Linea aerea di contatto

La linea aerea di contatto (o linea aerea di alimentazione)^[1] è un sistema di alimentazione elettrica a filo aereo, usato per fornire l'energia necessaria alla trazione di tram, filoveicoli e treni.

Il mezzo di trasporto, spostandosi lungo la linea aerea posta in alto rispetto al percorso, tramite un sistema di captazione (trolley, asta, archetto) sposta il suo punto di presa dalla linea. La linea elettrica è alimentata tramite sottostazioni (poste a distanze precalcolate per le minime perdite) connesse alla rete di distribuzione di energia elettrica a tensione medio-alta, o ad altro sistema di generazione elettrica.

Riguardo l'Italia, in alcune nuove gallerie di più recente elettrificazione si preferisce, per ragioni di costi e praticità, usare la catenaria rigida^[2], la cui istallazione da parte di RFI è iniziata verso gli ultimi mesi del 2018^[3]. Si trova^[4] nei tratti coperti dove la vecchia linea usurata doveva essere sostituita e nei nuovi tratti dove vi sono gallerie di sezione ridotta, ma viene usata anche nei capannoni adibiti a ricovero e revisione.

La catenaria rigida prevede l'inserimento del filo di contatto in un profilato in alluminio. Dopo l'installazione, si fanno test rigorosi per controllare la planarità e la captazione di corrente. Può reggere carichi elettrici maggiori proprio per la presenza di maggiore sezione di rame e aluminio^[5].

I mezzi di trasporto elettrici (per esempio tram e treni) che si alimentano tramite linee aeree utilizzano per prelevare la corrente un dispositivo tra i seguenti: archetto tranviario, trolley a stanga rigida o pantografo. Nel caso di mezzo su rotaie e alimentazione aerea monofilare, per chiudere il circuito si usano le rotaie di corsa del mezzo stesso. Nel caso di mezzo su gomma, il ritorno avviene su un secondo filo e la linea aerea è detta bifilare.

Un terzo caso è quello di mezzo elettrico su rotaie ma senza linea aerea (solitamente nelle metropolitane): in tal caso l'alimentazione è presa tramite pattini da una terza rotaia elettrificata posta più in basso e su degli isolatori, che può trovarsi al centro fra le altre due o di lato. Rispetto alla linea aerea si tratta di un sistema più economico ma più complesso, soprattutto nei passaggi a livello, e più pericoloso per chi vi si avvicina.

Le linee aeree di alimentazione dei vari paesi del mondo adottano tensioni diverse, a volte differenti tra rete e rete, come per esempio in Svizzera dove coesistono sistemi a corrente continua e corrente alternata, a tensioni molto differenti. Molte moderne ferrovie, ad alta velocità e tradizionali, stanno unificando i sistemi adottando la tensione di 25 kV in corrente alternata per una migliore interoperabilità.

Le linee ferroviarie italiane adottano di massima due tipi di elettrificazione:

• sulle linee tradizionali la tensione erogata è di 3600 V (3 000 nominali) in corrente continua;
• sulle linee ad alta velocità la tensione erogata è di 25000 V in corrente alternata alla frequenza di 50 Hz.
• su alcune poche linee, specie di confine, sono ancora presenti tensioni diverse quali, 1500 V a corrente continua e 15000 V a corrente alternata.

Per permettere un contatto continuo ottimale, anche alle velocità più elevate del veicolo, il filo conduttore viene steso lungo il percorso stesso ad una altezza costante rispetto al piano del ferro (o della strada). All'aumento delle velocità di circolazione dei veicoli, la tensionatura del filo conduttore dev'essere in grado di assicurare un'altezza costante; le variazioni di livello del filo potrebbero far staccare il dispositivo di captazione, portando a pericolose sfiammate, oppure portare allo spezzamento del filo stesso.

La struttura a semplice filo (fune portante assente) è stata la prima ad essere utilizzata, in ordine di tempo, ed è rimasta in uso per le linee di alimentazione tranviarie o filoviarie. È quasi scomparsa invece per le ferrovie secondarie in quanto permette la trasmissione di basse potenze elettriche e velocità molto contenute.

Di norma per la circolazione ferroviaria dei treni si adotta, sovrapposto al filo "di contatto" un altro conduttore portante (fune); il complesso prende il nome di "catenaria" (il nome deriva dalla omonima curva geometrica). Dalla fune portante scendono dei fili verticali, detti "pendini", dimensionati in lunghezza in modo da far sì che i fili di contatto si trovino sempre alla stessa altezza; sono posti a intervalli regolari nella campata in modo tale da mantenere la poligonazione del filo di contatto.

Il collegamento tra fili di contatto e corde portanti permette, tra l'altro, di trasportare correnti maggiori in virtù della maggiore sezione.

La linea aerea è suddivisa sezioni dette "regolazioni", al fine di regolare la tensione del filo con pesi e carrucole e limitare le oscillazioni (prodotte tra filo e pattino di presa in movimento, soprattutto ad alta velocità) che potrebbero interrompere il contatto elettrico tra le parti e danneggiarle.

Per ridurre le oscillazioni, che possono essere causate anche da fattori atmosferici, si utilizzano, in corrispondenza di portali o posti di regolazione in linea, dei sistemi di carrucole e contrappesi di tensionamento opportunamente posizionati.

Il filo di contatto, e su curve con raggio ridotto anche la fune portante, viene "poligonato" sul piano trasversale in modo tale che faccia un movimento a zig-zag, per far si che il contatto strisciante del dispositivo captatore con il filo conduttore non avvenga sempre nello stesso punto, in quanto provocherebbe una rapida usura, fino al taglio dello stesso. La poligonazione fa si che l'usura del pattino sia uguale su tutta la sua superficie, riducendo il surriscaldamento e l'usura.

La poligonazione non è realizzabile con sistemi di presa delle aste di captazione, a guscio (come nei filobus) o a rotella, in cui il punto di contatto è obbligato dalla forma stessa del sistema di captazione: d'altra parte tali sistemi di captazione sono previsti per mezzi operanti a velocità medio-basse.

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  Intrastruttura SNCF a 25000 V ca con isolatori e tiranti di poligonazione a Mentone
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  Linea di contatto a 15000 V corrente alternata 16,7 Hz, in Svizzera
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  Linea di contatto a 25 kV, 50 Hz, corrente alternata in Gran Bretagna
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  Linea di contatto a 25 kV, 50 Hz, corrente alternata in Danimarca
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  Linea di contatto a 25 kV, 50 Hz, corrente alternata in Romania
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  Linea di contatto rigida sul RER di Parigi
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  Traliccio 25 kV fissato sulla volta nella stazione di Monaco-Montecarlo. I due cavi che passano sul sostegno superiore servono per la messa a terra della struttura
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  Linea di contatto a 3 kV, corrente continua in Spagna
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  A Meppel, nei Paesi Bassi in presenza di un ponte girevole la linea di contatto termina prima del ponte e riparte subito dopo esser giunti sull'altra sponda. Nell'immagine il treno ha il pantografo alzato ma la catenaria non c'è.
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  Binario semplice: portale interno di stazione in acciaio^[9] dove si ormeggia la catenaria della tratta e dove avviene il sezionamento a spazio d'aria tra stazione e tratta
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  Particolare di sospensione per linea bassa in vista di un passaggio sotto un viadotto
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  Elettrificazione con sezionamento "a spazio d'aria" usato nelle comunicazioni: la complanarità dei due fili di contatto garantisce il passaggio del pantografo senza inforcare mentre lo spazio d'aria garantisce l'isolamento tra una zona elettrica all'altra. La lunghezza del pattino fa si che vi sia sempre il contatto fra i fili delle due zone (qui a Loano)

• Enrico Bianco, Direttissima Roma-Firenze. Gli impianti di trazione elettrica. Le attrezzature di sostegno, in Ingegneria Ferroviaria, 33 (1978), n. 1, pp. 75–82.
• Mario Comolo, Direttissima Roma-Firenze. Gli impianti di trazione elettrica. Modalità costruttive, in Ingegneria Ferroviaria, 33 (1978), n. 1, pp. 83–89.
• Guido Corbellini, 1905-1955. Il Cinquantenario delle Ferrovie dello Stato, Roma, Collegio Ingegneri Ferroviari Italiani-Ponte San Nicolò, Duegi, 2005, ISBN 88-900979-0-6.
• Alfredo D'Arbela, La locomotiva elettrica, in Ingegneria Ferroviaria, 16 (1961), n. 7-8, pp. 715-729.
• Alberto De Santis, Trecentomila pali reggono la linea aerea FS, in I Treni Oggi, 3 (1982), n. 23, pp. 12-20.
• Gruppo Savona E 431, Geometrie del trifase, in Tutto treno, 24 (2011), n. 256, pp. 28–41.
• Giuseppe Guidi Buffarini, L'elettrificazione ferroviaria in Italia ha compiuto 100 anni, in Ingegneria Ferroviaria, 58 (2003), n. 9, pp. 791-818.
• Lucio Mayer, Impianti ferroviari. Tecnica ed esercizio, 3ª ed. a cura di Pier Luigi Guida ed Eugenio Milizia, Roma, Collegio Ingegneri Ferroviari Italiani, 2003.
• Luigi Prosperi, L'elettrificazione in Italia, in Ingegneria Ferroviaria, 16 (1961), n. 7-8, pp. 699-714.
• Roberto Rolle, Impianti elettrici FS: facciamo il punto, in Tutto treno, 11 (1998), n. 109, pp. 19–23.
• Roberto Rolle, Impianti elettrici FS: facciamo il punto, in Tutto treno, 11 (1998), n. 110, pp. 14–18.
• Maurizio Severino, Evoluzione della linea di contatto in corrente continua, in La tecnica professionale, n. s. 15 (2008), n. 12, pp. 5–18.

• Archetto tranviario
• Bifilare
• Pantografo (trasporti)
• Trolley a stanga

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