La trazione elettrica sulle nostre Ferrovie (Scansione integrale)

La Trazione Elettrica in Italia

Foto Flavio Marengo
Foto Flavio Marengo

Locomotiva E 626 di Guido Magenta CIFI

http://www.cifi.it/UplDocumenti/torino12/40%20Guido%20Magenta%20SHRAIL.pdf

Cairo E. - Lanino P. Cairo E. e Lanino P. - Sulla applicazione della trazione elettrica all'esercizio ferroviario  Fa parte di: Il Politecnico - Giornale dell'ingegnere architetto civile ed industriale

Confronto fra la trazione elettrica e la trazione a vapore  Fa parte di: Il Politecnico - Giornale dell'ingegnere architetto civile ed industriale 1901

Semenza G. Semenza Ing. G. - La trazione elettrica sistema Diatto  Fa parte di: Il Politecnico - Giornale dell'ingegnere architetto civile ed industriale 1895

Testo integrale scaricabile
0223-0236.pdf
Documento Adobe Acrobat 426.2 KB

La trazione elettrica in corrente alternata trifase in Italia

 

 

http://www.ilmondodeitreni.it/

Il primo esperimento di trazione elettrica avvenne in Gran Bretagna nel 1842 a cura di Robert Davidson. Esso costruì una locomotiva che impiegata sulla linea Edimburgo - Glasgow sviluppò una velocità di 6 Km/h rimorchiando una vettura del peso di 6 tonnellate. I successivi tentativi per migliorare l'uso della corrente elettrica come mezzo di alimentazione per le locomotive per lungo tempo non varcarono mai la soglia dei laboratori sperimentali. Bisognerà attendere il 1879 per vedere in funzione una prima motrice elettrica per trasporto di persone. Durante l'Esposizione Industriale di Berlino, venne messa in funzione, a cura della Siemens&Halske, un breve tratto di linea, su cui circolavano treni di 3 vetture, rimorchiate alla velocità di 12 Km/h da una piccola locomotiva elettrica alimentata mediante terza rotaia. A questo esperimento ne seguirono altri di successo, tanto che in America, nel 1888 si avevano in servizio 104 Km di tranvie elettriche. Tali esperimenti furono seguiti con grande interesse in Italia, paese con scarsa produzione di carbone adatto per la trazione ma ricco di risorse idrauliche allora scarsamente utilizzate che offrivano grandi possibilità di produzione di energia elettrica.

Il primo esperimento in Italia è del 1890, con l'attivazione della tranvia Firenze - Fiesole, prima linea a trazione elettrica aperta in Europa. Ad essa seguirono rapidamente altre linee, tanto che già nel 1900 funzionavano in Italia 200 Km di tranvie a trazione elettrica.

L'applicazione di tale sistema di alimentazione anche alle ferrovie trovava resistenze sia dal fatto che la tecnica ferroviaria aveva fatto numerosi progressi anche nel campo della progettazione e costruzione di locomotive a vapore, sia dal fatto che anche le tranvie elettriche, per le quali occorrevano potenze modeste, avevano mostrato alcuni limiti d'esercizio. Inoltre i sostenitori della trazione elettrica erano tra loro divisi in tre correnti, sostenenti diversi sistemi di alimentazione: accumulatori, corrente continua, corrente alternata. In Italia, nel 1897, il Ministero dei lavori Pubblici istituì una commissione per lo studio delle possibilità di applicazione della trazione elettrica al campo ferroviario, limitata però alle ferrovie a basso traffico, per il principale scopo di rendere più economico l'esercizio. Non trovando però i membri della commissione un accordo sul sistema da utilizzare, si decise di sperimentare tutti e tre i sistemi, sulle seguenti linee:

Bologna - San Felice, sistema ad accumulatori di tipo Plantè

Milano - Monza, sistema ad accumulatori di tipo Pescetto

Roma - Frascati, sistema a 650 V corrente continua mediante alimentazione con terza rotaia. L'esperimento venne però eseguito sulla Milano - Varese, essendosi preferita una linea con più elevato traffico viaggiatori

Linee della Valtellina, ovvero Lecco - Colico - Sondrio e Colico - Chiavenna, sistema in corrente alternata trifase a 3400 V 16,7 Hz.

Su questa linea la commissione propose ed ottenne che l'esperimento venisse esteso anche al traffico merci.

Tralasciando gli esperimenti con trazione ad accumulatori, che praticamente non ebbero seguito, ed il sistema a terza rotaia che rimase confinato al passante sotterraneo di Napoli e alla Milano - Varese, fu proprio il sistema di elettrificazione in corrente alternata trifase a giocare un importante ruolo nel futuro della trazione elettrica in Italia. Gli impianti sulle linee della Valtellina furono realizzati dalla ditta Ganz di Budapest, una delle più quotate dell'epoca, alla quale la Rete Adriatica commissionò l'intero progetto, sviluppato sotto la responsabilità dell'Ing Kalman von Kando, noto come uno dei massimi esponenti e pioniere della trazione elettrica trifase in Italia. Le prove iniziarono il 26/07/1902 e durarono fino al 4/09/1902, mentre l'esercizio iniziò ufficialmente il 15/10/1902, con un praco di due locomotive e dieci elettromotrici. Nonostante anche questo sistema non fosse privo d'inconvenienti (primo fra tutti la necessità di avere due conduttori elettrici che creavano non poche difficoltà sui deviatoi) offriva rispetto agli altri un buon rendimento ed un esercizio economico, e questo fece si che nelle elettrificazioni che seguirono di preferì la corrente alternata trifase, almeno fino all'avvento della cc a 3000 V che insidiò e poi scalzò del tutto,nel campo della trazione ferroviaria, la ca trifase

 

Con questo sistema, visti gli ottimi risultati ottenuti sulle linee valtellinesi, fu elettrificata anche la linea del Sempione, inaugurata nel 1906, e comprendente una galleria di 20 Km tra Briga e Iselle. Su questa linea fecero servizio le locomotive del Gruppo E360, costruite dalla Ganz di Budapest e aventi una velocità massima di 64 Km/h (con combinazione di motori in parallelo). Sulle linee della Valtellina, invece, l'esercizio venne svolto con automotrici del gruppo RA 320, mentre quello merci venne affidato alle locomotive del gruppo RA 341-342 (poi E430 FS), aventi potenza di 440 Kw e capaci di trainare treni di 300 tonnellate, prestazione di gran lunga superiore a quella delle locomotive a vapore. Le automotrici elettriche, però, ben presto si dimostrano di potenza insufficiente per il traino dei treni viaggiatori ed in epoca successiva furono de-motorizzate e trasformate in carrozze (classificate RBz). Terminava così il periodo sperimentale: i successi del trifase orientarono ben presto i tecnici italiani ad estendere l'elettrificazione a quelle linee,accidentate e con forti pendenze come le importantissime tratte di valico tra la pianura Padana ed i porti liguri.

Terminato il periodo sperimentale, sempre più linee vedono il bifilare. Nel 1906 entrarono in servizio le locomotive del gruppo E 380 (4 unità costruite dalla Ganz) dotate di trolley a rulli e parte meccanica analoga alle locomotive del gruppo E 360. Poco dopo, dalla trasformazione di due E 380, entrarono in servizio due E 390, ma la scarsa potenza e la presenza di due sole velocità fecero abbandonare presto sia le E380 che le E390. Intanto la legge n. 137 del 22 Aprile 1905, stabilì che l'esercizio delle Ferrovie dovesse essere affidato ad un'Amministrazione autonoma di Stato, sotto la responsabilità del Ministero dei Lavori Pubblici. Tale Amministrazione fu poi costituita con Regio Decreto del 15 Giugno del 1905, ed in essa furono riunite le reti gestite fino a quel momento dalla Società Italiana per le Strade Ferrate del Mediterraneo, dalla Società per le Strade Ferrate Meridionali e dalla Società Italiana per le Strade Ferrate Sicule. Il primo grande problema che si trovò ad affrontare la neonata amministrazione fu quello delle comunicazioni del porto di Genova con il retroterra, attraverso il valico dei Giovi. Entrambe le linee, sia quella via Busalla che quella via Mignanego erano ormai a livello di saturazione,a causa del forte aumento di traffico, specie merci. I brillanti risultati ottenuti sulle linee valtellinesi, e il limite invalicabile di 2000 carri/giorno trasportabili con la trazione a vapore, fecero si che le Ferrovie dello Stato decisero nel 1903 di elettrificare entrambe le linee dei Giovi. I lavori iniziarono nel 1907 sulla Pontedecimo - Busalla, dove l'esercizio elettrico fu attivato il 1 Marzo 1911. In seguito l'esercizio fu esteso prima da Busalla a Bivio Rivarolo e Camapsso (01/12/1911), poi da Bivio Rivarolo a Sampierdarena (01/11/1913), seguita dal tratto Ronco - Busalla (21/06/1915) per concludersi il 15 Maggio 1916 con l'elettrificazione del tratto Sampierdarena - Genova Porta Principe. La trazione fu affidata alle locomotive del gruppo E550, progettata dall'Ufficio Studi del Servizio Materiale e Trazione delle FS, per la parte meccanica, e dalla Società Italiana Westinghouse di Vado Ligure (per la quale lavoravano molti tecnici della Ganz), per la parte elettrica. Tali locomotive, soprannominate dai ferrovieri "piccoli giganti dei Giovi" realizzarono un rapido miglioramento della trazione dei treni sulle linee acclivi, potendo trainare 190 t a 45 Km/h su pendenze del 35 %o , mentre le locomotive a vapore del gruppo 470 potevano trainare sulla stessa pendenza 170 t a 25 Km/h. L'esperienza maturata con le E 550 e dalle precedenti E 360, E 380 ed E 390 mostrò chiaramente l'insufficienza di due sole velocità di marcia, perciò dalle successive macchine si ricorse al sistema della commutazione dei poli, che consentì di elevare a quattro le velocità.

Nel 1914 la Breda e la Westinghouse costruirono 16 locomotive del gruppo E 330, che potevano raggiungere una velocità massima di 100 Km/h, seguite tra il 1914 ed il 1919 da 18 locomotive E 331 (Breda/Brown Boveri) e nel 1917 da 6 E332, realizzate dalla Società Costruzione Meccaniche di Saronno e dalla Oerlikon di Zurigo Lo scoppio della prima guerra mondiale, con conseguente difficoltà di approvvigionamento del carbone, accelerò in Italia il processo di elettrificazione di molte linee: 1917 Torino - Pinerolo; 1919 Torino - Bussoleno - Susa e nel 1924 le linee: Torino - Ronco; Alessandria - Voghera; Novara - Tortona ed Arquata - Tortona. Le elettrificazioni in ca trifase proseguono con celerità per tutti gli anni '30, sono di questi anni le elettrificazioni di importanti linee come la Bolzano - Brennero, la Bolzano - Merano, la Savona - Ventimiglia. Da parte sua la FAV (Ferrovia Alta Valtellina) procedeva all'elettrificazione della sua linea in concessione Sondrio - Tirano, naturale completamento della linea Monza - Lecco - Colico - Sondrio.  L'estensione della rete elettrificata impose anche la costruzione di nuove locomotive per poter svolgere in completa efficienza un servizio passeggeri e merci costantemente in crescita. Nel giro di un decennio entreranno in servizio nuove e potenti locomotive: si inizia nel 1921 con le E 551, evoluzione delle E 550, di cui vennero costruite 183 unità. Ad esse seguirono Le E 552, le E 333, le E 552 e le E 431. Sul finire del decennio entrarono in servizio ulteriori 223 locomotive  divise tra i gruppi E 432 (40 unità) ed E 554 (183 unità), entrate in servizio tra il 1928 ed il 1930. Sono gli anni d'oro della trazione elettrica a CA trifase in Italia, con queste unità si raggiunse l'apice dell'innovazione ma contestualmente fu anche il "canto del cigno" per la trazione a CA trifase: qualcosa all'orizzonte già stava cambiando....

Il 1 Marzo del 1928 era stata attivata la TE a 3000 V CC sulla Benevento - Foggia ed era in pieno corso il dibattito su quale sistema fosse meglio adottare per le future elettrificazioni. La scelta cadde sul sistema in CC, e già nel 1932 era possibile percorrere l'intera Napoli - Foggia in TE (a 3000 V CC.) Il 4 Giugno del 1932 il Consiglio dei Ministri vara un ambizioso piano di elettrificazioni che avrebbe dovuto portare la catenaria in 12 anni su circa 8000 Km di linee. Visti gli orientamenti (anche governativi) che spingono sempre più verso la corrente continua, iniziano le prime riconversioni: il 21/04/1934 la nuova linea Firenze - Prato, primo tratto della nuova Direttissima  Firenze - Bologna, viene elettrificata in CC poco prima dell'inizio del servizio, seguita nel 1935 dalla conversione delle linee Prato - Pistoia e dalla Pistoia - Borgo Panigale.  Nonostante  ciò si completarono i programmi di elettrificazione nel nord Italia, con una nuova campagna di elettrificazioni iniziata nel 1931e conclusa nel 1937. Ormai gli orientamenti sono tutti a favore della corrente continua e vengono così sospesi tutti i programmi di nuove elettrificazioni in ca trifase.  Il 14/11/1938 la Pisa - Viareggio viene elettrificata in corrente continua, seguita a breve dalla linee del nodo di Roma che in principio sembrava dovessero essere elettrificate in ca trifase .La guerra ormai alle porte, però blocca il piano di riconversioni, mentre, sempre in questi anni, vedeva la luce un esperimento di TE a CA trifase sulla linea Roma - Sulmona, che esamineremo nel prossimo capitolo

La maggiore critica che fu sempre mossa al sistema di trazione a ca trifase a 16,7 Hz era che tale sistema richiedeva la costruzione di impianti appositi per la produzione e trasmissione di energia elettrica e di sottostazioni di conversione con macchinario rotante. La scelta di quella frequenza era però da attribuirsi a diversi fattori tecnici (scarsa affidabilità degli ingranaggi riduttori della velocità, SSE più distanti, riduzione delle cadute di tensione...). Nel 1927, però, i risultati degli studi e dei vari esperimenti svolti sia in Italia che all'estero avevano dimostrato la possibilità di elevare la tensione in linea a valori molto al di sopra dei 3000 - 3600 Volt, fino ad allora consentiti. Inoltre i progressi raggiunti nelle costruzioni meccaniche avevano consentito la realizzazione di ingranaggi riduttori di velocità degni della massima fiducia.

La maggiore critica che fu sempre mossa al sistema di trazione a ca trifase a 16,7 Hz era che tale sistema richiedeva la costruzione di impianti appositi per la produzione e trasmissione di energia elettrica e di sottostazioni di conversione con macchinario rotante. La scelta di quella frequenza era però da attribuirsi a diversi fattori tecnici (scarsa affidabilità degli ingranaggi riduttori della velocità, SSE più distanti, riduzione delle cadute di tensione...). Nel 1927, però, i risultati degli studi e dei vari esperimenti svolti sia in Italia che all'estero avevano dimostrato la possibilità di elevare la tensione in linea a valori molto al di sopra dei 3000 - 3600 Volt, fino ad allora consentiti. Inoltre i progressi raggiunti nelle costruzioni meccaniche avevano consentito la realizzazione di ingranaggi riduttori di velocità degni della massima fiducia.

Tutti e tre i tipi venivano alimentati mediante trasformatori ad olio e i primi due tipi potevano circolare anche sotto la tensione di 3400 V 16,7 Hz.Questo complesso di cause spinse le ferrovie dello Stato a sperimentare il sistema di trazione elettrica a frequenza industriale (45 Hz) con una tensione di 10 Kv sulla linea di contatto. Per gli esperimenti (iniziati nel 1927) si scelse la linea Roma - Sulmona, con forti pendenze e lunga 172 Km dei quali ben 20 in galleria.Per queste prove erano già in costruzione delle nuove locomotive elettriche, appositamente pensate per questa linea: E472 (1925), E 470 (1927), E 570 (1927). Le prime due, destinate al servizio viaggiatori, avevano quattro assi accoppiati e due portanti, che formavano un carrello con quello accoppiato vicino. Quattro coppie di ingranaggi, con pignoni elastici, due bielle triangolari e sei bielle d'accoppiamento trasmettevano il movimento alle ruote. I due motori asincroni erano a ventilazione forzata e le velocità erano: 37,5 - 50 - 75 - 100 Km/h per il gruppo E 470 e 37,5 - 50 - 75 Km/h per il Gruppo E 472. Il peso totale variava da 91 a 97 tonnellate per una potenza di 2000 kW. Le locomotive del gruppo E 570 avevano invece 5 assi tutti accoppiati, analogamente a quelle del Gruppo E 550. La potenza era ancora di 2000 kW per una velocità di 25 e 50 Km/h e un peso di 76 tonnellate.

Il 28/10/1928 venne così elettrificata alla tensione di 10 Kv 45 Hz la tratta Roma Prenestina - Tivoli (con raccordo Roma Prenestina - Roma San Lorenzo), mentre il 23/3/1929 fu la volta del restante tratto. Per l'alimentazione (assicurata già allora dalla SSE di Roma Prenestina) venne realizzata la Centrale Elettrica del Sagittario  ed utilizzate delle SSE Ambulanti di tipo AA 13. Su di un bollettino tecnico Ansaldo dell'epoca si legge:" ... tre sottostazioni si trovano dislocate ad Aversa - Scanno, sulla linea Roma - Sulmona, dove funzionano alla frequenza di 45 periodi elevando la tensione da 6.000 a 62.000 Volt (l'energia è fornita dagli alternatori della Centrale del Sagittario) ed alimentando, attraverso 140 Km. di linea primaria, la sottostazione delle FF. SS. di Roma Prenestina. Qui l'energia elettrica trasformata a 10.000 Volt viene utilizzata per l'alimentazione della linea di contatto del tronco elettrificato Roma - Avezzano..."

 

Inizialmente sembra anche che l'esperimento debba estendersi anche ad altre linee del nodo di Roma, tanto che anche la nuova linea Campoleone - Nettuno si prevede di elettrificarla a 10 Kv 45 Hz, vengono anche già posati i pali, forse anche la linea aerea e forse si effettuano anche delle prove (ma mancano documenti certi dell'epoca), ma ormai gli orientamenti in ambito FS (e non solo) stanno cambiando. Infatti, come già visto, il successo dell'elettrificazione a 3 Kv CC (sicuramente molto più semplice da gestire come impianti per la presenza di un solo filo di contatto), ha spinto il Governo italiano a puntare tutto su questo sistema, e alle FS non resta che adeguarsi alle nuove direttive sospendendo ogni ulteriore esperimento. La Roma - Sulmona resta così unica linea alimentata a ca trifase nel nodo di Roma, con non pochi problemi di esercizio. Per questo motivo le FS decidono, non appena possibile, la trasformazione della Roma - Sulmona convertendo l'alimentazione a 3 Kv cc. Già il 28/10/1935 la tratta Roma Prenestina - Mandela viene convertita dalla tensione di 10 Kv 45 Hz alla tensione di 3 Kv cc.  Nel 1938 viene demolita la E 570.004 e già si inizia a progettare la conversione dell'intera linea. Lo scoppio della seconda guerra mondiale blocca i progetti, e la Mandela - Sulmona resta in corrente alternata trifase, ma purtroppo, ancora per poco. Infatti tra il 1944 e il 1945 la stasi totale del fronte in Italia centrale causa la totale distruzione della linea, oltre che di alcuni mezzi: almeno 3 E472 vengono fatte saltare in aria dai genieri tedeschi in ritirata insieme al viadotto sulla Valle del Sagittario. Altre macchine, ritenute probabilmente atte al servizio, vengono invece condotte al nord sotto le reti a 3,6 Kv (i tedeschi ignoravano che quelle macchine erano si trifase, ma per una tensione diversa, oltretutto le E570 erano simili alle E551). I ferrovieri raccontano che una mattina, a Novi San Bovio, arrivò un treno: oltre a carri pieni di soldati tedeschi, la locomotiva a vapore trainava almeno 2 E570. Il comandante tedesco ordinò ai ferrovieri presenti di metterle immediatamente sotto tensione, e a nulla valsero le rimostranze del personale FS che tentava di spiegare che ciò non era possibile. Quando ormai i tedeschi sembravano intenzionati a passare a metodi "più convincenti" (ovvero o facevano funzionare quelle locomotive o tutti sarebbero stati giustiziati come sabotatori), fortunatamente negli uffici del deposito venne trovato un  libro ufficiale FS, con la foto delle E570 e la dicitura di locomotive a 10 Kv 50 Hz. Al termine delle ostilità il quadro sulla Mandela - Sulmona è di totale distruzione: l'intera elettrificazione distrutta, oltre a numerose opere d'arte. In sede di ricostruzione occorre decidere se riprendere il progetto trifase o ricostruire gli impianti elettrificando il tutto in CC. La  scelta cade ovviamente sulla seconda ipotesi: la tratta Mandela - Avezzano, dopo un breve periodo di trazione a vapore, viene elettrificata il 15/08/1946, mentre la tratta Avezzano - Sulmona il 18/05/1950. Le E470 e le E472 vennero demolite tra il 1946 ed il 1948 a Genova e Torino, e, sempre nello stesso periodo vennero demolite le locomotive superstiti rimaste a Sulmona. Calava così,definitivamente,  il sipario su questo sistema di elettrificazione. Impossibile esprimere un giudizio tecnico sulla validità o meno del progetto: troppo breve il periodo di esercizio, effettuato oltretutto in anni in cui era sempre più evidente la volontà di puntare tutto sulla corrente continua.