Tracțiune feroviară

Unul dintre primele exemple de tracțiune cu abur

Tracțiunea feroviară este definită ca ansamblul diferitelor sisteme testate și implementate de-a lungul anilor în scopul remorcării trenurilor vehiculelor pe căile ferate ; unele au rămas experimentale, altele s-au consolidat și au continuat să se dezvolte până în prezent.

Primele sisteme, utilizate în general pentru circulația mărfurilor, dar și pentru oamenii din tramvaiele orașului antic, au fost cele cu tracțiune animală (în general cu cai , dar uneori și cu boi ). Un alt sistem de tracțiune foarte vechi este transportul cu frânghia . Cele două sisteme principale de tracțiune încă utilizate sunt electrice și termice, în principal motorină.

Istorie

Acest articol sau secțiune pe căile ferate este considerat a fi verificat . Motiv : Singurul fapt că povestea 1) începe cu electrificarea 2) privește doar Italia Alăturați-vă discuției și / sau corectați intrarea. Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Tracțiune electrică în căile ferate italiene

Același subiect în detaliu: electrificarea feroviară a treia a căilor ferate de stat .

La sfârșitul secolului al XIX-lea, era celebrelor trenuri de lux „ Orient Express ”, „Sud-Express” și „Méditerranée” Italia, prima în Europa ^[1] , a încercat să înlocuiască tracțiunea cu abur folosită pe căile ferate cu unul electric pentru a îmbunătăți confortul și a elimina neplăcerile pe care praful de cărbune le-a provocat călătorilor.

În 1898 , inginerul ministrului lucrărilor publice Giulio Prinetti a înființat o comisie tehnică (numită Comisia Nicoli-Grismayer ) care, după ce a studiat problema, a comandat cele două mari companii feroviare ale vremii, Societatea italiană pentru căile ferate din Mediterana . rețeaua Mediterranea și Societatea Italiană pentru Căile Ferate Sudice - Operarea rețelei Adriatice , care operează Rețeaua Adriatică , pentru a efectua studii și experimente pentru alegerea celui mai potrivit sistem de tracțiune electrică ^[2] . Primele experimente au fost cele cu vagoane către acumulatori (1899-1904) pe Milano-Monza și Bologna-San Felice și curentul cu 650 de volți pe linia Milano-Varese , a rețelei mediteraneene, cu sursa de alimentare a treia cale ferată, cu electromotor . Experimentele, deși încurajatoare, au implicat însă viteză și putere modeste și autonomie insuficientă pentru nevoile serviciului feroviar, așa că în jurul anului 1902 experimentele de captare a energiei electrice prin linia aeriană trifazată la 3000 V, 15 Hz au început pe aceleași linii locomotive speciale de tipul RA 34 (ulterior E.430 al FS), care au dezvoltat puterea de aproximativ 800 CP (aproximativ 600 kW).

Rezultatul excelent obținut pe linia Valtellinese a promovat extinderea tracțiunii electrice și la liniile de trecere cu trafic intens.

Din a treia captură feroviară , din motive de siguranță , am trecut la captura liniei aeriene , care este cea utilizată universal, chiar dacă astăzi rămân în lume diferite realități cu a treia captură feroviară .

Adoptarea liniei aeriene a îmbunătățit siguranța prin îndepărtarea pieselor sub tensiune de la oameni și, de asemenea, simplificarea considerabilă a colectării la punctele de schimb și treceri la nivel ; noul sistem, totuși, a dus și la o creștere a formei limită (și, prin urmare, a operelor de artă aferente, cum ar fi poduri și tuneluri), și o creștere generalizată a costurilor pentru stâlpi, suport și tensiune a firelor etc.

Tracțiune electrică cu curent alternativ trifazat

Acest articol sau secțiune pe tema transportului are o perspectivă geografic limitată . Ajutați la extinderea acestuia sau propuneți modificări în discuție . Dacă articolul este temeinic, ia în considerare dacă este preferabil să îl faci un articol secundar, în funcție de unul mai general. Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Același subiect în detaliu: Tracțiune trifazată .

La început, tensiunile utilizate nu erau foarte mari, de ordinul a 700 volți în curent continuu ; în unele cazuri a fost utilizat și curent alternativ monofazat. Este evident că în acest fel puterile mari necesare pentru remorcarea trenurilor nu au putut fi obținute, ci doar suficiente pentru tramvaie sau căi ferate suburbane. În primii ani ai secolului al XX-lea, după unele experimente pozitive în Ungaria , tracțiunea trifazată de înaltă tensiune (la 3600 volți) a fost experimentată și stabilită în Italia .

Între 1900 și 1930 , tracțiunea electrică trifazată părea să se fi stabilit definitiv, având în vedere vastul plan de electrificare de înaltă tensiune pe cele mai importante linii de cale ferată din centru-nord.

Diferitele state europene au adoptat tensiuni nominale de 1500, 3000 și 6000 de volți și frecvențe între 15 și 20 Hz, pentru a concilia nevoia de construcție pentru motoare relativ lente fără a fi nevoie să mărească numărul de poli prea mult și să conțină în limite acceptabile picăturile inductive și pierderile de energie rezultate din utilizarea șinei ca al treilea conductor al liniei.

Locomotivele aveau, în general, două motoare și patru viteze de funcționare erau obținute cu ajutorul reostatelor și a conexiunilor speciale stator - rotor care permiteau variația numărului de poli și ulterior a numărului de faze .

Aderența maximă a fost realizată prin intermediul bielelor pentru roțile motoare. Sistemul trifazat, deși valabil din punct de vedere tehnic în ceea ce privește puterile și tensiunile de alimentare ale motoarelor, avea dezavantajul unei complexități constructive mai mari a liniei aeriene și a sistemelor de colectare, în special în schimburi și intersecții ; de fapt, cele două faze aeriene au necesitat, după cum este de înțeles, prezența pantografelor duble și a dispozitivelor pentru păstrarea colecției lor întotdeauna separate, chiar și atunci când liniile s-au întâlnit sau s-au încrucișat (a treia fază a fost aplicată șinei).

Mai mult, motoarele asincrone, având caracteristici de pornire și reglare mai puțin elastice decât motoarele cu curent continuu, erau mai puțin potrivite nevoilor de porniri și opriri frecvente și variații continue de viteză. De fapt, înainte de apariția posibilității de a varia în mod continuu frecvența fazelor de alimentare, viteza de rotație a unui motor asincron depindea strict de frecvența fazelor, de schema de conectare a motoarelor și de numărul de poli folosit de fiecare motor. În consecință, folosind un număr limitat din aceste configurații, un tren cu putere trifazată ar putea circula la un număr limitat de viteze, cu „scuturi” atât la plecare, cât și în accelerație, ceea ce a făcut posibilă recunoașterea imediată dacă călătoriți într-un tren cu sursă de alimentare asincronă. Pe de altă parte, favoarea curentului alternativ trifazat față de curentul continuu în tracțiune a fost justificată de faptul că în acel moment existau dificultăți serioase în producerea curentului continuu la tensiuni peste 500-700 V și că dispozitivele de conversie în CC de curentul alternativ de înaltă tensiune nu era fiabil deoarece rotea.

Electrificarea liniei Giovi (cu locomotive clasa E 550 de 2040 CP) a rezolvat problema remorcării trenurilor grele în tuneluri și pe pante abrupte. Soluția a fost pe deplin satisfăcătoare, atât din punct de vedere tehnic, cât și uman: cu motoarele cu abur lent, de fapt, leșinul de anoxie a fost frecvent la urcare, din cauza fumurilor stagnante din tuneluri. Aceste evenimente au produs accidente grave și dezastre reale, precum și inconvenientul evident pentru oameni. Mai exact, pentru acea linie, potențialul de transport s-a triplat și cu o creștere a vitezei comerciale, a frecvenței și a greutății utile a trenurilor.

După 1914 , au fost construite locomotive rapide, E.330 și E.331 , care au atins viteze de până la 100 km / h, pentru nevoile trenurilor de călători .

Spre 1922 a fost electrificată linia importantă Genova - Torino - Modane și, prin urmare, a fost necesară construirea noilor locomotive cuplate cu patru osii pentru trenurile grele de călători E.431 și E.432 (2700 CP./100 km / h).

În 1927, pe linia Roma-Sulmona , tracțiunea electrică la 10.000 V la frecvență industrială a fost testată cu locomotivele E.470 , E.472 și E.570 . Această realizare a reprezentat cântecul de lebădă al sistemului și a încheiat perioada trifazată . Tracțiunea trifazată în Italia a supraviețuit până în a doua jumătate a anilor șaptezeci . ^[3]

Tracțiune electrică cu curent continuu

Tracțiunea electrică în SUA la începutul secolului al XX-lea

Trecerea de la tracțiunea trifazată la tracțiunea în curent continuu a fost necesară din diverse motive: cu tehnologiile disponibile atunci cu trifază nu a fost posibilă satisfacerea nevoilor unei rețele feroviare moderne sau creșterea vitezei de deplasare; complicația sistemelor electromecanice de a varia numărul de poli și faze a făcut ca sistemul să fie prea expus la defecțiuni și să aibă nevoie de întreținere frecventă. În plus, complicația liniei de alimentare a împiedicat utilizarea acesteia la viteze prea mari. Primele electrificări ale curentului continuu care pot fi considerate fundamentale au fost în SUA unde linia de coastă a Atlanticului a fost electrificată cu curent continuu pentru o lungime de peste 1000 km .

În căile ferate italiene

În Italia , Căile Ferate de Stat au decis să efectueze experimente de tracțiune cu curent continuu la 3000 V pe Benevento - Foggia obținând rezultate strălucitoare (în special datorită redresoarelor de vapori de mercur instalate în Apice ).

La începutul anului 1918, Tecnomasio Italiano-Brown-Boveri a fost însărcinat să execute lucrările care au condus, la 6 octombrie 1920, la inaugurarea noului sistem de tracțiune. După aceasta, Torino - Ceres a devenit prima cale ferată din lume care a adoptat tracțiunea electrică de curent continuu de înaltă tensiune (4000 V). Pentru funcționare, au fost furnizate 5 locomotive electrice ale trenului de rulare Bo'Bo ', asistate ulterior de 2 vagoane electrice ale trenului de rulare (1A) (A1). ^[4]

Începând din 1930 , rezultatul pozitiv al experimentelor, îmbunătățirea motoarelor de curent continuu și mai ales apariția redresoarelor termionice cu vapori de mercur au condus la extinderea progresivă a tracțiunii electrice de curent continuu la 3.000 V pentru toate electrificările ulterioare. Ulterior, celulele rectificatoare din siliciu și mijloacele statice moderne de înaltă eficiență și fiabilitate ridicată au făcut din curentul direct sistemul ales în multe țări ale lumii până în a doua jumătate a secolului trecut.

După cel de- al doilea război mondial , în urma reconstrucției căilor ferate, s-a înțeles că este necesar să se procedeze, pe cât posibil, la unificarea sistemelor de tracțiune pentru a reduce costurile de întreținere și stocul de materiale de rezervă. Aproximativ 5.000 km de linii electrificate și 523 de locomotive DC au fost distruse în timpul războiului.

În anii cincizeci , a fost efectuată o vastă reconstrucție, iar noile electrificări de curent continuu au continuat, lăsându-le să coexiste cu liniile de curent deja trifazate. Acestea au fost transformate progresiv în continue în următorii douăzeci de ani. Pe multe secțiuni (de exemplu Savona-Torino și Ventimiglia-Genova înainte de dublarea liniei), pentru economie, linia electrică existentă cu două fire a fost refolosită prin aducerea celor două fire ale liniei aeriene împreună pentru a avea o dublă cablu de alimentare oricum (și, prin urmare, un curent de alimentare mai mare) pentru pantografele utilizate de locomotivele de curent continuu.

Printre primele locomotive electrice cu curent continuu din Italia s-au numărat E.626 construite pentru a efectua primele servicii pe Benevento - Foggia în 1927 . Punctul forte al acestui tip de tracțiune a fost posibilitatea utilizării mai multor motoare de tracțiune, spre deosebire de cele două clasice ale trifazelor; aceasta, fiind fiecare axă deplasată de propriul motor, a făcut posibilă eliminarea bielelor complexe de cuplare a motorului. E.626 avea o viteză maximă de 90 km / h și avea o carcasă rigidă în livrea de castan-isabela.

Construcția ulterioară în serie a locomotivelor electrice de curent continuu a vizat grupurile E.326 , E.428 , E.636 , E.424 , E.645 și E.646 . După reconstrucția și modernizarea parcului de tracțiune în 1965, a fost o locomotivă proiectată pentru servicii rapide de călători de-a lungul Peninsulei cu aranjament de roți Bo 'Bo', deci cu patru axe motoare; în 1967 a fost construit E.444 , cunoscut în jargon sub denumirea de „ Tartaruga ”, era simbolul unui nou curs al căilor ferate italiene care se concentra pe viteză. De fapt, au fost primele locomotive capabile să atingă 180 km / h în serviciu, apoi aduse la 200 km / h. Grupul va fi apoi reamenajat în anii nouăzeci, devenind E.444R pentru tractarea trenurilor Intercity și utilizat pe scară largă pe ruta directă Florența-Roma .

Locomotivă electrică E.444R.106 în San Benedetto del Tronto, mai 2006

Dar Căile Ferate de Stat Italiene aveau nevoie de o locomotivă puternică capabilă să tragă convoaie din ce în ce mai grele. Trenurile de marfă au necesitat, de asemenea, tracțiune de peste 4000 kW, în special pe liniile cele mai inaccesibile. Abandonat proiectul unui E.666 , s-au născut E656 (în jargonul „ Caimano ”), care a devenit unul dintre cele mai numeroase grupuri. Era o locomotivă reostatică de 4800 kW cu tren de rulare Bo 'Bo' Bo '.

Electromotoarele

Primele electromotoare , adică materialul rulant care se trase singure, fuseseră dezvoltate chiar înainte de locomotivele cu curent continuu. Din perioada antebelică au fost construite în cantități tot mai mari și utilizate pentru liniile regionale. Dar, de-a lungul anilor, electromotorii și-au asumat un rol din ce în ce mai important până la realizarea unor trenuri de prestigiu sau rapide. Acestea includ ALe601 pentru călătorii pe distanțe lungi pe ruta Milano - Napoli, capabile să parcurgă până la 200 km / h.

Evoluția electrotromotoarelor a condus la construcția de trenuri electrice speciale, precum ETR200 , ETR220 , ETR250 Arlecchino și ETR300 , faimosul Settebello cu un confort remarcabil pentru pasageri, vagoane cu aer condiționat, vagon de luat masa și un lookout pentru două persoane. extreme și o viteză de 200 km / h.

Evoluția ulterioară a trenurilor electrice vine cu ETR401 , primul Pendolino cu carcasă oscilantă construit de Fiat Ferroviaria . Acest tren a văzut utilizarea unui dispozitiv pentru înclinarea trenului în curbe care a făcut călătoria mai confortabilă pentru călători și, mai presus de toate, a permis o viteză mai mare pe liniile italiene. În anii șaizeci au fost efectuate numeroase experimente și la sfârșitul anilor optzeci va fi lansat ETR450 , primul tren electric cu corp oscilant pentru servicii de mare viteză în Italia.

Întoarcerea trifazei: unitatea electronică

În ultimele decenii, dezvoltarea tehnologiilor din domeniul electrotehnicii și electronicii de putere și dezvoltarea sistemelor de reglare care deconectează caracteristicile curentului motorului (alternativ sau direct) de cele ale curentului alimentat la pantograf (alternativ sau direct) a permis redescoperirea utilizării motoarelor de curent alternativ și în special a motoarelor trifazate care oferă avantajul structurii lor electromecanice mai simple. Nu trebuie să uităm că aceste motoare sunt cu inducție și fără perii și / sau colectoare de stuf, spre deosebire de motoarele colectoare trifazate montate în locomotivele din prima generație (cele de la începutul secolului XX).

În ceea ce privește defectul inerent de a deține o curbă caracteristică mecanică deosebit de nedorită (instabilă deoarece în mare parte ascendentă și doar minim descendentă) electronica modernă a remediat-o prin implementarea extinsă a sistemelor de alimentare cu energie electrică bazate pe circuite convertizoare statice; aceste dispozitive, acționate de computere , alimentează motoarele de tracțiune cu curenți la tensiune și frecvență variabile, producând astfel o caracteristică mecanică finală adecvată nevoii, putând astfel să reproducă și o operație la putere constantă (adică cu o curbă caracteristică mecanică având forma hiperbolei echilaterale). Aceste caracteristici fac ca funcționarea locomotivei să fie atât de echipată, cât și stabilă, deosebit de economică și funcțională.

Cele trei - faze motorul , de asemenea , are avantajul intrinsecă de a fi capabil să funcționeze în mod automat (fără modificări externe sau ajustări) de frână și acest lucru se întâmplă pur și simplu , atunci când rotorul de rotație viteza depășește sincronism viteza, viteza datorită frecvenței curentului de alimentare: această caracteristică, combinată cu abruptitatea curbei caracteristice mecanice în jurul acestei valori de viteză, face ca acest motor să fie deosebit de potrivit pentru menținerea unei viteze prestabilite în condiții variabile de rezistență la mișcare (cum ar fi de exemplu o pistă cu urcări și coborâri ulterioare) fără a fi nevoie de modificați regulamentul sursei de alimentare. Practic, abaterile de la "viteza de reglare" (funcția frecvenței curentului) sunt minime atât în ​​negativ (operație de tracțiune), cât și în pozitiv (operație de frânare), iar tranziția de la tracțiune la acțiunea de frânare are loc spontan la creștere viteza vehiculului.

În plus față de a permite motorului asincron să revină la competitivitate pentru tracțiunea feroviară, controlul electronic permis de dispozitivele de alimentare în stare solidă a făcut posibilă utilizarea motoarelor independent de tipul sursei de alimentare. Astfel, avem aceeași locomotivă cu motoare asincrone care poate funcționa atât cu sursă de alimentare directă, cât și cu sursă de alimentare alternată la frecvența rețelei. Electronica de putere de la bord poate converti ambele în curent alternativ la frecvența variabilă cerută de motor.

Din acest motiv, a existat o răspândire masivă a alimentării către pantograf a curentului alternativ la 25.000 V pentru a alimenta noile căi ferate de mare viteză , în principal datorită puterii mai mari care poate fi furnizată trenului unic și disponibilității mai mari a tehnologie dezvoltată în acest sector.în ultimele decenii. În realitate, folosind 2 linii de alimentare la 25.000 V este posibil să se obțină o tensiune internă de alimentare de 50.000 V.

Principalul avantaj al acestui sistem este limitarea curenților; cu aceeași putere angajată, curenții implicați sunt mai mici (puterea medie absorbită de un motor este produsul curentului de tensiune) și, prin urmare, există statistic mai puține probleme de colectare prin pantografele locomotivelor, în plus curenții mai mici permit o spațierea mai mare a stațiilor electrice, în special în legătură cu utilizarea autotransformatoarelor intermediare de-a lungul liniei; cu toate acestea, sistemul are și unele defecte grave și costuri conexe, dintre care principalul este cu siguranță cel legat de puterea de inducție magnetică (datorită caracteristicii curentului alternativ) care combinată cu tensiunea înaltă poate provoca interferențe grave în sistemele de telecomunicații și care ca atare necesită precauții speciale și costisitoare în proiectare și în alegerea materialelor și componentelor. Aceste probleme fac economică extinderea acestui sistem de tracțiune numai în cazurile în care are loc o absorbție punctuală a puterii, așa cum se întâmplă, de exemplu, în liniile rapide.

DOTE (manager operațional de tracțiune electrică)

Acest termen indică complexul de oameni și sisteme care servesc la garantarea calității și continuității serviciului de alimentare cu energie electrică a liniilor ferate italiene de tracțiune electrică. Activitățile DOTE constă în gestionarea atât a întreținerii preventive, cât și a celei corective a tuturor sistemelor de alimentare cu energie a liniei de contact și a liniei de contact în sine. Activitatea de control se desfășoară în încăperi speciale cu sisteme SCADA prin care este posibilă verificarea și gestionarea structurii întregii rețele.

Istoria DOTE computerizată începe la sfârșitul anilor optzeci . Datorită finanțării obținute la Cupa Mondială din 1990 , căile ferate italiene au comandat primul DOTE computerizat pentru instalarea pe linia Roma-Fiumicino . Construcția acestui prim sistem a fost comandată Landis & Gyr Italia SpA, apoi Telegyr systems Italia, o companie deja activă în sectorul producției și distribuției de energie în numele ENEL. Pentru realizarea sa, a fost ales să facă unele personalizări pe un produs software pe care compania îl dezvoltă deja, sistemul de supraveghere DS2000. Funcțiile desfășurate includeau monitorizarea în timp real a stării întrerupătoarelor și a separatoarelor electrice și posibilitatea efectuării operațiunilor fără a fi nevoie de personal la fața locului. În curând, sistemul (codul intern G280) a fost îmbogățit cu o funcție numită „schimb automat de module”, care a permis și permite în continuare gestionarea în siguranță a întreruperilor de energie necesare operațiunilor de întreținere pe liniile electrice. Ulterior, a fost introdusă funcția de identificare automată a defecțiunilor, care face posibilă stabilirea poziției unei defecțiuni prin manevrarea corespunzătoare a unităților de secționare într-un mod automat.

Succesul DS2000 a dus în curând la înlocuirea progresivă a tuturor sistemelor de acest tip în Italia și a devenit în curând standardul pentru întreaga rețea feroviară italiană. Sistemul se bazează pe o arhitectură care are ca nod nervos două servere bazate pe OpenVMS în redundanță la cald care primesc și transmit date de la stațiile electrice situate pe întreg teritoriul prin intermediul computerelor dedicate comunicării, tot în redundanță la cald. Operatorii sau lucrătorii în schimburi operează pe sistem prin stații de lucru dotate cu o interfață grafică cu mai multe monitoare, până la maximum 6 stații de lucru cu câte 4 monitoare fiecare. Abia în 2012, peste douăzeci de ani mai târziu, DS2000 se retrage pentru a fi înlocuit cu sistemul SF, realizat de Siemens, care în 2005 a achiziționat sisteme Telegyr.

Limitele și problemele sursei de alimentare de 3000 Vcc

De-a lungul anilor, trenurile au devenit din ce în ce mai grele și, în consecință, cu nevoia de a furniza din ce în ce mai multă energie; de aceea și curenții implicați cresc. Acest lucru a însemnat că în sisteme precum cel italian, curentul și tensiunea iau ordine de mărime similare.

Acest fapt a făcut ca problemele protejării liniilor de contact să devină din ce în ce mai complexe. A avea sarcini care necesită curenți de ordinul 3000/4000 Ampere înseamnă a avea rezistențe la sarcină chiar mai mici de 1 Ohm și, prin urmare, posibilitatea, prin comutatoarele de protecție a liniei (ultra-rapide) de a „confunda” sarcina absorbită de la un tren sub sarcină cu o linie scurtă, mai ales dacă defecțiunea se află la o distanță considerabilă.

Prin urmare, în sursa de alimentare de 3000 Vcc, se adoptă scheme de protecție în cazul în care, în condiții de utilizare normală, o anumită secțiune de linie este întotdeauna alimentată simultan de două comutatoare automate și izolată electric de secțiunile următoare și anterioare de așa-numitele „spații aeriene” ".

Pentru a garanta întreruperea alimentării cu energie în caz de defecțiune, cele două comutatoare și, uneori, releele de tensiune plasate de-a lungul liniei, sunt interconectate printr-un cablu numit „pereche de relații”, traversat constant de o tensiune directă scăzută (144 V). Deschiderea doar a unuia dintre cele două comutatoare, precum și intervenția releului de tensiune de-a lungul liniei, determină întreruperea curentului releului și deschiderea imediată a comutatorului și pe cealaltă parte a circuitului releului. Acest sistem este realizat datorită dispozitivelor speciale montate pe întrerupător (Interlock sau ASDE).

Acest mecanism de relație poate fi dezactivat fie de la panoul de control al comutatorului de mare viteză, fie prin telecomandă din camera de control. În acest caz, setarea pragului de intervenție de protecție se schimbă automat la valoarea „setare scăzută”. Această precauție este necesară deoarece comunicarea electrică între cele două comutatoare eșuează.

Prin urmare, în fiecare stație de alimentare, există cel puțin două comutatoare de mare viteză pentru fiecare pistă, unul aparținând circuitului de relație al stației de alimentare anterioare și unul aparținând circuitului de relație al stației următoare. În mod normal, aceste circuite sunt izolate unele de altele, cu alte cuvinte, dacă de-a lungul liniei există cele trei stații de alimentare A, B, C; în condiții normale de funcționare, un circuit de relație merge de la A la B și unul merge de la B la C. Această condiție de funcționare este cea a setării normale și ia numele de "continuitate electrică internă", adică secțiunile AB și BC sunt redat echipotențial, deoarece cele două comutatoare sunt închise și ambele iau din bara de bare din interiorul stației (bara de bare).

În cazul în care unul sau ambele comutatoare ale aceleiași stații sunt scoase din funcțiune, ambele comutatoare sunt deschise și un întrerupător extern la stație (comutatorul al doilea rând) care interconectează liniile de contact AB și BC este închis. Datorită dispozitivelor ASDE, închiderea secționatorului de pe al doilea rând determină și interconectarea circuitelor de relație AB și BC. În acest fel, secțiunile AB și BC sunt interconectate și iau aspectul unei singure secțiuni compuse din suma celor două, care deci merge de la A la C. Acest aranjament de rețea se numește „extensie de secțiune” sau „continuitate metalică externă” . ".

Tipuri de tracțiune

Tracțiune cu abur

Același subiect în detaliu: Locomotiva cu aburi .

Tren turistic cu tractiune cu aburi

La începutul secolului al XIX-lea în Anglia , ca urmare a dezvoltării motorului cu aburi ca înlocuitor mecanic al calului pentru tragerea căruțelor de cărbune în mine, tehnologia feroviară a adoptat tracțiunea cu abur , care a permis răspândirea rapidă a căilor ferate în întreaga lume la începutul secolelor al XIX -lea și al XX-lea . Cărbunele fosil a fost folosit în curând ca combustibil pentru alimentarea cazanelor , dar în unele zone ale lumii, de asemenea, cărbune și, mai ales în căile ferate mici împădurite, chiar și lemn în bucăți. De la mijlocul secolului al XX-lea, au început să fie folosite și păcura și motorina . Au fost testate și aprovizionările cu gaz metan , abandonate în curând din cauza unor accidente grave.

Allo scopo di aggiornare la tecnologia costruttiva della trazione a vapore ed aumentarne prestazioni e rendimento sono state costruite anche locomotive con caldaie ad alta pressione; nonostante ciò tale sistema di trazione, se si eccettuano alcuni servizi turistici, è pressoché scomparso e sopravvive in maniera consistente solo in alcune regioni dell' Asia e dell' Africa .

Locomotiva elettrica a due assi della Zugspitzbahn esposta a Garmisch , ( Germania )

Trazione elettrica

Lo stesso argomento in dettaglio: Locomotiva elettrica .

Dagli inizi del XX secolo si è sviluppato progressivamente un ulteriore tipo di trazione basato sull'uso di motori elettrici; il sistema definito trazione elettrica è oggi quello tecnologicamente più evoluto e caratterizza fra l'altro tutte le ferrovie ad alta velocità di recente realizzazione. Le ragioni della sua affermazione risiedono nella maggiore affidabilità elettromeccanica e nella sua maggiore economicità di esercizio nelle ferrovie a traffico intenso; è inoltre quello a minore inquinamento ambientale e consente con opportuni sistemi anche un certo recupero di energia nelle discese e nelle fasi di rallentamento o frenatura.

Trazione termica

Lo stesso argomento in dettaglio: Locomotiva termica .

Trazione diesel

La Trazione Termica o Diesel, attuata mediante l'uso di motori endotermici agli inizi anche a benzina o benzolo ma in seguito quasi esclusivamente diesel a partire dagli inizi del XX secolo si è progressivamente diffusa in tutto il mondo, in Europa generalmente sulle linee a traffico medio-basso ma quasi generalizzata in Asia e nelle Americhe .

I tipi di Trazione Diesel attuali sono:

Locomotiva Diesel-Meccanica

Rientrano in questa categoria le locomotive che trasmettono il moto del motore alle ruote per mezzo di una serie di organi i cui principali sono:

• Organo di distacco: può essere una frizione a secco oa bagno di olio, in genere del tipo multidisco per i mezzi più potenti.
• Convertitore di coppia o cambio ad ingranaggi o epicicloidale a nastro che permette l'adattamento del regime di marcia alla ottimale velocità di rotazione del motore.
• Trasmissione; può essere a biella motrice , a ingranaggi, ad albero cardanico , a catena di trasmissione .
• Ponte riduttore/invertitore; composto da un sistema di ingranaggi che realizza il rapporto di trasmissione e da un sistema meccanico o servoassistito pneumaticamente di inversione del senso di marcia.

Trazione Diesel-Elettrica

È il tipo di locomotiva che allo scopo di semplificare il sistema di trasmissione della forza di trazione alle ruote, che diviene costruttivamente più critico alle potenze elevate, utilizza il motore termico allo scopo di generare corrente elettrica a bordo, mentre il resto del complesso di trazione è elettrico. Si tratta, semplificando, di una locomotiva elettrica alimentata da un gruppo elettrogeno di grande potenza. Fino agli anni settanta la corrente generata a bordo era continua a tensione dell'ordine dei 1000 volt o poco più, ma l'avvento dell'elettronica di potenza che ha permesso la costruzione di inverter e circuiti di regolazione a frazionamento ha reso più conveniente la generazione di corrente alternata trifase modulabile in tensione e frequenza e l'utilizzazione del più semplice e robusto motore trifase di trazione. La trasmissione di una locomotiva diesel-elettrica è costituita da:

• Circuito elettrico di trazione a tensione regolabile da zero a un migliaio di volt. Per quello trifase anche a frequenza regolabile.
• Dispositivi di controllo e protezione dei motori dal sovraccarico di corrente
• Motori a corrente continua con eccitazione in serie o motori asincroni trifase.
• Trasmissione meccanica motore-asse a ingranaggi con giunti elastici, ad asse cavo o ad anello danzante.

Trazione Diesel-Idraulica

Tale tipo di trasmissione è quello scelto dalla scuola tedesca che comprende anche altri costruttori nord-europei.

La costruzione è senz'altro più complessa rispetto ad altri tipi di trasmissione in quanto prevede di massima:

• convertitore di coppia (cambio) idraulico; è concettualmente costituito da una pompa centrifuga , da una turbina e da un distributore collegati in circuito chiuso che utilizzano un fluido adatto. La coppia viene trasmessa dall'albero motore alla pompa e viene trasformata nella turbina in maniera da ottenerne la variazione, graduabile in continuità, all'albero condotto collegato alla girante della turbina. Viene realizzato così un cambio continuo senza interruzioni della trasmissione di potenza a differenza di come, invece, avviene nei cambi meccanici.
• meccanismi di disinnesto del gruppo motore dal gruppo trasmissione.
• alberi di trasmissione (in genere cardanici ).
• ponti riduttori e invertitori.

Tali sistemi meccanici richiedono un elevato grado di precisione date le masse rotanti in gioco e le potenze da trasmettere.

Sistemi sperimentali

Lo stesso argomento in dettaglio: Treno § Prototipi famosi .

Ormai definitivamente abbandonato invece è il sistema di trazione ad elica . Il primo esperimento di trazione ad elica di cui si ha conoscenza venne operato da un reparto di aviatori tedeschi e riguarda l'applicazione di un motore d' aereo ad un carro pianale avvenuta nel 1916 su una linea a scartamento ridotto della Palestina . Il veicolo raggiunse la velocità di 90 km orari. Tuttavia il primo uso industriale vero e proprio sembra essere stato quello del 1929 , in Inghilterra , adottato dal costruttore, Bennie, su dei veicoli a forma di siluro che muniti di due eliche per poter viaggiare nei due sensi, percorrevano una ferrovia sospesa di circa 2 chilometri. L'ultimo tentativo avvenne in Germania nel 1931 , sull'onda dei successi dei dirigibili , che usavano proprio la propulsione ad elica, su una automotrice con struttura in lega leggera , progettata dall'ing. Kruckenberg, che sulla linea Amburgo - Berlino , tra Bergdorf e Spandau stabilì il primato mondiale per quel tipo di trazione raggiungendo i 230 km orari. Nonostante questo il mezzo non entrò mai in esercizio regolare. Gli esperimenti effettuati miravano principalmente alla velocità elevata ma dimostrarono i pesanti limiti del sistema. I motivi dell'insuccesso erano ascrivibili essenzialmente alla necessità di costruire veicoli molto leggeri per compensare le difficoltà di avviamento, quindi di costosa costruzione e non atti ad aumenti del carico previsto, nonché alla necessità di una sagoma limite maggiorata per poter circolare; Infine, concorse all'abbandono del progetto lo sviluppo dell'uso di motori elettrici ed endotermici sempre più veloci ed affidabili nella trazione ferroviaria.

Standard di trazione e delle motrici

Principali standard di trazione elettrica europei

• A corrente continua :
  • 750 V tramite terza rotaia (principalmente nel sud della Gran Bretagna )
  • 1.500 V soprattutto in Francia
  • 3.000 V In Italia , Slovenia , Cecoslovacchia , Polonia , Spagna
• A corrente alternata monofase :
  • 15.000 V 16 2/3 Hz in Germania , Svizzera , Austria
  • 25.000 V 50 Hz su tutte le nuove reti ad alta velocità europee e Portogallo .
• A corrente alternata trifase :
  • 3.600 V 16 2/3 Hz ( Europa centrale e Italia fino al 1976 )

Tipi di motrici a trazione elettrica

• Motrici con regolazione a reostato (con alimentazione e motori in cc)
• Motrici con regolazione a graduatore/trasformatore (con alimentazione e motori in ca)
• Motrici con regolazione a frazionatore (con alimentazione e motori in cc)
• Motrici con regolazione a invertitore (con alimentazione qualsiasi e motori prevalentemente di tipo trifase)

Note

Bibliografia

• Mario Loria, Storia della trazione elettrica ferroviaria in Italia , Tomo I con tavole in atlante separato, Firenze, Giunti, 1971.
• Lucio Mayer , Impianti ferroviari. Tecnica ed esercizio , 2ª ed., Roma, Collegio Ingegneri Ferroviari Italiani , 1986, pp. 285–492.
• Francesco Perticaroli, Sistemi elettrici per i trasporti. Trazione elettrica , Milano, Masson Italia, 1994, ISBN 88-214-0672-5 .
• Vincenzo Leuzzi, Fondamenti di Trasporti , Roma, Edizioni Scientifiche Associate (ESA), 1981, ISBN 978-88-405-3051-2 .

Voci correlate

• Trasporto ferroviario
• Ferrovia

Collegamenti esterni

Portale Trasporti : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di trasporti