Workshop Tecnologie Ferroviarie TE UPGRADE LINEE AV/AC SPADINI.pdf · q Oggi tutte le linee di contatto AV a 25 kVca SNCF e DB sono realizzate con questi fili di contatto. q Prove

Bologna, 13 Maggio 2013

Workshop Tecnologie Ferroviarie TE

UPGRADE LINEE AV/AC

Rete in esercizio Classificazione

qLinee AV/AC: Linee con tecnologia innovativa e velocità > o uguale a 250 Km/h

qNodi: linee afferenti alle località principali, interessate dal traffico prevalentemente metropolitano.

qLinee “A”: linee strategiche per il trasporto viaggiatori e merci di grande intensità e rilevanza commerciale.

qLinee “B”: linee principali interessate al traffico internazionale e nazionale a lunga percorrenza.

qLinee “C”: restanti linee elettrificate a minor traffico viaggiatori e merci.

qLinee “D”: restante rete non elettrificata.

Km linea Km bc Tipologia

671 1.342

928 1.366

1.399 2.594

5.046 9.935

3.889 4.222

4.801 4.801

16.734 24.260

La Rete Alta Velocità/Alta Capacità

giu 2013 Stazione

Linea di Contatto

Impiego standardCaratteristiche Infrastruttura

Linea di Contatto Corde Portanti Fili di Contatto

Velocità Massima[Km/h]

Intensità di

TrafficoSezione nominale[mm2]

N° Corde

Sezione[mm2]

Tiro[Kg]

N° Fili

Sezione[mm2]

Tiro[Kg]

200

bassa 320 1 120 1375 2 100 1000media 440 2 120 1125 2 100 1000alta 610 2 155 1000 2 150 1125

250media 540 2 120 1500 2 150 1875alta 610 2 155 1625 2 150 1875

300 - 270 1 120 1625 1 150 2000

Linee RFI in esercizioTRATTA TIPO ALIM. LUNGHEZZA

TORINO – MILANO 25 kVca 125 km

MILANO – BOLOGNA 25 kVca 182 km

BOLOGNA – FIRENZE 25 kVca 78 km

FIRENZE – ROMA ( DDma ) 3 kVc 254 km

ROMA – NAPOLI 25 kVca 205 km

NAPOLI – SALERNO 3 kVcc 29 km

PADOVA – MESTRE 3 kVcc 25 km

Catenarie attuali per linee AC/AV

q TIRO ELEVATO garantisce:Ø buona captazione,Ø ridotta usura,Ø basso sviluppo d’arco.

q ELEVATA CONDUCIBILITA’ garantisce:ü cadute di tensione contenute,ü perdite non eccessive,ü Sovratemperature limitate (< creep)

Requisiti tecnici dei conduttori

Ø Conducibilità elettricaØ Carico di rottura meccanicoØ Temperatura ricristallizzazioneØ Resistenza all’usuraØ Resistenza al creepØ Variazioni microstrutturali Ø Variazione carico di rottura Ø Variazioni di costo/disponibilità

Requisiti Tecnici conduttori per LdC

Ø Conducibilità > 90% del CuETP (IACS % 90)Ø Carico di rottura > 38 kg/mm2 (373 N/mm2)

Stato dell’arte – Nuovi conduttori per LdC

Target Filo di Contatto

Ø Conducibilità > 70% del CuETP(IACS % 70)Ø Carico di rottura > 42 kg/mm2 (411 N/mm2)

Ø Resistenza all’usura > quella del CuETPØ Resistenza al creep > quella del CuETP

3 kVcc

25 kVca

Nuovi conduttori per linee di contatto

Materiale

Valori

CuMg

Temperatura di ricristallizzazione

[°C]

180

345

355

360

385

CuZr

Carico Unitario di Rottura [N/mm2] Conduttività Elettrica IACS %

100 11080 90

CuAg

CuSn

60 70500

Cu ETP

200 300 400

230

230

230

380

420

430390

470 93

100

90

75 90

101

102

99

450 500 7570


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

; ?100•+−=

minmax

minmax

eeeeu

q Tiro

q Spinta

Captazione ottimale: requisiti tecnici

Il miglioramento delle condizioni dinamiche mediante aumento del tiro è confermato anche da misure effettuate per controllare valore e variazioni della forza di contatto

q Accelerazioni

q Uniformità e(x)

Una

Requisiti tecnici conduttori - Captazione ottimale

10 ≤+−=≤VeVcVeVcα


Elevata Velocità Critica:

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 << VcFattore Doppler >= 0,15 (Ve <= 70-75% Vc)

]/[ smgVcp

T

ρσ ⋅=

10 ≤+−=≤VeVcVeVcα

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



q Le valutazioni del moto nel campo della dinamica permettono di avere una idea delle oscillazioni massime.

q L’ampiezza è massima quando l’oscillazione pulsante indotta dal pantografo è in sincronia con la pulsazione delle oscillazioni libere del sistema catenaria.

q 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







2,72,2

2,8

1,3

4,2 5,1

134 205 245


LdCTC

[N]mC

[kgm/m] ∑NCTF

[N]mF

[kgm/m] ∑NFVC

[km/h]0,7•VC

[km/h]

220 8190 1,070 1 7500 0,869 1 324 227

320F 11000 1,070 1 9000 0,869 2 366 256

320R 13750 1,070 1 10000 0,869 2 395 276

440 11250 1,070 2 10000 0,869 2 377 264

540 18750 1,070 2 15000 1,349 2 425 298

610 10000 1,414 2 11250 1,349 2 316 221

REQUISITI PRESTAZIONE SISTEMA LINEA DI CONTATTO

CEI-EN 50119/2002– …..Linee aeree di contatto per la TE


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 .

q Oggi tutte le linee di contatto AV a 25 kVca SNCF e DB sono realizzate con questi fili di contatto.

q 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.


q Carico di rottura elevato: 505 N/mm2.q 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.

q Temperatura di ricristallizzazione di 380°C, talmente elevata che per questa lega sarebbe accettabile una temperatura costante di esercizio di 150 °C.

Il filo di contatto CuMg0,5

q La nuova catenaria è stata collaudata dall’ICE utilizzando 2 pantografi alla velocità massima di 335 Km/h.

q Le prove hanno confermato le aspettative, evidenziando un netto miglioramento dell’efficienza dell’impianto.

q La variazione della forza di contatto risulta notevolmente ridotta, alla stessa velocità, rispetto alla catenaria tipo Re 250.

q 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.

q I valori misurati del sollevamento a 335 km/h sono notevolmente al di sotto di 100 mm.

Il filo di contatto CuMg0,5

Caratteristiche tecniche essenziali catenaria Re330:

Catenarie attuali per linee AC/AV

Catenaria 3 kVccCorda portante Filo di contatto

Numero 2 2

Sezione [mm²] 120 150

Materiale Cu-ETP Cu-ETP

Tiro [daN] 1500 1875

Sezione totale: 540 mm²Velocità massima: 250 km/h

Catenaria 25 kVcaCorda portante Filo di contatto

Numero 1 1

Sezione [mm²] 120 150

Materiale Cu-ETP Cu-ETP

Tiro [daN] 1625 2000

Sezione totale: 270 mm²Velocità massima: 300 km/h

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.

• 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.

WG JRC Upgrade 360 Pantografo - Analisi

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 220-230 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.

WG JRC Upgrade 360 Pantografo - 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

WG JRC Upgrade 360 Catenaria - Valutazioni

• 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.

WG JRC Upgrade 360 Pantografo - Conclusioni

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 50-60 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 12-15 km;

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

Interventi migliorativi catenaria 25 kVca

Caratteristiche nuova catenariaq Utilizzo di filo di contatto in lega Rame - Magnesio (CuMg0,5)q Sezione totale: 270 mm²q Massima velocità d’esercizio: 360 km/h

Corda portante

Filo di contatto

Numero 1 1Sezione [mm²] 120 150

Materiale Cu-ETP CuMg0,5Tiro [daN] 1625 3000Massa [daN/m] 1,071 1,333


Verifica massima velocità ammessa dalla catenariaIn accordo al paragrafo 4.2.12 delle STI (Specifiche Tecniche di

Interoperabilità) la velocità d’esercizio deve essere:

Velocità massima di esercizio: 378 km/h VERIFICA SODDISFATTA


T [N]: Tiri C+Fm [kg/m]: masse C+Fm

TVesercizio ΣΣ××≤ 7,06,3

Impatto sugli impianti esistenti verifica e/o modifiche

1. POSTI DI REGOLAZIONE E DI SEZIONAMENTO: Ø sovrapposizione su numero maggiore di campate

2. DIMENSIONAMENTO STRUTTUREØ nuove strutture per ormeggio condutture

3. SOSPENSIONIØ nuova sospensione per maggiori carichi radiali

assemblata con componenti già noti



4. TRATTO NEUTRO :Ø ll tiro elevato del filo di contatto non permette di

utilizzare il tratto neutro “corto” (in accordo a STI, paragrafo 4.2.21) già utilizzato sulle linee AV/AC

Ø Per linee nuove è necessario adottare tratto neutro “lungo” (L ≥ 402 m) previsto dalla STI

Ø Per linee esistenti il tratto neutro “corto” può essere utilizzato solo con tiri ridotti rispetto alla piena linea, sempre nei limiti previsti dalla STI



A B C D E FFase 1

Fase 2

D<142m

A B C D E F

D<142m

Fase 2Fase 1

Tiro 20 kN

Tiro 27 kN

L>143m

Tiro 20 kN

Tiro 27 kN

Fase 1

Fase 1

Fase 2

Fase 2

D < 142 m

D < 142 m

L > 143 m


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 4.2.16.1 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



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.

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

Interventi migliorativi catenaria 3 kVcc

• Le 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.


• Indice di qualità della captazione TSI 0.3Fm-σ >0• Catenaria 540, due pantografi ATR95-3kV distanti 200m• Effetto incremento da 18.75kN a 22.50 kN (+20%), con

due livelli di irregolarità del filo di contatto

2 2 0 2 3 0 2 4 0 2 5 0 2 6 0 2 7 0 2 8 0 2 9 0 3 0 0 3 1 00

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

1 8

2 0

V e l o c i t y [ k m / h ]

TS

I qu

ality

inde

x [N

]

C o n f 3 p a n 1

1 8 . 7 5 k N - s t d i r r

1 8 . 7 5 k N - l o w i r r

2 2 . 5 0 k N - s t d i r r

2 2 . 5 0 k N - l o w i r r

Incremento di tiro

Primo pantografoStato di manutenzione ottimale

Stato di manutenzione standard


N

Km/h

2 2 0 2 3 0 2 4 0 2 5 0 2 6 0 2 7 0 2 8 0 2 9 0 3 0 0 3 1 0- 5

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

3 0

V e l o c i t y [ k m / h ]

TS

I qu

ality

inde

x [N

]

C o n f 3 p a n 2

1 8 . 7 5 k N - s t d i r r

1 8 . 7 5 k N - l o w i r r

2 2 . 5 0 k N - s t d i r r

2 2 . 5 0 k N - l o w i r r

• Indice di qualità della captazione TSI 0,3xFm-σ >0• Catenaria 540, due pantografi ATR95-3kV distanti 200 m• Effetto incremento da 18.75 kN a 22.50 kN (+20%), con

due livelli di irregolarità del filo di contatto

Incremento di tiro

secondo pantografo

Stato di manutenzione ottimale

Stato di manutenzione standard


N

Km/h

Caratteristiche nuova catenaria• Utilizzo di filo di contatto in lega rame-argento (CuAg0,1)• Sezione totale: 540 mm²• Massima velocità d’esercizio: 300 km/h

Corda portante

Filo di contatto

Numero 2 2Sezione [mm²] 120 150

Materiale Cu-ETP CuAg0,1Tiro [daN] 1625 2250Massa [daN/m] 1,071 1,333


Verifica massima velocità ammessa dalla catenariaIn accordo al paragrafo 4.2.12 delle STI (Specifiche

Tecniche di Interoperabilità) la Vesercizio deve essere:

Velocità massima catenaria: 327 km/hVERIFICA SODDISFATTA


T [N]: Tiri C+Fm [kg/m]: masse C+Fm

TVesercizio ΣΣ××≤ 7,06,3


1. POSTI DI REGOLAZIONE E DI SEZIONAMENTO: Ø sovrapposizione su numero maggiore di campate

2. DIMENSIONAMENTO STRUTTUREØ nuove strutture per ormeggio condutture

3. SOSPENSIONIØ sospensione con elasticità aumentata attraverso

l’installazione di due coppie di pendini elastici


Utilizzo dei pendini elastici ad anelloIn sostituzione dei pendini tradizionali prossimi alla sospensione

Miglioramento della captazione del secondo pantografo

Non è richiesta una modifica alla distribuzione dei pendini nella campata


Linea AV Torino-Milano Simulazione per corse prova captazione con treno ETR1000

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 20 40 60 80 100 120 140

Distanza da Torino P.N. [km]

Velo

cità

[km

/h] -

Alte

zza

slm

[m]

altimetria

Limite velocità da curve

Limite velocità attuale

Ipotesi per prove captazione

Linea Torino-Milano - Identificazione della tratta sperimentaleKm 32+890 Km 89+960

Sperimentazione in campo - Catenaria 25 kVca


Km 217+300 Km 231+800

CRITICITA’ PUNTO FISSOSenso marcia

trenoL’urto avviene in

corrispondenza del primo morsetto del punto fisso che il

pantografo incontra

PF Binario Dispari Roma-Napoli AVC/AV Km 46+796

Spessore filo riscontrato 10.08 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)


Rilievo del 16/05/2012

Soglia consumo 13.6

Soglia consumo 11.8


Rilievo del 30/05/12 (consumo non rilevato)

Rilievo del 08/02/12 (consumo rilevato)

11.8

13.6

9.9


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)

PF Binario Pari Roma-Napoli AVC/AV Km 51+311

Spessore filo riscontrato 10.80 mm

Particolare del punto consumato, rispetto ad un piano di riscontro,

dopo il montaggio del nuovo morsetto cat/prog 902/177


Rilievo del 31/05/12


Rilievo del 26/01/12 Rilievo del 22/03/12

Rilievo del 03/05/12Rilievo del 02/06/11


PUNTO FISSO IN CURVANei punti fissi in curva, il perno della canna non scorre

“libero” nell’asola del morsettoQuesto 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.

Prove in esercizio su linee RFICon 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.

Lodi 2011

Codogno (LO) 2012

Prove di caratterizzazione del pendino elastico

• Prove in laboratorio su un prototipo

Cella di carico F(t)

x(t): moto imposto dall’attuatore

Elemento elastico del pendino

pendino

F

X

Caratteristica sperimentale• Forza in funzione dello spostamento a

diverse frequenze

- 2 5 - 2 0 - 1 5 - 1 0 - 5 0 5 1 0 1 5 2 02 0

2 5

3 0

3 5

4 0

4 5

5 0

5 5

6 0C : \ c a r t e l l e \ S A U L \ p o l i \ D r o p b o x \ T E S I ( 1 ) \ P R O V E \ a r t h u r f l u r y \ a f 0 5 - 1 2 - 3 0

S p o s t a m e n t o [ m m ]

For

za [

N]

0 . 1 H z

4 H z7 . 5 H z

~ 4 cm

~ 35N F

X

Pendiflex: modello per simulazioni• Rigidezza: K = 0,78 N/mm

• Attrito: Ta = 1,3 N (altezza del ciclo: 2,6 N)

KTa

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

2

4

6

8

10

12

Frequency [Hz]

Amplitude

Pendiflex 1^ serie e modello ad OTest di forza Test frequenza

PENDIFLEXMODELLO ad O

48

Ao

Ap

Pendiflex Plus 3 e 4

Test di forza Test frequenza

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 l’ausilio del sistema PendiflexPlus il secondo pantografo trova una catenaria fortemente disturbata.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

2

4

6

8

10

12

Frequency [Hz]

Amplitude

PENDIFLEX standardPlus 3Plus 4

Simulazione Fp con e senza Pendiflex

3 4 2 3 9 9 4 5 6 5 1 30

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

P a n t o g r a p h p o s i t i o n [ m ]

FZ

tot

- P

1[N

]

V = 3 3 0 k m / h

p e n d i f le x

s t a n d a r d

Simulazione Fp con e senza Pendiflex

200 N

150 N

100 N

Tirantino Sospensione

OK

??

OK

Confronto tra comportamento pendino standard e

Pendiflex sotto sospensione• Pendino standard• Ondeggiamento

evidente

• Pendiflex• Nessuna

perturbazione

Confronto sul Punto Fisso

• Punto Fisso Standard

• Forte Arco Elettrico

• Punto Fisso con Pendiflex

• Ridotto Arco Elettrico

Prove in esercizio su linee RFIL’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

Prove in esercizio su linee RFI

Monitoraggio punto fisso sul binario dispari al PM di Livraga della linea AV/AC Milano-Bologna

Picchetto TE 166/17

DATA TRENO N° ORA V km/h Pos.ne Pant.fo A k V

13/09/2012 ETR 9607 7.22 300 P 400 \ ETR 9509 7.40 215 P 200 25,8 NTV 9911 7.50 297 C 500 26 ETR 9651 8.05 \ P \ \ ETR 9611 8.20 297 P 400 25,7 ETR 9513 8.40 300 P 400 26 NTV 9915 8.50 300 C 500 25 ETR 9653 9.05 \ P \ \

14/09/2012 ETR 9607 7.22 300 P 460 26 NTV 9973 7.35 300 C 500 25 ETR 9509 7.40 292 P 400 26,3 NTV 9911 7.50 300 C 500 25 ETR 9651 8.05 300 P \ \ ETR 9611 8.20 300 P 400 25,85 ETR 9513 8.40 295 P 400 26,2 NTV 9915 8.50 300 C 500 25,5 ETR 9653 9.05 300 P \ \ ETR 9615 9.20 298 P 400 25,6

15/09/2012 ETR 9505 6.40 275 P 300 25,8 NTV 9907 6.50 300 C 500 25 NTV 9973 7.35 300 C 500 25 ETR 9509 7.40 282 P 380 25,7 NTV 9911 7.50 300 C 500 26

La tabella sottostante indica i treni transitati a Livraga e filmati nel momento in cui il loro pantografo interagiva con il punto fisso della catenaria. Non è stato

possibile rilevare la spinta con cui il pantografo interagiva sulla catenaria, perché questo dato non era disponibile a bordo treno.

1. L’analisi solo visiva dei video evidenzia che, con PF standard AV, il movimento del perno nell’asola del morsetto avviene con un leggero ritardo, solo dopo la flessione dell’asta in vetroresina.

2. Il nuovo Punto Fisso con stralli elastici favorisce l’oscillazione della catenaria che produce una forte flessione dei pendini che tornano in trazione quando il filo di contatto torna in quota dando luogo a sollecitazioni verticali sulla corda portante tali da innescare forti oscillazioni tenaria sul piano verticale.

3. La presenza del pendino elastico (Pendiflex) riesce ad assorbire la brusca sollecitazione che il pantografo esercita sul morsetto perno – asola del PF che comunque anche nella versione modificata è ancora troppo pesante.

L’analisi solo visiva non è stata sufficiente per trarre delle conclusioni certe, per cui si è deciso di organizzare misure dirette sulla catenaria con l’ausilio di un accelerometro. L’accelerometro è stato posizionato in corrispondenza del pendino adiacente al morsetto del punto fisso. I dati misurati sono stati trasmessi via etere ad un pc e per poi misurare sia l’ampiezza della oscillazione sia il tempo con cui andava ad annullarsi.

SAP

Sensore

SAP Unità di Registrazione

Monitoraggio punto fisso sul binario dispari al PM di Livraga della linea AV/AC Milano-Bologna

Picchetto TE 166/17 attrezzato con stralli elastici EB e pendiflex AF

DATA TRENO N° ORA V km/h P panto A k V Temp.

29/01/2013 ETR 9603

ETR 9505

29/01/2013 NTV 9907 7,22 300 P 400 25470 -1

ETR 9607

29/01/2013 ETR 9509 7,31 245 P 400 25670 -1

29/01/2013 NTV 9973 7,35 300 C 500 25500 -1

29/01/2013 ETR 9561 7,45 250 P 498 26086 -1

29/01/2013 ETR 9609 7,51 300 P 140 25700 -1

29/01/2013 NTV 9911 8,01 298 C 500 25080 -1

29/01/2013 ETR 9611 8,21 282 P 400 25550 -1

29/01/2013 ETR 9513 8,31 268 P 400 25344 -1

29/01/2013 ETR 9653 8,45 263 P 398 25372 -1

29/01/2013

Binario Pari ETR 9502 8,51 290 P 400 25660 -1

ETR 9504 9,14 300 P 476 25450 -1

•Prove in esercizio su linee RFIMonitoraggio punto fisso sul binario dispari al PM di Livraga della linea AV/AC Milano-Bologna

Picchetto TE 166/17 attrezzato con stralli elastici EB e pendini con cordino tipologicoAV

DATA TRENO N° ORA V km/h P panto A k V Temp.

30/01/2013 ETR 9603

ETR 9505

NTV 9907

30/01/2013 ETR 9607 7,22 265 P 270 25325 -1

30/01/2013 ETR 9509 7,31 270 P 320 25425 -1

30/01/2013 NTV 9973 7,35 300 C 500 25000 -1

30/01/2013 ETR 9561 7,45 271 P 200 25800 -1

30/01/2013 ETR 9609 7,51 182 P 200 25855 -1

30/01/2013 NTV 9911 8,01 300 C 500 25000 -1

30/01/2013 ETR 9611 8,21 265 P 200 25700 -1

30/01/2013 ETR 9513 8,31 222 P 220 25650 -1

30/01/2013 ETR 9653 8,45 250 P 400 25600 -1

30/01/2013

Binario Pari ETR 9504 9,11 300 P 400 25540 -1

ETR 9506 9,34 263 P 420 25255 -1

2500

26002700

28002900

3000

31003200

33003400

3500

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

Serie1

9609FR DEL 29/01

2500260027002800290030003100320033003400350036003700

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

Serie1

9609FR DEL 30/01

OK -10%

??

??

Flashover

Sperimentazione in campo Rilievo con Diamante

PF con Pendiflex Fmax 20 daN

PF senza Pendiflex Fmax 30 daN

Sperimentazione in campoObiettivi:1. 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.

2. Implementazione di nuovi sistemi per monitorare le prestazioni in termini di interazione dinamica pantografo-catenaria, 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).

COSTI DI ACQUISTO

1. PENDINO CONDUTTORE: 7 €

2. PENDINO AD ANELLO: 63,5 €

3. PENDIFLEX: 166,5 €

Linee per la nuova Alta Velocità italiana • Alla luce dei risultati disponibili, risulta opportuno avvalersi

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.

Sottosistemi TecnologiciSistema Automatico di

Sezionamento e Messa a Terra della Linea di

Contatto

Sicurezza in GalleriaD.M. 28/10/2005

Workshop Tecnologie Ferroviarie TE – Upgrade Linee AV/AC

1.4.8 Sezionamento linea di contatto (L > 5.000 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 INTERPRETATIVAIl requisito è soddisfatto se l’impianto è conforme alle disposizioni contenute nella Specifica Tecnica RFI DTC DNS EE SP IFS 177 A – Ed. 2008

REQUISITI MINIMI DM 28.10.2005

1.4.9 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.





RFI DTC DNS EE SP IFS 177 A

III.3.1 APPLICAZIONE - PremessaIl personale RFI giunge presso tutti i dispositivi MAT e ne verifica Io stato di chiuso.

III.2 PRINCIPI GENERALILa sicurezza del Sistema è basata sul controllo visivo dello stato dei dispostivi MAT.

L’ Operazione anche con una organizzazione adeguata caratterizzata da un tempo di intervento QSq elevato. Auspicato sistema Automatico con controllo remoto sicuro

Fabbricato di sicurezza

QGPLC RTU

QMAT + QPLC

QMAT + QPLC

QMAT + QPLC

I Sistemi MATS progettati ed attivati


90

Opzione A (linee AV)

Opzione B (linee trad.)


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


Composizione imbocco\accesso 25 kVca

QMAT QPLC QCCR

TVTV

LCFeeder

MAT

ROTAIA


QMAT QPLCQCCR

RV

LC

MAT

ROTAIA


Composizione imbocco\accesso 3 kVcc

• Tensione nominale•Tensione permanente massima (Umax1)•Tensione non permanente massima (5min) (Umax2)•Frequenza•Potere di stabilimento su corto circuito•Corrente di breve durata •Tensione di tenuta ad impulso atmosferico (1,2/50 µs)•Tensione di tenuta a frequenza industriale

kV

kV

kV

Hz

kA

kA

25

27,5

29

50

40

16 (1s)kV

kV

250

95

Caratteristiche e funzionalità delle apparecchiature: Sezionatori di Terra (MAT)

3

3,6

3,9

\

50

35 (0,25 s)125

50


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)


QUADRI QMAT -QPLC


I Sistemi MATS progettati ed attivati sul territorio nazionale

QUADRO QGPLCPostazione Operatore

98

qIntegrazione con impianti già realizzati• DOTE• Architettura RTU• Postazioni Periferiche Operatore (BO-FI)

qRiduzione impatto degli interventi lungo linea• Utilizzo di apparecchiature esistenti per il sezionamento

longitudinale• Eliminazione posa di nuovi cavi di comando e controllo in galleria

qOttimizzazione rispetto al sistema tecnologico • Integrazione specifica sicurezza in galleria TLC (TT597)

qInterfaccia operatore rapido e semplificato per accelerare l’intervento dei soccorsi

• Macrocomando DOTE• Pulsante di messa a terra locale

qDiagnosticabilità• Diagnosticabilità elevata con postazione locale in ogni sito

(imbocco/accesso intermedio)

à

Peculiarità del sistema


“

La metodologia prevista dalla CEI EN 61508 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


Quadro Normativo STESà RFI DTC DNS EE SP IFS 177 A“SEZIONAMENTO DELLA LINEA DI CONTATTO E MESSA A TERRA DI SICUREZZA PER GALLERIE FERROVIARIE (DM 28.10.2005)”

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 28.10.2005)”

Quadro Normativo Valutazione del Rischio

q EN50126 – “Applicazioni Ferroviarie, Tranviarie, Metrotranviarie e Metropolitane.

La Specificazione di Affidabilità, Disponibilità, Manutenibilità e Sicurezza (RAMS)”

q EN50128 - “Applicazioni Ferroviarie, Tranviarie, Metrotranviarie e Metropolitane.

Sistemi di Telecomunicazione, Segnalamento ed Elaborazione – Software per Sistemi Ferroviari di Comando e di Protezione

q EN50129 - “Applicazioni Ferroviarie, Tranviarie, Metrotranviarie e Metropolitane.

Sistemi di Telecomunicazione, Segnalamento ed Elaborazione – Sistemi Elettronici di Sicurezza per il Segnalamento

Allocazione del SIL – Sistema STES

Passo 1Identificare le funzioni.

Passo 2Identificare gli eventi connessi alle funzioni e rilevanti ai fini della sicurezza (ad esempio tramite Hazard Analysis).

Passo 3Identificare il Livello di Gravità degli eventi identificati al passo 2.

Passo 4Tramite la matrice frequenza-conseguenze, identificare la frequenza tale per cui il rischio è Tollerabile, ossia il THR.

Passo 5Allocare il SIL tramite la Tavola dei SIL in EN 50129.

Principali Scenari Operativi del Sistema STES

§ Messa a Terra Sicura per solo Intervento Squadre di Soccorsoü 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

Allocazione del SIL – Sistema STES

RFI DPRIM TE SP IFS 150 Sper : STC SISTEMA AUTOMATICO

ARCHITETTURA IN FASE DI MESSA A PUNTO

Dettagli Costruttivi

NUOVA ARCHITETTURA SISTEMA STES

SOTTOSISTEMA TE (STES)

DMBCGenerico

SottosistemaLFM QdT QdT

IMSGenerico

QSGenerico

QdT QdT

SottosistemaSegnalamentoDOTE SPVI

QdT QdT

RETE DATI RETE DATI

SottosistemaAntincendio

NUOVA ARCHITETTURA SISTEMA STES

§ Architettura Modulare 2oo3D§ Alimentazione ridondata§ Sistema derivato dall’esperienza del segnalamento

Esempio Dispositivo UCS

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”

SPECIFICHE TECNICHE DI FORNITURAàRFI DPRDIT STF IFS TE 204 “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)”

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

RFI DPRIM TE SP IFS 150 Sper : STC SISTEMA AUTOMATICO

Nuovo Sistema STES – Architettura

§ 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)

Architettura costituita da:

ANALISI TECNICA COMPARATIVA - SIL3 SIL4

q Hardware

q Software

q Sistema

Criteri di Comparazione:

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

NO SI

Architettura 2oo3D NO SI

Architettura UCP Server+ Client Ridondata

(*) Possibile problematica su SIL 3 realizzato mediante PLC causa sviluppo secondo protocollo ProVital (EN50159).

ANALISI TECNICA COMPARATIVA - SOFTWARE

Analisi comparativa Soluzione SIL 3 Soluzione SIL 4

Logiche Certificate secondo EN50128

SI SI

Protocollo IEC60870-5-104 SI(*) SI

Protocollo ProVital (EN50159) per colloquio

tra UCS

NO(**) SI

Componenti Software Standard

NO SI

(*) Non disponibile in tutte le soluzioni PLC certificabili SIL 3(**) Possibile problematica su SIL 3 realizzato mediante PLC causa sviluppo secondo protocollo ProVital (EN50159).

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).

Rail Signalling

Sezionamento Condutture con Isolatore

Sezionamenti catenaria

Rail Signalling


Rail Signalling


Caratteristiche: Peso e Dimensioni

Peso 20 - 25 kg

160 mm

2836 mm

Caratteristiche di installazione• Altezza da 50 cm fino a 200 cm con

pendini rigidi a molla• Alternativa con sospensione standard (low

and very high emcumbrance)

Pos

sibl

e to

cut

the

tube

1115

2190

mm

Variante consospensione standard

• Per 2 corde portanti con: • Morsa bicorda, • 1 isolatore per 2 corde

portanti

Sospensione elastica per elevate performance dinamiche

Facile regolazione con un tenditore per ottenere un corretto parallelismo tra PdF e

Isolatore di sezione

Caratteristiche di installazione

Losanga in CuNiSi per assicurare una lunga durata delle parti conduttrici e una

bassa manutenzione

Caratteristiche costruttive

• Corna spegniarco intercambiabili• Corna spegniarco non in contatto con

striscianti• Isolamento in aria: 80 mm


250.000 x 4 = 106 archetti con isolatori in PTFE ruotabili


Isolatori High Speed

• HI15• HI25

45005850

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

Sezionamento con isolatore di sezione

Isolatore new.MPG

Sezionamento con isolatore di sezione

Denominazione Materiali Montaggi Totale SEZIONAMENTO CON ISOLATORE DI SEZIONE IMBOCCO GALLERIE

€ 7.873,44 € 25.092,76 € 32.966,20

Denominazione Materiali Montaggi Totale SEZIONAMENTO TRADIZIONALE IMBOCCO GALLERIE

€ 36.602,80 € 78.395,00 € 114.997,80

GRAZIE PER L’ATTENZIONE!

ing. Antonio SPADINIRete Ferroviaria Italiana

[email protected]

Documents

Workshop Tecnologie Ferroviarie TE UPGRADE LINEE AV/AC SPADINI.pdf · q Oggi tutte le linee di contatto AV a 25 kVca SNCF e DB sono realizzate con questi fili di contatto. q Prove