Bologna, 13 Maggio Workshop Tecnologie Ferroviarie TE UPGRADE LINEE AV/AC

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1 Bologna, 13 Maggio 2013 Workshop Tecnologie Ferroviarie TE UPGRADE LINEE AV/AC

2 Rete in esercizio Classificazione Km linea Km bc Tipologia Linee AV/AC: Linee con tecnologia innovativa e velocità > o uguale a 250 Km/h q q Nodi: linee afferenti alle località principali, interessate dal traffico prevalentemente metropolitano. Linee A : linee strategiche per il trasporto viaggiatori e merci di grande intensità e rilevanza commerciale. q Linee B : linee principali interessate al traffico internazionale e nazionale a lunga percorrenza. q Linee C : restanti linee elettrificate a minor traffico viaggiatori e merci. q Linee D : restante rete non elettrificata. q

3 La Rete Alta Velocità/Alta Capacità giu 2013 Stazione

4 Linea di Contatto Impiego standard Caratteristiche Infrastruttura Velocità Massima [Km/h] 200 Linea di Contatto Corde Portanti Fili di Contatto Intensità di Traffico Sezione nominale [mm2] N Corde Sezione [mm2] Tiro [Kg] N Fili Sezione [mm2] Tiro [Kg] bassa media alta media alta

5 Catenarie attuali per linee AC/AV Linee RFI in esercizio TRATTA TIPO ALIM. LUNGHEZZA TORINO MILANO 25 kvca 125 km MILANO BOLOGNA 25 kvca 182 km BOLOGNA FIRENZE 25 kvca 78 km 3 kvc 254 km 25 kvca 205 km NAPOLI SALERNO 3 kvcc 29 km PADOVA MESTRE 3 kvcc 25 km FIRENZE ROMA ( DDma ) ROMA NAPOLI

6 Requisiti tecnici dei conduttori q q TIRO ELEVATO garantisce: Ø buona captazione, Ø ridotta usura, Ø basso sviluppo d arco. ELEVATA CONDUCIBILITA garantisce: ü cadute di tensione contenute, ü perdite non eccessive, ü Sovratemperature limitate (< creep)

7 Requisiti Tecnici conduttori per LdC Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Conducibilità elettrica Carico di rottura meccanico Temperatura ricristallizzazione Resistenza all usura Resistenza al creep Variazioni microstrutturali Variazione carico di rottura Variazioni di costo/disponibilità

8 Stato dell arte Nuovi conduttori per LdC Target Filo di Contatto Ø Ø Ø Ø Ø Ø Conducibilità > 90% del CuETP (IACS % 90) Carico di rottura > 38 kg/mm2 (373 N/mm2) 3 kvcc Conducibilità > 70% del CuETP(IACS % 70) 25 kvca Carico di rottura > 42 kg/mm2 (411 N/mm2) Resistenza all usura > quella del CuETP Resistenza al creep > quella del CuETP

9 Nuovi conduttori per linee di contatto Materiale Valori 2 Conduttività Elettrica IACS % Carico Unitario di Rottura [N/mm ] Cu ETP CuAg CuSn CuZr CuMg Temperatura di ricristallizzazione [ C]

10 Nuovi conduttori per linee di contatto

11 CEI-EN 50119/2010..Linee aeree di contatto per la TE REQUISITI PRESTAZIONE SISTEMA LINEA DI CONTATTO Scorrimento per variazione della lunghezza per c dei fili conduttori libero da impedimenti Facile regolazione dei parametri geometrici (altezza e poligonazione) della Linea di Contatto. Nessuna interferenza con la sagoma statica e cinematica dei veicoli rotabili e del pantografo Vmax 70 % V ; e max e min u= 100 e max + e min?

12 Captazione ottimale: requisiti tecnici q Tiro q Spinta Una q Accelerazioni q Uniformità e(x) Il miglioramento delle condizioni dinamiche mediante aumento del tiro è confermato anche da misure effettuate per controllare valore e variazioni della forza di contatto

13 Requisiti tecnici conduttori - Captazione ottimale Vc Ve 0 α = 1 Vc + Ve

14 Requisiti tecnici conduttori - Captazione ottimale Elevata Velocità Critica: Vc = σt g [m / s] ρp Velocità di propagazione dell interferenza lungo un filo aereo teso: (con tiro a 1000 dan si ottiene per il filo di Rame da 100 mm2-380 km/h, per il Tesal da 177 mm2 515 km/h con un + 35%!!) Per migliorare la captazione occorre che Ve << Vc Fattore Doppler >= 0,15 (Ve <= 70-75% Vc) Vc Ve 0 α = 1 Vc + Ve

15 Requisiti tecnici conduttori - Captazione ottimale CHIAMATO = IL CEDIMENTO ELASTICO DI UNA CATENARIA SOTTO L AZIONE DI UNA SOLLECITAZIONE F SI DIMOSTRA CHE: =, σ ( + ) = =, σ APPARE EVIDENTE CHE PER RIDURRE LA FRECCIA f OCCORRE AUMENTARE IL TIRO

16 Requisiti tecnici conduttori - Captazione ottimale q q q Le valutazioni del moto nel campo della dinamica permettono di avere una idea delle oscillazioni massime. L ampiezza è massima quando l oscillazione pulsante indotta dal pantografo è in sincronia con la pulsazione delle oscillazioni libere del sistema catenaria. In un sistema meccanico sotto l azione di una pulsazione esterna è oggetto di oscillazioni forzate smorzate, dopo una fase transitoria tende ad un regime di moto oscillatorio con periodo Te uguale a: Te=2 / e

17 Requisiti tecnici conduttori - Captazione ottimale

23 Requisiti tecnici conduttori - Captazione ottimale 4,2 5,1 2,2 2, ,8 1,3 245

24 CEI-EN 50119/2002..Linee aeree di contatto per la TE REQUISITI PRESTAZIONE SISTEMA LINEA DI CONTATTO LdC TC [N] mc [kgm/m] NC TF [N] mf [kgm/m] NF VC [km/h] 0,7VC [km/h] , , F , , R , , , , , , , ,

26 Nuovi conduttori per linee di contatto q q q La Rete AV Europea interoperabile è caratterizzata da: ü velocità di esercizio fino a 350 Km/h, ü possibilità utilizzo del doppio pantografi in presa. Oggi tutte le linee di contatto AV a 25 kvca SNCF e DB sono realizzate con questi fili di contatto. Prove ed esercizio della catenaria tedesca Re 330 hanno dimostrato che è possibile raggiungere i seguenti requisiti: ü alta qualità della captazione (assenza innesco d archi), ü possibilità di utilizzare due pantografi fino a 280 km/h.

27 Il filo di contatto CuMg0,5 q q q Carico di rottura elevato: 505 N/mm2. Creep con carico di 225 N/mm2 fino a 150 C molto piccolo (0,1 per mille) e una velocità di deformazione costante su un carico di 100 ore. Temperatura di ricristallizzazione di 380 C, talmente elevata che per questa lega sarebbe accettabile una temperatura costante di esercizio di 150 C.

28 Il filo di contatto CuMg0,5 q q q q q La nuova catenaria è stata collaudata dall ICE utilizzando 2 pantografi alla velocità massima di 335 Km/h. Le prove hanno confermato le aspettative, evidenziando un netto miglioramento dell efficienza dell impianto. La variazione della forza di contatto risulta notevolmente ridotta, alla stessa velocità, rispetto alla catenaria tipo Re 250. L utilizzo di un pantografo di misura a 335 Km/h ha fatto registrare un intervallo di variazione della Fc corrispondente a quanto osservato con l impianto Re 250 a 280 km/h. I valori misurati del sollevamento a 335 km/h sono notevolmente al di sotto di 100 mm.

29 Caratteristiche tecniche essenziali catenaria Re330:

30 Catenarie attuali per linee AC/AV Catenaria 3 kvcc Corda portante Filo di contatto Materiale Cu-ETP Cu-ETP Tiro [dan] Numero Sezione [mm²] Sezione totale: 540 mm² Velocità massima: 250 km/h Catenaria 25 kvca Corda portante Filo di contatto Materiale Cu-ETP Cu-ETP Tiro [dan] Numero Sezione [mm²] Sezione totale: 270 mm² Velocità massima: 300 km/h

31 WG JRC Upgrade 360 Pantografo -Catenaria Il Comitato Guida del JRC nel contesto del Il progetto Nuove Linee AV, strettamente connesso all acquisizione da parte di Trenitalia del nuovo elettrotreno ETR 1000, ha manifestato la volontà di innalzare la velocità massima di esercizio sulla rete AV italiana, portandola da 300 a 360 km/h sulle linee a 25 kvca e da 250 a 300 km/h sulle linee a 3 kvcc con particolare riguardo alla linea DD.ma Roma-Firenze.

32 WG JRC Upgrade 360 Pantografo - Analisi Le velocità previste dal nuovo servizio AV (360 km/h per le linee 25 kvca e 300 km/h per le linee 3 kvcc) sono oltre i limiti delle attuali configurazioni di catenaria (C270 e C540) della rete AV/AC. L esercizio a tali velocità coinvolge diverse problematiche legate all interazione tra il materiale rotabile e l infrastruttura. Per quanto riguarda la qualità della captazione, poiché essa risulta dall interazione tra pantografo e catenaria, è stato necessario studiare un adeguamento sia del pantografo sia dell infrastruttura.

33 WG JRC Upgrade 360 Pantografo - Valutazioni L esperienza acquisita dall esercizio delle linee AV lato pantografo permette di affermare che : il controllo della spinta in funzione della velocità è fondamentale per linee esercite a velocità superiori ai km/h; a maggior ragione tale controllo è fondamentale sulle linee a 3 kvcc dove l utilizzo del controllo della spinta in modo differenziato consente di estendere la doppia captazione fino a 250 km/h.

34 WG JRC Upgrade 360 Catenaria - Valutazioni La sperimentazione già effettuata su alcune regolazioni della Milano-Torino con l introduzione di conduttori di contatto in CuMg0,5 tesate a 30 kn ha mostrato come il miglioramento rispetto all attuale configurazione ottenibile sia notevole Tratta tesata a 30kN

35 WG JRC Upgrade 360 Pantografo - Conclusioni Gli attuali standard costruttivi delle linee AV devono essere adeguati. In particolare il tiro dei conduttori di contatto risulta il fattore che di maggior influenza per una migliore captazione. Tiri maggiori sono possibili con l adozione di leghe di rame (CuAg e CuMg), grazie alla maggiore resistenza resistenza meccanica e al miglior comportamento a creep, rispetto ai tradizionali conduttori in CuETP.

36 WG JRC Upgrade 360 Pantografo R&S Catenaria Progetto del nuovo standard di catenaria AV a 25 kvca per velocità fino a 360 km/h e a 3 kvcc per velocità fino a 300 km/h. Scelta di un tratto di linea tra le linee AV 25 kvca dove poter raggiungere la velocità di 360 km/h con accelerazione non compensata nei limiti tratta di lunghezza km; Scelta di un tratto di linea AV 3 kvcc sulla DD.ma Roma Firenze. dove poter raggiungere la velocità di 300 km/h con accelerazione non compensata nei limiti tratta di lunghezza km;

37 Interventi migliorativi catenaria 25 kvca Obiettivo: Incremento della velocità fino a 360 km/h Azione: Incremento del tiro del filo di contatto Criticità e Azioni Correttive: Carico di rottura e creep: utilizzo di un filo di contatto con migliori caratteristiche meccaniche

38 Interventi migliorativi catenaria 25 kvca Caratteristiche nuova catenaria q Utilizzo di filo di contatto in lega Rame - Magnesio (CuMg0,5) q Sezione totale: 270 mm² q Massima velocità d esercizio: 360 km/h Numero Sezione [mm²] Materiale Tiro [dan] Corda portante 1 Filo di contatto Cu-ETP 1625 CuMg0,5 3000

39 Interventi migliorativi catenaria 25 kvca Verifica massima velocità ammessa dalla catenaria In accordo al paragrafo delle STI (Specifiche Tecniche di Interoperabilità) la velocità d esercizio deve essere: Σ T Vesercizio 3,6 0,7 Σm T [N]: Tiri C+F m [kg/m]: masse C+F Velocità massima di esercizio: 378 km/h VERIFICA SODDISFATTA

40 Interventi migliorativi catenaria 25 kvca Impatto sugli impianti esistenti verifica e/o modifiche 1. POSTI DI REGOLAZIONE E DI SEZIONAMENTO: Ø 2. DIMENSIONAMENTO STRUTTURE Ø 3. sovrapposizione su numero maggiore di campate nuove strutture per ormeggio condutture SOSPENSIONI Ø nuova sospensione per maggiori carichi radiali assemblata con componenti già noti

41 Interventi migliorativi catenaria 25 kvca Impatto sugli impianti esistenti verifica e/o modifiche 4. TRATTO NEUTRO : Ø Ø Ø ll tiro elevato del filo di contatto non permette di utilizzare il tratto neutro corto (in accordo a STI, paragrafo ) già utilizzato sulle linee AV/AC Per linee nuove è necessario adottare tratto neutro lungo (L 402 m) previsto dalla STI Per linee esistenti il tratto neutro corto può essere utilizzato solo con tiri ridotti rispetto alla piena linea, sempre nei limiti previsti dalla STI

42 Interventi migliorativi catenaria 25 kvca A B C D E F Fase 1 Fase 1 Fase 2 Tiro 20 kn D<142m L>143m Fase 2 D<142m A Tiro 20 kn Fase 1 B C D < 142 m L > 143 m D E F Fase 2 Tiro 27 kn D < 142 m Fase 1 Tiro 27 kn Fase 2

43 Interventi migliorativi catenaria 25 kvca

44 Interventi migliorativi catenaria 25 kvca Verifica sollevamento massimo Normativa AV/AC impone che lo spazio necessario per il sollevamento del braccio di poligonazione (2S0) sia pari a 300 mm; Il paragrafo della STI prescrive, però, che, quando il sollevamento del braccio di poligonazione è fisicamente limitato è permesso ridurre lo spazio necessario a 1,5S0. Essendo 2S0 = 300 mm e 1,5S0 = 225 mm Il filo di contatto fuori servizio si deve trovare, di conseguenza, a una quota superiore a 225 mm in corrispondenza delle doppie sospensioni. Il suo sollevamento naturale sotto sospensione è pari a 325 mm, per cui non vi è alcun ostacolo all alzamento del braccio di poligonazione

45 Interventi migliorativi catenaria 25 kvca

46 Linee per la nuova Alta Velocità italiana (3kVcc) Per quanto riguarda la linea a 3 kvcc, oltre all incremento della velocità (da 250 km/h a 300 km/h), anche la doppia captazione è un problema da valutare e risolvere. L alimentazione in c.c., associato ad un elevato livello di corrente (fino a 2800 A nel caso estremo di singola captazione), coinvolge in maniera rilevante anche il problema dell usura dei conduttori e degli striscianti.

47 Interventi migliorativi catenaria 3 kvcc Obiettivo: - Incremento della velocità fino a 300 km/h Azioni: - - Incremento del tiro del filo di contatto Necessità di captazione con due pantografi Criticità e Azioni Correttive Utilizzo di un filo di contatto con migliori caratteristiche CuAg0,1 Revisione sistema di pendinatura con utilizzo di pendini elastici-smorzatori per migliorare l interazione pantografo-catenaria -

48 Linee per la nuova Alta Velocità (3kVcc) Le italiana prove comparative condotte al banco prova captazione, hanno consentito di confrontare tra loro i livelli di usura (del filo di contatto e dello strisciante) associati al CuETP ed al CuAg0,1. Le differenze riscontrate sono entro il 10%. Viceversa, la possibilità di incrementare i tiri dei fili di contatto migliorando la qualità della captazione, diminuisce complessivamente i livelli di usura. Il maggior tiro consente anche una diversa ottimizzazione della pendinatura, per massimizzare il beneficio ottenibile.

49 Linee per la nuova Alta Velocità italiana (3kVcc) Indice di qualità della captazione TSI 0.3Fm-σ >0 Catenaria 540, due pantografi ATR95-3kV distanti 200m Effetto incremento da 18.75kN a kn (+20%), con due livelli di irregolarità del filo di contatto N C onf 3 pan 1 Primo pantografo 20 Stato di manutenzione ottimale Incremento di tiro T S I q u a lit y in d e x [ N ] k N - s t d ir r k N - lo w ir r k N - s t d ir r k N - lo w ir r 8 6 Stato di manutenzione standard V e lo c it y [ k m / h ] Km/h

50 Linee per la nuova Alta Velocità italiana (3kVcc) Indice di qualità della captazione TSI 0,3xFm-σ >0 Catenaria 540, due pantografi ATR95-3kV distanti 200 m Effetto incremento da kn a kn (+20%), con due livelli di irregolarità del filo di contatto N C o n f 3 p a n 2pantografo secondo k N - s t d ir r k N - lo w ir r k N - s t d ir r k N - lo w ir r T S I q u a lit y in d e x [ N ] 20 Incremento di tiro Stato di manutenzione ottimale Stato di manutenzione standard V e lo c it y [ k m / h ] Km/h

51 Interventi migliorativi catenaria 3Caratteristiche kvcc nuova catenaria Utilizzo di filo di contatto in lega rame-argento (CuAg0,1) Sezione totale: 540 mm² Massima velocità d esercizio: 300 km/h Numero Sezione [mm²] Materiale Tiro [dan] Corda portante 2 Filo di contatto Cu-ETP 1625 CuAg0,1 2250

52 Interventi migliorativi catenaria 3 kvcc Verifica massima velocità ammessa dalla catenaria In accordo al paragrafo delle STI (Specifiche Tecniche di Interoperabilità) la Vesercizio deve essere: Σ T Vesercizio 3,6 0,7 Σm T [N]: Tiri C+F m [kg/m]: masse C+F Velocità massima catenaria: 327 km/h VERIFICA SODDISFATTA

53 Interventi migliorativi catenaria 3 kvcc Impatto sugli impianti esistenti verifica e/o modifiche 1. POSTI DI REGOLAZIONE E DI SEZIONAMENTO: Ø 2. DIMENSIONAMENTO STRUTTURE Ø 3. sovrapposizione su numero maggiore di campate nuove strutture per ormeggio condutture SOSPENSIONI Ø sospensione con elasticità aumentata attraverso l installazione di due coppie di pendini elastici

54 Interventi migliorativi catenaria 3 kvcc Utilizzo dei pendini elastici ad anello In sostituzione dei pendini tradizionali prossimi alla sospensione Miglioramento della captazione del secondo pantografo Non è richiesta una modifica alla distribuzione dei pendini nella campata

55 Sperimentazione in campo - Catenaria kvca Linea Torino-Milano - Identificazione della tratta sperimentale Km Km Linea AV Torino-Milano Simulazione per corse prova captazione con treno ETR Ipotesi per prove captazione Limite velocità da curve Ve locità [km/h] - Altezza slm [m] 350 Limite velocità attuale altimetria Dis ta nza da Torino P.N. [km]

56 Interventi migliorativi catenaria 3 kvcc Km Km

57 CRITICITA PUNTO FISSO Senso marcia treno L urto avviene in corrispondenza del primo morsetto del punto fisso che il pantografo incontra

58 PF Binario Dispari Roma-Napoli AVC/AV Km Spessore filo riscontrato mm Il consumo più rilevante ha una lunghezza di circa 10 cm a cavallo del morsetto Tale consumo viene rilevato nel 50% circa delle corse del treno diagnostico Archimede. In considerazione della lunghezza del difetto, non viene aperto nessun punto di misura sugli avvisi V6 PO n 056/2008 (tab. 13 pag 20)

59 PF Binario Dispari Roma-Napoli AVC/AV Km

60 PF Binario Dispari Roma-Napoli AVC/AV Km Rilievo del 16/05/2012 Soglia consumo 13.6 Soglia consumo 11.8

61 PF Binario Dispari Roma-Napoli AVC/AV Km Rilievo del 30/05/12 (consumo non rilevato) Rilievo del 08/02/12 (consumo rilevato)

62 PF Binario Pari Roma-Napoli AVC/AV Km Spessore filo riscontrato mm Il consumo più rilevante ha una lunghezza di circa 3 cm sotto il morsetto Tale consumo non viene quasi mai rilevato sui grafici delle corse del treno diagnostico Archimede. Il consumo potrebbe non essere rilevato in quanto il passo di misura effettuato per i rilievi del filo di contatto è di 5 cm (Tab 8 PO 056/2008)

63 PF Binario Pari Roma-Napoli AVC/AV Km Particolare del punto consumato, rispetto ad un piano di riscontro, dopo il montaggio del nuovo morsetto cat/prog 902/177

64 PF Binario Pari Roma-Napoli AVC/AV Km Rilievo del 31/05/12

65 PF Binario Pari Roma-Napoli AVC/AV Km Rilievo del 26/01/12 Rilievo del 02/06/11 Rilievo del 22/03/12 Rilievo del 03/05/12

66 PUNTO FISSO IN CURVA Nei punti fissi in curva, il perno della canna non scorre libero nell asola del morsetto Questo può comportare per l elevato attrito tra perno e asola, un anomalo consumo per sfregamento dei due (vedi foto), con conseguente variazione dell elasticità della LdC sotto il morsetto del punto fisso, e relativo consumo del filo Una possibile soluzione potrebbe essere quella di prevedere uno snodo sulla parte finale della canna, che consentirebbe il perfetto allineamento asola/perno.

67 Prove in esercizio su linee RFI Lodi 2011 Con autorizzazione del 10/10/2011 sono stati installati sulla linea storica Mi-Bo nelle stazioni di Lodi e Codogno pendini elastici Pendiflex sia per la prova di montaggio (istruzione al personale RFI) sia per la verifica di miglior elasticità della linea storica a 3 kv cc. Successivamente, nel PC di Livraga (linea AV 25 kv ca) sono stati installati pendini elastici sotto sospensione e nel punto fisso, giudicato elemento critico per i notevoli distacchi del pantografo. I primi risultati sono positivi sia per quanto riguarda la captazione sotto sospensione e soprattutto nella zona del punto fisso; le verifiche sono risultate soddisfacenti con una importante riduzione degli archi elettrici. Codogno (LO) 2012

68 Prove di caratterizzazione del pendino elastico Prove in laboratorio su un prototipo F Cella di carico F(t) Elemento elastico del pendino pendino x(t): moto imposto dall attuatore X

69 Caratteristica sperimentale Forza in funzione dello spostamento a diverse frequenze C : \ c a r t e lle \ S A U L \ p o li\ D r o p b o x \ T E S I ( 1 ) \ P R O V E \ a r t h u r flu r y \ a f H z 4Hz 7.5 H z F F o rz a [N ] ~ 35N ~4 -cm 5 0 S p o s ta m e n to [m m ] 5 X

70 Pendiflex: modello per Rigidezza: Ksimulazioni = 0,78 N/mm Attrito: Ta = 1,3 N (altezza del ciclo: 2,6 N) K Ta

71 10 8 Pendiflex 1^ serie e modello ad O Test di forza Test frequenza Ao Amplitude Ap Frequency [Hz] PENDIFLEX MODELLO ad O

72 Pendiflex Plus 3 e 4 Pendiflex Plus assorbe l onda creata dal primo pantografo entro 1,5/2 sec prima del passaggio del secondo pantografo. Considerando 400 ml come distanza tra i 2 pantografi, il primo pantografo crea una perturbazione alla linea e senza 12 l ausilio del sistema PendiflexPlus il secondo pantografo trova una catenaria fortemente disturbata. PENDIFLEX standard Plus 3 10 Plus 4 Test di forza 8 Amplitude 6 4 Test frequenza

73 Simulazione Fp con e senza Pendiflex V = k m /h 250 p e n d if le x s ta n d a r d F Z to t - P 1 [N ] P a n t o g r a p h p o s it io n [ m ] 513

74 Simulazione Fp con e senza Pendiflex OK?? 200 N 150 N 100 N OK Tirantino Sospensione

75 Confronto tra comportamento pendino standard e Pendiflex sotto sospensione Pendino standard Ondeggiamento evidente Pendiflex Nessuna perturbazione

76 Confronto sul Punto Fisso Punto Fisso Standard Forte Arco Elettrico Punto Fisso con Pendiflex Ridotto Arco Elettrico

77 Prove in esercizio su linee RFI L obiettivo delle prove eseguite sul campo, sul PF ubicato la PM TE 4 di Livraga, è stato quello di testare il nuovo Punto Fisso con o senza Pendino Elastico allo scopo di ridurre gli eccessivi consumi fatti registrare dal PF a standard in particolare sotto al morsetto (vedi foto) che collega l asta in vetroresina con la sagoma del filo di contatto

78 Prove in esercizio su linee RFI La tabella sottostante indica i treni transitati a Livraga e filmati nel momento in L analisi solo visiva è stata sufficiente per trarre delle conclusioni certe, per 1. L analisi solononinteragiva visiva dei il punto video evidenzia PFcui cui il loro pantografo con fisso della catenaria.che, Non con è stato si è deciso di organizzare misure dirette sulla catenaria con l ausilio di un possibile rilevare la spinta con cui il pantografo interagiva sulla catenaria, perché standard AV, il movimento perno nell asola del morsetto accelerometro. L accelerometro è statodel posizionato in corrispondenza del pendino questo non era disponibile asolo bordodopo treno. la flessione avviene con undato leggero adiacente al morsetto del punto fisso. I ritardo, dati misurati sono stati trasmessi via etere TRENO N ORA V km/h Pos.ne Pant.fo A kv DATA ad un pc e per poi misurare sia l ampiezza della oscillazione sia il tempo con dell asta in vetroresina. ETR P 400 \ 13/09/2012 cui andava ad annullarsi. Monitoraggio punto fisso sul binario dispari al PM di Livraga della linea AV/AC Milano-Bologna Picchetto TE 166/ P 200favorisce 25,8 Il nuovo ETRPunto9509Fisso 7.40con stralli elastici NTV C ETR \ P \ \ l oscillazione della catenaria che produce una forte ETR P ,7 ETR P il flessione NTV dei pendini che tornano in trazione quando C ETR \ P \ filo SAP di contatto torna in quota dando luogo \ a ETR P 460 sollecitazioni verticali sulla corda portante tali 2625da NTV C P ,3 innescareetr forti oscillazioni tenaria sul piano verticale. NTV C ETR P \ \ La presenza del 9651 pendino elastico (Pendiflex) riesce ad ETR P , P ,2 assorbireetr la brusca sollecitazione che il pantografo NTV C ,5 ETR P \ \ esercita ETR sul morsetto perno asola del PF che P ,6 comunque anche nella versione modificata è ancora ETR P ,8 NTV C troppo pesante. NTV C /09/ S en sor e S AP Un ità di Re gi str azio ne 15/09/2012 ETR NTV P C ,7 26

79 Prove in esercizio su linee RFI Monitoraggio Monitoraggio punto punto fisso fisso sul sul binario binario dispari dispari al al PM PM di di Livraga Livraga della della linea linea AV/AC AV/AC Milano-Bologna Milano-Bologna Picchetto TE 166/17 con attrezzato stralli EBcon e pendiflex Picchetto TE 166/17 attrezzato stralli con elastici EBelastici e pendini cordino AF tipologicoav?? OK -10% DATA TRENO N ORA V km/h P panto A kv TRENO N ORA V km/h P panto A kv DATA 29/01/2013 ETR 9603 ETR /01/2013 ETR 9505 ETR 9505?? 29/01/2013 NTV , P FR DEL 29/01 NTV 9907 ETR 9607 ETR , /01/ /01/2013 ETR , PP Temp. Temp. Serie /01/ /01/2013 ETR NTV ,31 7, CP /01/ /01/2013 NTV ETR ,35 7, PC /01/ /01/2013 ETR ETR ,45 7, PP 140 Flashover /01/ /01/2013 ETR NTV ,51 8, CP /01/ /01/2013 NTV ETR ,01 8, PC /01/ /01/2013 ETR ,31 8, PP /01/ /01/2013 ETR ,45 8, PP /01/2013 ETR , P /01/ /01/2013 Binario Pari 100 Pari 200 Binario ETR 500 ETR ETR ETR 9609FR DEL 30/ , , P P ,14 9, PP Serie

80 Sperimentazione in campo Rilievo con Diamante PF senza Pendiflex Fmax 30 dan PF con Pendiflex Fmax 20 dan

81 Sperimentazione in campo Obiettivi: COSTI DI ACQUISTO Adeguamento su impianti esistenti alimentati a 25 kvca e 3 kvcc, due tratte di lunghezza significativa per raggiungere e mantenere la velocità max di prova, sui quali sperimentare le due nuove tipologie di catenaria. La scelta è stata effettuata in funzione dei diagrammi delle velocità attuali in considerazione delle nuove velocità di progetto. PENDINO CONDUTTORE: 7 PENDINO AD ANELLO: 63,5 Implementazione di nuovi sistemi per monitorare le prestazioni in termini di interazione dinamica pantografocatenaria, usura e creep del filo di contatto (per il filo CuMg0,5 i dati di usura e creep saranno rilevati sul tratto sperimentale già in esercizio sulla tratta NO-MI). PENDIFLEX: 166,5

82 Linee per la nuova Alta Alla luce dei risultati disponibili, risulta opportuno avvalersi Velocità italiana delle esperienze condotte sfruttando le occasioni disponibili per estendere la sperimentazione dei pendini elastici accoppiati ai nuovi PF e sul 3 kvcc anche prima e dopo la sospensione; Per le linee a 25 kvca, è auspicabile già da ora procedere all estensione dei tratti con CuMg0,5 a 30 kn al fine di: effettuare corse prova a velocità fino a 360km/h e oltre, monitorare il comportamento a creep e ad usura. Per la linea AC/AV a 3 kvcc, nella prossima realizzazione della tratta Treviglio-Verona, si ritiene utile: implementare la soluzione con fili di contatto in CuAg0,1, e tiri incrementati, a 22.5 kn o 25 kn, in ragione delle possibilità offerte dall infrastrutttura.

83 Workshop Tecnologie Ferroviarie TE Upgrade Linee AV/AC Sicurezza in Galleria D.M. 28/10/2005 Sottosistemi Tecnologici Sistema Automatico di Sezionamento e Messa a Terra della Linea di Contatto

84 REQUISITI MINIMI DM Sezionamento linea di contatto (L > m) TESTO Per gallerie di lunghezza superiore a 5000 m devono essere previsti dei sezionamenti della linea di contatto opportunamente ubicati allo scopo di consentire la mobilità dei treni accodati o precedenti quelli incidentati o semplicemente posti sotto una tratta di linea di contatto interessata da un corto circuito. INDICAZIONE INTERPRETATIVA Il requisito è soddisfatto se l impianto è conforme alle disposizioni contenute nella Specifica Tecnica RFI DTC DNS EE SP IFS 177 A Ed. 2008

85 REQUISITI MINIMI DM Messa in sicurezza Linea di Contatto (L>1.000 m) TESTO Deve essere installato un sistema che, in presenza di un incidente in galleria, consenta la disalimentazione della linea di contatto e la relativa messa a terra di sicurezza, mediante dispositivi posizionati in prossimità degli imbocchi di accesso. INDICAZIONE INTERPRETATIVA Il requisito è soddisfatto se l impianto è conforme alle disposizioni contenute nella Specifica Tecnica RFI DTC DNS EE SP IFS 177 A Ed. 2008

86 REQUISITI MINIMI DM INDICAZIONE INTERPRETATIVA Il requisito è soddisfatto se l impianto è conforme alle disposizioni contenute nella Specifica Tecnica RFI DTC DNS EE SP IFS 177 A Ed. 2008

87 RFI DTC DNS EE SP IFS 177 A III.2 PRINCIPI GENERALI La sicurezza del Sistema è basata sul controllo visivo dello stato dei dispostivi MAT. III.3.1 APPLICAZIONE - Premessa Il personale RFI giunge presso tutti i dispositivi MAT e ne verifica Io stato di chiuso. L Operazione anche con una organizzazione adeguata caratterizzata da un tempo di intervento QSq elevato. Auspicato sistema Automatico con controllo remoto sicuro

88 I Sistemi MATS progettati ed attivati QGPLC RTU QMAT + QPLC Fabbricato di sicurezza QMAT + QPLC QMAT + QPLC

89 I Sistemi MATS progettati ed attivati

90 I Sistemi MATS progettati ed attivati Opzione A (linee AV) Opzione B (linee trad.) 90

91 I Sistemi MATS progettati ed attivati Apparecchiature per ogni imbocco o finestra: Sezionatori di Messa a Terra (MAT) Controllori del collegamento alla rotaia (QCCR) Quadro di comando locale a relè (QMAT) con interfaccia operatore Quadro di Automazione Locale (QPLC) con schede di input/output Relè voltmetrico (3 kvcc)/trasformatore di tensione (2x 25 kvca) Nota: I sezionamenti della LdC e i relativi sezionatori già esistenti, vengono impiegati, se compatibile con i criteri di Legge/Normativi. Il sistema si completa con in quadro generale di automazione (QGPLC) provvisto di CPU e la postazione operatore ubicati nel fabbricato sicurezza

92 I Sistemi MATS progettati ed attivati Composizione imbocco\accesso 25 kvca LC Feeder MAT TV TV QCCR QMAT ROTAIA QPLC

93 I Sistemi MATS progettati ed attivati Composizione imbocco\accesso 3 kvcc LC MAT RV QCCR ROTAIA QMAT QPLC

94 I Sistemi MATS progettati ed attivati Caratteristiche e funzionalità delle apparecchiature: Sezionatori di Terra (MAT) Tensione nominale kv 25 3 Tensione permanente massima (Umax1) kv 27,5 3,6 Tensione non permanente massima (5min) (Umax2) kv 29 3,9 Frequenza Hz 50 \ Potere di stabilimento su corto circuito ka Corrente di breve durata ka Tensione di tenuta ad impulso atmosferico (1,2/50 µs) 35 (0,25 s) (1s) 250 Tensione di tenuta a frequenza industriale kv kv 95 50

95 I Sistemi MATS progettati ed attivati Caratteristiche e funzionalità delle apparecchiature: Controllori del collegamento alla rotaia (QCCR) Sistema ridondato che controlla il collegamento tra sezionatore MAT e rotaia generando a ricevendo il segnale ad alta frequenza (circa 100 ma a10 khz) iniettato nel loop formato dai cavi e dalla rotaia Conforme alle normative sulla compatibilità elettromagnetica per immunità e emissioni Sopporta le correnti di corto circuito che possono percorrere i cavi 35 ka (250 ms), sistemi 3 kvcc 16 ka (500 ms), sistemi 25 kvca Idoneo ad essere utilizzato in un sistema ferroviario (conforme alla maschera di emissione della corrente armonica su linee 3 kvcc e 25 kvca)

96 I Sistemi MATS progettati ed attivati QUADRI QMAT -QPLC

97 I Sistemi MATS progettati ed attivati sul territorio nazionale QUADRO QGPLC Postazione Operatore

98 I Sistemi MATS progettati ed attivati Peculiarità del sistema Integrazione con impianti già realizzati q DOTE Architettura RTU Postazioni Periferiche Operatore (BO-FI) Riduzione impatto degli interventi lungo linea q Utilizzo di apparecchiature esistenti per il sezionamento longitudinale Eliminazione posa di nuovi cavi di comando e controllo in galleria Ottimizzazione rispetto al sistema tecnologico q Integrazione specifica sicurezza in galleria TLC (TT597) Interfaccia operatore rapido e semplificato per accelerare l intervento dei soccorsi q Macrocomando DOTE Pulsante di messa a terra locale Diagnosticabilità q Diagnosticabilità elevata con postazione locale in ogni sito (imbocco/accesso intermedio) 98

99 I Sistemi MATS progettati ed attivati La metodologia prevista dalla CEI EN permette di: Controllare il ciclo di vita di sicurezza del sistema dalla sua progettazione alla dismissione Ottimizzare il progetto con l applicazione di tecniche e misure per evitare i guasti sistematici Scegliere le architetture idonee al target SIL tenendo conto della diagnosticabilità e ridondanza degli elementi Ridurre il tasso di guasto adottando apparecchiature più performanti Calcolare il valore di PFD delle funzioni di sicurezza Definire l intervallo di tempo delle verifiche periodiche

100 Quadro Normativo STES à RFI DTC DNS EE SP IFS 177 A SEZIONAMENTO DELLA LINEA DI CONTATTO E MESSA A TERRA DI SICUREZZA PER GALLERIE FERROVIARIE (DM ) à RFI DPRIM STC IFS TE 150 Sper SISTEMA AUTOMATICO PER IL SEZIONAMENTO DELLA LINEA DI CONTATTO E MESSA A TERRA DI SICUREZZA PER GALLERIE FERROVIARIE (DM )

101 Quadro Normativo Valutazione del Rischio q EN50126 Applicazioni Ferroviarie, Tranviarie, Metrotranviarie e Metropolitane. La Specificazione di Affidabilità, Disponibilità, Manutenibilità e Sicurezza (RAMS) q EN Applicazioni Ferroviarie, Tranviarie, Metrotranviarie e Metropolitane. Sistemi di Telecomunicazione, Segnalamento ed Elaborazione Software per Sistemi Ferroviari di Comando e di Protezione q EN Applicazioni Ferroviarie, Tranviarie, Metrotranviarie e Metropolitane. Sistemi di Telecomunicazione, Segnalamento ed Elaborazione Sistemi Elettronici di Sicurezza per il Segnalamento

102 Allocazione del SIL Sistema STES Passo 1 Identificare le funzioni. Passo 2 Identificare gli eventi connessi alle funzioni e rilevanti ai fini della sicurezza (ad esempio tramite Hazard Analysis). Passo 3 Identificare il Livello di Gravità degli eventi identificati al passo 2. Passo 4 Tramite la matrice frequenza-conseguenze, identificare frequenza tale per cui il rischio è Tollerabile, ossia il THR. Passo 5 Allocare il SIL tramite la Tavola dei SIL in EN la

103 Allocazione del SIL Sistema STES Principali Scenari Operativi del Sistema STES Messa a Terra Sicura per solo Intervento Squadre di Soccorso ü Livello Assegnato = SIL 3 Messa a Terra Sicura per Intervento Squadre di Soccorso & per Operazioni di Manutenzione sull infrastruttura e sul sistema stesso. ü Livello Assegnato = SIL 4

104 RFI DPRIM TE SP IFS 150 Sper : STC SISTEMA AUTOMATICO ARCHITETTURA IN FASE DI MESSA A PUNTO Dettagli Costruttivi

105 NUOVA ARCHITETTURA SISTEM STES DOTE Sottosistema Antincendio SPVI Sottosistema Segnalamento SOTTOSISTEMA TE (STES) RETE DATI Sottosistema LFM IMS DMBC QS Generico Generico Generico QdT QdT QdT QdT QdT QdT RETE DATI

106 NUOVA ARCHITETTURA SISTEM STES Esempio Dispositivo UCS Architettura Modulare 2oo3D Alimentazione ridondata Sistema derivato dall esperienza del segnalamento

107 SPECIFICHE TECNICHE DI FORNITURA à RFI DMA IM TE SP IFS 088 QUADRO DI SEZIONAMENTO PER LA MESSA IN SICUREZZA DELLE GALLERIE DEL SISTEMA A 3 kvcc à RFI DMA IM TE SP IFS 089 DISPOSITIVO FISSO DI C.TO C.TO E MESSA A TERRA PER LA MESSA IN SICUREZZA DELLE GALLERIE DEL SISTEMA A 3 kvcc à RFI DPRIM STF IFS TE 120 Sper QUADRO PER IL CONTROLLO DELLA CONTINUITA DEL COLLEGAMENTO TRA LINEA DI CONTATTO/FEEDER E ROTAIA àrfi DPRIM STF IFS TE 146 Sper DISPOSITIVO MOTORIZZATO BIPOLARE DI CORTO CIRCUITO PER IL SISTEMA DI TRAZIONE A 3kVcc

108 SPECIFICHE TECNICHE DI FORNITURA RFI DPRDIT STF IFS TE 204 à UNITA PRINCIPALE DI COMANDO, CONTROLLO E DIAGNOSTICA (UCP) à RFI DPRDIT STF IFS TE 203 QUADRO SQUADRE DI SOCCORSO (QSqS) à RFI DPRDIT STF IFS TE 202 UNITA DI COMANDO E CONTROLLO SICURO (UCS)

109 RFI DPRIM TE SP IFS 150 Sper : STC SISTEMA AUTOMATICO PRINCIPI COSTRUTTIVI : Controllo Sicuro di ogni ente (DMBC/DMQC) attraverso le singole Unità di Comando e Controllo Sicuro (UCS) con immobilizzazione dell ente; Controllo Remoto Sicuro di sistema attraverso le UCP (DOTE & SPVI); Sblocco Chiave ChE, attraverso UCS dedicata, con immobilizzazione (blocco in posizione di chiuso di tutti i DMT) di sistema. Sistema relazionato con 2 Anelli a F.O. (Rete Dati Galleria) ; Sistema con Richiusura di Riserva Esterna attraverso la rete SDH e/o Comunicazione GSM-R

110 Nuovo Sistema STES Architettura Architettura costituita da: Dispositivo UCS di Comando e Controllo realizzato con logica SIL4 Quadro Qcc per verifica collegamento realizzato con logica SIL4 Collegamenti in fibra ottica con tutte le unità logiche lungo linea e nei Piazzali di imbocco/accesso Dispositivo UCP Ridondato Interfaccia con SPVI, DOTE (e LFM) in logica SIL 2 Architettura derivata da analisi del rischio ed in accordo alle normative ferroviarie sui sistemi di sicurezza (EN5012x)

111 ANALISI TECNICA COMPARATIVA - SIL3 Criteri di Comparazione: q Hardware q Software q Sistema SIL4

112 ANALISI TECNICA COMPARATIVA - HARDWARE Analisi comparativa Soluzione SIL 3 Soluzione SIL 4 Modularità SI SI Ridondanza SI SI Interoperabilità NO(*) SI Autodiagnostica SI SI Standard Intercambiabili Architettura 2oo3D NO SI NO SI Architettura UCP Server+ Client Ridondata (*) Possibile problematica su SIL 3 realizzato mediante PLC causa sviluppo secondo protocollo ProVital (EN50159).

113 ANALISI TECNICA COMPARATIVA - SOFTWARE Analisi comparativa Soluzione SIL 3 Soluzione SIL 4 Logiche Certificate secondo EN50128 Protocollo IEC SI SI SI(*) SI NO(**) SI NO SI Protocollo ProVital (EN50159) per colloquio tra UCS Componenti Software Standard (*) Non disponibile in tutte le soluzioni PLC certificabili SIL 3 (**) Possibile problematica su SIL 3 realizzato mediante PLC causa sviluppo secondo protocollo ProVital (EN50159).

114 ANALISI TECNICA COMPARATIVA - SISTEMA Analisi comparativa Soluzione SIL 3 Soluzione SIL 4 Disponibilità Bassa(*) Elevata Connettività EN50159 Bassa(*) Elevata Interoperabilità Media(*) Elevata Manutenibilità Media Media Costo della realizzazione Medio(**) Medio(**) (*) Hardware PLC (**) Confronto con sistemi di segnalamento (SIL 4).

115 Sezionamento Condutture con Isolatore Rail Signalling

116 Sezionamenti catenaria

117 Sezionamento Condutture con Isolatore Rail Signalling

118 Sezionamento Condutture con Isolatore Caratteristiche: Peso e Dimensioni 2836 mm 160 mm Peso kg Rail Signalling

119 Caratteristiche di Altezza da 50 cm fino a 200 cm con installazione pendini rigidi a mollaper 2 corde portanti con: Morsa bicorda, Alternativa con sospensione standard (low 1 isolatore per 2 corde and very high emcumbrance) Variante con sospensione standard 2190 mm Possible to cut the tube portanti 1115

120 Sospensione elastica per elevate performance dinamiche

121 Caratteristiche di installazione Facile regolazionecon untenditoreper ottenere un corretto parallelismotra PdF e Isolatore di sezione

122 Caratteristiche costruttive Losanga in CuNiSi per assicurare una lunga durata delle parti conduttrici e una bassa manutenzione

123 Caratteristiche costruttive Corna spegniarco intercambiabili Corna spegniarco non in contatto con striscianti Isolamento in aria: 80 mm

124 Caratteristiche costruttive x 4 = 106 archetti con isolatori in PTFE ruotabili

125 Isolatori High Speed HI15 HI25 Installations: First Prototype in CH (Brugg) 30 Prototypes in UK (Ilkley; GE-Project) HI15 planned Prototype for SBB,OEBB and DB HID3 Prototype for RFI

126 Sezionamento con isolatore di sezione Isolatore new.mpg

127 Sezionamento con isolatore sezione Denominazione dimateriali Montaggi Totale SEZIONAMENTO TRADIZIONALE IMBOCCO GALLERIE , , ,80 Denominazione SEZIONAMENTO CON ISOLATORE DI SEZIONE IMBOCCO GALLERIE Materiali Montaggi Totale 7.873, , ,20

128 GRAZIE PER L ATTENZIONE! ing. Antonio SPADINI Rete Ferroviaria Italiana a.spadini@rfi.it