Dipartimento di Ingegneria Elettrica Corso di Sistemi Elettrici

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Dipartimento di Ingegneria Elettrica Corso di Sistemi Elettrici per la Mobilità I (prof. ssa

Dipartimento di Ingegneria Elettrica Corso di Sistemi Elettrici per la Mobilità I (prof. ssa R. Lamedica) Esercitazione sui sistemi a 2 x 25 k. V (Dott. Ing. Marco Ciucciarelli) a cura di: Dott. Ing. Marco Ciucciarelli Roma, novembre 2008

Esercitazione sui sistemi a 2 x 25 k. V Parte I Sistema a 2

Esercitazione sui sistemi a 2 x 25 k. V Parte I Sistema a 2 x 25 k. V e sua modellazione Parte II Il software EMTP-IERSS Parte III Esercitazione svolta Parte IV Cenni di pianificazione

Dipartimento di Ingegneria Elettrica Esercitazione sui sistemi a 2 x 25 k. V (parte

Dipartimento di Ingegneria Elettrica Esercitazione sui sistemi a 2 x 25 k. V (parte I) Sistema a 2 x 25 k. V e sua modellazione a cura di: Dott. Ing. Marco Ciucciarelli Roma, novembre 2008

IL SISTEMA 2× 25 k. V 50 Hz SSE: Alimentazione Distanziamento PPD: 2 ogni

IL SISTEMA 2× 25 k. V 50 Hz SSE: Alimentazione Distanziamento PPD: 2 ogni Trasformatori 12, 5 delle medio km SSE: 2 monofase ATR SSE: da configurazione 5015 da km. MVA 60 - MVA entra-esce lineaogni a 132 k. V Potenzialità massima: 2, 2 in. MW/km Treni da 12 MW tramite a 300 km/h 5 min. dedicata alimentata da ATR dedicati connessi alla rete pubblica a 380 k. V

Modalità della simulazione elettromeccanica Aspetti fondamentali q Convogli in movimento (carichi elettrici variabili nello

Modalità della simulazione elettromeccanica Aspetti fondamentali q Convogli in movimento (carichi elettrici variabili nello spazio) q Potenza dei convogli variabile nel tempo MODELLO DEL SISTEMA DI ALIMENTAZIONE E’ VARIABILE NEL TEMPO E NELLO SPAZIO

Modalità della simulazione elettromeccanica Aspetti fondamentali q Dati: posizione e potenza dei convogli q

Modalità della simulazione elettromeccanica Aspetti fondamentali q Dati: posizione e potenza dei convogli q Discretizzazione temporale del periodo di simulazione q Si considerano i transitori elettrici e meccanici disaccoppiati e si studiano le grandezze elettriche come successione di regimi elettrici permanenti Calcolo regime permanente Δt ≈5 s 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t [s]

Cenni sul funzionamento di ATP-EMTP Ø ATP-EMTP: applicazione DOS che risolve modelli in regime

Cenni sul funzionamento di ATP-EMTP Ø ATP-EMTP: applicazione DOS che risolve modelli in regime transitorio o permanente (analisi anche molto complesse) Ø File di input: file. dat/. txt/. atp in cui viene “scritto” il modello secondo una determinata sintassi e struttura a campi Ø File di output: file. lis/. pl 4 in cui vengono “scritti” i risultati richiesti La libreria di ATP-EMTP comprende numerosi modelli circuitali da inserire nel file di input mediante le relative EMTP CARD (cioè schede standard per l’input dei “valori”)

Cenni sul funzionamento di ATP-EMTP

Cenni sul funzionamento di ATP-EMTP

Cenni sul funzionamento di ATP-EMTP

Cenni sul funzionamento di ATP-EMTP

Modello matematico ATP/EMTP

Modello matematico ATP/EMTP

Modello matematico ATP/EMTP Disposizione dei conduttori FEEDER FUNE PORTANTE q q q 4 rotaie

Modello matematico ATP/EMTP Disposizione dei conduttori FEEDER FUNE PORTANTE q q q 4 rotaie 2 funi di terra 2 dispersori lineari 2 feeder 2 funi portanti 2 conduttori di contatto FUNE DI TERRA FILO DI CONTATTO DISPERSORE LINEARE MODELLO DI LINEA A 12 CONDUTTORI ROTAIE

Modello matematico ATP/EMTP Principi generali q Discretizzazione della linea in tratti elementari di linea

Modello matematico ATP/EMTP Principi generali q Discretizzazione della linea in tratti elementari di linea rappresentati con multipolo equivalente a Π (12 conduttori) q Modelli utilizzati: 1) – Multipolo a Π (12 conduttori); 2) – Rotaie 3) – Trasformatori ed autotrasformatori 4) – Dispersione della corrente 5) – Connessioni induttive 6) – Treni in trazione/frenatura a recupero

Modello matematico ATP/EMTP Multipolo a Π (12 conduttori – 250 m) Costanti di linea

Modello matematico ATP/EMTP Multipolo a Π (12 conduttori – 250 m) Costanti di linea calcolate dalla routine LINE CONSTANTS che genera il multipolo “Nominal-P” sulla base dei dati geometrici ed elettrici dei conduttori

Modello matematico ATP/EMTP File di input ad ATP-EMTP per il calcolo delle Line Constants

Modello matematico ATP/EMTP File di input ad ATP-EMTP per il calcolo delle Line Constants

Modello matematico ATP/EMTP Rotaie – 60 UNI q ATP-EMTP (routine Line Constants) non permette

Modello matematico ATP/EMTP Rotaie – 60 UNI q ATP-EMTP (routine Line Constants) non permette di simulare conduttori di geometria diversa da quella cilindrica e con comportamento ferromagnetico q Effetto pelle non trascurabile q Si accetta di trascurare il comportamento ferromagnetico della rotaia q Si adotta un conduttore cilindrico equivalente avente lo stesso perimetro della rotaia 60 UNI (ipotizzando rotaie diamagnetiche, si ottiene la stessa superficie conduttrice utile) Caratteristiche della rotaia 60 UNI Peso [kg/m] Perim. [mm] Raggio equiv. al perim. [mm] Area [mm 2] Raggio equiv. all’area [mm] 60 690 110 7679 49, 44

Modello matematico ATP/EMTP Rotaie – 60 UNI

Modello matematico ATP/EMTP Rotaie – 60 UNI

Modello matematico ATP/EMTP Trasformatori Autotrasformatori

Modello matematico ATP/EMTP Trasformatori Autotrasformatori

Modello matematico ATP/EMTP

Modello matematico ATP/EMTP

Modello matematico ATP/EMTP Dispersione della corrente nel terreno q Collegamento dei dispersori lineari e

Modello matematico ATP/EMTP Dispersione della corrente nel terreno q Collegamento dei dispersori lineari e delle rotaie, ad inizio e fine del multipolo, di una conduttanza verso terra q Valori delle conduttanze: - Dispersore lineare g=1 S/km (rilevato/trincea) g=0, 25 S/km (altre sezioni) (a cui corrispondono resistenze concentrate di 4 e 16Ω, per ogni dispersore, ad inizio/fine di ogni tratto di 250 m) - Rotaie g=0, 25 S/km (per ciascuna rotaia) (a cui corrisponde una resistenza concentrata di 16Ω, per ogni rotaia, ad inizio/fine di ogni tratto di 250 m)

Modello matematico ATP/EMTP Connessioni induttive q Installazione delle connessioni induttive ogni 1500 m q

Modello matematico ATP/EMTP Connessioni induttive q Installazione delle connessioni induttive ogni 1500 m q Assenza del giunto isolante (non funzionali per Cd. B ad audiofrequenza) q Esistono 2 tipi di connessioni induttive: - di sbarramento: consentono di equilibrare le correnti di trazione di ritorno fra le rotaie e realizzano i collegamenti delle stesse all’impianto di terra - di ritorno TE (per SSE e PPD): consentono di collegare le prese centrali dei trasformatori e degli autotrasformatori alle rotaie Tipo Induttanza nominale a 2100 Hz Corrente nominale Corrente di squilibrio tra i due rami Corrente di corto circuito Lnom [m. H] ITE [A] ISQ [A] ICC [k. A] (625 per semiavv. ) 160 15 per 1 s 100 70 15 per 1 s Di ritorno TE (-%, +20%) Di sbarramento (-0%, +20%) 1, 2 1250

Modello matematico ATP/EMTP Collegamento delle connessioni induttive di sbarramento

Modello matematico ATP/EMTP Collegamento delle connessioni induttive di sbarramento

Modello matematico ATP/EMTP Collegamento delle connessioni induttive di ritorno TE

Modello matematico ATP/EMTP Collegamento delle connessioni induttive di ritorno TE

Modello matematico ATP/EMTP Treni Modello ad impedenza costante ZT Treni in trazione -P>0 -R>0

Modello matematico ATP/EMTP Treni Modello ad impedenza costante ZT Treni in trazione -P>0 -R>0 -cosφ=0, 98 Treni in frenatura a recupero -P<0 -R<0 -cosφ=1 ZT

Dipartimento di Ingegneria Elettrica Esercitazione sui sistemi a 2 x 25 k. V (parte

Dipartimento di Ingegneria Elettrica Esercitazione sui sistemi a 2 x 25 k. V (parte II) Il software EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) a cura di: Dott. Ing. Marco Ciucciarelli Roma, novembre 2008

Problematiche di simulazione q q q q Discretizzazione dell’Intervallo Temporale di simulazione in N

Problematiche di simulazione q q q q Discretizzazione dell’Intervallo Temporale di simulazione in N istanti Presenza di Treni in movimento Calcolo delle potenze dei treni Modello matematico per la simulazione dei Treni Automazione delle simulazioni ATP/EMTP Estrazione automatica dei risultati delle simulazioni Presentazione dei risultati delle simulazioni SVILUPPO DI UNA STRUTTURA SOFTWARE COMPLETA PER LA SIMULAZIONE ELETTROMECCANICA DEL SISTEMA

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) SIMULATORE DEL TRAFFICO FERROVIARIO MATLAB q

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) SIMULATORE DEL TRAFFICO FERROVIARIO MATLAB q q EMTP- IERSS ATP-EMTP Acquisizione POTENZA-POSIZIONE dei treni dal Simulatore del Traffico Creazione automatica dell’N-esimo modello ATP/EMTP e avvio simulazione Utilizzo di ATP/EMTP come Solutore Esterno della rete elettrica Automazione e controllo del calcolo, estrazione automatica dei risultati e post-processing mediante EMTP-IERSS q Presentazione dei risultati mediante Mat. Lab ed EMTP-IERSS

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Obiettivi prestazionali q q q Interfacciamento

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Obiettivi prestazionali q q q Interfacciamento con il Simulatore del Traffico ferroviario Rapidità di calcolo, di accesso e di gestione dei file in ambiente Microsoft Windows Creazione di una interfaccia utente Rapidità di accesso ai dati di input ed output Possibilità di controllo dei risultati Struttura “aperta” e possibilità di sviluppo CREAZIONE DI UNA STRUTTURA SOFTWARE IN AMBIENTE Microsoft Excel GESTITA DA MACRO SCRITTE IN LINGUAGGIO VBA (Visual Basic for Application)

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Output del Simulatore del Traffico Ferroviario:

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Output del Simulatore del Traffico Ferroviario: Posizione e Potenza al Pantografo Modello matematico dei treni: Vincoli di Potenza P-Q LOAD FLOW

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Procedure di Load Flow proposta Modello

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Procedure di Load Flow proposta Modello di simulazione del treno: Impedenza funzione della Potenza di vincolo Metodo iterativo per il calcolo dell’impedenza di carico a cui associare la Potenza di Vincolo Trazione: Rc>0 Frenatura a recupero: Rc<0

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Procedure di Load Flow proposta: metodo

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Procedure di Load Flow proposta: metodo iterativo q Vettore Potenza Apparente di vincolo q Vettore Impedenze iniziali di carico SIMULAZIONE q Valutazione Vettore Potenza ai carichi q Valutazione Errore Percentuale

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Comportamento dell’azionamento del treno ETR 500

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Comportamento dell’azionamento del treno ETR 500 AV in fase di trazione

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Comportamento dell’azionamento del treno ETR 500

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Comportamento dell’azionamento del treno ETR 500 AV in fase di recupero

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Procedure di Load Flow proposta: metodo

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Procedure di Load Flow proposta: metodo iterativo Calcolo vettore delle impedenze Simulazione Rete Elettrica Schema logico della procedura di Load Flow implementata NO Calcolo Errore di Potenza SI Aggiornamento NO Rispetto limiti P-V SI FINE LOAD FLOW

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Posizionamento circuitale dei treni

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Posizionamento circuitale dei treni

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Avvio del software database

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Avvio del software database

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Interfaccia Utente

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Interfaccia Utente

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Esempio di database per interfacciamento con

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Esempio di database per interfacciamento con il simulatore del traffico

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Esempio di database creato automaticamente: “Prima.

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Esempio di database creato automaticamente: “Prima. Via”

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Grandezze di interesse q Sistema: Potenza,

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Grandezze di interesse q Sistema: Potenza, Energia, Rendimenti, Perdite, Tensioni massime e minime al pantografo, Tensione Utile Media d’Area q SSE: Potenza, Perdite, Tensione e Corrente q PPD: Potenza e perdite q Treni: Potenza e Tensione al pantografo, Corrente, Tensione di Rotaia, Tensione Utile Media Produzione dei relativi grafici e dei file di archivio

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Grandezze di interesse – tensioni di

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Grandezze di interesse – tensioni di alimentazione

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Grandezze di interesse – tensioni di

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Grandezze di interesse – tensioni di alimentazione q Il parametro per la definizione della qualità dell’alimentazione dei convogli è la tensione utile media al pantografo (Uutilemedia); q Uutilemedia dell'area di alimentazione: è la media tra tutti i valori di tensione al pantografo ottenuti dalla simulazione e fornisce un'indicazione della qualità dell'alimentazione per l'intera area; in tale simulazione vanno considerati tutti i treni presenti nell'area geografica, indipendentemente dal regime elettromeccanico in cui si trovano (in trazione, in rigenerazione e in marcia per inerzia); q Uutilemedia del treno: è la media di tutti i valori di tensione al pantografo di un treno considerando i periodi temporali nei quali il treno assorbe un carico di trazione (non in rigenerazione e non in marcia per inerzia)

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Tensioni utile media al pantografo (definizione

EMTP-IERSS (EMTP Interface for Electric Railway Systems Simulation) Tensioni utile media al pantografo (definizione STI) dove: Tj = periodo di integrazione studiato per il treno j; n = numero di treni considerati in esame nella simulazione; Upj = valore eff. della componente fondamentale della tensione al pantografo del treno j; |Ipj| = modulo della componente fondamentale della corrente relativa al treno j; Valori consigliati dalle STI

Valutazione degli effetti della frenatura a recupero Principio di funzionamento q Conversione elettromeccanica dell’energia

Valutazione degli effetti della frenatura a recupero Principio di funzionamento q Conversione elettromeccanica dell’energia cinetica e potenziale del Treno B e trasferimento della potenza recuperata al Treno A q Rendimento funzione della distanza dei treni e della relativa posizione circuitale q Ricettività della rete TE funzione del cadenzamento dei treni, dello sfasamento delle partenze tra binari diversi e della configurazione del sistema q Energia recuperabile funzione del tracciato e del tipo di convoglio

Dipartimento di Ingegneria Elettrica Esercitazione sui sistemi a 2 x 25 k. V (parte

Dipartimento di Ingegneria Elettrica Esercitazione sui sistemi a 2 x 25 k. V (parte III) Esercitazione svolta a cura di: Dott. Ing. Marco Ciucciarelli Roma, novembre 2008

Esercitazione svolta Obiettivi dell’esercitazione svolta q Simulazione elettromeccanica tratta AV/AC Torino-Novara con EMTP-IERSS q

Esercitazione svolta Obiettivi dell’esercitazione svolta q Simulazione elettromeccanica tratta AV/AC Torino-Novara con EMTP-IERSS q Analisi energetica del sistema q Valutazione della qualità dell’alimentazione q Valutazione degli effetti elettrici ed energetici della frenatura a recupero q Commento critico dei fenomeni elettromeccanici del sistema in esame

La tratta AV/AC Torino-Novara Schema della tratta Torino-Novara in normale esercizio ── SSE di

La tratta AV/AC Torino-Novara Schema della tratta Torino-Novara in normale esercizio ── SSE di con Chivasso PPD 1 e Greggio: 1 TR in ATR in servizio ─ PPD con 2 ATR in servizio: cambio fase

Esercitazione svolta

Esercitazione svolta

Esercitazione svolta Train Performance calcolata con il simulatore del traffico BINARIO 1

Esercitazione svolta Train Performance calcolata con il simulatore del traffico BINARIO 1

Esercitazione svolta Train Performance calcolata con il simulatore del traffico BINARIO 2

Esercitazione svolta Train Performance calcolata con il simulatore del traffico BINARIO 2

Esercitazione svolta Scenari significativi q Scenario 1: cadenzamento 5 min. , sfasamento 0 min.

Esercitazione svolta Scenari significativi q Scenario 1: cadenzamento 5 min. , sfasamento 0 min. (partenze sincronizzate) q Scenario 5: cadenzamento 25 min. , sfasamento 0 min. (partenze sincronizzate) Valutazione differenze parametri elettrici ed energetici

Analisi Energetica Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Convergenza di calcolo per lo Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento

Convergenza di calcolo per lo Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti; q Potenza

Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti; q Potenza recuperata NON limitata per completa ricettività della rete cambio fase Frenatura a recupero q Tensione massima raggiunta in fase di frenatura pari a 27, 1 k. V cambio fase Frenatura a recupero

Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti; Tensione di

Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti; Tensione di rotaia sostanzialmente sempre inferiore ai 60 V stabiliti dalla normativa CEI EN 50122 -1

Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Convergenza di calcolo per lo Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento

Convergenza di calcolo per lo Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento a 0 minuti; cambio fase

Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento a 0 minuti; cambio fase Frenatura a recupero q Potenza recuperata leggermente limitata per problemi di ricettività della rete q Tensione massima raggiunta in fase di frenatura pari a 27, 7 k. V cambio fase Frenatura a recupero

Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento a 0 minuti; Tensione di

Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento a 0 minuti; Tensione di rotaia sostanzialmente sempre inferiore ai 60 V stabiliti dalla normativa CEI EN 50122 -1

Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; Potenza riversata nella rete AT Potenza assorbita

Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; Potenza riversata nella rete AT Potenza assorbita dalla rete [k. W] Perdite totali [k. W]x 0. 01 - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Scenario 5 - Cadenzamento a 25 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi Energetica Totale Grandezze energetiche calcolate per tutte le simulazioni effettuate Rendimento Recupero di

Analisi Energetica Totale Grandezze energetiche calcolate per tutte le simulazioni effettuate Rendimento Recupero di Rete Recupero di in Rapporto Energia di Energia. Recuperata/Energia Reale [%] Teorico [%] Recuperabile

Analisi Energetica Totale Energie calcolate per tutte le simulazioni effettuate Energia Teoricamente Recuperabile [%]

Analisi Energetica Totale Energie calcolate per tutte le simulazioni effettuate Energia Teoricamente Recuperabile [%] Energia Effettivamente Recuperata [%]

Analisi Energetica Totale Variazione della ricettività della rete di alimentazione Parziale riduzione Ricettività della

Analisi Energetica Totale Variazione della ricettività della rete di alimentazione Parziale riduzione Ricettività della ricettività completa

Analisi qualità dell’alimentazione Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0

Analisi qualità dell’alimentazione Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi qualità dell’alimentazione Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0

Analisi qualità dell’alimentazione Scenario 1 - Cadenzamento a 5 minuti; - Sfasamento a 0 minuti;

Analisi qualità dell’alimentazione Scenario 1

Analisi qualità dell’alimentazione Scenario 1

Analisi qualità dell’alimentazione Scenario 5

Analisi qualità dell’alimentazione Scenario 5

VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI DELLA FRENATURA A RECUPERO § Grandezze energetiche poco variabili per le

VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI DELLA FRENATURA A RECUPERO § Grandezze energetiche poco variabili per le caratteristiche della tratta TO-NO § Energia recuperata mediamente pari al 7% dell’energia di saldo dei treni § Prevedibile un significativo aumento per traffico merci sulla tratta TO-NO § Studio guida per successive analisi di ottimizzazione energetica del traffico § Maggiori effetti della frenatura a recupero nelle tratte AV/AC di valico caratterizzate da numerose fasi di frenatura e quindi da notevoli energie recuperabili; possibile ottimizzazione energetica dei valori di cadenzamento dei treni e sfasamento trai binari

ESERCITAZIONI § Analisi della tratta AV/AC BO-FI sulla base di file di output del

ESERCITAZIONI § Analisi della tratta AV/AC BO-FI sulla base di file di output del software EMTP-IERSS consegnati § Sviluppo di una relazione descrittiva sulle problematiche di simulazione ed i risultati ottenuti § Commento sugli effetti della frenatura a recupero e sulla qualità dell’alimentazione § Confronto generale tra gli scenari simulati

Dipartimento di Ingegneria Elettrica Esercitazione sui sistemi a 2 x 25 k. V (parte

Dipartimento di Ingegneria Elettrica Esercitazione sui sistemi a 2 x 25 k. V (parte IV) Cenni di pianificazione a cura di: Dott. Ing. Marco Ciucciarelli Roma, novembre 2008

Cenni di pianificazione Aspetti fondamentali § Considerazioni sull’utenza, sviluppo socio-economico del territorio § Attuali

Cenni di pianificazione Aspetti fondamentali § Considerazioni sull’utenza, sviluppo socio-economico del territorio § Attuali costruzioni: linee ad Alta Velocità (v>250 km/h) per potenziamento reti ferroviarie esistenti § Analisi costi-benefici, valutazione delle prestazioni tecniche, valutazione dell’impatto ambientale § Scelta del sistema di elettrificazione § Studio di fattibilità

Aspetti di dimensionamento Aspetti principali § Power Quality: profili di tensione nel rispetto delle

Aspetti di dimensionamento Aspetti principali § Power Quality: profili di tensione nel rispetto delle normative (CENELEC EN 50163 - STI ) § Potenzialità del sistema ferroviario § Affidabilità e disponibilità del sistema ferroviario § Dimensionamento termico del sistema § Selettività delle protezioni § Esigenze di standardizzazione

Aspetti di dimensionamento Risoluzione delle problematiche § Modellizzazione del sistema e calcolo delle grandezze

Aspetti di dimensionamento Risoluzione delle problematiche § Modellizzazione del sistema e calcolo delle grandezze elettriche § Analisi parametriche § Adeguamento agli standard costruttivi e commerciali § Analisi delle configurazioni critiche di esercizio § Valutazione eventuali specifiche tecniche d’esercizio in condizioni di guasto

Dimensionamento delle macchine Trasformatori di SSE Il TR di sottostazione è costituito da 3

Dimensionamento delle macchine Trasformatori di SSE Il TR di sottostazione è costituito da 3 avvolgimenti: - 1 di alta tensione (1 AT) con avvolgimento di regolazione (R) - 2 di bassa tensione (2 BT, 3 BT) - Regolazione lato AT : +4 x 1, 25% -12 x 1, 25% - Tipo di raffreddamento: ONAN

Dimensionamento delle macchine Trasformatori di SSE

Dimensionamento delle macchine Trasformatori di SSE

Dimensionamento delle macchine Autotrasformatori per PPD Gli ATR dei PPD sono costituiti da 2

Dimensionamento delle macchine Autotrasformatori per PPD Gli ATR dei PPD sono costituiti da 2 avvolgimenti: - collegamento ad autotrasformatore con rapporto 1: 1 (1 BT-2 BT) - Nessuna regolazione - Tipo di raffreddamento: ONAN

Dimensionamento delle macchine Autotrasformatori per PPD

Dimensionamento delle macchine Autotrasformatori per PPD

Dimensionamento delle macchine – cad 20 min. Potenza media P=9, 0 MW Potenza media

Dimensionamento delle macchine – cad 20 min. Potenza media P=9, 0 MW Potenza media P=9, 6 MW

Dimensionamento delle macchine – cad 5 min. Potenza media P=34, 35 MW Potenza media

Dimensionamento delle macchine – cad 5 min. Potenza media P=34, 35 MW Potenza media P=34, 36 MW

Dimensionamento delle macchine – cad 20 min. 1 TR in servizio P media P=18,

Dimensionamento delle macchine – cad 20 min. 1 TR in servizio P media P=18, 6 MW

Dimensionamento delle macchine – cad 5 min. 1 TR in servizio P media P=68,

Dimensionamento delle macchine – cad 5 min. 1 TR in servizio P media P=68, 9 MW

Dimensionamento macchine e catenaria Macchine § § § Studiare i profili delle potenze di

Dimensionamento macchine e catenaria Macchine § § § Studiare i profili delle potenze di sistema e calcolare la potenza media Rispettare la potenza nominale dei trasformatori e la loro sovraccaricabilità Verifiche di sovraccaricabilità anche in condizioni di guasto ad altre SSE Analisi di affidabilità e disponibilità Esigenze di standardizzazione Catenaria § § § Contenimento delle cadute di tensione (rispetto norma CENELEC 50163) Limiti termici dei conduttori (max 4 A/mm 2 – con riduzione in c. a. ) Esigenza di standardizzazione dei conduttori e delle sospensioni

Configurazione del sistema TE Influenza dei parametri di progetto § Distanziamento delle SSE e

Configurazione del sistema TE Influenza dei parametri di progetto § Distanziamento delle SSE e PPD: - problematiche di alimentazione sistema in emergenza - profili di tensione - costi del sistema - necessità installare 3 ATR in PPD (casi specifici come BO-FI) - tratti a sbalzo svantaggiati in casi di configurazione in emergenza - problematiche di selettività delle protezioni § Costi del sistema: - più SSE, più TR e servizi ausiliari (controllo, comando, supervisione) - costruzione linee primarie - opere civili ed impiantistiche - manutenzione

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Caso in studio § Obiettivi: -

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Caso in studio § Obiettivi: - definire il n° di SSE e la loro ubicazione - definire la potenza installata in ogni SSE - definizione della configurazione della catenaria § Scopo: - garantire rispetto dei limiti di tensione (CENELEC 50163) - selettività delle protezioni - stress termico dei conduttori contenuto Il caso in studio prevede le valutazioni del funzionamento del sistema di alimentazione di una data tratta ferroviaria, sia in normale esercizio, che in esercizio d’emergenza; cadenzamento treni: 15 minuti

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Caso in studio CARATTERISTICHE DELLA TRATTA

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Caso in studio CARATTERISTICHE DELLA TRATTA - Da km 0+000 a km 80+000 - Treni ETR 500 - Tracciato: in galleria - Velocità massima: 220 km/h - Livellette: +15 dal km 0 al km 80 - Curvatura: 3000 m dal km 20 al km 30. - Treni partenti da velocità “ 0”. La scelta delle apparecchiature (TR, gruppi di conversione) e dei conduttori della catenaria è stata effettuata in base alle standardizzazioni RFI in vigore

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Ipotesi elettrificazione con sistema 3 k.

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Ipotesi elettrificazione con sistema 3 k. V c. c. § I Calcoli iterativi (“procedura per tentativi”) hanno richiesto le seguenti specifiche: - installazione di 2 gruppi di conversione da 5, 4 MW in ogni SSE - catenaria: 2 funi portanti da 120 mm 2 + 2 fili di contatto da 150 mm 2 per via, con l’aggiunta di 2 alimentatori da 100 mm 2 - punti di parallelo tra ogni coppia di SSE - la seguente configurazione TE:

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Ipotesi elettrificazione con sistema 3 k.

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Ipotesi elettrificazione con sistema 3 k. V c. c. Profilo della potenza richiesta alla rete AT Ottima power quality

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Ipotesi elettrificazione con sistema 2 x

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Ipotesi elettrificazione con sistema 2 x 25 k. V c. a. § I Calcoli iterativi (“procedura per tentativi”) hanno richiesto le seguenti specifiche: - installazione di 2 TR da 60 MVA in ogni SSE - catenaria: 1 fune portanti da 120 mm 2 + 1 filo di contatto da 150 mm 2 e 1 feeder da 307 mm 2 - la seguente configurazione TE:

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Ipotesi elettrificazione con sistema 2 x

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Ipotesi elettrificazione con sistema 2 x 25 k. Vca Profilo della potenza richiesta alla rete AT Ottima power quality

Ipotesi 2 x 25 k. V

Ipotesi 2 x 25 k. V

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Caso in studio § Valutazioni finali:

Confronto sistema c. c. con sistema c. a. Caso in studio § Valutazioni finali: - significativa differenza del n° di SSE (presenza PPD) - problematiche installative per opere civili e impiantistiche (tracciato in galleria) - SSE c. a. molto più semplici nella costruzione, gestione, controllo e manutenzione - costi (esempi) - SSE in c. a. meno costose delle SSE in c. c. - problemi di armoniche e di squilibri lato AT - valutazione globale costi-benefici-fattibilità caso per caso

Dipartimento di Ingegneria Elettrica Corso di Sistemi Elettrici per la Mobilità I (prof. ssa

Dipartimento di Ingegneria Elettrica Corso di Sistemi Elettrici per la Mobilità I (prof. ssa R. Lamedica) Esercitazione sui sistemi a 2 x 25 k. V (Dott. Ing. Marco Ciucciarelli) a cura di: Dott. Ing. Marco Ciucciarelli Roma, novembre 2008