Modeling of the traction supply systems in a wide railway center for ordinary and fault conditions studies

After a digression about the history and characteristics of the main electrification railway systems, the purpose of this thesis is the software modeling of a wide railway center to study the system under normal conditions and during transient faults. At the same time, particular attention has been dedicated to the analysis of some problems related to railway systems according to the requirements and provisions of EN 50122-1/2 Standard: the rail potential danger, stray currents occurrence and ways to prevent them (like the “voltage limiting devices” [VLD] and the effective electrical insulation between running rails and earth). The model has been developed adopting the software Simulink of Matlab and implementing all the main components of a railway systems, such as electrical substations, contact lines, running rails and high-speed circuit breakers. Finally, the designed model has been applied to Milan railway system in order to study first of all short circuit currents under different environmental conditions in different points of a line, with the related limiting effect of high-speed circuit breakers; secondly the rail potential under ordinary conditions.

In seguito ad un’ampia digressione sulla storia e sulle caratteristiche dei principali sistemi di trazione elettrica esistenti, lo scopo di questa tesi è lo sviluppo di un software per la modellizzazione di un ampio centro ferroviario urbano al fine di studiarne il comportamento in condizioni normali e in condizioni di guasto transitorie. Allo stesso tempo, particolare attenzione è stata dedicata all’analisi di alcune problematiche legate alla trazione elettrica ferroviaria tenendo conto dei requisiti e delle disposizioni contenuti nelle Norme EN 50122-1/2: il pericolo legato al potenziale di rotaia, la presenza delle correnti vaganti e i metodi efficaci per contrastare tali problematiche (come i “voltage limiting devices” [VLD] e un corretto isolamento del binario da terra) Il modello è stato sviluppato grazie al software Simulink di Matlab, realizzando le principali infrastrutture che caratterizzano un sistema di trazione elettrica ferroviario: le sottostazioni elettriche, le linee di contatto, le rotaie e gli interruttori extrarapidi. Infine, il modello sviluppato è stato utilizzato per simulare il sistema ferroviario di Milano e studiarne innanzitutto le correnti di cortocircuito in diversi punti di una linea e in differenti condizioni ambientali con il relativo potere limitante degli interruttori extrarapidi; in secondo luogo l’andamento del potenziale di rotaia sotto condizioni usuali.