tram e trasporto pubblico a Roma

Note di trazione elettrica; sistemi inconsueti di captazione di corrente

Il sistema Claret-Vuilleumier a contatti superficiali con distributore

Il sistema Vedovelli

Il sistema Claret-Vuilleumier

Una prima versione sperimentale del sistema Claret-Vuilleumier fu messa in funzione nel 1890 a Clermond-Ferrand su un binario lungo 200 metri; una prova effettiva fu eseguita nel 1894 a Lione su un percorso di 3200 metri; il primo servizio effettivo fu quello svolto dal sistema a Parigi, nel 1896 con 20 motrici a due assi ad imperiale sulla linea per Romainville che funzionò fino al 1900, quando fu sostituito da un sistema a plot Diatto. Sempre nel 1900, il Claret-Vuilleumier fu impiegato per breve tempo su parte di altre linee parigine con scarso successo; fu anche largamente propagandato in Italia quale sostituto per la presa di corrente a filo aereo.

Jean Claret, professore di applicazioni elettriche alla École Polytechnique di Parigi; di Olivier Vuilleumier non si è trovato niente oltre il nome.

Una linea Claret-Vuilleumier.

Principio di funzionamento

Il sistema appartiene alla categoria dei sistemi a plot con distributori separati; la figura sottostante ne illustra il principio di funzionamento.

Lungo l'asse del binario sono montati gli elementi metallici di contatto P o plot per usare il termine francese, opportunamente isolati con l'uso di asfalto o altra miscela. La motrice tramviaria è dotata del collettore o frotteur F, slitta metallica che durante il moto della vettura resta in contatto con i successivi plot incontrati; è elettricamente collegata all'apparato motore M della vettura e di lunghezza di poco superiore alla distanza tra due plot successivi, in modo da poter entrare in contatto con entrambi simultaneamente. Ogni plot è elettricamente collegato ad una uscita di un distributore D, un commutatore rotativo ad avanzamento elettromagnetico, che per ogni posizione collega il corrispondente plot alla linea di alimentazione; nell'esempio in figura il distributore alimenta il secondo plot (da destra) sul quale è in contatto il frotteur della motrice, che è quindi in grado di avviarsi. L'avanzamento passo passo del distributore è comandato dalla posizione assunta in ogni istante dalla vettura e simultaneamente alimenta la stessa; come ciò sia possibile è illustrato dagli schemi seguenti.

La motrice tramviaria è rappresentata dal motore M e dal controller ridotto per semplicità ad un unico contatto c, che comunica elettricamente con il frotteur F; l'indicazione +500V indica la sorgente di alimentazione per il circuito di trazione e il simbolo di terra indica il ritorno dell'alimentazione o negativo, collegato alle rotaie di corsa. Il distributore D è indicato per semplicità a spostamento lineare e non rotativo, come è in realtà; è dotato del banco di contatti fissi c1, c2... collegati ai plot P1, P2... e dell'equipaggio mobile portante i tre contatti m, n, p che ad ogni passo dell'equipaggio si spostano su tre plot successivi. L'avanzamento dell'equipaggio si ha per eccitazione di uno dei due elettromagneti A (marcia verso sinistra) e B (marcia verso destra), mediante un dispositivo di nottolino e ruota dentata non indicato negli schemi; all'eccitazione di A o di B l'equipaggio si sposta di un passo, ossia i contatti m, n, p si spostano ognuno sul plot successivo. I contatti a, b di scambio sono azionati risp. da A e da B. Nella posizione sopra illustrata il contatto p del distributore collega l'alimentazione al plot P2 sul quale si trova il frotteur; il circuito di trazione è però aperto in c dal controller in posizione neutra. La motrice è ferma.

Figg. 1-4

Allo spostamento del controller dalla posizione neutra con la chiusura del contatto c segue la seguente successione di operazioni.

• Fig. 1. Il motore è alimentato sul circuito +500-p-c2-F-c-M-rotaia; la vettura si avvia.
• Fig. 2. Con lo spostamento della vettura il frotteur collega insieme i plot P2 e P3; si chiude il circuito per l'eccitazione dell'elettromagnete A: +500-p-c2-P2-F-P3-c3-m-a pos. sinistra-A-negativo.
• Fig. 3. L'eccitazione di A sposta di un passo a sinistra l'equipaggio mobile del distributore e i contatti m, p, n si spostano risp. su c2, c3, c4. Il frotteur seguita ad essere alimentato da P3, il contatto di scambio a passa a destra e la bobina A seguita ad essere alimentata da n-c2-P2.
• Fig. 4. Seguitando ad avanzare, la motrice porta il frotteur in contatto con il solo plot P3: si interrompe il circuito di P2-c2 e l'elettromagnete A diseccita tornando a riposo. Il circuito è ora nelle stesse condizioni di fig. 1 e il funzionamento riprende come in figg. 2, 3, 4 seguitando l'avanzamento della motrice seguito da quello del distributore.

Il sistema appare veramente geniale e ammirevole è la sua realizzazione con i mezzi elettromeccanici di oltre un secolo fa. Dal punto di vista funzionale il distributore si comporta come un ripetitore di posizione della motrice; per ogni posizione di quest'ultima, il plot impegnato dal frotteur invia un segnale di presenza al distributore, al quale lo stesso distributore risponde con l'avanzamento dell'equipaggio e il conseguente invio della corrente di trazione allo stesso. La genialità degli inventori si manifesta soprattutto nel fatto di aver utilizzato per l'invio dei segnali gli stessi fili che trasporteranno successivamente la corrente di trazione.

Realizzazione pratica

Nella realizzazione pratica del sistema i distributori hanno 20 posizioni collegate a 40 plot connessi tra loro due a due in parallelo; il frotteur può quindi collegare due coppie di plot. I plot, di forma quadrata di 10 cm di lato (o rettangolare, ved. disegno sottostante), sono montati nella massicciata stradale ad intervalli di 2,50 metri, sporgendo dalla superficie circa 5 mm; l'isolamento è ottenuto ponendo il plot in un contenitore isolante e circondandolo con una miscela bituminosa. I distributori sono montati in vani quadrati praticati sotto i marciapiedi, di circa 1,25 metri di lato, insieme ad un interruttore automatico a massima, un fusibile e qualche altro accessorio; sono collegati da un lato ad un feeder di alimentazione a 500 V e dall'altro ai plot a mezzo di cavi correnti in tubazioni di ferro. Venti coppie di plot connessi ad un distributore formano una sezione della linea; l'ultimo contatto del distributore di una sezione è collegato al primo contatto del distributore della sezione successiva onde avere la continuità della linea; mentre la vettura percorre una sezione, il corrispondente distributore compie un giro completo, ritrovandosi alla fine al punto di partenza, sul plot iniziale. Il frotteur è una semplice slitta metallica sospesa elasticamente, isolata, al telaio della vettura.

Un plot e un distributore.

Esercizio

Il sistema Claret-Vuilleumier soddisfaceva quindi al requisito fondamentale di avere sotto tensione solo due plot al massimo, quelli che al momento si trovavano sotto il frotteur della motrice; questo almeno in teoria, perchè ci si accorse subito che all'atto pratico le cose non andavano in modo molto soddisfacente.

 Innanzitutto si incontrarono, come era facilmente prevedibile, notevoli difficoltà in corrispondenza di scambi ed incroci, che furono superate solo a prezzo di complicati e costosi distributori speciali, sezioni di binario isolate e simili, mentre fu subito evidente un primo inconveniente consistente nell'incertezza del contatto tra frotteur e plot, ciò che si traduceva in un intenso scintillio (si racconta che i passanti vedevano i tram correre "sul fuoco") che a lungo andare deteriorava la superficie di entrambi gli elementi e portava ad una costante oscillazione dell'illuminazione interna delle vetture.

Un altro inconveniente era insito nel sistema e sicuramente gli arditi inventori lo avevano previsto: in una sezione occupata da una vettura non poteva entrare una seconda vettura, che avrebbe trovato i plot senza tensione; da ciò sarebbe derivato un distanziamento minimo tra i treni di una linea di 100 metri, valore che, se forse era ammissibile in linea, non lo era certamente in prossimità delle fermate (ma anche in tratti lontane delle fermate un distanziamento si 100 metri non era ammissibile con il traffico intenso che caratterizzava le linee tramviarie dell'epoca); le sezioni antecedenti le fermate furono quindi costruite più corte, di 20 o di 10 plot collegati ad un distributore modificato. Nel caso disgraziato in cui un conducente distratto fosse rimasto con la vettura ferma nella parte della sezione non alimentata, si sarebbe dovuta aprire la botola sul marciapiedi (in qualche caso parecchio distante) per accedere al vano del distributore, attendere che la sezione interessata fosse libera e manovrare poi il distributore a mano mediante apposito attrezzo fino a portare l'equipaggio mobile in corrispondenza del plot posto sotto la motrice ferma; per facilitare l'operazione, il coperchio del distributore portava una scala numerata da 1 a 20, sulla quale un indice indicava la posizione attuale dell'equipaggio. Naturalmente, nell'eseguire l'operazione occorreva azzeccare esattamente il plot interessato, visto il rischio di porre sotto tensione un plot esposto al contatto del pubblico.

Il funzionamento del sistema si rivelò, alla prova dell'esercizio, aleatorio. I maggiori inconvenienti derivavano dai distributori, organi elettromeccanici complessi, necessariamente di piccole dimensioni e percorsi da corrente intensa; anche se in linea di principio nessuna interruzione di corrente sarebbe dovuta avvenire sui contatti del distributore, ciononostante il contatto centrale dell'equipaggio mobile, portante la corrente del circuito di trazione e realizzato allo scopo in carbone, era causa di riscaldamento locale ed anche le bobine degli elettromagneti, alimentate direttamente a 500 V, si scaldavano eccessivamente e gli avvolgimenti tendevano ad interrompersi. Il caso peggiore si presentava quando un distributore, per un motivo o per l'altro, restava fermo in una posizione mantenendo sotto tensione il relativo plot; in generale la motrice, procedendo, restava senza corrente fermandosi una decina di metri più avanti lasciando il plot "elettrizzato" (così si usava dire) allo scoperto, ciò che portava come minimo ad ecatombe di cavalli all'epoca presenti in gran numero per le vie della città. Come primo rimedio, fu aggiunto alle motrici un secondo frotteur posteriore, collegato a massa, con l'idea che questo frotteur, cortocircuitando il plot elettrizzato, facesse intervenire l'interruttore automatico o il fusibile contenuti nella cassa del distributore; in realtà il più delle volte, in questi casi si apriva l'automatico di una sottostazione, immobilizzando parte della rete tramviaria. Con altro tratto di genio, si inserì allora una resistenza di qualche ohm nel collegamento a massa del frotteur di sicurezza nell'idea che l'interruttore della sottostazione, tarato per correnti più forti, non si aprisse ed intervenissero invece le protezioni del distributore: una pia illusione, il più delle volte non interveniva nessuna protezione anche perchè il corto circuito del plot elettrizzato da parte del frotteur di sicurezza durava solo per il tempo che la motrice vi passava sopra con una gran fiammata al frotteur di sicurezza che terrorizzava i pedoni e faceva imbizzarrire i cavalli.

L'isolamento dei plot col passare del tempo si riduceva a causa dell'inevitabile umidità penetrante all'interno della massa isolante e tendeva a trasformarsi in un corto circuito se nel plot penetrava acqua salata derivante dal sale sparso contro il ghiaccio. Infine, altro punto debole del sistema era il grande sviluppo di conduttori, tutti di grossa sezione dovendo portare la corrente di trazione, dipartentisi da un distributore per raggiungere i plot della sezione; contenuti in tubi di ferro, inevitabilmente negli stessi si condensava umidità che con il deterioramento dell'isolamento dei fili, specie in curve e gomiti, aggiungeva altra dispersione a quella dei plot. Un corto circuito o una interruzione in questi cavi portava a lunghe e costose riparazioni.

A titolo di esempio, consideriamo il caso della linea citata, lunga 6 km, comprendente quindi almeno 60 sezioni da 100 m; con una strada larga 10 m e i distributori posti a filo del marciapiedi in corrispondenza del centro delle sezioni, il cablaggio dei plot richiede circa 500 m di conduttore per sezione e per tutte le sezioni occorrono come minimo 60x500=30.000 m cioè 30 km di filo da 3 mm di diametro, come risulta dalle descrizioni. Ma a quell'epoca non ci si spaventava tanto facilmente.

Le linee Claret-Vuilleumier andarono avanti bene o male, più male che bene, per qualche anno; in tutti i casi non superarono la prima guerra mondiale, passata la quale le linee interessate furono ricostruite con altri sistemi, in generale con il filo aereo ed in Francia non si parlò più di plot. In altre nazioni il sistema ebbe scarsissime e sporadiche applicazioni.

Osservazioni.

1. Anche se il Claret-Vuilleumier all'atto pratico non funzionò, tuttavia fu il punto di partenza per tutta una serie di sistemi simili, anche con varianti interessanti, come i sistemi a terza rotaia sezionata nei quali al posto dei plot si trovano dei tratti di rotaia; il sistema APS inventato oggi per la rete di Bordeaux altro non è che un Claret-Vuilleumier nel quale l'elettronica ha sostituito l'elettromeccanica (si potrebbe però osservare che l'alimentation par le sol ha in comune con il suo antenato di un secolo prima gli spropositati costi di installazione e di manutenzione).
2. Sembra che il sistema sia stato anche proposto per trazione ferroviaria su terza rotaia all'epoca delle prime elettrificazioni ferroviarie in Italia, da un certo Edoardo Plan, per la caratteristica di ammettere un solo treno per volta in una sezione, realizzandosi così un semplice sistema di blocco automatico; ciò in omaggio all'idea molto in voga all'epoca, sostenuta per esempio anche dal Cattori, di fermare un treno in una sezione di blocco togliendo la tensione alla linea di alimentazione. Questa peregrina proposta è riportata nel libro Le varesine di Alessandro Albè (pag. 121), nel quale però il sistema è dato col nome Claret-Wertmüller anziché Vuilleumier. E' da ritenere che si tratti di una delle solite storpiature dei nomi stranieri, a meno il Claret non abbia trovato un altro socio con il quale avventurarsi, ciò che sarebbe anche possibile visto che nel cenno descrittivo dato dall'Albè il funzionamento del sistema appare completamente falsato.

Il sistema Vedovelli

In sostituzione del Claret-Vuilleumier fu sperimentato l'utilizzo, a Parigi, del sistema Vedovelli, nel quale il distributore ruotante era sostituito da relè opportunamente collegati. Di funzionamento ancora più incerto del Claret-Vuilleumier, non permetteva la circolazione nei due sensi su una linea, se non a mezzo di complicate manovre manuali; fu abbandonato dopo qualche mese di stentato esercizio.

rev. A3 12/09/21