARAMETRI SIGNIFICATIVI PER IL DIMENSIONAMENTO PROGRAMMI DI SIMULAZIONE ESEMPIO APPLICATIVO 2

3 NORMATIVE DI RIFERIMENTO STI Specifica Tecnica di Interoperabilità (STI), Direttiva 96/48/CE Interoperabilità del sistema ferroviario transeuropeo ad alta velocità (2008/284/CE) CEI EN (9-88) Applicazioni ferroviarie, tranviarie, filoviarie e metropolitane Criteri tecnici per il coordinamento tra l alimentazione elettrica (sottostazione) e materiale rotabile per ottenere l interoperabilità CEI EN (9-31) Tensioni di alimentazione dei sistemi di trazione CEI EN (9-2) Applicazioni ferroviarie, tranviarie, filoviarie e metropolitane - Impianti fissi - Linee aeree di contatto per trazione elettrica 3

4 STI Specifica Tecnica di Interoperabilità (STI), Direttiva 96/48/CE Interoperabilità del sistema ferroviario transeuropeo ad alta velocità (2008/284/CE) Classificazione delle linee ad alta velocità Categoria I - Linee appositamente costruite per l alta velocità, attrezzate per velocità generalmente pari o superiore a 250 km/h Categoria II - Linee appositamente costruite per l alta velocità, attrezzate per velocità dell ordine di 200 km/h Categoria III - Linee appositamente adattate o appositamente costruite per l alta velocità, aventi carattere specifico a causa di vincoli topografici o relativi al rilievo o all ambiente urbano, la cui velocità deve essere adeguata caso per caso 4

5 STI Specifica Tecnica di Interoperabilità (STI), Direttiva 96/48/CE Interoperabilità del sistema ferroviario transeuropeo ad alta velocità (2008/284/CE) Standardizzazione dei valori di tensione e frequenze nominali per le varie categorie di linee Tensione e frequenze nominali Categoria I Categoria II Categoria III c.a V 50 Hz [V] X X X c.a V 16,7 Hz [V] (1) X X c.c V [V] (2) X X c.c V [V] - X X (1) Negli Stati membri dove la rete è attualmente elettrificata a corrente alternata a 15 kv 16,7 Hz, si può usare questo tipo di sistema per le nuove linee di categoria I. Lo stesso sistema può essere usato qualora sia economicamente giustificato da parte dello Stato Membro. In questo caso non è richiesta alcuna valutazione. (2) In Italia, Spagna e Polonia si può utilizzare la tensione di 3 kv corrente continua per le linee esistenti e per i tratti di linee nuove di categoria I a 250 km/h, dove l elettrificazione con corrente alternata a 25 kv 50 Hz potrebbe perturbare il funzionamento delle apparecchiature di segnalamento a terra e a bordo sulla linea esistente. 5

6 STI Specifica Tecnica di Interoperabilità (STI), Direttiva 96/48/CE Interoperabilità del sistema ferroviario transeuropeo ad alta velocità (2008/284/CE) Prestazioni del sistema e potenza istallata Il sottosistema energia viene progettato per rispondere alle prestazioni richieste in termini di: Velocità della linea Frequenza minima dei treni Corrente massima del treno Fattore di potenza dei treni Orario e servizi programmati Tensione media utile Secondo la categoria di linea appropriata. La tensione media utile calcolata al pantografo deve essere conforme alla norma EN

7 CEI EN (9-88) Applicazioni ferroviarie, tranviarie, filoviarie e metropolitane Criteri tecnici per il coordinamento tra l alimentazione elettrica (sottostazione) e materiale rotabile per ottenere l interoperabilità Ha lo scopo tra l altro di definire i requisiti di accettazione del materiale rotabile con l infrastruttura nel contesto del coordinamento tra la potenza istallata in linea e la richiesta di potenza dei treni In particolare vengono stabiliti i requisiti di qualità della tensione elettrica al pantografo e sulla linea di contatto e fissati i criteri di accettazione del progetto del sistema di elettrificazione Al di là degli aspetti di dimensionamento delle apparecchiature (trasformatori, linee di contatto ecc..) e, compatibilmente con la potenza assorbibile dai punti di connessione AT, la qualità della tensione elettrica costituisce un importante parametro qualificante per lo schema d alimentazione studiato. 7

8 CEI EN (9-88) Allegato B La qualità della tensione elettrica si misura mediante la tensione media utile Definizione della U media utile T i periodo d integrazione o studio per il treno numero i n U pi numero di treni considerati nella simulazione tensione efficace ad un dato istante alla frequenza fondamentale al pantografo del treno numero i I pi modulo della corrente efficace ad un dato istante alla frequenza fondamentale che passa dal pantografo del treno numero i 8

9 CEI EN (9-88) Applicazioni ferroviarie, tranviarie, filoviarie e metropolitane Criteri tecnici per il coordinamento tra l alimentazione elettrica (sottostazione) e materiale rotabile per ottenere l interoperabilità Valori minimi di U media utile Sistema di alimentazione elettrica Linee STI AV Linee convenzionali STI e linee classiche c.a V 50 Hz [V] c.a V 16,7 Hz [V] c.c V [V] c.c V [V]

10 CEI EN (9-88) Criteri di accettazione 1.I valori minimi di U media utile al pantografo nelle normali condizioni di funzionamento non devono mai essere inferiori al minimo previsto da questa Norma 2.Il sistema di elettrificazione deve essere progettato in modo tale che nelle simulazioni di U media utile,in normali condizioni di funzionamento, il valore della tensione al pantografo di ogni treno non deve mai (neanche temporaneamente) essere al di sotto del valore U min1 definito dalla Norma CEI EN (9-31) Il sistema di elettrificazione deve essere considerato accettabile se i requisiti 1. e 2. sono soddisfatti. 10

11 CEI EN (9-31) Tensioni di alimentazione dei sistemi di trazione Sistema di elettrificazione Tensione non permanente minima Tensione permanente minima Tensione nominale Tensione permanente massima Tensione non permanente massima U min2 [V] U min1 [V] U n [V] U max1 [V] U max2 [V] c.c. (valori medi) c.a. (valori efficaci)

12 CEI EN (9-88) Se il requisito di qualità sulla tensione media utile è soddisfatto, si hanno i seguenti vantaggi: I treni funzionano vicino alla loro tensione nominale (ottimizzazione del rendimento e della prestazione) Rispetto dei valori minimi imposti dalle norme di riferimento (con tutti gli impianti in servizio) Permette di affrontare situazioni di traffico anomale 12

13 Condizioni per la scelta del sistema di trazione elettrica I requisiti sulla qualità della tensione benché significativi, non sono sufficienti da soli a determinare un sistema di alimentazione di una determinata linea in quanto deve essere valutato: Il numero di sottostazioni (SSE) e gli assorbimenti dalla rete AT La potenza delle apparecchiature di SSE Il dimensionamento termico della linea di contatto La convenienza economica del sistema 13

14 DIMENSIONAMENTO ELETTRICO PROGRAMMI DI SIMULAZIONE 14

15 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione L obiettivo dei programmi di simulazione è quello di definire tipo, numero, posizione e caratteristiche degli impianti fissi di trazione elettrica al fine di garantire l esercizio ferroviario anche nelle condizioni più gravose: Traffico di punta dell orario ferroviario/cadenzamento critico Fuori servizio di una Sottostazione (SSE) Questo obiettivo deve essere raggiunto compatibilmente a: Disponibilità di allacciamenti e potenza della rete AT presente sul territorio Unificazione delle apparecchiature 15

16 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione Il dimensionamento del sistema di trazione elettrica eseguito dai programmi si può riassumere nei seguenti step: 1. Determinazione della potenza elettrica richiesta da ogni categoria di treno (merci, passeggeri) lungo la linea 2. Determinazione della potenza elettrica richiesta di un dato numero di treni in corrispondenza ad un orario ferroviario o ad un traffico equivalente di dimensionamento 3. Determinazione dei parametri elettrici sensibili alla verifica del corretto dimensionamento del sistema di trazione elettrica 16

17 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione MARCIA TRENO SINGOLO 1. Determinazione della potenza elettrica richiesta da ogni categoria di treno (merci, passeggeri) lungo la linea Input del programma di Marcia CARATTERISTICHE DEL TRACCIATO Località di partenza, sosta e fermata Profilo della linea (livelletta) Raggio minimo di curvatura ( es. AV 5450 m) Velocità massima nei vari tratti di linea CARATTERISTICHE DEL MATERIALE ROTABILE Tipo di locomotore Curva degli sforzi di trazione Singola / Doppia Trazione Rendimento della locomotiva Massa complessiva del treno (690 t - ETR500) Scelta dei coefficienti nella formula di resistenza al moto Tipo di decelerazione ( 0,4 m/s 2 ) Potenza servizi ausiliari ( 700 kw - ETR500) 17

18 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione Diagramma degli sforzi di trazione massimi in funzione della velocità ETR 500 TAF Andamento lineare Andamento iperbolico Andamento iperbolico 18

19 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione Resistenza al moto R R 0 R e resistenza all avanzamento in rettilineo e orizzontale resistenza dovuta alle accidentalità del tracciato 19

20 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione Resistenza all avanzamento in rettilineo e orizzontale R0 a,b,c coefficienti opportunamente scelti in funzione della natura dei veicoli e dei convogli k coefficiente che tiene conto della presenza di gallerie ETR 500 Merci Resistenze unitarie al moto in piano e rettilineo all aperto Resistenze unitarie al moto in piano e rettilineo in galleria 20

21 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione Resistenza dovuta alle accidentalità del tracciato R e R i R c resistenza dovuta alla pendenza resistenza dovuta alle curve 21

22 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione MARCIA TRENO SINGOLO Output del programma di Marcia Andamento della velocità in funzione dello spazio ETR

23 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione MARCIA TRENO SINGOLO Output del programma di Marcia Andamento potenza richiesta da una singola categoria di treno al sistema di alimentazione in funzione dello spazio ETR

24 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione 2. Determinazione della potenza elettrica richiesta di un dato numero di treni in corrispondenza ad un orario ferroviario o ad un traffico equivalente di dimensionamento Input del programma di creazione orario Potenza richiesta al sistema di alimentazione da una singola categoria di treno in funzione dello spazio (output step 1) Determinazione di un traffico equivalente detto di dimensionamento, rappresentato da treni equidistanziati nel tempo (esempio AV Italiana 1 treno ogni 5 minuti) OPPURE Orario reale previsto nell ora di punta o da ipotesi future come limite superiore di capacità della linea 24

25 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione Output del programma di orario Potenza elettrica richiesta dai diversi treni in funzione del tempo 25

26 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione 3. Determinazione dei parametri elettrici sensibili alla verifica del corretto dimensionamento del sistema di trazione elettrica Input del programma per l implementazione della Rete elettrica Potenza richiesta al sistema di alimentazione dalle singole categorie di treno in funzione dello spazio (output step 2) Scelta del tipo di sistema di alimentazione (Ipotesi 2x25 kv) Scelta del tipo di catenaria (la scelta iniziale ricade su sezioni standard esistenti: per esempio AV italiana filo di contatto 150 mm 2, fune 120 mm 2 ) Caratteristiche geometriche dei conduttori (diametro e distanze rispetto ad un asse di riferimento) Resistenza elettrica dei conduttori 26

27 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione 3. Determinazione dei parametri elettrici sensibili alla verifica del corretto dimensionamento del sistema di trazione elettrica Input del programma per l implementazione della Rete elettrica Ipotesi iniziale sulla posizione delle SSE e dei PP sulla linea. Tale operazione comporta la determinazione della lunghezza di ogni singola cella definita nel sistema elettrico di alimentazione Scelta iniziale di una configurazione di alimentazione della linea di contatto che preveda la presenza di tratti neutri equidistanziati dalle SSE limitrofe (sezioni elettriche di pari lunghezza) Scelta dei dati di targa delle macchine di SSE e PP (la scelta iniziale ricade su standard tecnici esistenti, quando presenti) 27

28 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione SSE P.P. P.P. P.P. Auto-transf. Auto-transf. Auto-transf. Auto-transf. Auto-transf. Auto-transf. SECT. A SECT. A SECT. A SECT. A SECT. A SECT. A IP01 IP02 IP04 IP03 SP01 SP02 SP04 SP03 IP01 IP02 IP04 IP03 IP01 IP02 IP04 IP03 IP01 IP02 IP04 IP03 SP01 SP02 SP04 SP03 SP01 SP02 SP04 SP03 SP01 SP02 SP04 SP03 28

29 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione T-R T-R R-S R-S Sezione elettrica distanza TN successivi S-T S-T T-R T-R SSE P.P. P.P. P.P. SSE Auto-transf. Auto-transf. Auto-transf. Auto-transf. Auto-transf. Auto-transf. SECT. A SECT. A SECT. A SECT. A SECT. A SECT. A IP01 IP02 IP04 IP03 IP01 IP02 IP04 IP03 SP01 SP02 SP04 SP03 IP01 IP02 IP04 IP03 IP01 IP02 IP04 IP03 IP01 IP02 IP04 IP03 SP01 SP02 SP04 SP03 SP01 SP02 SP04 SP03 SP01 SP02 SP04 SP03 SP01 SP02 SP04 SP03 TN TN TN T-R T-R R-S R-S S-T S-T T-R T-R Tensione di fase Tratto neutro Tensione di fase 29

30 Schema elettrico di potenza SSE 2x25 kv 30

31 Schema elettrico di potenza PPD 31

32 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione Output del programma Valori Massimi e Medi di Potenza elettrica apparente assorbita nei punti di collegamento alla rete AT Potenze attive e reattive medie fornita complessivamente dalle SSE alla linea di contatto Valori efficaci della corrente negli avvolgimenti dei trasformatori (primario/secondario) Correnti medie in ogni singola cella (linea di contatto e feeder) e negli autotrasformatori Potenza attiva media fornita al pantografo per ogni treno Tensione media Tensione media utile Tensione minima Distribuzione percentuale dei valori efficaci della tensione al pantografo Indice di limitazione della potenza assorbita dal treno Corrente media fornita al pantografo 32

33 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione Dati di input iniziali Output Affinamento scelte iniziali NO Valutazione dei dati di Output SI OK 33

34 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione Valutazione dei dati di Output CRITERI DI VALUTAZIONE DEI DATI DI OUTPUT Rispetto dei limiti normativi di tensione imposti dalle norme di riferimento Conformità dei valori di potenza assorbita dalle singole SSE con le ipotesi sui dati di targa delle apparecchiature Distribuzione equa dei carichi per ogni singola SSE (modifica della posizione iniziale delle SSE e dei tratti neutri modifica del passo tra le SSE) Posizione delle SSE conformi alla disponibilità reale delle fonti AT Posizione delle SSE conformi alla disponibilità morfologica del territorio Posizione delle SSE conformi alla presenza di stazioni di arresto treno Indice di limitazione della potenza assorbita dal treno (1 2 %) Analisi del transitorio termico della catenaria conseguente al passaggio della corrente di trazione 34

35 Dimensionamento elettrico Programmi di simulazione Valutazione dei dati di Output I criteri di dimensionamento devono essere comunque rispettati anche in condizioni di fuori servizio di una SSE In particolare il fuori servizio delle SSE di inizio e fine tratta risulta essere generalmente quello più critico. L ipotesi di base è quindi l analisi del sistema in condizioni di degrado mantenendo le ipotesi di traffico pari al limite superiore della capacità della linea. 35

36 ESEMPIO DI APPLICAZIONE DEI PROGRAMMI DI SIMULAZIONE 36

37 Simulazione di Marcia - Dati di input Località di partenza, soste intermedie e fermata Stazione di partenza Fermata 1 (durata sosta: 5 minuti) Fermata 2 (durata sosta: 5 minuti ) Stazione di arrivo Caratteristiche della linea Profilo altimetrico della linea: livelletta max 16%o Tratti in galleria non presenti Velocità massima nei vari tratti della linea: 220 km/h Caratteristiche materiale rotabile Potenza max al pantografo 7 MW Potenza servizi ausiliari 350 kw Massa totale 420 t Rendimento (P m /P E ) 0.9 Inserimento dei coefficienti nella formula di resistenza al moto TRENO VIAGGIATORI Resistenze unitarie al moto in piano e rettilineo all aperto Resistenze unitarie al moto in piano e rettilineo in galleria 37

38 Output simulazioni di marcia Andamento della velocità in funzione dello spazio Stazione di partenza Stazione di arrivo Stazione di partenza Fermata 1 Fermata 2 Stazione di arrivo 38

39 Output simulazioni di marcia Andamento della velocità in funzione dello spazio Stazione di arrivo Stazione di partenza Stazione di arrivo Fermata 2 Fermata 1 Stazione di partenza 39

40 Output simulazioni di marcia Andamento potenza richiesta da una singola categoria di treno al sistema di alimentazione in funzione dello spazio Stazione di partenza Stazione di arrivo Stazione di partenza Fermata 1 Fermata 2 Stazione di arrivo 40

41 Output simulazioni di marcia Andamento potenza richiesta da una singola categoria di treno al sistema di alimentazione in funzione dello spazio Stazione di arrivo Stazione di partenza Stazione di arrivo Fermata 2 Fermata 1 Stazione di partenza 41

42 Traffico equivalente Programma di marcia Traffico equivalente di dimensionamento Per la verifica della potenzialità del sistema di trazione elettrica, è stato considerato un traffico equivalente corrispondente ad una potenzialità di 10 treni/h da 7 MW per senso di marcia e quindi 1 treno ogni 6 minuti Il traffico equivalente corrisponde ad un traffico di dimensionamento del sistema di alimentazione. Tale traffico, oltre a essere di tipo previsionale sull utilizzo della linea nei prossimi 40 anni, è stato realizzato per garantire, per determinate ore della giornata (ore di punta) o per imprevisti di natura accidentale (ritardi di alcuni treni e conseguente addensamento degli stessi in determinate celle) le prestazioni di progetto senza alcuna limitazione di esercizio Il treno scelto è quello avente la curva di assorbimento di potenza maggiore 42

43 Architettura di sistema Ipotesi iniziali Stazione partenza Lunghezza totale: 388 [km] Sistema di alimentazione: 2x25 kv 6 SSE 5 PPD + 13 PPS Tratti neutri SSE e PPD Alimentazione AT: 220 kv Distanza tra le SSE : 75 [km] Distanza tra i PP : [km + m] Stazione arrivo SSE PPS PPD 43

44 Ipotesi iniziale - Catenaria Catenaria Materiale Sezione [mm 2 ] Filo di contatto Cu 100 Corda Portante Cu 95 Feeder (sezione minima) Al 185 Trefolo ritorno principale Al 150 Dispersore lineare interrato Cu 95 44

45 Dati delle Macchine di SSE e PP Trasformatore di SSE Potenza nominale [MVA] 30 Tensione nominale secondaria ½ avvolgimento [kv] 27,5 Tensione % di c.to c.to A-B/a-b riferita alla potenza nominale 10 Perdite % di c.to c.to A-B/a-b riferita alla potenza nominale 0,5 Tensione % di c.to c.to A-B/a-0 riferita a ½ della potenza nominale 10 Autotrasformatore di PP Potenza nominale [MVA] 10 Tensione nominale secondaria ½ avvolgimento [kv] 27,5 Tensione % di c.to c.to A-B/a-b riferita alla potenza nominale 1 Perdite nel rame % della potenza nominale 0,5 45

46 Risultati delle simulazioni Ipotesi iniziali REGIME Ipotesi di traffico Potenza media assorbita dal sistema [kva] Potenza massima assorbita dal sistema [kva] Potenza reale media fornita dalle SSE [kw] COSTANTE Tensione Media Utile pari / dispari [V] 26298/ min Tensione minima pari / dispari [V] / V < [V] [%] 0 V MEDIA UTILE >22500 [V] V MIN > [V] 46

47 Potenze medie apparenti assorbite dalla primaria Potenza assorbita dalla rete AT [kva] Sezioni Elettriche SSE1 SSE2 SSE3 SSE4 SSE5 SSE

48 Architettura di sistema Ipotesi iniziali SSE 1 SSE 3 ANNABA TN TN TN Distanza tra le SSE : 75 [km] Distanza tra i PP : [km + m] Il funzionamento in regime degradato prevede la messa in parallelo dei trasformatori delle SSE limitrofe Fuori Servizio della SSE n 2 48

49 Risultati delle simulazioni Ipotesi iniziali SSE 2 Fuori servizio Ipotesi di traffico Potenza media assorbita dal sistema [kva] Potenza massima assorbita dal sistema [kva] Potenza reale media fornita dalle SSE [kw] COSTANTE Tensione Media Utile pari / dispari [V] 24449/ min Tensione minima pari / dispari [V] 17922/ V < [V] [%] 13,1 V MEDIA UTILE >22500 [V] V MIN > [V] 49

50 Potenze medie apparenti assorbite dalla primaria Potenza assorbita dalla rete AT [kva] Sezioni Elettriche SSE1 SSE3 SSE4 SSE5 SSE

51 Architettura di sistema Spostamento SSE 1 e SSE 3 ANNABA Variazione della distanza tra le SSE 1 SSE 2 SSE 3:da 75 a 65 [km] Variazione della distanza tra i PP : da a [km + m] 51

52 Risultati delle simulazioni Variazione ipotesi iniziali SSE 2 Fuori servizio Distanze standard SSE 2 Fuori servizio Distanze Ridotte Ipotesi di traffico Potenza media assorbita dal sistema [kva] Potenza massima assorbita dal sistema [kva] Potenza reale media fornita dalle SSE [kw] COSTANTE Tensione Media Utile pari / dispari [V] 24449/ / min Tensione minima pari / dispari [V] 17922/ / V < [V] [%] 13,1 4,2 V MEDIA UTILE >22500 [V] V MIN > [V] 52

53 Potenze medie apparenti assorbite dalla primaria Potenza assorbita dalla rete AT [kva] Sezioni Elettriche SSE1 SSE3 SSE4 SSE5 SSE

54 Confronto risultati simulazioni Ipotesi iniziali / spostamento pk SSE SSE 2 fuori servizio INIZIALI MODIFICHE pk Tensione Media UIC pari / dispari [V] 24449/ / Tensione minima pari / dispari [V] 17922/ / V < [V] [%] 13,1 4,2 Tensione minima Binario Pari % Tensione minima Binario Dispari +7.74% 54

55 Variazione - Catenaria Nuova sezione filo di contatto Materiale Sezione [mm 2 ] Filo di contatto Cu 120 Corda Portante Cu 95 Feeder (sezione minima) Al 185 Trefolo ritorno principale Al 150 Dispersore lineare interrato Cu 95 55

56 Confronto risultati simulazioni Ipotesi iniziali / spostamento pk SSE + nuova sezione del filo di contatto SSE 2 fuori servizio INIZIALI MODIFICHE pk +Nuova sezione filo di contatto Tensione Media UIC pari / dispari [V] 24449/ / Tensione minima pari / dispari [V] 17922/ / V < [V] [%] 13,1 3,8 Tensione minima Binario Pari % Tensione minima Binario Dispari +8.27% 56

57 Potenze medie apparenti assorbite dalla primaria Potenza assorbita dalla rete AT [kva] Sezioni Elettriche SSE1 SSE3 SSE4 SSE5 SSE

58 Procedura di dimensionamento ANNABA L architettura di sistema finale è quindi ottenuta valutando, caso per caso, il fuori servizio di una SSE e variando di conseguenza la distanza tra le SSE limitrofe e quindi la lunghezza delle varie sezioni elettriche alimentate 58

59 Architettura finale di sistema 2x25 kv BBA ANNABA Distanza tra le SSE km Distanza tra i PP km Trasformatori di SSE da 30 MVA - Autotrasformatori da 10 MVA Filo di contatto 120 mm 2 Fune 95 mm 2 Feeder 185 mm 2

60 Distribuzioni percentuali di tensione al pantografo nel caso di fuori servizio di una SSE Poursentage (%) Hours service SSE - SSE 1 out Bel Imour Hours SSE service 2 - SSE out Setif Hours service SSE - SSE 3 out Gare Militaire Paire Inpaire Paire Inpaire Paire Inpaire V> Interval de tension (V) Poursentage (%) V> Interval de tension (V) Poursentage (%) V> Interval de tension (V) SSE 4 out Hours service - SSE Constantine Paire Inpaire SSE 5 out Hours service - SSE Ramdane Djamel Paire Inpaire SSE 6 out Hours service - SSE Oud Zied Paire Inpaire Poursentage (%) V> Interval de tension (V) Poursentage (%) V> Interval de tension (V) Poursentage (%) V> Interval de tension (V) 60

61 Analisi termica della catenaria CEI EN (9-2) Applicazioni ferroviarie, tranviarie, filoviarie e metropolitane - Impianti fissi - Linee aeree di contatto per trazione elettrica Determinare il surriscaldamento provocato dal passaggio della corrente di trazione, e verificare che la temperatura massima raggiunta dalla catenaria sia contenuta entro gli 80 C. 61

62 Analisi termica della catenaria Il calcolo si basa sulla seguente equazione alle differenze delle energie: E J E S E a E c E R E J = Energia per effetto Joule E S = Energia per irraggiamento solare E a = Energia assorbita dal conduttore E c = Energia per convenzione E R = Energia per radiazione 62

63 Analisi termica della catenaria d dt A 2 1 s A P c I b a 4 A D R s A P ( a ) θ a = temperatura ambiente A = sezione totale D = diametro P = perimetro s = massa specifica c = calore specifico del rame ρ = resistività I = intensità di corrente ε = emessività termica b = coefficiente temperatura resistenza R s = Irraggiamento solare 63

64 Analisi termica della catenaria Tratto neutro Evoluzione termica 64

65 CONFRONTO CON SISTEMA DI ALIMENTAZIONE 1x25 kv 65

66 Architettura di sistema equivalente 1 x 25 kv BBA ANNABA Lunghezza totale: 388 [km] 10 SSE 30 P (parallelo pari/dispari) Tratti neutri SSE e P Alimentazione AT: 220 kv Distanza tra le SSE : 40 [km] Distanza tra i PP : 10 [km] SSE P 66

67 Dati delle Macchine di SSE Trasformatore di SSE Potenza nominale [MVA] 25 Tensione nominale secondaria ½ avvolgimento [kv] 27,5 Tensione % di c.to c.to A-B/a-b riferita alla potenza nominale 11 Perdite % di c.to c.to A-B/a-b riferita alla potenza nominale 0,5 Tensione % di c.to c.to A-B/a-0 riferita a ½ della potenza nominale 11 67

68 Catenaria Catenaria Materiale Sezione [mm 2 ] Filo di contatto Cu 150 Corda Portante Cu 95 Trefolo ritorno principale Al 150 Trefolo ritorno aggiuntivo Cu 95 68

69 Risultati delle simulazioni 1x25 kv REGIME Ipotesi di traffico Potenza media assorbita dal sistema [kva] Potenza massima assorbita dal sistema [kva] Potenza reale media fornita dalle SSE [kw] COSTANTE Tensione Media Utile pari / dispari [V] / min Tensione minima pari / dispari [V] / V < [V] [%] 0 V MEDIA UTILE >22500 [V] V MIN > [V] 69

70 Architettura di sistema 1 x 25 kv Fuori servizio della SSE n 10 SSE 9 SN 70

71 Risultati delle simulazioni 1x25 kv Fuori servizio della SSE 10 SSE 10 OUT Ipotesi di traffico Potenza media assorbita dal sistema [kva] Potenza massima assorbita dal sistema [kva] Potenza reale media fornita dalle SSE [kw] Tensione Media Utile pari / dispari [V] / min Tensione minima pari / dispari [V] / V < [V] [%] 4,5 V MEDIA UTILE >22500 [V] V MIN > [V] 71

72 CONFRONTO 2x25 kv 1x25 kv : Qualità tensione al pantografo REGIME 2 x 25 kv 1 x 25 kv Tensione Media Utile pari / dispari [V] / / Tensione minima pari / dispari [V] / / V < [V] [%] 0 0 FUORI SERVIZIO SSE 2 x 25 kv 1 x 25 kv Tensione Media Utile pari / dispari [V] / / Tensione minima pari / dispari [V] / / V < [V] [%] 3,4 4,5 72

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