Corso di formazione sui filovieri, elettrotecnica e reti filoviarie

Corso Filovieri

Corso
Filovieri

SOMMARIO:

DB Rev.11/04/2023

1T)per
Corso Filovieri

Capitolo 1: Principi di elettrotecnica, costruiamo un circuito elementare

• Dalla definizione della corrente elettrica alla scelta dei materiali
• Condizioni per cui si ha circolazione di corrente e le grandezze elettriche
• Come è fatto un circuito elettrico elementare
• La scoperta di Ohm
• Dall'effetto Joule alla legge che ne consegue
• Il fusibile, gli interruttori e l'arco elettrico
• Collegamento Serie & Parallelo
• Corrente continua, alternata (monofase e trifase), trasformatori e convertitori

Capitolo 2: La nostra rete filoviaria

• Dal circuito elementare ad una rete complessa
• Caratteristiche di una linea aerea, il bifilare e i suoi standard
• Come è fatta una sottostazione
• L'equipotenziale e i suoi vantaggi
• Il PLF
• Gli scambi (dispense a parte)

Capitolo 3: Il Filobus, dalle aste al motore

• Diagramma a blocchi
• L'elettromagnetismo e l'interruttore di linea
• Funzionamento in marcia elettrica, dal sistema reostatico all'Inverter.
• Il motore elettrico
• Funzionamento in marcia autonoma
• Come frena un filobus e il motore elettrico in modalità generatore
• Tipologie di mezzi della flotta TPER, le tensioni che agiscono su un filobus
• L'isolamento di un filobus
• Dispositivi di sicurezza

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Capitolo 4: Il sistema DOCA del Crealis Neo (dispense a parte)

Capitolo 5: Il buon filoviere

• Attenzione alla guida e alla sicurezza; le procedure di innalzamento aste
• La dispersione, un pericolo da gestire

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CAPITOLO 1 - Principi di elettrotecnica, costruiamo un circuito elementare

Tutto nasce dalla definizione di "Corrente elettrica", infatti con tale termine ci si
riferisce ad un flusso ordinato di elettroni attraverso un conduttore.
Sappiamo benissimo che gli oggetti sono costituiti da uno o più tipi di materiali i quali,
a loro volta, sono formati da atomi caratterizzati da un nucleo, di carica positiva, e da
elettroni, di carica negativa, che ruotano intorno ad esso ad una certa distanza.

ELETTRONI

( carica negativa )
NUCLEO
( carica positiva )
WWW.ANDREAMININI.COM
È banale riuscire a comprendere che, tra la carica positiva (nucleo) e la carica negativa
(elettroni), ci sia una forza di attrazione. Per poter avere un flusso di elettroni
attraverso un qualsiasi materiale, quindi una corrente elettrica, è necessario staccare
gli elettroni dai propri nuclei rendendoli liberi (processo di ionizzazione). L'intensità di
tale legame non è uguale per tutti i materiali quindi, per poter far si che un elettrone
a possa essere "liberato" dal proprio nucleo, servirà una forza diversa a seconda del
materiale su cui stiamo agendo.
Su questo concetto si basa il fatto che non tutti i materiali sono dei buoni conduttori
e di conseguenza vengono classificati in:

• Isolanti (Gomma, Legno, Teflon, Ceramica, Resina ... )
  Conduttori (Oro, Rame, Argento ... )
  Semiconduttori (Silicio nei diodi, Germanio ... )

I primi sono caratterizzati da legami nucleo-elettroni molto forti, per cui è molto
difficile avere un passaggio di corrente; i secondi, invece, hanno caratteristiche
completamente opposte rispetto agli isolanti; in fine, i terzi sono quei materiali che, a
seconda delle condizioni in cui operano, possono comportarsi sia come conduttori che
come isolanti.
Studiando tutto questo si è giunti alla conclusione che ogni materiale ha una intrinseca
capacità di opporsi al passaggio di corrente e viene indicata con la lettera greca p (si
legge ro) chiamata RESISTIVITA' DEL MATERIALE ed è un valore fisso.
A questo punto, prendendo un filo di un qualsiasi materiale di lunghezza L e spessore
S, viene calcolata la RESISTENZA del filo attraverso la formula:
R= p×~
11
S = px
LxI
V
Da qui si ricava che, una volta scelto un materiale con resistività bassa, per diminuire
la Resistenza di un cavo, gli accorgimenti possono essere solo due:

• Fili non troppo lunghi
• Fili il più possibile spessi

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Scelta del materiale e grandezze elettriche

Per la costruzione di una rete, la scelta ricade sul rame per il suo ottimo rapporto
qualità prezzo.
Ovviamente, in elettrotecnica, non esistono solo la Resistenza ed Intensità di
corrente ma anche altre grandezze elettriche che, ricapitolando, elenchiamo così:

Grandezze elettriche e strumenti di misura

La differenza di potenziale (o tensione) V è una grandezza elettrica che esprime
l'intensità con cui gli elettroni sono spinti all'interno del circuito.
L'errore più comune che si possa fare, quando si parla di elettrotecnica, è di
considerare la corrente elettrica come la causa, ma quello che dovremmo cercare di
fare, in questo corso, è pensare ad essa come l'effetto.
Per avere un flusso ordinato di elettroni attraverso un conduttore (che come detto
abbiamo scelto essere il rame) devono essere soddisfatte delle condizioni, ognuna
delle quali fondamentali per avere l'effetto sperato:

1. Avere una differenza di potenziale (tensione V);
2. Avere un utilizzatore (carico R)
3. Chiudere il circuito

Analizziamo questa situazione nel dettaglio:
avere una differenza di potenziale (tensione) ai capi di un circuito vuol dire,
semplicemente, avere una fonte di energia (banalmente una batteria di tot Volt). Fino
a quando non collegherò alla batteria un utilizzatore (che per semplicità potrebbe
essere una lampadina), attraverso del filo conduttore chiudendo il circuito, non avrò
mai passaggio di corrente.

i
+
V
R
I
ATTENZIONE: il carico viene indicato con R (così come la resistenza di un materiale)
perché, in effetti, non è altro che un ulteriore ostacolo al passaggio di corrente come
qualsiasi altro utilizzatore di una rete elettrica (esistono carichi che oltre alla
componente resistiva sono caratterizzati da altre componenti ma non saranno oggetto
di questo corso).
È intuibile, quindi, che, nel circuito elementare in figura, ci sia una relazione tra causa
ed effetto ma non sappiamo ancora qual
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La legge di Ohm

Colui che è riuscito a scoprire il legame tra le grandezze in gioco in un circuito
elettrico, è Ohm. Costui è giunto alla conclusione che la tensione V è direttamente
proporzionale all'intensità di corrente I e che quest'ultima è inversamente
proporzionale alla resistenza R; in parole povere se aumentiamo V, I aumenta di
conseguenza ma diminuisce se, al posto della nostra R, avremo una resistenza più
grande. L'equazione matematica che descrive tale scoperta è:
V = Rx I
V Î implica I
R
implica I
L
A seconda della variabile che dobbiamo calcolare questa legge si può scrivere:
I = V / R
o
R = V / I

L'effetto Joule e la potenza dissipata

C'è un altro personaggio che ha recitato un ruolo importantissimo nello sviluppo
dell'elettrotecnica ed è Joule.
Joule è riuscito a spiegare il motivo per cui un qualsiasi sistema, sottoposto ad un
sforzo, si riscalda per l'effetto che, più avanti, prenderà il suo nome. Quindi, se, per
esempio, io devo far si che un oggetto compia un movimento, imprimo ad esso una
forza, di conseguenza cerco di trasferirgli un'energia. L'ideale sarebbe che
quest'ultima si trasformi tutta in movimento (dato che in natura nulla si crea e nulla si
distrugge ma semplicemente si trasforma), ma non è purtroppo così: parte della mia
energia si dissiperà in calore e sarà una quantità più o meno consistente in relazione a
quanta resistenza troverà il mio oggetto lungo la sua strada.
Tale principio non può non valere anche nel mondo dei circuiti elettrici. Difatti non
possiamo fare a meno di costatare che, una volta accesa, la nostra lampadina si
riscalda. Quello che restava da fare era trovare la relazione matematica che
spiegasse il tutto. Chiamando con P la potenza (che può essere "generata" o "dissipata"
a seconda se la consideriamo, rispettivamente, dal punto di vista del generatore o
dell'utilizzatore, ma, ai fini del calcolo, non fa alcuna differenza) Joule riuscì a
verificare che quest'ultima dipende in modo direttamente proporzionale dalla tensione
e dall'intensità di corrente in gioco (come prima, se aumenta una delle due di un
determinato fattore, tale fattore caratterizzerà l'aumento di P)
P = V x I
Sostituendo a V la legge di Ohm: V = R x I avremo
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Calcolo della potenza dissipata

P = Rx I x I = R x I2
È di fondamentale importanza sottolineare che, avendo una resistenza fissa R (quindi
un utilizzatore noto), se, per un qualsiasi motivo, l'intensità di corrente che scorre al
suo interno aumenta, anche solo di un fattore relativamente piccolo, la potenza da
essa dissipata aumenterà del quadrato di tale fattore (es: ho una R=50 e una I=10A la
P=500W; se, ad un tratto, la I passa da 10A a 20A, a parità di R, la P diviene di
2000W: 4 volte superiore).
In caso di sovraccarico di un circuito (innalzamento anomalo della corrente e quindi il
verificarsi di una eccessiva potenza assorbita) la temperatura dei componenti
costituenti il circuito sale oltre il valore limite fissato dal costruttore rischiando di
riportare danni permanenti a causa di una eccessiva esposizione al calore. Per evitare
che ciò avvenga viene installato un fusibile, che è il più semplice dispositivo per
proteggere un qualunque circuito elettrico dal sovraccarico.
Il fusibile non è altro che un conduttore di materiale tale da avere una temperatura di
fusione inferiore a quella del resto del circuito, pertanto, al crescere della corrente,
e con il conseguente aumento della temperatura del sistema, si avrà una rottura
localizzata al suo interno prima di giungere alla temperatura critica per gli altri
componenti: la rottura meccanica del fusibile comporta la rottura della continuità
elettrica del circuito con la conseguente interruzione della circolazione di corrente.
La rottura del fusibile è permanente e pertanto una volta intervenuto il fusibile
diviene necessaria la sua sostituzione a differenza di quanto avviene negli interruttori
automatici (es salvavita) in cui basta riarmare il dispositivo per ripristinare il
funzionamento del circuito.
Difatti gli interruttori ci permettono di gestire il flusso di elettroni in un circuito
interrompendolo a piacimento o in caso di pericolo:
Circuito Aperto I = 0
Circuito Chiuso I ± 0
La problematica strettamente legata a questi dispositivi è costituita dall' ARCO
ELETTRICO:
in un conduttore percorso da corrente, il valore della corrente non può
istantaneamente variare da un valore diverso da 0 al valore nullo: si può dire che la
corrente tende a mantenere costante il suo valore all'interno di un circuito grazie alla
forza elettrica presente (tensione o differenza di potenziale).
La funzione di un interruttore è quella di aprire il circuito facendo muovere la parte
mobile presente al suo interno e interrompendo la continuità elettrica tra le parti
metalliche: la corrente tende, come detto, a mantenere il suo valore costante e per
questa ragione, se l'apertura meccanica non è sufficientemente veloce, si può
verificare che la corrente passi attraverso l'aria tra i due estremi del conduttore
mantenendo la continuità elettrica attraverso la ionizzazione dell'aria. Questo
passaggio della corrente in aria produce il cosiddetto arco elettrico, ovvero una
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