tram e trasporto pubblico a Roma

Note di trazione elettrica

La tramvia monofase sistema Finzi dell'esposizione di Milano 1906
Un grave errore di concetto e una correzione

Per l'esposizione di Milano del 1906 fu costruito un collegamento su rotaia tra due centri della città, sotto forma di una breve linea sopraelevata, elettrificata in corrente alternata monofase secondo i brevetti e le idee del Finzi (¹), un elettrotecnico dell'epoca; la costruzione dei rotabili fu affidata al Comitato per la trazione elettrica dott. Giorgio Finzi (che nonostante il nome pare fosse una specie di studio tecnico). A parte frammentarie notizie sulla stampa tecnica, una prima fonte di dati su questa realizzazione è costituita da un articolo di un certo ing. Fumero (²) apparso sulla rivista L'elettricità dell'aprile 1906 col titolo Ferrovia monofase sistema Finzi per l'esposizione di Milano 1906, articolo che contiene ciò che appare come un grave errore di concetto che avrebbe impedito il regolare funzionamento dei treni, come risulta da quanto segue.

La linea avrebbe una lunghezza di 1400 m circa; scartamento normale; doppio binario in linea, binario semplice nelle stazioni (sembra che secondo l'idea dei costruttori ciò facilitasse il movimento dei viaggiatori...); armamento con rotaie da 27 kg/m; pendenza massima 35 per mille; raggio medio delle curva 90 m. Trazione a corrente alternata monofase, da linea aerea a 2000 V, 15 Hz. Sono previsti sulla linea quattro treni, ognuno a composizione fissa di due unità di trazione costituite da una motrice a due motori e una ad un motore, tutte a due assi radiali; il treno dispone quindi di sei motori, stabilmente accoppiati in due serie di tre motori collegate tra loro in parallelo, monofasi con eccitazione e compensazione in serie, da 30 CV l'uno.

Fig. 1 - Composizione dei treni dell'esposizione di Milano 1906.

Caratteristica dei treni e, a quanto pare, oggetto di brevetto del Finzi, è la disposizione dell'alimentazione dei motori, ottenuta a mezzo di due trasformatori posti nelle vetture di estremità e collegati in serie sia sui primari che sui secondari. E' proprio da questo collegamento che derivano i dubbi sul funzionamento del sistema.

Fig. 2 - Schema di principio del sistema di trazione Finzi.
T1, T2, trasformatori; G, graduatore; M1,3,5 motori dell'unità 1; M2,4,6 motori dell'unità 2.

In fig. 2 è riportato lo schema di principio per un treno composto di due unità, formazione che si vedrà poi essere l'unica adottabile vista la disposizione dei circuiti. Si suppone che la motrice di testa, dalla quale è condotto il treno, sia la A1; con il graduatore G in prima posizione di marcia, pos. 1, il secondario del trasformatore T1 della motrice di testa è escluso e i motori sono alimentati dal solo trasformatore della motrice di coda; in pos. 7 di G tutto il secondario di T1 è incluso in serie a quello di T2, mentre nelle posizioni intermedie solo alcune sezioni del secondario di T1 sono in circuito. Il Fumero ci dà anche alcuni valori: ogni trasformatore fornisce, sulle sette posizioni di G, una tensione variabile da 0 a 180 V di 30 in 30 V e pertanto ad ogni serie di tre motori sarebbe applicata una tensione pari al valore determinato dalla posizione di G su T1 incrementato dalla tensione di tutto il secondario di T2. Avremmo quindi, nelle successive posizioni di G, le tensioni di 180, 210,... 360 V applicate alle serie di tre motori, per cui ogni motore sarebbe alimentato a 60, 70,... 120 V.

In realtà, tutto ciò sarebbe corretto, almeno entro certi limiti, se i due trasformatori fossero alimentati a tensione costante indipendentemente l'uno dall'altro, in altre parole se fossero alimentati in parallelo dalla linea di alimentazione; qui abbiamo invece i due primari in serie tra loro e la tensione che si localizzerà su ognuno di questi dipenderà in ogni istante dalla suddivisione del carico sui secondari dei due trasformatori, il quale carico è equilibrato solo con G in pos. 7, per la quale posizione vale il valore dato nell'articolo, mentre è del tutto squilibrato per ogni altra posizione; con G in pos. 1, addirittura, il secondario di T1 è escluso e T2 è alimentato in serie al primario di T1 funzionante a vuoto e la tensione di linea, in queste condizioni, si localizzerà in massima parte sull'impedenza presentata dal primario di T1, mentre al secondario di T2 la tensione si ridurrà a ben poco.

Fig. 3 - Comando bidirezionale di un treno sistema Finzi.
Dei due interruttori S1, S2 è chiuso quello della motrice di coda, nella quale inoltre il graduatore è posto in pos. 0.

Questo è il punto oscuro della faccenda; ma c'è dell'altro: è interessante vedere come il Finzi risolve il comando di tutti i motori del treno. Innanzitutto il treno deve essere bidirezionale, ossia deve poter essere condotto sia da A1 che da A2, per cui le due motrici devono essere eguali come equipaggiamento; per poter realizzare il circuito di fig. 2 da entrambe le estremità del treno, si rende necessaria l'inserzione di due interruttori S1, S2 (fig. 3), dei quali deve essere chiuso solo quello della motrice di coda; considerando il fatto che il graduatore di coda sarà in posizione 0, si vede che lo schema proposto realizza le connessioni volute per i due sensi di marcia. Per facilitare la manovra, gli interruttori S sono compresi negli invertitori e sono chiusi in posizione neutra degli stessi.

Rimane il problema dell'inversione di marcia, che si vuole potersi ottenere con usuali invertitori posti nelle motrici di estremità e a tal fine occorre portare i fili di indotti e campi di tutti i motori ad entrambi i posti di condotta. Lo schema dei circuiti del treno, anche se concettualmente semplice, diviene così intricato che ridisegnarlo da capo sarebbe un lavoro improbo, oltre che inutile; ci limitiamo a proporre lo schema originale preso dalla rivista citata, che chi ha la pazienza e la vista buona potrà divertirsi a decifrare (fig. 4).

Fig. 4 - Schema originale del circuito di comando e trazione di un treno.
T, trasformatore; G, graduatore; Z, bobina di reattanza; M, motori; INV, invertitore;
il contatto presente in basso sugli invertitori costituisce l'interruttore S sopra citato

Osservazioni.

Siamo nel 1906, il comando multiplo con contattori elettromagnetici o elettropneumatici è oramai una realtà sulle principali reti metropolitane europee e americane e si sta imponendo anche nella trazione a corrente alternata ad opera della Westinghouse (Roma-Civitastellana, ferrovia della Val Brembana): nonostante ciò, il Finzi si ostina con un treno di quattro motrici a comando diretto dai controller di estremità, con un gran numero di fili tra i rotabili, da 6 ad 8 conduttori a b.t., per i quali si prevede una corrente massima di ben 700 A e tre linee ad a.t. per il collegamento del pantografo (chissà perchè montato su una vettura intermedia invece che su una di estremità) e dei trasformatori.

I doppi contatti sui graduatori, insieme alla bobina di reattanza Z, servono a passare da una posizione all'altra senza cortocircuitare le sezioni del trasformatore e senza interrompere del tutto l'alimentazione dei motori; è un sistema rudimentale derivato dai sommatori usati allo stesso scopo per le batterie di accumulatori e l'autore dell'articolo descrive Z come una resistenza apparente... costituita da un filo di rame isolato avvolto sopra un nucleo di lamierini di ferro aventi la forma di un anello. In realtà la bobina è un rudimentale sistema già all'epoca sostituito in tutti i circuiti a corrente alternata dalla preventive coil.

Il pantografo previsto dall'inventore, che in realtà non appare mai installato, è dotato di due rulli di contatto, tipo trolley primitivo della Valtellina, distanziati di ben 60 cm, disposizione che l'autore indica come la più opportuna per non interrompere l'alimentazione del treno sotto i sezionatori, esprimendosi come segue.

L'esistenza [!] dei rulli per il caso di linee doppie [intende linee a due fili, come le trifasi] si presenta [presta] bene anche per le interruzioni di sezione costituite da materiale isolante, perchè evita al manovratore la noia di dover interrompere i circuiti ad alta tensione; prima di passare sotto l'interruzione.

senza però notare che una tale presa di corrente porta al corto circuito dei sezionatori, situazione che può tollerarsi solo se la linea è alimentata in un solo punto.

La soluzione di unità doppie asimmetriche, motrice a due motori accoppiata a motrice con un solo motore, è tutt'altro che nuova, essendo stata utilizzata dal Siemens fin dal 1903 sulla Altona-Blankenese (ferrovia suburbana di Amburgo), con motrici ad un carrello e un asse radiale in composizione (B0-1)-(1-1A0) a comando multiplo a contattori elettromagnetici per la formazione di treni a grande capacità.

Infine, la dotazione di rotabili della linea era di nove unità di trazione, per la formazione dei quattro treni più una di riserva; visto che però le unità di trazione erano necessariamente di due diversi tipi (con trasformatore collegato alla presa di corrente o con trasformatore a terra, oltre ad altre varianti nel cablaggio dei motori), di che tipo era l'unità di riserva? Cosa avrebbe risposto il Finzi...

Il Finzi aveva anche in progetto una serie di prove con alimentazione a 10.000 V della linea di contatto, da eseguirsi, pare, dopo la chiusura dell'esposizione ed allo scopo asseriva di aver convenientemente dimensionato l'isolamento della linea. In realtà, la ferrovia appare smantellata subito dopo il breve esercizio a servizio dell'esposizione e i rotabili termineranno ingloriosamente l'esistenza come vetture tramviarie sulla linea Pallanza-Fondotoce del 1910.

Conclusione.

Ma questa tramvia monofase dell'esposizione, tanto acclamata nella stampa dell'epoca, funzionava o no? Sembra di sì, stando alle cronache; ma certamente non come il Fumero ne descrive il circuito. Sicuramente, gli arditi inventori, accortisi della papera che avevano preso, saranno corsi ai ripari, probabilmente scegliendo una delle seguenti soluzioni:

• riavvolgere i trasformatori per 2000 V e alimentarli in parallelo nel modo usuale;
• lasciarli a 1000 V, alimentarli in parallelo e ridurre a 1000 V la tensione di linea, soluzione di dubbia riuscita perchè certamente generatori e linea non avrebbero potuto raddoppiare la corrente per mantenere invariata la potenza;
• far finta di niente e avviare i treni partendo direttamente in una delle ultime posizioni del graduatore per poi, appena possibile, passare in pos. 7 (conoscendo certe abitudini nostrane, questa avrebbe potuto essere la soluzione scelta, tenendo anche presente che l'esercizio della linea sarebbe durato solo qualche mese...).

In realtà, come risulta dal seguito, ne scelsero una quarta.

Fig. 5 - Un disegno originale del Finzi
(ingrandire)

Si corregge l'errore del Finzi.

L'articolo del Fumero dal quale abbiamo tratto le precedenti considerazioni appare sul numero di aprile 1906 della rivista citata; il 22 settembre successivo, la rivista L'elettricista pubblica, su un supplemento settimanale straordinario, un articolo più ridotto ma analogo, senza indicazione dell'autore, dal titolo La ferrovia elevata a corrente monofase costruita dalla Unione Elettrotecnica Italiana, nel contenuto del quale non solo è cambiato il costruttore del treno che da Comitato dott. Finzi diviene Unione Elettrotecnica Italiana, Gadda & C., Milano, ma è anche scomparsa ogni citazione del Finzi.

Fig. 6 - Schema del treno dopo le modifiche.

L'articolo riporta una nuova versione dell'equipaggiamento dei treni, che pur mantenendo la composizione di origine, appare modificata nei circuiti di alimentazione (fig. 6). I due trasformatori di un treno, posti nelle motrici di estremità, possono essere alimentati dalla linea indipendentemente l'uno dall'altro; ogni trasformatore alimenta tutti i sei motori del treno, da 30 CV e 700-1200 g/m alimentati a 110-300 V, 14 Hz sempre in due serie poste in parallelo, ossia in ogni senso di marcia è attivo solo il trasformatore di testa e il treno si porta dietro la zavorra di quello di coda, inattivo; oltre tutto i trasformatori devono essere di potenza circa doppia di quella all'inizio prevista e di conseguenza di peso alquanto maggiore. Basterebbe questo particolare per dimostrare che si tratta di una soluzione di ripiego, adottata per la necessità di porre in servizio la linea per l'esposizione; ciò si nota anche da alcuni particolari dello schema, ad es. le doppie posizioni neutre dei graduatori. Il disegno mostra anche la disposizione dei trolley sulle motrici di estremità, mentre nell'immagine del treno si hanno due archetti su una delle motrici intermedie, cosa priva di senso che rende più complicato il cambio del senso di marcia del convoglio; i conduttori lungo il treno si riducono a quattro a b.t. e alta intensità ed uno ad alta tensione.

L'articolo del Fumero riportava il seguente brano:

Malgrado tutte queste difficoltà l'ex Comitato Trazione (...) nel corso di un paio di mesi ultimava tutti calcoli e disegni inerenti al materiale elettrico occorrente e li passava alla Unione Elettrotecnica Italiana che ne aveva assunto in proprio l'esecuzione.

Si potrebbe quindi supporre che siano stati quelli dell'Unione a scoprire l'errore nel progetto, modificandolo poi nel modo sopra accennato (³).

Altre fonti di notizie sulla ferrovia.

Monitore tecnico, maggio 1906. Una descrizione della linea conferma quanto sopra esposto, mostrando lo schema della fig. 6; nel testo troviamo:

Il progetto di questa ferrovia, studiato dall'ex Comitato per la trazione elettrica dott. Giorgio Finzi (...) fu modificato in vari punti dall'Unione Elettrotecnica Italiana Gadda & C., costruttrice di tutto il materiale elettrico. Detto progetto servì di base a questo impianto che andiamo a descrivere, che fu curato in ogni minimo particolare da quest'ultima Ditta.

e più oltre, dopo le dovute glorificazioni all'Italia e al suo genio industriale:

...la presa di corrente dal filo aereo è fatta con un archetto Siemens, in sostituzione del trolley romboidale progettato dall'ex Comitato per la trazione.

Street Railway Journal, agosto 1906. Si ripetono le notizie date dal Fumero e si presenta lo schema di fig. 4, aggiungendo però due interessanti particolari. Il treno era inizialmente previsto con presa di corrente a pantografo, secondo il brevetto del Finzi sopra citato, per semplificare l'inversione di marcia ai capolinea; senonchè, a causa di difficoltà sopraggiunte per i brevetti (probabilmente Westinghouse), tale pantografo non potè essere impiegato e fu sostituito dai due archetti contrapposti visibili nell'immagine, archetti che, nonostante un fatal accident avvenuto nei primi giorni di esercizio, furono poi mantenuti. Il secondo particolare è che il viaggiatore che entrava in una vettura di estremità restava impressionato dalle enormi dimensioni del controller (visto che doveva portare 700 A...).

Glasers Annalen, febbraio 1908. Breve descrizione della ferrovia che riporta lo schema di fig. 6 con didascalie in tedesco.

Una questione.

L'esposizione apre con la dovuta solennità e presenza del Re il 28 aprile 1906, sembra con il famoso treno in funzione e si deve quindi supporre che lo stesso non abbia visto la luce con le idee del Finzi, altrimenti le modifiche per metterlo in servizio avrebbero dovuto essere condotte a velocità inimmaginabile.

___________

(¹) Giorgio Finzi: il suo nome è legato a certi perfezionamenti sui motori in serie per corrente alternata (1903), che sembra però non avessero nessuna particolare caratteristica se confrontati con analoghi di altri inventori. Appare legato all'industria elettromeccanica dell'epoca. Non si trova in rete alcun cenno biografico o sull'opera svolta dal Finzi; dello stesso è stato di recente rinvenuto un libro, Trattato elementare di elettricità e magnetismo (Milano, 1892), notevole per la sue imprecisioni e per evidenti errori.
(²) Ernesto Fumero, Ferrovia monofase sistema Finzi per l'Esposizione di Milano 1906. Articolo digitalizzato da www.trenidicarta.it.
(³) Sembra che il Comitato del Finzi facesse inizialmente parte dell'Unione Elettrotecnica Italiana; sciolto, forse dopo la faccenda dell'esposizione, dette luogo alle Officine Elettro-Ferroviarie, divenute poi Officine Elettro-Ferroviarie Tallero. In tal caso è immaginabile la scena, alla contestazione del Comitato da parte di quelli dell'Unione.

rev. D1 12/09/21