Pantografo (trasporto) - Pantograph (transport)

Il pantografo ad asta elettrica a forma di diamante della locomotiva svizzera a cremagliera della ferrovia Schynige Platte a Schynige Platte , costruita nel 1911
Pantografo a doppio braccio di un Toshiba EMU

Un pantografo (o " pan ", o " panto ") è un apparato montato sul tetto di un treno elettrico , tram o autobus elettrico per raccogliere energia attraverso il contatto con una linea aerea . (Al contrario, autobus e treni elettrici a batteria vengono caricati nelle stazioni di ricarica ). Il pantografo è un tipo comune di collettore di corrente . Tipicamente, viene utilizzato un filo singolo o doppio, con la corrente di ritorno che scorre attraverso le rotaie . Il termine deriva dalla somiglianza di alcuni stili ai pantografi meccanici utilizzati per copiare grafia e disegni.

Invenzione

Pantografo piatto del primo (1895) su una locomotiva elettrica della Baltimora & Ohio Railroad . RAN contatto ottone all'interno della Π profilato, così sia la flessibilità laterale e verticale era necessario.

Il pantografo con una striscia di contatto in grafite sostituibile a basso attrito o "scarpa" per ridurre al minimo lo stress laterale sul filo di contatto, è apparso per la prima volta alla fine del XIX secolo. Le prime versioni includono il collettore di prua, inventato nel 1889 da Walter Reichel, ingegnere capo della Siemens & Halske in Germania, e un pantografo a scorrimento piatto utilizzato per la prima volta nel 1895 dalla Baltimore and Ohio Railroad

Il familiare pantografo a rulli a forma di diamante è stato ideato e brevettato da John Q. Brown dei negozi Key System per i loro treni pendolari che correvano tra San Francisco e la sezione East Bay della San Francisco Bay Area in California . Appaiono nelle fotografie del primo giorno di servizio, 26 ottobre 1903. Per molti decenni da allora in poi, la stessa forma di diamante è stata utilizzata dai sistemi ferroviari elettrici di tutto il mondo e rimane in uso da alcuni oggi.

Il pantografo è stato un miglioramento rispetto al semplice palo del carrello , che prevaleva fino a quel momento, principalmente perché il pantografo consente a un veicolo su rotaia elettrico di viaggiare a velocità molto più elevate senza perdere il contatto con le linee aeree, ad esempio a causa del decablaggio del palo del carrello .

Nonostante ciò, la raccolta della corrente del palo del carrello è stata utilizzata con successo fino a 90 miglia all'ora (140 km/h) sui veicoli Electroliner della Chicago North Shore e Milwaukee Railroad , nota anche come North Shore Line.

Uso moderno

Il tipo più comune di pantografo oggi è il cosiddetto mezzo pantografo (a volte a forma di "Z"), che si è evoluto per fornire un design a braccio singolo più compatto e reattivo alle alte velocità man mano che i treni diventavano più veloci. Louis Faiveley ha inventato questo tipo di pantografo nel 1955. Il mezzo pantografo può essere visto in uso su qualsiasi cosa, dai treni molto veloci (come il TGV ) ai sistemi di tram urbani a bassa velocità. Il progetto opera con uguale efficienza in entrambe le direzioni di movimento, come dimostrato dalle ferrovie svizzere e austriache le cui più recenti locomotive ad alte prestazioni, la Re 460 e la Taurus , operano con le stesse disposte nella direzione opposta. In Europa la geometria e la forma dei pantografi sono specificate dal CENELEC , il Comitato europeo di normalizzazione elettrotecnica.

Dettagli tecnici

Il pantografo a forma di 'Z' (asimmetrico) del pickup elettrico sulla Berlin Straßenbahn . Questo pantografo utilizza un design a braccio singolo.

Il sistema di trasmissione elettrica per i moderni sistemi ferroviari elettrici è costituito da un filo superiore portante (noto come catenaria ) a cui è sospeso un filo di contatto. Il pantografo è caricato a molla e spinge un pattino di contatto contro la parte inferiore del filo di contatto per assorbire la corrente necessaria per far funzionare il treno. Le rotaie in acciaio dei binari fungono da ritorno elettrico . Mentre il treno si muove, la scarpa di contatto scivola lungo il filo e può creare onde stazionarie nei fili che rompono il contatto e degradano la raccolta di corrente. Ciò significa che su alcuni sistemi non sono ammessi pantografi adiacenti.

Un Flexity Outlook LRV con il pantografo sollevato. Da notare l'asta del carrello nella parte posteriore, che garantisce la compatibilità con sezioni non ancora potenziate per il funzionamento a pantografo.

I pantografi sono la tecnologia successiva ai pali del carrello , ampiamente utilizzati sui primi sistemi di tram. I pali dei tram sono ancora utilizzati dai filobus , la cui libertà di movimento e la necessità di un circuito a due fili rende poco pratici i pantografi, e alcune reti tranviarie, come il sistema tranviario di Toronto , che hanno frequenti svolte abbastanza brusche da richiedere una maggiore libertà di movimento nella loro raccolta corrente per garantire un contatto ininterrotto. Tuttavia, molte di queste reti, inclusa quella di Toronto, sono in fase di aggiornamento per consentire il funzionamento del pantografo.

I pantografi con fili aerei sono ormai la forma dominante di captazione di corrente per i moderni treni elettrici perché, sebbene più fragili di un sistema a terza rotaia , consentono l'utilizzo di tensioni più elevate.

I pantografi sono tipicamente azionati dall'aria compressa proveniente dall'impianto frenante del veicolo, sia per sollevare l'unità e tenerla contro il conduttore, sia, quando vengono utilizzate molle per effettuare l'estensione, per abbassarla. Come precauzione contro la perdita di pressione nel secondo caso, il braccio è tenuto in posizione abbassata da un fermo. Per i sistemi ad alta tensione, la stessa alimentazione d'aria viene utilizzata per "spegnere" l' arco elettrico quando vengono utilizzati interruttori automatici montati sul tetto .

Pantografi singoli e doppi

Vista ravvicinata di un pantografo a braccio singolo su un British Rail Class 333
Schema di parti di un pantografo da ICE S
Pantografo a braccio singolo Faiveley di prima generazione su una locomotiva BR Classe 85 , utilizzata sui primi treni elettrici AC britannici degli anni '60

I pantografi possono avere un braccio singolo o doppio. I pantografi a doppio braccio sono generalmente più pesanti, richiedono più potenza per alzarsi e abbassarsi, ma possono anche essere più tolleranti ai guasti.

Sulle ferrovie dell'ex URSS i pantografi più utilizzati sono quelli a doppio braccio ("a due rombi"), ma dalla fine degli anni '90 sono presenti alcuni pantografi a braccio singolo sulle ferrovie russe. Alcuni tram utilizzano pantografi a doppio braccio, tra cui i russi KTM-5, KTM-8, LVS-86 e molti altri tram di fabbricazione russa, nonché alcuni tram Euro-PCC in Belgio. I tram americani utilizzano i pali del carrello o i pantografi a braccio singolo.

Sistemi di metropolitana e linee aeree

Pantografi simmetrici a forma di diamante su un tram di Praga

La maggior parte dei sistemi di trasporto rapido sono alimentati da una terza rotaia , ma alcuni utilizzano pantografi, in particolare quelli che comportano un'estesa corsa in superficie. La maggior parte delle linee ibride metro-tram o "pre-metro" i cui percorsi includono binari su strade cittadine o in altre aree accessibili al pubblico, come la linea 51 della metropolitana di Amsterdam , la linea verde MBTA , RTA Rapid Transit a Cleveland, Francoforte sul Meno U - La Bahn e la Muni Metro di San Francisco utilizzano cavi aerei, poiché una terza rotaia standard ostacolerebbe il traffico stradale e presenterebbe un rischio troppo elevato di elettrocuzione.

Tra le varie eccezioni ci sono diversi sistemi tranviari, come quelli di Bordeaux , Angers , Reims e Dubai che utilizzano un sistema sotterraneo proprietario sviluppato da Alstom , chiamato APS , che applica energia solo a tratti di binario completamente coperti dal tram. Questo sistema è stato originariamente progettato per essere utilizzato nel centro storico di Bordeaux perché un sistema di cavi aerei causerebbe un'intrusione visiva. Sistemi simili che evitano le linee aeree sono stati sviluppati da Bombardier , AnsaldoBreda , CAF e altri. Questi possono consistere in infrastrutture fisiche a livello del suolo o utilizzare l'energia immagazzinata nei pacchi batteria per viaggiare su brevi distanze senza cavi aerei.

I pantografi sopraelevati sono talvolta utilizzati come alternativa ai terzi binari perché i terzi binari possono ghiacciare in determinate condizioni meteorologiche invernali. La MBTA Blue Line utilizza la potenza del pantografo per l'intera sezione del suo percorso che corre in superficie, mentre passa alla potenza della terza rotaia prima di entrare nella parte sotterranea del suo percorso. Tutti i sistemi metropolitani di Sydney , Madrid , Barcellona , Shanghai , Hong Kong , Seoul , Kobe , Fukuoka , Sendai , Jaipur , Chennai , Mumbai e Delhi utilizzano cavi aerei e pantografi (così come alcune linee dei sistemi metropolitani di Pechino , Chongqing , Noida , Hyderabad , Giacarta , Tokyo , Osaka , Nagoya , Singapore , Sapporo , Budapest e Città del Messico ). I pantografi furono utilizzati anche sulle linee di trasporto rapido della Nord-Sud Company a Parigi fino a quando l'altra compagnia operativa dell'epoca, Compagnie du chemin de fer métropolitain de Paris , acquistò l'azienda e sostituì tutti i cavi aerei con il sistema di terza rotaia standard utilizzato su altre linee.

Numerose linee ferroviarie utilizzano sia la terza rotaia che la raccolta di energia aerea lungo diverse porzioni dei loro percorsi, generalmente per ragioni storiche. Includono la linea North London e le linee West London di London Overground , la Northern City Line di Great Northern , tre delle cinque linee della rete metropolitana di Rotterdam , la New Haven Line della Metro-North Railroad e la linea gialla della Chicago Transit Authority . . In quest'ultimo caso, la parte sopraelevata era un residuo della Skokie Valley Route ad alta velocità della Chicago North Shore e della Milwaukee Railroad , ed era l'unica linea dell'intero sistema della metropolitana di Chicago ad utilizzare la raccolta del pantografo per qualsiasi lunghezza. In quanto tale, la linea richiedeva vagoni ferroviari dotati di pantografi e pattini del terzo binario, e poiché il sovraccarico era una parte molto piccola del sistema, solo pochi vagoni sarebbero stati così equipaggiati. Il passaggio è avvenuto al passaggio a livello di East Prairie, l'ex sito della stazione di Crawford-East Prairie . Qui, i treni diretti a Dempster-Skokie avrebbero alzato i loro pantografi, mentre quelli diretti a Howard avrebbero abbassato i loro, facendolo ad alta velocità in entrambi i casi. Nel 2005, a causa dei costi e delle esigenze di manutenzione uniche per quella che rappresentava solo una parte molto piccola del sistema, il sistema aereo è stato rimosso e sostituito con la stessa terza rotaia che è stata utilizzata per tutto il resto del sistema, che ha permesso a tutti I vagoni ferroviari di Chicago per operare sulla linea. Tutti i pantografi sono stati rimossi dalle vetture equipaggiate con Skokie.

Nel 2010, la linea 1 della metropolitana di Oslo è passata dalla terza rotaia alla linea aerea alla stazione di Frøen. A causa dei numerosi passaggi a livello, si è ritenuto difficile installare una terza rotaia sul resto del binario unico della vecchia linea . Dopo il 2010 è stato utilizzato il terzo binario nonostante i passaggi a livello. Le terze rotaie hanno spazi vuoti, ma ci sono due scarpe di contatto.

Alimentazione trifase

Su alcuni sistemi che utilizzano alimentazione trifase , locomotive e automotrici hanno due pantografi con il circuito di terza fase fornito dalle rotaie di scorrimento. Nel 1901 un'installazione sperimentale ad alta velocità, un altro progetto di Walter Reichel presso Siemens & Halske, utilizzava tre cavi aerei montati verticalmente con i collettori montati su pantografi che si estendevano orizzontalmente.

Pantografi inclinati

Pantografo inclinato utilizzato con linea aerea sfalsata per consentire il carico di carri aperti

Sulle linee in cui i carri aperti vengono caricati dall'alto, la linea aerea può essere sfalsata per consentire ciò; i pantografi vengono quindi montati inclinati rispetto alla verticale.

Debolezze

Il contatto tra un pantografo e una linea aerea è solitamente assicurato tramite un blocco di grafite . Questo materiale conduce elettricità mentre lavora come lubrificante . Poiché la grafite è fragile, i pezzi possono rompersi durante il funzionamento. I pantografi difettosi possono afferrare il cavo aereo e abbatterlo, quindi c'è un'influenza bidirezionale per cui i cavi cattivi possono danneggiare il pantografo e i pantografi cattivi possono danneggiare i cavi. Per evitare ciò, è possibile utilizzare una stazione di monitoraggio a pantografo . A velocità elevate sostenute (oltre 300 chilometri all'ora (190 mph)) l'attrito può far diventare rovente la striscia di contatto, che a sua volta può causare un arco eccessivo e un eventuale guasto.

Nel Regno Unito, i pantografi ( Brecknell Willis , Stone Faiveley ecc.) dei veicoli vengono sollevati dalla pressione dell'aria e i "carboni" di contatto in grafite creano una galleria d'aria nella testa del pantografo che rilascia l'aria in caso di perdita di una striscia di grafite, attivando il dispositivo di caduta automatico e l'abbassamento del pantografo per evitare danni. Le unità di trazione elettriche più recenti possono utilizzare metodi più sofisticati che rilevano i disturbi causati dall'arco nel punto di contatto quando le strisce di grafite sono danneggiate. Non sempre ci sono due pantografi su un multiplo elettrico , ma nei casi in cui sono presenti l'altro può essere utilizzato se uno è danneggiato; un esempio di questa situazione potrebbe essere un British Rail Class 390 . Il pantografo posteriore rispetto al senso di marcia viene spesso utilizzato per evitare di danneggiare entrambi i pantografi in caso di impigliamenti: se si utilizzasse il pantografo anteriore, i detriti di un impigliamento potrebbero danneggiare il pantografo posteriore, rendendo inutilizzabili sia i pantografi che il veicolo .

Guarda anche

Riferimenti