Application of the autotransformer configuration in trasportation system at railway frequency

The study carried out in this thesis has the objective to analyze the operating conditions of the electric traction system implemented in Switzerland between Giubiasco and Ranzo, and currently under construction in Italy between Ranzo and Luino. This system derives from the traditional single-phase traction system used in Switzerland with a voltage of 15kV and railway frequency of 16.7Hz and easy to implement as it constitutes an upgrade of the current situation. The use of autotransformers allows to have an additional voltage level of -15kV with respect to the potential of the track, which feeds the line through the use of the negative feeder. In this way, the system supply with a total power transmitted at 30kV between negative feeder and contact line, while keeping the voltage and therefore the losses limited. The purpose is to analyze the distribution of the currents in the various conductors and to compare the results with the 2x25kV - 50Hz traction system used in Italy for the high-speed network. In order to obtain this result, the system was modeled with a multi-conductor line using MATLAB-Simulink®, in which the matrices containing the characteristic parameters of this line were implemented. Those matrices were obtained through the analysis with the finite element method, by means of the simulation carried out using the ANSYS-Maxwell® software.

Lo studio che è stato portato avanti in questa tesi ha l’obbiettivo di analizzare le condizioni di funzionamento del sistema di trazione elettrica ad autotrasfomatori implementato in Svizzera tra Giubiasco e Ranzo, e attualmente in fase di realizzazione sul territorio italiano tra Ranzo e Luino. Il caso studio deriva del tradizionale sistema di trazione monofase in uso in Svizzera ad una tensione di 15kV e frequenza ferroviaria di 16,7Hz e di facile implementazione in quanto costituisce un upgrade dell’attuale situazione. L’uso degli autotrasformatori permette di avere un livello di tensione aggiuntivo di -15kV rispetto al potenziale del binario che alimenta la tratta mediante l’uso del feeder negativo. In questo modo, il sistema permette di traferire una potenza complessiva trasmessa a 30kV tra feeder negativo e linea di contatto, pur mantenendo limitata la tensione e quindi le perdite Lo scopo è di analizzare la distribuzione delle correnti nei vari conduttori e di confrontare i risultati con il sistema di trazione 2x25kV - 50Hz utilizzato in Italia per l’alta velocità. Per ottenere questo risultato, il sistema è stato modellizzato con una linea multiconduttore utilizzando MATLAB-Simulink®, nel quale sono state implementate le matrici contenenti i parametri caratteristici di tale linea, ottenute mediante le simulazioni con il metodo a elementi finiti con l’ausilio del software ANSYS-Maxwell®.