IT201700011274A1 - Sistema e metodo per l’alimentazione di un percorso ferroviario. - Google Patents
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Description
TITOLO: “Sistema e metodo per l’alimentazione di un percorso ferroviario”
DESCRIZIONE
CAMPO DI APPLICAZIONE
La presente invenzione riguarda un sistema ed un metodo per l’alimentazione di un percorso ferroviario elettrificato. In particolare l’invenzione consente di migliorare la capacità ed aumentare la potenza di un sistema esistente con costi contenuti.
Descrizione della tecnica anteriore
Nei percorsi ferroviari elettrificati i veicoli ferroviari, come treni, metropolitane, tram, o altri veicoli che viaggiano su rotaie, ricevono energia elettrica tramite il contatto con almeno due appositi conduttori di alimentazione disposti lungo il percorso, comunemente individuati da una linea di alimentazione aerea e dalle rotaie. I conduttori di alimentazione sono alimentati da una o più sottostazioni elettriche distribuite lungo il percorso ferroviario che forniscono ai conduttori di alimentazione una tensione. La tensione in corrispondenza delle sottostazioni risulta sostanzialmente indipendente dal carico elettrico costituito da veicoli ferroviari lungo il percorso, mentre la tensione lungo il percorso in generale è variabile. Infatti, l’alimentazione di un veicolo ferroviario comporta un passaggio di corrente nei conduttori di alimentazione, che hanno una propria resistenza o impedenza, e perciò vi è una differenza di tensione fra le sottostazioni elettriche ed i veicoli alimentati.
Per esigenze di funzionamento dei veicoli ferroviari, le autorità ferroviarie non ammettono che la tensione dei conduttori di alimentazione in qualsiasi punto del percorso sia minore di un valore prefissato. Ad esempio, sulla rete ferroviaria italiana in corrente continua la tensione nominale è pari a 3kV, e la tensione minima ammissibile è di 2kV. La tensione in corrispondenza delle sottostazioni può essere impostata a valori di poco superiori rispetto alla tensione nominale.
Il documento EP 2255992 descrive un sistema ferroviario in cui i conduttori di alimentazione sono alimentati, oltre che da sottostazioni elettriche, anche da batterie al nichel idrogeno che sono connesse ai conduttori di alimentazione in modo diretto, ovvero senza convertitori. Le batterie sono impiegate al fine di ridurre la caduta di tensione fra sottostazioni e veicoli durante le accelerazioni e di consentire il recupero di energia durante le frenate, recupero che sarebbe altrimenti precluso in caso di sottostazioni elettriche unidirezionali. Le batterie perciò si ricaricano durante le frenate dei veicoli ottenendo energia da restituire ai veicoli durante le accelerazioni.
Il documento EP 2837525 descrive un sistema ferroviario in cui i conduttori di alimentazione sono alimentati da una pluralità di fonti energetiche distinte in modo da permettere il funzionamento del sistema anche in caso di momentanea indisponibilità della rete elettrica che alimenta le sottostazioni. Fra le varie fonti energetiche vi sono dispositivi di accumulo di energia elettrica connessi ai conduttori di alimentazione tramite convertitori statici. Gli accumulatori sono scaricati e ricaricati a seconda della tensione di linea, e al fine di poter dimensionare i dispositivi di accumulo in modo contenuto è previsto che nel normale funzionamento essi intervengono solamente in caso di elevate variazioni rispetto alla tensione a vuoto del sistema, ad esempio durante accelerazioni e frenate rigenerative dei veicoli sul percorso.
Problema della tecnica anteriore
Affinché il percorso ferroviario possa sostenere un desiderato livello di traffico ferroviario, caratterizzato da un numero di veicoli che viaggiano ad una particolare velocità con una frequenza temporale prestabilita, è necessario che in ogni posizione del percorso sia possibile erogare la potenza richiesta senza che la tensione di linea dei conduttori di alimentazione scenda sotto al valore minimo consentito.
Quando si realizza un nuovo percorso ferroviario, questo requisito comporta la necessità che la distanza fra due sottostazioni consecutive, oppure la distanza fra una sottostazione ed il termine del percorso ferroviario, siano minori di una distanza massima consentita. Ad esempio in Italia la distanza media fra due sottostazioni per la rete ferroviaria in corrente continua è di circa 20km. Un percorso di una determinata lunghezza che possa ospitare un determinato traffico richiede quindi un numero minimo di sottostazioni, che hanno un elevato costo di realizzazione. Similmente, volendo aumentare il volume di traffico sostenibile in una porzione di percorso, è necessario realizzare nuove sottostazioni fra le sottostazioni già esistenti, oppure fra un’estremità del percorso e la sottostazione più vicina.
SOMMARIO DELL’INVENZIONE
Uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema ed un metodo per l’alimentazione di un percorso ferroviario che risolvano i problemi della tecnica nota, in particolare permettendo che un determinato volume di traffico possa transitare su un percorso ferroviario alimentato da un numero ridotto di sottostazioni.
Questo ed altri scopi sono ottenuti da un sistema o un metodo per l’alimentazione di un percorso ferroviario secondo una qualsiasi delle unite rivendicazioni.
L’invenzione consente di realizzare un percorso ferroviario nuovo in cui la distanza fra due sottostazioni consecutive può essere aumentata grazie alla presenza di un dispositivo di accumulo di energia elettrica fra le sottostazioni. Inoltre, un percorso ferroviario preesistente può essere potenziato per consentire un maggior volume di traffico senza realizzare nuove sottostazioni, grazie all’interposizione di un dispositivo di accumulo fra le sottostazioni. Perciò è possibile ridurre il numero di sottostazioni necessarie al funzionamento del sistema e di conseguenza ridurre il costo complessivo del sistema.
In una forma di realizzazione, il dispositivo di accumulo non viene ricaricato solamente dall’energia generata dalle frenate dei veicoli, ma viene ricaricato direttamente dalla sottostazione ogniqualvolta il volume di traffico sia al di sotto di una determinata soglia, qualora il dispositivo non sia già sufficientemente carico. Di conseguenza i conduttori di alimentazione sono sfruttati in modo più continuo e meno intermittente, ed il dispositivo di accumulo può essere ricaricato efficacemente per alimentare successivamente per una notevole lunghezza di percorso un carico elettrico corrispondente ad un consistente volume di traffico, che può prevedere la presenza di più veicoli sul percorso e/o il transito di singoli veicoli ad elevate velocità. Ciò consente il massimo distanziamento fra il dispositivo di accumulo e la sottostazione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente divulgazione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una possibile forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo nell’insieme dei disegni, in cui:
- la figura 1 mostra schematicamente un sistema per l’alimentazione di un percorso ferroviario secondo una forma realizzativa della presente invenzione,
- la figura 2 mostra schematicamente un sistema per l’alimentazione di un percorso ferroviario secondo un’altra forma realizzativa dell’invenzione, e
- la figura 3 mostra schematicamente un sistema per l’alimentazione di un percorso ferroviario secondo un’ulteriore forma realizzativa dell’invenzione,
- la figura 4 mostra schematicamente un sistema per l’alimentazione di un percorso ferroviario secondo un’ancora ulteriore forma realizzativa dell’invenzione.
Il sistema illustrato nelle unite figure deve intendersi rappresentato schematicamente, non necessariamente in scala e non necessariamente con le rappresentate proporzioni tra i vari elementi costitutivi.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Anche qualora non esplicitamente evidenziato, le singole caratteristiche descritte in riferimento alle specifiche realizzazioni dovranno intendersi come accessorie e/o intercambiabili con altre caratteristiche, descritte in riferimento ad altri esempi di realizzazione.
Nelle figure si osserva un sistema per l’alimentazione di un percorso ferroviario secondo la presente invenzione, indicato con il numero 1. Il sistema 1 comprende almeno due conduttori di alimentazione 2 disposti lungo un percorso ferroviario e contattabili da parte di un veicolo ferroviario 3 sul percorso. I conduttori di alimentazione 2 sono alimentati in corrente continua o in corrente alternata, e possono comprendere ad esempio un filo di contatto aereo, sostenuto da una catenaria e contattabile mediante un pantografo, e le rotaie su cui viaggiano i veicoli ferroviari, oppure i conduttori di alimentazione 2 possono comprendere una terza rotaia e/o una quarta rotaia.
Il sistema 1 comprende inoltre almeno una sottostazione elettrica 4 connessa ai conduttori di alimentazione 2 per applicare ai conduttori di alimentazione 2 una tensione di linea. Ciascuna sottostazione 4 è configurata per ricevere energia elettrica da una rete elettrica esterna e per fornire energia elettrica ai conduttori di alimentazione 2. Ogni sottostazione 4 generalmente comprende almeno un trasformatore e, nel caso in cui la tensione di linea sia una tensione continua, ogni sottostazione 4 comprende inoltre un convertitore utilizzabile almeno come raddrizzatore. Il convertitore di ogni sottostazione 4 in particolare può essere un convertitore unidirezionale oppure un convertitore bidirezionale.
Come è noto, quando una sottostazione 4 eroga corrente ad un veicolo ferroviario 3 sul percorso, fra la sottostazione 4 ed il veicolo 3 vi è una differenza di tensione che dipende dalla corrente erogata dalla sottostazione 4 al veicolo 3, dalla posizione del veicolo 3 sul percorso e dall'assorbimento elettrico del veicolo. In particolare tale differenza di tensione cresce con la distanza del veicolo 3 dalle sottostazioni 4 attigue. Infatti la differenza di tensione dipende dalla resistenza o impedenza equivalente fra il veicolo 3 e la sottostazione 4, ovvero dalla distanza del veicolo 3 sul percorso dalla sottostazione 4. Tale resistenza o impedenza è influenzata inoltre da fattori come il materiale dei conduttori di alimentazione 2, la loro sezione, che in genere assume valori standardizzati, e la presenza di eventuali punti di parallelo fra i conduttori di alimentazione 2 di binari distinti.
Si noti che generalmente un veicolo ferroviario 3 che si trova in una determinata posizione di percorso è alimentato solamente da sottostazioni 4 attigue, e non da altre sottostazioni 4. In questa descrizione si intende che una sottostazione 4 è attigua ad una posizione quando fra la sottostazione 4 e la posizione considerata non sono presenti altre sottostazioni 4. Perciò, come è reso evidente dal resto della descrizione, l’invenzione si può applicare ad un intero percorso ferroviario oppure ad una singola porzione di percorso ferroviario, disposta fra due sottostazioni 4 attigue oppure fra un’estremità di percorso ferroviario ed una sottostazione 4 attigua.
Si noti inoltre che la differenza di tensione fra una sottostazione 4 ed un veicolo 3 dipende anche dalla corrente erogata da ogni singola sottostazione 4 al veicolo 3 o ad altri veicoli 3 presenti sul percorso, e in particolare la differenza di tensione può essere parzialmente ridotta quando la corrente assorbita da un veicolo 3 non proviene interamente da una sola sottostazione 4, ma da più sottostazioni 4, oppure da una sottostazione 4 e da altre fonti di energia, come descritto nel seguito.
Il sistema di alimentazione 1 comprende un sistema di regolazione 7. Il sistema di regolazione 7 è configurato per mantenere la tensione dei conduttori di alimentazione 2 al di sopra di un valore minimo per ogni corrente assorbita da almeno un veicolo ferroviario 3 al di sotto di una corrente di carico massima, qualsiasi sia la posizione del veicolo 3 o dei veicoli 3, secondo i valori di tensione richiesti da un’autorità ferroviaria competente sul percorso ferroviario. In modo equivalente il sistema di controllo 7 può essere configurato per mantenere la differenza di tensione fra la sottostazione 4 ed il veicolo 3 sotto una massima differenza di tensione predeterminata, invece che per mantenere la tensione dei conduttori di alimentazione 2 al di sopra di un valore minimo.
Inoltre, il valore della corrente di carico massima può essere sostituito in modo equivalente da un valore massimo per un'altra grandezza elettrica, ad esempio una potenza di carico massima. La corrente di carico massima può essere intesa come la corrente massima erogabile ad un singolo veicolo 3 oppure la corrente massima complessiva erogabile ad una pluralità di veicoli 3.
La situazione in cui per il sistema di regolazione 7 risulta più critico soddisfare tale requisito è quando la corrente di carico massima è fornita ad uno o più veicoli 3 disposti sul percorso nelle posizioni più distanti possibili dalle sottostazioni 4. La distanza dalle sottostazioni 4 può essere intesa come una distanza fisica o più in generale come una distanza elettrica, data dalla resistenza o impedenza equivalente che separa la posizione considerata dalla sottostazione 4.
Preferibilmente, l’invenzione si applica in un caso in cui le sole sottostazioni 4 sono disposte in modo tale da non essere sufficienti a garantire il mantenimento della tensione dei conduttori di alimentazione 2 al di sopra del valore minimo quando è richiesto il carico massimo. In altre parole, l’invenzione si applica quando il percorso ferroviario comprende una posizione critica 9 tale per cui, quando un veicolo ferroviario 3 si trova nella posizione critica 9 e riceve la corrente di carico massima interamente da sottostazioni 4 attigue, la differenza di tensione fra il veicolo 3 e le sottostazioni 4 attigue è maggiore o uguale alla massima differenza di tensione predeterminata.
La posizione critica 9 di un veicolo 3 può anche essere intesa come una configurazione critica data dalla disposizione di una pluralità di veicoli 3 che complessivamente assorbono la corrente di carico massima, in modo tale che la tensione in corrispondenza di uno di tali veicoli 3 sia minore della tensione minima consentita.
Una posizione critica 9 può essere presente ad esempio nel caso in cui si desideri realizzare un percorso ferroviario nuovo con un numero ridotto di sottostazioni 4, oppure nel caso in cui si debba potenziare un percorso ferroviario esistente aumentandone il volume di traffico, ovvero aumentando la corrente di carico massima, senza realizzare nuove sottostazioni. In quest’ultimo caso, può avvenire che una posizione di percorso che non risultava critica secondo la corrente di carico massima precedentemente stabilita diventi critica a seguito dell’aumento della corrente di carico massima.
Si noti che, secondo un aspetto dell’invenzione, il sistema di regolazione 7 è comunque in grado di mantenere la differenza di tensione fra sottostazioni 4 ed un veicolo 3 nella posizione critica 9 che assorbe la corrente di carico massima al di sotto della massima differenza di tensione predeterminata. Ciò è ottenuto non facendo erogare interamente la corrente di carico massima da parte delle sottostazioni 4, ma almeno parzialmente da un’altra fonte energetica, come è maggiormente descritto nel seguito.
Secondo un aspetto dell’invenzione il sistema 1 comprende almeno un dispositivo di accumulo di energia elettrica 5. In una forma realizzativa preferita il dispositivo di accumulo 5 comprende almeno una batteria, fermo restando che l’invenzione si intende estesa anche a sistemi 1 in cui il dispositivo di accumulo 5 sia costituito da altri tipi di accumuli di energia elettrica, ad esempio supercondensatori. Si noti che la presenza del dispositivo di accumulo 5 offre la possibilità di recuperare l’energia fornita da veicoli 3 durante frenate rigenerative, che altrimenti sarebbe impedita in caso di sottostazioni 4 unidirezionali.
Il dispositivo di accumulo 5 è connesso ai conduttori di alimentazione 2 distanziato da ogni sottostazione 4. Esso può quindi essere disposto fra due sottostazioni 4 attigue, in una porzione generalmente centrale del percorso che collega le due sottostazioni 4 attigue, oppure fra una sottostazione 4 ed una estremità del percorso ferroviario. E’ inteso che in una porzione di percorso possono essere presenti anche una pluralità di dispositivi di accumulo 5.
Il dispositivo di accumulo 5 è connesso ai conduttori di alimentazione 2 attraverso un convertitore statico 6. Nella forma realizzativa preferita il convertitore 6 è configurato per convertire corrente continua in corrente continua e per trasferire energia almeno dal dispositivo di accumulo 5 ai conduttori di alimentazione 2. In ogni caso possono essere previsti convertitori di tipo differente conformemente alle esigenze del dispositivo di accumulo 5 ed al tipo di tensione di linea applicata ai conduttori di alimentazione 2.
Il convertitore 6 può essere unidirezionale o bidirezionale. In particolare nella forma realizzativa di figura 1 la ricarica del dispositivo di accumulo 5 avviene attraverso i medesimi conduttori di alimentazione 2 che alimentano i veicoli ferroviari 3 sul percorso. In tal caso il convertitore 6 è di tipo bidirezionale.
Alternativamente il sistema 1 può comprendere una linea di alimentazione dedicata 12 distinta dai conduttori di alimentazione 2 lungo il percorso, che connette almeno una sottostazione 4 al dispositivo di accumulo 5. Una corrente di ricarica del dispositivo di accumulo 5 può essere quindi erogata dalla sottostazione 4 al dispositivo di accumulo 5 attraverso la linea di alimentazione dedicata 12. Vantaggiosamente non vi è la necessità di mantenere la tensione della linea di alimentazione dedicata 12 al di sopra di un valore minimo stabilito dal funzionamento di veicoli ferroviari 3, e perciò la ricarica può avvenire secondo la corrente desiderata. Inoltre la linea di alimentazione dedicata 12 non ha necessariamente conduttori con una sezione standardizzata, e ciò consente di aumentare ulteriormente la corrente di ricarica e di ottenere una ricarica rapida del dispositivo di accumulo 5.
Nella forma realizzativa di figura 2 il convertitore 6 è un convertitore di tipo unidirezionale, preposto alla sola scarica del dispositivo di accumulo 5. La linea di alimentazione dedicata 12 è quindi connessa al dispositivo di accumulo 5 tramite un convertitore di ricarica 14, anch’esso di tipo unidirezionale.
Nella forma realizzativa di figura 3 è prevista una linea di alimentazione dedicata 12 connessa al dispositivo di accumulo 5 tramite il convertitore 6 già connesso ai conduttori di alimentazione 2, che in questo caso risulta bidirezionale.
Il sistema di regolazione 7 è configurato per controllare il convertitore 6 del dispositivo di accumulo 5 in modo tale da regolare la tensione dei conduttori di alimentazione 2 in corrispondenza del convertitore 6, o equivalentemente in modo tale da regolare una corrente scambiata fra il dispositivo di accumulo 5 ed i conduttori di alimentazione 2. In particolare, qualora il convertitore 6 sia controllato perché il dispositivo di accumulo 5 eroghi corrente ad un veicolo 3, la tensione dei conduttori di alimentazione 2 in corrispondenza del convertitore 6 risulta maggiore della tensione in corrispondenza del veicolo 3. Qualora invece il convertitore 6 sia controllato perché il dispositivo di accumulo 5 sia ricaricato da parte di una sottostazione 4 attraverso i conduttori di alimentazione 2, la tensione dei conduttori di alimentazione 2 in corrispondenza del convertitore 6 risulta minore della tensione della sottostazione 4 e minore della tensione dei conduttori di alimentazione 2 in corrispondenza di eventuali veicoli 3 che si trovano fra la sottostazione 4 ed il dispositivo di accumulo 5.
Il sistema di regolazione 7 controlla il convertitore sulla base di grandezze elettriche rilevate che rappresentano uno stato di servizio del sistema 1, come è descritto in maggior dettaglio nel seguito.
Il sistema 1 comprende un sistema di misura 11 configurato per rilevare una prima grandezza elettrica di carico assorbita all’interno di almeno una prima sezione di percorso 8 da parte di almeno un veicolo ferroviario 3. La prima sezione di percorso 8 in cui è rilevata la prima grandezza di carico è priva di sottostazioni elettriche 4, ed è disposta attorno al dispositivo di accumulo 5. In altre parole il dispositivo di accumulo 5 è posizionato all’interno della prima sezione 8. La prima sezione di percorso 8 può estendersi fino ad almeno una sottostazione 4 attigua al dispositivo di accumulo 5 oppure può terminare in una posizione distanziata dalle sottostazioni 4.
La prima grandezza di carico è una grandezza rappresentativa del carico elettrico assorbito dai veicoli 3 presenti nella prima sezione di percorso 8, e può essere ad esempio una corrente o una potenza. Essa può essere misurata direttamente oppure può essere rilevata indirettamente tramite l’elaborazione di altre grandezze misurate, ad esempio tensioni. Le misure possono essere ottenute in corrispondenza del sistema di accumulo 5, oppure in corrispondenza delle sottostazioni 4, oppure in corrispondenza dei singoli veicoli 3, o in altre posizioni del percorso. Le misure sono quindi comunicate secondo varie possibili modalità al sistema di regolazione 7.
Il sistema di regolazione 7 è configurato per comandare al convertitore 6 un’erogazione di corrente dal dispositivo di accumulo 5 ai conduttori di alimentazione 2 quando la prima grandezza di carico è maggiore di una soglia di carico superiore, che in generale corrisponde ad un carico elettrico minore della corrente di carico massima. La prima sezione di percorso 8 corrisponde perciò ad una porzione di percorso in cui il dispositivo di accumulo 5 interviene fornendo corrente e quindi energia ai veicoli ferroviari 3 presenti, ogni volta che viene superata la soglia di carico superiore, prima che venga raggiunto il carico massimo.
In ogni caso non si esclude che il sistema di regolazione 7 possa comandare l’erogazione di corrente dal dispositivo di accumulo 5 ai conduttori 2 in condizioni particolari anche quando la prima grandezza di carico è minore della soglia di carico superiore, oppure quando un veicolo 3 si trova all’esterno della prima sezione di percorso 8. L’entità della corrente erogata può essere regolata secondo varie esigenze, ed in particolare per garantire che la differenza di tensione fra le sottostazioni 4 ed il veicolo 3 non superi la massima differenza di tensione predeterminata.
Vantaggiosamente, quando un veicolo 3 che assorbe un carico elevato si trova nella prima sezione 8, le sottostazioni 4 adiacenti forniscono al veicolo 3 una corrente minore della corrente totale necessaria al veicolo, in quanto almeno parte della corrente è fornita dal dispositivo di accumulo 5, e di conseguenza la differenza di tensione fra ogni sottostazione 4 adiacente ed il veicolo 3 rimane contenuta.
Si noti che la presenza del dispositivo di accumulo 5 consente di soddisfare il requisito di minima tensione sui conduttori di alimentazione 2 anche in corrispondenza di posizioni 9 che risultano critiche per le sottostazioni 4. A tale scopo, la prima sezione di percorso 8 è disposta in modo tale da includere ogni posizione critica 9, e di conseguenza il dispositivo di accumulo 5 interviene sicuramente se nelle posizioni critiche 9 è richiesta la corrente di carico massima, o comunque una corrente superiore alla soglia di carico superiore. Perciò le sottostazioni 4 non erogano interamente la corrente di carico massima ai veicoli ferroviari 3 nelle posizioni critiche 9, ma solo parzialmente, e la differenza di tensione fra sottostazioni 4 e veicoli 3 può rimanere al di sotto della massima differenza di tensione predeterminata.
Preferibilmente il dispositivo di accumulo 5 è disposto sul percorso ferroviario in modo tale che la posizione critica 9 si trovi fra il dispositivo di accumulo 5 ed una sottostazione 4 attigua. Ciò consente di distanziare al massimo il dispositivo di accumulo 5 dalle sottostazioni 4 attigue, e quindi di distanziare al massimo le sottostazioni 4 fra loro. Si riduce perciò il numero di sottostazioni 4 ed il costo del sistema, in quanto il dispositivo di accumulo 5 ha generalmente un costo notevolmente inferiore rispetto ad una sottostazione 4.
Si noti che è previsto che il dispositivo di accumulo 5 intervenga per sostenere la tensione dei conduttori di alimentazione 2 anche in condizioni di traffico regolare, e non solamente in situazioni occasionali. Il dispositivo di accumulo 5 è perciò un componente fondamentale del sistema 1 che in sua assenza può sostenere solamente un carico elettrico ridotto all’interno della prima sezione di percorso 8, il che corrisponde ad un traffico ferroviario ridotto rispetto al traffico desiderato.
Secondo un aspetto dell’invenzione, il sistema di misura 11 è configurato inoltre per rilevare una seconda grandezza elettrica di carico assorbita all’interno di una seconda sezione di percorso 10 da parte di almeno un veicolo ferroviario 3. La seconda sezione di percorso 10 può coincidere con la prima sezione 8 oppure può essere diversa dalla prima sezione 8, e perciò può avere un’estensione maggiore o minore rispetto ad essa. In particolare il dispositivo di accumulo 5 è posizionato all’interno anche della seconda sezione 10. Quindi anche la seconda sezione di percorso 10 è disposta attorno al dispositivo di accumulo 5, ed è sovrapposta almeno parzialmente alla prima sezione 8 in una sezione di sovrapposizione. La seconda grandezza di carico può essere rilevata in modalità analoghe alla prima grandezza di carico, e può rappresentare la medesima grandezza fisica o una grandezza fisica distinta da essa.
Il sistema di regolazione 7 è configurato per comandare un flusso di corrente da almeno una sottostazione 4 al dispositivo di accumulo 5 fino al raggiungimento di uno stato di carica predeterminato quando la seconda grandezza di carico è minore o uguale di una soglia di carico inferiore. Tale flusso di corrente può avvenire attraverso i conduttori di alimentazione 2 ed il convertitore 6, oppure tramite la linea di alimentazione dedicata 12. La soglia di carico inferiore è minore della soglia di carico superiore, ed è maggiore o uguale ad un carico elettrico nullo. Lo stato di carica predeterminato può corrispondere ad una situazione di dispositivo di accumulo completamente carico 5 oppure quasi del tutto carico, secondo misurazioni ottenute da parte del sistema di misura 11.
La seconda sezione di percorso 10 corrisponde perciò ad una porzione di percorso in cui il dispositivo di accumulo 5 viene ricaricato, se è necessario, ogni volta che il carico elettrico dovuto ai veicoli 3 presenti nella seconda sezione 10 è sufficientemente basso perché la tensione non scenda sotto al valore minimo.
In particolare la ricarica avviene sicuramente ogni volta che il sistema di accumulo ha uno stato di carica al di sotto dello stato di carica predeterminato e non sono presenti veicoli 3 nella seconda sezione 10. A seconda della scelta della soglia di carico inferiore la ricarica può avvenire anche quando sono presenti veicoli 3 nella seconda sezione 10, eventualmente fermi e con i soli servizi ausiliari attivi, oppure in movimento con un basso consumo di corrente. In ogni caso la ricarica del sistema di accumulo 5 non avviene solamente durante le frenate dei veicoli ferroviari 3. Inoltre, non si esclude che il sistema di regolazione 7 possa comandare l’erogazione di corrente da una sottostazione 4 al dispositivo di accumulo 5 in condizioni particolari anche quando la seconda grandezza di carico complessivamente assorbita dai veicoli 3 nella seconda sezione 10 supera la soglia di carico inferiore.
Vantaggiosamente, il dispositivo di accumulo 5 viene ricaricato ogni volta che ve ne è la possibilità, e perciò è possibile mantenere uno stato di carica mediamente alto nel dispositivo di accumulo 5, di modo che al superamento della soglia di carico superiore sia effettivamente presente nel dispositivo di accumulo 5 una quantità di carica sufficiente a garantire l’erogabilità di una elevata corrente di carico per tutta la prima sezione di percorso 10 per un tempo previsto, senza che la differenza di tensione fra sottostazioni 4 e veicolo 3 superi la massima differenza di tensione predeterminata.
Preferibilmente, il dispositivo di accumulo 5 è dimensionato in termini di potenza in modo tale da poter erogare la corrente massima di carico. Inoltre, il dispositivo di accumulo 5 è dimensionato in termini di energia in modo tale da evitare di scaricarsi completamente durante un ciclo di lavoro predeterminato, ed in modo tale da tornare al termine del ciclo almeno ad uno stato di carica di inizio ciclo.
Il ciclo di lavoro predeterminato è collegato al volume di traffico che si prevede che sarà sostenuto da parte del dispositivo di accumulo 5. Secondo il ciclo di lavoro predeterminato il dispositivo di accumulo 5 innanzi tutto eroga ai conduttori di alimentazione 2, e quindi tramite i conduttori di alimentazione 2 ai veicoli ferroviari 3 sul percorso, una corrente di scarica media per un tempo di scarica predeterminato. Il tempo di scarica predeterminato da considerare nel ciclo di lavoro predeterminato corrisponde ad un tempo durante il quale si stima che durante il servizio la seconda grandezza di carico sia superiore alla soglia di carico inferiore, e preferibilmente la prima grandezza di carico sia superiore alla soglia di carico superiore. In una forma realizzativa la corrente di scarica media considerata nel ciclo di lavoro predeterminato è pari alla corrente di carico massima.
Successivamente, secondo il ciclo di lavoro predeterminato il dispositivo di accumulo 5 riceve una corrente di ricarica media per un tempo di ricarica predeterminato, che corrisponde ad un tempo durante il quale si stima che durante il servizio la seconda grandezza di carico sia minore della soglia di carico inferiore.
Secondo la forma realizzativa mostrata in figura 4, il sistema 1 comprende un carro ferroviario 13 installato in postazione fissa sul percorso ferroviario, ed il dispositivo di accumulo 5 ed il convertitore 6 sono alloggiati all’interno del carro ferroviario 13. Vantaggiosamente è possibile collocare il carro ferroviario 13 in una parte del percorso desiderata, ed in tal modo aumentare il carico elettrico e quindi il traffico ferroviario consentito dove il carro 13 viene collocato. Inoltre, è possibile trasportare agevolmente il carro ferroviario 13 per consentire la manutenzione del dispositivo di accumulo 5 e/o del convertitore 6.
Il carro ferroviario 13 preferibilmente è privo di locomotore, ma è trainabile da parte di un locomotore. Il carro ferroviario 13 preferibilmente non è connesso ai conduttori di alimentazione 2 tramite pantografo, ma tramite una struttura stabilmente connessa ai conduttori di alimentazione 2 e separabile da essi.
Sin qui l’invenzione è stata descritta in riferimento ad un sistema 1 per l’alimentazione di un percorso ferroviario. Tuttavia l’invenzione si intende estesa anche ad un metodo per l’alimentazione di un percorso ferroviario che può essere attuato tramite il sistema 1, e che può comportare fasi di realizzazione del sistema 1 e/o fasi di utilizzo del sistema 1.
Tale metodo può in particolare comprendere varie delle fasi qua riportate:
- connettere almeno una sottostazione elettrica 4 a due conduttori 2 lungo un percorso ferroviario,
- definire una massima differenza di tensione predeterminata ammissibile fra ciascuna sottostazione 4 e ciascun veicolo ferroviario 3 sul percorso,
- definire una corrente di carico massima assorbibile dai veicoli ferroviari 3 sul percorso,
- opzionalmente individuare una posizione critica 9 del percorso ferroviario tale per cui, quando un veicolo ferroviario 3 si trova nella posizione critica 9 e riceve la corrente di carico massima interamente da sottostazioni 4 attigue, una differenza di tensione fra il veicolo 3 e le sottostazioni 4 attigue sia maggiore o uguale alla massima differenza di tensione predeterminata,
- individuare una prima sezione di percorso 8 priva di sottostazioni elettriche 4 ed una seconda sezione di percorso 10 almeno parzialmente sovrapposta alla prima sezione 8, in cui la posizione critica 9 è preferibilmente all’interno della prima sezione 8, - definire una soglia di carico superiore, inferiore alla corrente di carico massima, ed una soglia di carico inferiore, maggiore o uguale ad un carico elettrico nullo,
- dimensionare un dispositivo di accumulo 5 in termini di energia in modo tale che non si scarichi completamente durante un ciclo di lavoro predeterminato, in cui il ciclo prevede che il dispositivo di accumulo 5 eroghi ai conduttori di alimentazione 2 una corrente di scarica media per un tempo di scarica predeterminato durante il quale si stima che una prima grandezza di carico sia superiore alla soglia di carico superiore, ed in cui il ciclo prevede inoltre che successivamente almeno una sottostazione 4 eroghi al dispositivo di accumulo 5 una corrente di ricarica media per un tempo di ricarica predeterminato, durante il quale si stima che una seconda grandezza di carico sia minore della soglia di carico inferiore,
- opzionalmente installare un carro ferroviario 13 in una postazione fissa lungo il percorso ferroviario,
- connettere attraverso un convertitore statico 6 il dispositivo di accumulo di energia elettrica 5 ai conduttori di alimentazione 2 in una posizione all’interno della prima e della seconda sezione di percorso 8, 10, preferibilmente in modo tale che la posizione critica 9 si trovi fra il dispositivo di accumulo 5 e una sottostazione 4 attigua, opzionalmente alloggiando il convertitore statico 6 ed il dispositivo di accumulo di energia elettrica 5 all’interno del carro ferroviario 13,
- opzionalmente realizzare una linea di alimentazione dedicata 12 che connette almeno una sottostazione 4 al dispositivo di accumulo 5,
- rilevare una prima grandezza elettrica di carico assorbita all’interno della prima sezione di percorso 8 da parte di almeno un veicolo ferroviario 3,
- comandare al convertitore 6 un’erogazione di corrente dal dispositivo di accumulo 5 ai conduttori di alimentazione 2 quando la prima grandezza di carico è maggiore della soglia di carico superiore,
- rilevare una seconda grandezza elettrica di carico assorbita all’interno della seconda sezione di percorso 10 da parte di almeno un veicolo ferroviario 3, e
- comandare un flusso di corrente da almeno una sottostazione 4 al dispositivo di accumulo 5, opzionalmente attraverso la linea di alimentazione dedicata 12, quando la seconda grandezza di carico è minore della soglia di carico inferiore e fino al raggiungimento di uno stato di carica predeterminato.
Ovviamente un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche alle varianti prima descritte tutte peraltro contenute nell'ambito di protezione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Sistema (1) per l’alimentazione di un percorso ferroviario comprendente: - due conduttori di alimentazione (2), - almeno una sottostazione elettrica (4) connessa ai due conduttori di alimentazione (2) per applicare ai conduttori di alimentazione (2) una tensione di linea, - un dispositivo di accumulo di energia elettrica (5) connesso ai conduttori di alimentazione (2) attraverso un convertitore statico (6), detto dispositivo di accumulo di energia (5) essendo distanziato da ogni sottostazione (4), in cui: - i due conduttori di alimentazione (2) sono disposti lungo un percorso ferroviario, che comprende una prima sezione di percorso (8) priva di sottostazioni elettriche (4) ed una seconda sezione di percorso (10) almeno parzialmente sovrapposta alla prima sezione (8) in una sezione di sovrapposizione, e sono contattabili da parte di un veicolo ferroviario (3) transitante sul percorso ferroviario, - il dispositivo di accumulo (5) è posizionato all’interno della sezione di sovrapposizione della prima sezione (8) e della seconda sezione (10), caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema di misura (11) ed un sistema di regolazione (7), in cui: - il sistema di misura (11) è configurato per rilevare una prima grandezza elettrica di carico assorbita all’interno di detta prima sezione di percorso (8) da parte di almeno un veicolo ferroviario (3), - il sistema di regolazione (7) è configurato per comandare al convertitore (6) un’erogazione di corrente dal dispositivo di accumulo (5) ai conduttori di alimentazione (2) quando la prima grandezza di carico è maggiore di una soglia di carico superiore, - il sistema di misura (11) è configurato per rilevare una seconda grandezza elettrica di carico assorbita all’interno di detta seconda sezione di percorso (10) da parte di almeno un veicolo ferroviario (3), e - il sistema di regolazione è configurato per comandare un flusso di corrente da almeno una sottostazione (4) al dispositivo di accumulo (5) fino al raggiungimento di uno stato di carica predeterminato quando la seconda grandezza di carico è minore di una soglia di carico inferiore.
- 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, comprendente una linea di alimentazione dedicata (12) distinta da detti conduttori di alimentazione (2) che connette almeno una sottostazione (4) al dispositivo di accumulo (5), in cui: - detto convertitore (6) è un convertitore unidirezionale che consente l’erogazione di corrente dal dispositivo di accumulo (5) ai conduttori di alimentazione (2), e - la corrente erogata da almeno una sottostazione (4) al dispositivo di accumulo (5) scorre attraverso la linea di alimentazione dedicata (12).
- 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente un carro ferroviario (13) installato in postazione fissa sul percorso ferroviario, il dispositivo di accumulo (5) ed il convertitore (6) essendo alloggiati all’interno del carro ferroviario (13).
- 4. Sistema secondo una qualsiasi rivendicazione da 1 a 3, in cui: - quando una sottostazione (4) eroga corrente ad un veicolo ferroviario (3) sul percorso, fra la sottostazione (4) ed il veicolo (3) vi è una differenza di tensione dipendente dalla corrente erogata dalla sottostazione (4) al veicolo (3) e dalla posizione del veicolo (3) sul percorso, - il sistema di regolazione (7) è configurato per mantenere detta differenza di tensione inferiore ad una massima differenza di tensione predeterminata per ogni corrente assorbita dal veicolo ferroviario (3) al di sotto di una corrente di carico massima, - il percorso ferroviario comprende una posizione critica (9) tale per cui, quando un veicolo ferroviario (3) si trova nella posizione critica (9) e riceve la corrente di carico massima interamente da sottostazioni (4) attigue, la differenza di tensione fra il veicolo (3) e le sottostazioni (4) attigue è maggiore o uguale alla massima differenza di tensione predeterminata, e - il dispositivo di accumulo (5) è disposto sul percorso ferroviario in modo tale che detta posizione critica (9) si trovi fra il dispositivo di accumulo (5) ed una sottostazione (4) attigua, nella prima sezione di percorso (8).
- 5. Sistema secondo una qualsiasi rivendicazione da 1 a 4, in cui il dispositivo di accumulo (5) è dimensionato in termini di energia in modo tale che non si scarichi completamente durante un ciclo di lavoro predeterminato, il ciclo di lavoro predeterminato prevedendo le fasi di: - erogazione da parte del dispositivo di accumulo (5) ai conduttori di alimentazione (2) di una corrente di scarica media per un tempo di scarica predeterminato durante il quale si stima che la prima grandezza di carico sia superiore alla soglia di carico superiore, e - erogazione da parte di almeno una sottostazione (4) al dispositivo di accumulo (5) di una corrente di ricarica media per un tempo di ricarica predeterminato, durante il quale si stima che la seconda grandezza di carico sia minore della soglia di carico inferiore.
- 6. Metodo per alimentare un percorso ferroviario comprendente le fasi di: - connettere almeno una sottostazione elettrica (4) a due conduttori di alimentazione (2) lungo un percorso ferroviario, - individuare una prima sezione di percorso (8) priva di sottostazioni elettriche (4) ed una seconda sezione di percorso (10) almeno parzialmente sovrapposta alla prima sezione (8), - connettere attraverso un convertitore statico (6) un dispositivo di accumulo di energia elettrica (5) ai conduttori di alimentazione (2) all’interno della prima e della seconda sezione di percorso (8, 10), - definire una soglia di carico superiore ed una soglia di carico inferiore, - rilevare una prima grandezza elettrica di carico assorbita all’interno della prima sezione di percorso da parte di almeno un veicolo ferroviario (3), - comandare al convertitore (6) un’erogazione di corrente dal dispositivo di accumulo (5) ai conduttori di alimentazione (2) quando la prima grandezza di carico è maggiore della soglia di carico superiore, - rilevare una seconda grandezza elettrica di carico assorbita all’interno della seconda sezione di percorso (10) da parte di almeno un veicolo ferroviario (3), e - comandare un trasferimento di corrente da almeno una sottostazione (4) al dispositivo di accumulo (5) quando la seconda grandezza di carico è minore della soglia di carico inferiore fino al raggiungimento di uno stato di carica predeterminato.
- 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui: - il convertitore statico (6) è un convertitore unidirezionale che consente l’erogazione di corrente dal dispositivo di accumulo (5) ai conduttori di alimentazione (2), - il metodo comprende l’ulteriore fase di realizzare una linea di alimentazione dedicata (12) che connette almeno una sottostazione (4) al dispositivo di accumulo (5), e - la corrente erogata da almeno una sottostazione (4) al dispositivo di accumulo (5) scorre attraverso la linea di alimentazione dedicata (12).
- 8. Metodo secondo la rivendicazione 6 o 7, comprendente le ulteriori fasi di: - installare un carro ferroviario (13) in una postazione fissa lungo il percorso ferroviario, e - alloggiare il convertitore statico (6) ed il dispositivo di accumulo (5) all’interno del carro ferroviario (13).
- 9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8, comprendente, precedentemente rispetto alla fase di connettere il dispositivo di accumulo (5) ai conduttori di alimentazione (2), le ulteriori fasi di: - definire una corrente di carico massima assorbibile dai veicoli ferroviari (3) sul percorso, - definire una massima differenza di tensione predeterminata ammissibile fra ciascuna sottostazione (4) e ciascun veicolo ferroviario (3) sul percorso, ed - individuare una posizione critica (9) del percorso ferroviario tale per cui, quando il veicolo ferroviario (3) si trova nella posizione critica (9) e riceve la corrente di carico massima interamente da sottostazioni (4) attigue, la differenza di tensione fra il veicolo (3) e le sottostazioni (4) attigue è maggiore o uguale alla massima differenza di tensione predeterminata, in cui la fase di connettere il dispositivo di accumulo (5) ai conduttori di alimentazione (2) prevede che il dispositivo di accumulo (5) sia disposto sul percorso ferroviario in modo tale che la posizione critica (9) si trovi fra il dispositivo di accumulo (5) e una sottostazione (4) attigua.
- 10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 9, comprendente l’ulteriore fase di dimensionare il dispositivo di accumulo (5) in termini di energia in modo tale che non si scarichi completamente durante un ciclo di lavoro predeterminato, in cui il ciclo prevede che: - il dispositivo di accumulo (5) eroghi ai conduttori di alimentazione (2) una corrente di scarica media per un tempo di scarica predeterminato durante il quale si stima che una prima grandezza di carico sia superiore alla soglia di carico superiore, e - successivamente almeno una sottostazione (4) eroghi al dispositivo di accumulo (5) una corrente di ricarica media per un tempo di ricarica predeterminato, durante il quale si stima che una seconda grandezza di carico sia minore della soglia di carico inferiore.
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