Sistema privo di trasformatore elettronico di potenza

Nel settaggio delle opzioni di simulazione si è dovuto aumentare il tempo totale della stessa fino a 1 s, in quanto il sistema richiedeva più tempo per raggiungere le condizioni di regime. Tutte le altre caratteristiche sono rimaste invece invariate.

Figura 137 Modello a tre SSE privo di TEP utilizzato nella simulazione di tipo statico

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 delle linee primarie influisce in modo poco rilevante sulla caduta di tensione; per questo motivo le tre SSE sono alimentate a una tensione molto prossima a quella nominale (132 kV).

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

Figura 138 Andamento della tensione di alimentazione Valim della SSE di sinistra

Le tensioni registrate sui carichi si presentano nel modo seguente.

Figura 139 Andamento delle tensioni presenti sui carichi R2: carico da 1 Ω a sinistra R3: carico da 1 Ω a destra R1: carico da 2 Ω

Si riscontrano delle tensioni inferiori rispetto al modello rappresentante lo stato attuale del sistema ferroviario. Le tensioni dei carichi più importanti (quelli da 1 Ω) si assestano infatti a 2650 V e 2675 V, mentre quello da 2 Ω è soggetto a una tensione di 2950 V. Anche il ripple di tensione risulta più rilevante, come si nota dall’analisi di Fourier del segnale registrato sul carico R2.

[V

]

[V

Figura 140 Risultati dell’analisi di Fourier della forma d’onda di tensione presente sul carico R2

Si nota in primo luogo la presenza di armoniche multiple della sesta, tipiche di un raddrizzamento esafase, sovrapposte a una alla frequenza di 100 Hz. Anche se i valori riscontrati sono doppi rispetto alle simulazioni precedenti, restano comunque molto limitati (l’armonica più importante è la sesta e presenta un valore efficace poco superiore a 1 V).

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

Figura 141 Andamento delle tensioni erogate dalle SSE m15: SSE centrale m4: SSE di destra m5: SSE di sinistra

I valori delle tensioni erogate dalle SSE risultano inferiori rispetto al modello di riferimento. La SSE di sinistra fornisce infatti una tensione media pari a 3323 V, quella centrale, la più caricata, una tensione di 3248 V e quella di destra un valore pari a 3380 V.

A m p iezza d el l’ ar m o n ica [V] Frequenza [Hz] [V ]

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

Questo è sintomo di una maggiore caduta di tensione interna alla SSE, dovuta alla diversa distribuzione delle correnti all’interno del trasformatore. L’assenza del posto di conversione statica rende infatti il feeder negativo completamente inutile, dato che non è in grado di scambiare energia con la linea di contatto. Tutta la corrente viene quindi fornita solo dal ramo del ponte raddrizzatore connesso tra binario e linea di contatto e conseguentemente, le perdite sono localizzate solo sul primario e sul secondario connesso a triangolo. La maggiore caduta di tensione interna alla SSE causa un abbassamento della tensione di linea, con conseguenze negative sulla qualità dell’alimentazione dei convogli. Interessante risulta anche il ripple della forma d’onda che non è più quello tipico di un ponte a 12 impulsi, ma si nota la presenza di armoniche a frequenze più basse, in particolare 300 Hz e multipli, caratteristiche di un semplice ponte di Graetz trifase. Questo è giustificato dal fatto che solo un ramo del ponte è effettivamente caricato, determinando la comparsa della sesta armonica e suoi multipli, di entità superiore rispetto al caso precedente, nonostante l’inserzione di un filtro più efficiente.

I diversi valori nelle tensioni erogate generano delle correnti di squilibrio, la cui presenza può essere eliminata andando ad adottare i variatori sotto carico sui trasformatori abbassatori nelle SSE. Anche il ripple di tensione registrato risulta essere superiore rispetto al modello di riferimento, come si deduce dall’analisi di Fourier eseguita sulla forma d’onda del potenziale della sbarra anodica della SSE di sinistra.

Figura 142 Risultati dell’analisi di Fourier della forma d’onda di tensione erogata dalla SSE di sinistra

Le componenti armoniche presenti sono le stesse viste nell’analisi della tensione insistente sul carico, ma i valori risultano ovviamente superiori, dato il mancato naturale filtraggio dell’induttanza propria della linea. L’armonica più importante risulta sempre essere la sesta, il cui valore efficace è pari a 20 V. Anche se i valori riscontrati risultano essere

A m p iezza d el l’ ar m o n ica [V] Frequenza [Hz]

superiori alla simulazione di riferimento, il contributo delle armoniche al valore efficace della tensione imposta dalle SSE non supera l’1% del valore medio, non costituendo quindi una grande fonte di disturbo.

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

Figura 143 Potenziali di binario in prossimità delle SSE m16: SSE centrale m11: SSE di destra m1: SSE di sinistra

La SSE centrale presenta la tensione più elevata (-35 V), quella relativa alla SSE di sinistra ha un valore di circa -55 V, mentre la tensione della sbarra catodica della SSE di destra mostra il valore più basso (-67 V). I valori registrati risultano in questo caso essere in linea 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 tensione erogata dalle SSE, in quanto filtrato anche dall’intero circuito di alimentazione dei convogli. Questo concetto è reso ancora più evidente dal confronto delle analisi di Fourier dei due segnali.

[V

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

Figura 144 Risultati dell’analisi di Fourier eseguita sulla forma d’onda del potenziale di binario della SSE di sinistra

Le armoniche presenti sono le stesse già descritte prima, ma i loro valori efficaci risultano essere 10 volte più bassi rispetto a quelle registrate nelle tensioni di alimentazione delle linee di contatto.

Si riporta in questo caso anche il potenziale verso terra del feeder negativo in prossimità della SSE di sinistra.

Figura 145 Andamento del potenziale della sbarra catodica della SSE di sinistra

La sbarra negativa della SSE si porta a una tensione verso terra di circa -3875 V, valore in modulo più alto dei -3600 V previsti a vuoto. Questo è dovuto al fatto che il ponte raddrizzatore collegato in serie fornisce ai suoi capi una tensione in modulo pari a 7200 V.

A m p iezza d el l’ ar m o n ica [V] Frequenza [Hz] [V ]

La sbarra positiva non si trova però a 3600 V, ma, a causa delle cadute di tensione interne alla SSE, si assesta a una tensione verso terra di 3323 V. La tensione della sbarra negativa è quindi vincolata a portarsi a un valore di tensione inferiore a quello previsto. Si nota inoltre come, grazie all’inserzione del filtro anche tra la sbarra negativa e il circuito di ritorno della corrente, il ripple di tensione risulta essere abbastanza modesto, come confermato dall’analisi di Fourier riportata di seguito.

Figura 146 Risultati dell’analisi di Fourier eseguita sulla forma d’onda del potenziale della sbarra catodica della SSE di sinistra

Come si nota, la componente armonica più importante rimane quella incentrata sui 300 Hz, che presenta un valore di poco inferiore ai 5 V, comunque trascurabile per un corretto funzionamento del sistema.

È stato valutato anche in questo caso il rendimento di trasmissione del sistema. Anche se le tensioni fornite dalle SSE sono squilibrate, le correnti presenti nei feeder negativi sono pressoché nulle, non causando quindi perdite aggiuntive nel sistema. Le potenze erogate dalle SSE sono riportate nella tabella seguente:

Tabella 23 Valori delle potenze erogate dalle SSE sulle varie linee di contatto

Sottostazione Binario Potenza (MW)

Sinistra 1 4.765

Centrale tratta a sinistra 1 4.089

Destra 1 5.150

Sinistra 2 2.780

Centrale tratta a sinistra 2 2.154

A m p iezza d el l’ ar m o n ica [V] Frequenza [Hz]

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

Centrale tratta a destra 1 3.895

TOTALE 22.835

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

Tabella 24 Valori delle potenze assorbite dai carichi

Tratta occupata Binario Potenza (MW)

Sinistra 1 7.022

Sinistra 2 4.360

Destra 1 7.171

TOTALE 18.554

Il rendimento di trasmissione risulta in questo caso pari a 0.813.

Il nuovo sistema, in queste condizioni di funzionamento, risulta quindi avere caratteristiche peggiori rispetto a quello attuale.