APS Bordeaux e sviluppi
Renzo Emili
1. L’impatto della linea aerea di alimentazione elettrica del tram (LAC) in contesti cittadini di rilevanza artistica e storica è d’ostacolo all’utilizzazione del tram. E questo proprio quando in tali situazioni questa modalità di trasporto pubblico esalterebbe al massimo le sue “Qualità Positive”;
2. Negli ultimi anni sono allo studio
sistemi di alimentazione elettrica dei
tram alternativi alla tradizionale LAC. Una importante realizzazione è attiva dal 21 dicembre 2003 a Bordeaux;
3.In Francia il governo ha patrocinato un programma di sviluppo di questi sistemi alternativi alla LAC.
2. Negli ultimi anni sono allo studio
sistemi di alimentazione elettrica dei
tram alternativi alla tradizionale LAC. Una importante realizzazione è attiva dal 21 dicembre 2003 a Bordeaux;
3.In Francia il governo ha patrocinato un programma di sviluppo di questi sistemi alternativi alla LAC.
1) Alimentazione dei rotabili da una linea di contatto collocata al suolo sostitutiva della tradizionale LAC;
2) Nelle brevi tratte nelle quali non è possibile l’installazione della linea di contatto (ne aerea, ne al suolo) alimentazione dei rotabili mediante accumulatori di energia (elettrici o meccanici) collocati a bordo (ricaricabili durante il percorso in cui la linea di contatto è presente).
3) Alimentazione dei rotabili attraverso una sorgente disposta al suolo in punti specifici della linea (es. alle fermate, utilizzando il tempo di sosta), da cui l’energia può essere captata e fornita a batterie di capacitori collocati a bordo, i quali a loro volta forniscono al rotabile l’energia di trazione necessaria per un percorso tra un punto di captazione e il successivo.
2) Nelle brevi tratte nelle quali non è possibile l’installazione della linea di contatto (ne aerea, ne al suolo) alimentazione dei rotabili mediante accumulatori di energia (elettrici o meccanici) collocati a bordo (ricaricabili durante il percorso in cui la linea di contatto è presente).
3) Alimentazione dei rotabili attraverso una sorgente disposta al suolo in punti specifici della linea (es. alle fermate, utilizzando il tempo di sosta), da cui l’energia può essere captata e fornita a batterie di capacitori collocati a bordo, i quali a loro volta forniscono al rotabile l’energia di trazione necessaria per un percorso tra un punto di captazione e il successivo.
Il sistema di alimentazione dal suolo consta di una terza “rotaia” (contact rail) disposta nella mezzeria del binario di corsa. Tale rotaia è suddivisa in segmenti metallici tra loro isolati aventi la lunghezza di 8 m (le tratte di isolamento sono lunghe 3 m.) Questi segmenti vengono energizzati tramite un radiocomando emesso dai rotabili che, captato da un sottostante loop, determina la chiusura di un contattore di potenza di collegamento di ogni singolo segmento con una linea alimentatrice a +750 V (feeder positivo), il quale corre parallelamente al binario.
In questo modo è possibile energizzare solo i segmenti di contact rail situati sotto il tram e quindi inaccessibili ai passanti (mentre tutti gli altri all’esterno sono collegati a un feeder di terra per mezzo di altrettanti contattori azionati in maniera contrapposta rispetto a quelli a +750 V. In questo modo è assicurata la sicurezza dei pedoni rispetto ai pericoli di elettrocuzione.
L’energia di trazione è captata da un sistema di pattini (frotteurs) striscianti sui segmenti metallici e situati nel sotto-cassa della vettura.
In questo modo è possibile energizzare solo i segmenti di contact rail situati sotto il tram e quindi inaccessibili ai passanti (mentre tutti gli altri all’esterno sono collegati a un feeder di terra per mezzo di altrettanti contattori azionati in maniera contrapposta rispetto a quelli a +750 V. In questo modo è assicurata la sicurezza dei pedoni rispetto ai pericoli di elettrocuzione.
L’energia di trazione è captata da un sistema di pattini (frotteurs) striscianti sui segmenti metallici e situati nel sotto-cassa della vettura.
• Alle due estremità della sezione di alimentazione della linea si trovano le sottostazioni di energia da ciascuna delle quali, in configurazione di alimentazione bilaterale, parte il feeder a +750 V ( linea in colore rosso).
• A tale cavo si collegano i contattori di energia situati nel CA ( coffret d’alimentation).
• Ogni CA pone sotto tensione a +750 V il segmento della contact rail (circuito in tratto a colore rosso) situato sotto la vettura, captando il radiosegnale emesso dalla stessa vettura che in questo modo certifica la sua presenza.
• Come sopra accennato ogni CA è anche provvisto di un secondo contattore disposto normalmente in chiusura verso il feeder di “terra” (indicato in colore verde) e che in condizioni di presenza del radiosegnale, al contrario, si dispone in apertura.
• Una linea di controllo (ligne pilote) collega le sottostazioni e i singoli CA, convogliando i segnali di permanente verifica della coerenza delle condizioni di funzionamento con quelle di sicurezza e funzionalità prescritte per il sistema; in caso di segnalazione di anomalia, e quindi di discostamento dalle condizioni di sicurezza e funzionalità, la ligne pilote segnala alla sottostazione di provvedere all’immediato distacco dell’energia e all’isolamento del CA all’origine dell’anomalia.
• A tale cavo si collegano i contattori di energia situati nel CA ( coffret d’alimentation).
• Ogni CA pone sotto tensione a +750 V il segmento della contact rail (circuito in tratto a colore rosso) situato sotto la vettura, captando il radiosegnale emesso dalla stessa vettura che in questo modo certifica la sua presenza.
• Come sopra accennato ogni CA è anche provvisto di un secondo contattore disposto normalmente in chiusura verso il feeder di “terra” (indicato in colore verde) e che in condizioni di presenza del radiosegnale, al contrario, si dispone in apertura.
• Una linea di controllo (ligne pilote) collega le sottostazioni e i singoli CA, convogliando i segnali di permanente verifica della coerenza delle condizioni di funzionamento con quelle di sicurezza e funzionalità prescritte per il sistema; in caso di segnalazione di anomalia, e quindi di discostamento dalle condizioni di sicurezza e funzionalità, la ligne pilote segnala alla sottostazione di provvedere all’immediato distacco dell’energia e all’isolamento del CA all’origine dell’anomalia.
Nelle figure seguenti sono mostrate in cinque successive fasi le transizioni che avvengono durante la marcia del rotabile.
1. Nell’istante iniziale la vettura è posta con i pattini anteriore e posteriore sul segmento di rotaia A, che essendo energizzato dalla presenza del radiosegnale emesso dalla vettura stessa consente che essa capti l’energia con entrambi i pattini.
2. Con l’avanzamento della vettura verso destra il pattino anteriore viene a trovarsi sul segmento isolante. In questo momento la vettura è alimentata dal solo pattino posteriore, che si trova ancora a contatto con il segmento A.
3. Nella terza fase il pattino anteriore della vettura entra in contatto con il segmento B, e il radiosegnale emesso dalla vettura in movimento è captato dal CA del segmento B, che si porta allora in condizioni di chiusura inviando energia al segmento B. In tale fase entrambi i segmenti A e B sono energizzati, e la vettura capta energia sia dal pattino anteriore sia posteriore.
1. Nell’istante iniziale la vettura è posta con i pattini anteriore e posteriore sul segmento di rotaia A, che essendo energizzato dalla presenza del radiosegnale emesso dalla vettura stessa consente che essa capti l’energia con entrambi i pattini.
2. Con l’avanzamento della vettura verso destra il pattino anteriore viene a trovarsi sul segmento isolante. In questo momento la vettura è alimentata dal solo pattino posteriore, che si trova ancora a contatto con il segmento A.
3. Nella terza fase il pattino anteriore della vettura entra in contatto con il segmento B, e il radiosegnale emesso dalla vettura in movimento è captato dal CA del segmento B, che si porta allora in condizioni di chiusura inviando energia al segmento B. In tale fase entrambi i segmenti A e B sono energizzati, e la vettura capta energia sia dal pattino anteriore sia posteriore.
4. Nella quarta fase il pattino posteriore della vettura abbandona il segmento A, e la vettura è alimentata con il solo apporto del pattino anteriore. Il CA di competenza del segmento A, non captando più il radiosegnale emesso dalla vettura, determina il distacco del contattore di collegamento con il cavo a +750V, e la conseguente chiusura del contattore di terra per la messa in sicurezza (potenziale di terra) dello stesso segmento A.
5. Il ciclo si chiude con il contatto del pattino posteriore con il segmento B, dopo il superamento del segmento isolante intermedio. La captazione dell’energia avviene di nuovo da entrambi i pattini senza che avvenga mai interruzione galvanica del circuito di alimentazione verso la vettura e quindi manifestazione di archi elettrici nel sottocassa della vettura stessa.
5. Il ciclo si chiude con il contatto del pattino posteriore con il segmento B, dopo il superamento del segmento isolante intermedio. La captazione dell’energia avviene di nuovo da entrambi i pattini senza che avvenga mai interruzione galvanica del circuito di alimentazione verso la vettura e quindi manifestazione di archi elettrici nel sottocassa della vettura stessa.
In caso di guasto che determini la permanenza in tensione di uno dei segmenti della linea al suolo avviene la successione dei rilevamenti e manovre indicate sequenzialmente nella figura che segue (A.P.S. System Safety).
Pertanto, dato T=0 il momento iniziale in cui avviene il guasto, dopo 100 msec il guasto stesso è rilevato dai dispositivi che pilotano la linea di controllo. La quale invia la segnalazione di anomalia al computer disposto in sottostazione che, a sua volta, comanda l’apertura dell’interruttore principale della linea di alimentazione a +750 V e la sua messa a terra entro 200 msec. Il pezzo guasto è individuato ed escluso dal sistema entro 2 sec. L’alimentazione è ripristinata entro 2 minuti.
Pertanto, dato T=0 il momento iniziale in cui avviene il guasto, dopo 100 msec il guasto stesso è rilevato dai dispositivi che pilotano la linea di controllo. La quale invia la segnalazione di anomalia al computer disposto in sottostazione che, a sua volta, comanda l’apertura dell’interruttore principale della linea di alimentazione a +750 V e la sua messa a terra entro 200 msec. Il pezzo guasto è individuato ed escluso dal sistema entro 2 sec. L’alimentazione è ripristinata entro 2 minuti.
I rotabili sono provvisti di riserva di energia di bordo: una batteria in grado di alimentare il veicolo consente di poter superare le tratte in cui uno o più segmenti della rotaia di alimentazione dovessero essere in avaria. In condizioni di normalità la batteria di bordo preleva l’energia di carica dal sistema di alimentazione (catenaria o terza rotaia).
Nella figura sottostante è illustrata la sezione di commutazione da alimentazione aerea (pantografo) ad alimentazione da terra (pattini).
Particolari costruttivi sistema APS Alstom-Innorail: a sinistra la terza rotaia, a destra il dispositivo elettromeccanico di alimentazione ( coffret d’alimentation) dei segmenti di contatto (contact rails) e relativi contattori.
Schema elettrico di un circuito (coffret d’alimentation) utilizzante IGBTs
Sviluppi del sistema APS tipo Bordeaux dal 2006 al 2013
Già nel 2006, presso il centro di La Rochelle, ALSTOM conduceva ricerche sperimentali per il perfezionamento di un sistema utilizzante componenti elettronici allo stato solido (IGBTs, “Isolated-gate bipolar transistor”) in sostituzione dei tradizionali contattori presenti nel sistema APS di Bordeaux.
Schema elettrico generale LAC-APS a IGBTs
Dopo le numerose difficoltà iniziali registrate dal sistema APS di Bordeaux, Alstom, sulla base di un feedback di 7 milioni di km*transito accumulati dal 2003 quando il sistema è entrato in esercizio nella stessa Bordeaux, ritiene raggiunta la sua completa maturità in fatto di affidabilità, tanto da poter essere esportato in altri contesti sia all’interno della Francia che all’estero.
Elenco Citta che hanno adottato un sistema APS tipo Alstom
BORDEAUX : Lunghezza rete 43,7km ( costituita da n°3 line) dei quali 10 km sono realizzati con APS. Inaugurazione prima linea 21 Dicembre 2003. Lavori di ampliamento completati nel 2008. http://www.youtube.com/watch?v=YgXkxB-9CWY
ANGERS: Lunghezza rete 12 km (rete costituita da una sola linea) dei quali 1,5 km realizzati con APS. Inaugurazione 25 Giugno 2011. Lavori consegnati ufficialmente nell’ Aprile 2007.
http://www.youtube.com/watch?v=_P7RlFRvxBc
REIMS: Lunghezza 11 km (rete costituita da due linee parzialmente sovrapposte.) dei quali 2 km nel centro sono realizzati con APS. Inaugurazione Aprile 2011.
http://www.youtube.com/watch?v=ohWRdV9CrTs
ORLEANS: Rete costituita da due linee A e B. La Linea B è lunga 11,3 km, ha iniziato il servizio nel gennaio del 2012 e include un tratto di alimentazione APS per una lunghezza di oltre 2 km.
TOURS: Linea avente lunghezza 14,8 km, dei quali 1,8 km con realizzati con APS. Termine dei lavori previsto entro il 2013 .
DUBAI : Linea di 14,5 km realizzati tutti con APS II di nuova generazione. Apparecchiature di bordo e di linea adatte a sopportare le gravose condizioni climatiche in termini di temperature e protezione dalla sabbia. Apertura esercizio prevista per il 2014.
http://www.youtube.com/watch?v=jwOJN91XRiM
BRASILIA: Contratto del 2009 per la costruzione in due fasi di una linea di 22,6 km (termine dei lavori previsto per il 2014). La fase 1 prevede la costruzione di una prima tratta avente lunghezza di 8,4 km alimentata tutta con APS.
Elenco Citta che hanno adottato un sistema APS tipo Alstom
BORDEAUX : Lunghezza rete 43,7km ( costituita da n°3 line) dei quali 10 km sono realizzati con APS. Inaugurazione prima linea 21 Dicembre 2003. Lavori di ampliamento completati nel 2008. http://www.youtube.com/watch?v=YgXkxB-9CWY
ANGERS: Lunghezza rete 12 km (rete costituita da una sola linea) dei quali 1,5 km realizzati con APS. Inaugurazione 25 Giugno 2011. Lavori consegnati ufficialmente nell’ Aprile 2007.
http://www.youtube.com/watch?v=_P7RlFRvxBc
REIMS: Lunghezza 11 km (rete costituita da due linee parzialmente sovrapposte.) dei quali 2 km nel centro sono realizzati con APS. Inaugurazione Aprile 2011.
http://www.youtube.com/watch?v=ohWRdV9CrTs
ORLEANS: Rete costituita da due linee A e B. La Linea B è lunga 11,3 km, ha iniziato il servizio nel gennaio del 2012 e include un tratto di alimentazione APS per una lunghezza di oltre 2 km.
TOURS: Linea avente lunghezza 14,8 km, dei quali 1,8 km con realizzati con APS. Termine dei lavori previsto entro il 2013 .
DUBAI : Linea di 14,5 km realizzati tutti con APS II di nuova generazione. Apparecchiature di bordo e di linea adatte a sopportare le gravose condizioni climatiche in termini di temperature e protezione dalla sabbia. Apertura esercizio prevista per il 2014.
http://www.youtube.com/watch?v=jwOJN91XRiM
BRASILIA: Contratto del 2009 per la costruzione in due fasi di una linea di 22,6 km (termine dei lavori previsto per il 2014). La fase 1 prevede la costruzione di una prima tratta avente lunghezza di 8,4 km alimentata tutta con APS.
Tram Alstom Citadis 402 di Dubai, lunghezza 44 m.
“A version of Alstom's Urbalis CBTC originally developed for metro use is being adapted to provide speed control and road crossing protection, and to ensure precise alignment with platform screen doors which are to be fitted at the 11 air-conditioned stops.”
“A version of Alstom's Urbalis CBTC originally developed for metro use is being adapted to provide speed control and road crossing protection, and to ensure precise alignment with platform screen doors which are to be fitted at the 11 air-conditioned stops.”
Interno Tram Alstom Citadis 402 di Dubai “total capacity of 408 passengers in gold, silver, and women & children areas”.