Sistema dotato di TEP controllato in tensione

Il modello considera, in questo caso, la presenza di 4 trasformatori elettronici di potenza installati al centro delle linee di contatto, controllati in modo tale che la tensione a metà tratta non scenda mai sotto i 3000 V. Le caratteristiche del modello e le opzioni di simulazione sono le medesime utilizzate nell’analoga simulazione eseguita in precedenza.

Figura 147 Modello a tre SSE dotato di TEP controllato in tensione utilizzato nella simulazione di tipo statico

Come per il caso privo di posto di conversione statica, le tensioni di alimentazione delle SSE presentano sempre un ripple dovuto alla presenza del ponte raddrizzatore. La sua

entità è però molto contenuta e non crea un grosso disturbo alla rete di alimentazione. La presenza della linea primaria compresa tra le due SSE influisce in modo poco rilevante sulla caduta di tensione; per questo motivo le due SSE sono alimentate a una tensione molto prossima a quella nominale (132 kV).

Le tensioni registrate sui carichi si presentano nel modo seguente.

Figura 148 Andamento delle tensioni presenti sui carichi R1: carico a sinistra da 2 Ω R2: carico a sinistra da 1 Ω R3: carico a destra da 1 Ω

Si nota subito che i valori riscontrati non scendono per nessun carico al di sotto dei 3000 V, indice di un corretto funzionamento del sistema di controllo. I carichi da 1 Ω presentano una tensione pari a 3000 V, mentre quello da 2 Ω leggermente superiore (3015 V). Questo significa che solo i trasformatori elettronici di potenza relativi alle linee più caricate sono in funzione, mentre quello che dovrebbe alimentare in parte il primo carico non è in conduzione, dato che la tensione a centro tratta è naturalmente superiore al limite impostato. Come conferma si riportano le correnti transitanti attraverso i posti di conversione statica.

[V

Analisi di una tratta con sistema di alimentazione 2×3 kV

Figura 149 Correnti erogate dai TEP DEV1: TEP su carico a sinistra da 1 Ω DEV16: TEP su carico a sinistra da 2 Ω DEV18: TEP su carico a destra da 1 Ω

Come si nota, i TEP installato sulla linea dove è presente il carico da 2 Ω non è in funzione, mentre attraverso gli altri due transita una corrente rispettivamente di 1179 A e 1075 A.

Le tensioni erogate dalle SSE si presentano invece nel modo seguente.

Figura 150 Andamento delle tensioni erogate dalle SSE m15: SSE centrale m4: SSE di destra m5: SSE di sinistra

I valori riscontrati sono in linea con quelli visti nella simulazione eseguita sul modello analogo rappresentante il sistema ferroviario attuale. La SSE di sinistra fornisce infatti una tensione media pari a 3410 V, quella centrale, la più caricata, una tensione di 3355 V e quella di destra un valore pari a 3470 V. Da notare è però che i valori sono molto più alti

[A

]

[V

rispetto a quelli riscontrati nella simulazione precedente. Questo è sintomo che il posto di conversione statica è in funzione, determinando una migliore distribuzione delle correnti all’interno del trasformatore presente in SSE. Il feeder negativo risulta in questo caso percorso da corrente, scaricando in parte la linea di contatto e riducendo conseguentemente le cadute di tensione in linea. Interessante risulta anche il ripple della forma d’onda che, seppur entrambi i ponti in serie risultino partecipare alla conduzione delle correnti di carico, presenta le caratteristiche di un semplice ponte di Graetz trifase, mostrando la presenza di armoniche multiple della sesta.

Le tensioni dei binari in corrispondenza delle SSE si presentano invece nel modo seguente.

Figura 151 Potenziali di binario in prossimità delle SSE m16: SSE centrale m11: SSE di destra m5: SSE di sinistra

La SSE centrale presenta la tensione più elevata (-15 V), quella relativa alla SSE di sinistra ha un valore medio di circa -20 V, mentre la tensione della sbarra catodica della SSE di destra mostra il valore più basso (-30 V). I valori registrati risultano essere superiori con quelli trovati nella simulazione sul modello di riferimento. La forma d’onda rispecchia invece quanto già detto in precedenza; il ripple di tensione è più contenuto rispetto a quello presente nella forma d’onda del potenziale della sbarra anodica, in quanto filtrato dall’intero circuito di alimentazione dei convogli e non solo dal filtro presente in SSE.

Si riportano anche i potenziali verso terra dei feeder negativi in prossimità delle SSE.

[V

Analisi di una tratta con sistema di alimentazione 2×3 kV

Figura 152 Andamento dei potenziali delle sbarre catodiche delle SSE m6: SSE di sinistra m17: SSE centrale m12: SSE di destra

I valori assunti dalle 3 sbarre catodiche sono molto simili. La sbarra negativa della SSE di sinistra si porta infatti a una tensione verso terra di circa -3580 V, quella della SSE centrale assume un valore pari a -3550 V e quella della SSE di destra raggiunge i -3600 V. Al contrario di quanto accadeva nella simulazione eseguita sul modello privo di posto di conversione statica, i valori sono tutti inferiori rispetto a quelli previsti a vuoto, evitando quindi sollecitazioni eccessive dell’isolamento.

È stato valutato anche in questo caso il rendimento di trasmissione del sistema. Si sono valutate le potenze erogate dalle varie SSE sia sul feeder positivo, sia su quello negativo. Si sono trascurate le perdite relative alla linea priva di carico, in quanto la corrente presente non è troppo rilevante. Le potenze erogate dalle SSE sono riportate nella tabella seguente:

Tabella 25 Valori delle potenze erogate dalle SSE sui vari feeder positivi e negativi

Sottostazione Binario Feeder Potenza (W)

Sinistra 1 ^{Positivo 3.344}

Negativo 2.267

Centrale tratta a sinistra 1 ^{Positivo 2.853}

Negativo 1.912

Destra 1 ^{Positivo 3.843}

Negativo 2.152

Sinistra 2 ^{Positivo 2.802}

Negativo 0.170

Centrale tratta a sinistra 2 Positivo 2.327

[V

Negativo -0.169

Centrale tratta a destra 1 ^{Positivo 2.792}

Negativo 1.668

TOTALE 25.983

Le potenze assorbite dai carichi sono invece riportate nella tabella seguente:

Tabella 26 Valori delle potenze assorbite dai carichi

Tratta occupata Binario Potenza (W)

Sinistra 1 9.000

Sinistra 2 4.536

Destra 1 9.000

TOTALE 22.536

Il rendimento di trasmissione risulta in questo caso essere pari a 0.867, superiore rispetto a quello ottenuto sul modello di riferimento.

Le analisi fin qui eseguite portano ad affermare che il nuovo sistema di alimentazione 2×3 kV in corrente continua dotato di trasformatore elettronico di potenza garantisce una qualità di alimentazione migliore rispetto al sistema tradizionale, facendo diminuire le cadute di tensione di linea e assicurando allo stesso tempo un aumento della potenzialità delle tratte esistenti. Inoltre, grazia alla suddivisione delle correnti di carico nei feeder positivo e negativo, anche il rendimento di trasmissione migliora, riducendo conseguentemente le perdite di linea. Il contenuto armonico risulta però più rilevante, data la presenza di armoniche multiple della sesta, anche se il ripple di tensione presenta ancora valori abbastanza contenuti.