Electromagnetic model of the carrying-traction rope for power transmission in cableways

In the last decades, companies constructing rope transport systems are demand to meet costumers' requirements, who are increasingly requesting high-level services and comfort during rides. This aspect is more accentuated in the case of cableways intended for winter sports, which represent the largest market share of this industry. This thesis is the result of a six-month internship activity at \textit{Leitner GmbH}, whose objective is the development of an electromagnetic and thermal model of a typical steel carrying-traction rope used in monocable systems, to evaluate the feasibility or not of electric power transmission through the rope itself. It is required, in fact, to provide energy to vehicles along the line, to supply various travel-comfort related devices, such as seat heating, audio/video and lighting systems and connection to the internet. The electrical and drive systems are also described in details, to give the reader an idea of the main components and technological solutions implemented in the electrical part of modern cableways. In the first phase, a code is developed using finite element analysis software \textit{Opera3D} with the aim of modelling the rope and carrying out numerous electromagnetic simulations with different types of current, varying amplitude and frequency. The obtained results show that, in the steel with which the rope is made, there is a significant skin effect that results in high Joule losses, while the high inductance and large line lengths cause substantial voltage drops. These reasons, together with safety limits due to the presence of a naked conductor accidentally reachable by passengers and problems related to protection in case of fault, show the un-attainability of the projecy. In the second phase, instead,it is evaluated the possibility of exploiting the aforementioned losses to heat the rope, in order to melt the ice that could form on its surface at night due to low external temperatures. For the same reasons as above, an in-depth study has shown that this second phase of the project is not feasible. Despite the results obtained confirm the inapplicability of carrying out both previous solutions, further alternative ideas are being examined by the staff of\ textit {Leitner}, willing to develop the project.

Negli ultimi decenni, le aziende costruttrici di impianti funiviari si trovano a soddisfare le richieste dei consumatori che esigono sempre più servizi di alto livello e comfort durante il percorso. Questo aspetto risulta essere maggiormente accentuato nel caso di funivie destinate agli sport invernali che rappresentano la fetta di mercato più grande di questa industria. Questa tesi costituisce il risultato di un'attività di stage della durata di sei mesi presso la ditta \textit{Leitner GmbH}, il cui obbiettivo è lo sviluppo di un modello elettromagnetico e termico di una tipica fune traente portante in acciaio utilizzata nelle funivie monocavo, per valutare la fattibilità o meno della trasmissione di potenza elettrica tramite la fune stessa. Si richiede, infatti, di fornire energia ai veicoli presenti in linea per alimentare diversi dispositivi legati al comfort di viaggio, quali sedili riscaldati, impianti audio/video e di illuminazione e connessione alla rete internet. Vengono inoltre descritti in dettaglio l'impianto elettrico e quello di azionamento, per fornire al lettore un'idea di quali siano le principali componenti e le soluzioni tecnologiche implementate nella parte elettrica delle moderne funivie. Nella prima fase è stato sviluppato un codice utilizzando il software per l'analisi agli elementi finiti "Opera3D" con lo scopo di modellizzare la fune e di effettuare numerose simulazioni elettromagnetiche con diverse tipologie di corrente, variandone ampiezza e frequenza. I risultati ottenuti evidenziano che, nell'acciaio di cui è costituita la fune, si ha un significativo effetto pelle che si traduce in elevate perdite per effetto Joule, mentre l'alto valore di induttanza e le grandi lunghezze di linea, causano importanti cadute di tensione. Tali ragioni, unitamente a limiti di sicurezza dovuti alla presenza di un conduttore nudo accidentalmente raggiungibile dai passeggeri e alle problematiche relative alla protezione in caso di guasto, evidenziano l'irrealizzabilità del progetto. Nella seconda fase, invece, si è valutata la possibilità di sfruttare le anzidette perdite per riscaldare la fune, al fine di sciogliere il ghiaccio che potrebbe formarsi sulla sua superficie nelle ore notturne a causa delle basse temperature esterne. Per le stesse motivazioni di cui sopra, uno studio approfondito ha dimostrato la non fattibilità anche di questa seconda fase del progetto. Nonostante i risultati ottenuti confermino l'inattuabilità di realizzare entrambe le precedenti soluzioni, ulteriori idee alternative sono al vaglio del personale della ditta \textit{Leitner}, intenzionata a sviluppare il progetto.