Trasformatori di Booster nell'Elettrificazione Ferroviaria: Compensazione della Caduta di Tensione

Nell'elettrificazione ferroviaria in CA (tipicamente 25 kV 50 Hz o 12.5 kV 16.7 Hz), il **Trasformatore di Booster (BT)** è un dispositivo specializzato inserito nel circuito della linea di contatto aerea (OCL) / alimentatore per **mantenere la regolazione di tensione** lungo il tracciato.

Il Problema: Caduta di Tensione sulla Linea

La corrente di ritorno ferroviaria scorre attraverso le rotaie (alta impedenza) e il terreno. L'OCL ha impedenza in serie (R + jX). La corrente di carico (locomotive) causa una caduta di tensione: ΔV = I · (R + jX). A distanze lontane dalla sottostazione di alimentazione (FS), la tensione scende sotto il minimo (es. < 17.5 kV per sistema 25 kV), causando lo scatto delle locomotive, riduzione dello sforzo di trazione e problemi di segnalazione.

La Soluzione del Trasformatore di Booster

Un BT è un **trasformatore monofase in serie** con un rapporto di spire specifico (tipicamente 1:1 o leggermente potenziante, es. 1:1.05).

Configurazione (BT Classico + Conduttore di Ritorno)

1. Avvolgimento Primario (in serie): Collegato *in serie* con l'OCL. Porta la corrente di carico totale (centinaia di Ampere). Progettazione a bassa impedenza.
2. Avvolgimento Secondario: Collegato a un **Conduttore di Ritorno (RC)** / "Alimentatore Negativo" che corre parallelo al binario.
3. Funzione: Il BT *induce* una tensione nel RC proporzionale alla corrente di carico. Ciò crea un **percorso di corrente di ritorno nel RC** (bassa impedenza) invece delle rotaie/terra.

Benefici Chiave

• Incremento di Tensione: La tensione indotta nel RC (riferita alla rotaia) si somma in fase con la tensione dell'OCL nel punto di carico, compensando la caduta IR/IX.
• Riduzione Corrente sulle Rotaie: >80% della corrente di ritorno deviata nel RC. Le rotaie trasportano solo il residuo.
• Mitigazione EMC / Interferenze: Riduce drasticamente l'interferenza elettromagnetica (EMI) sui circuiti di segnalazione (circuiti di binario, contatori assali), linee telecom e gasdotti. *Questa è spesso la giustificazione primaria per i BT.*
• Riduzione Tensione Tocco/Passo: Più sicuro per personale/pubblico vicino ai binari.

Installazione e Nominali

• Distanziamento: Tipicamente ogni 5–10 km lungo la linea.
• Nominali: Classe 25 kV / 12.5 kV. Corrente continua: 400–800 A. Sopporto breve: 25–40 kA (per interruzione guasto).
• Costruzione: Da esterno, immerso in olio o a secco (resina colata). Schermatura magnetica per flusso parassita basso.
• Protezione: Scaricatori su primario/secondario. Rilevamento guasto tramite trasformatori di corrente.

Statico vs. Rotativo (Storico)

• BT Statico (Standard): Nessuna parte mobile. Alta affidabilità. Nucleo: acciaio al silicio CRGO.
• Booster Rotativo (Obsoleto): Gruppo motore-generatore. Alta manutenzione, perdite, rumore. Sostituito dallo statico.

Alternativa Moderna: Alimentazione Autotrasformatore (AT)

Nelle linee moderne ad alta velocità/alta densità (Shinkansen, TGV, HS2, Alta Velocità Cinese), il **Sistema AT** (Autotrasformatori ogni 10–15 km, alimentati a 2× tensione, es. 50 kV) ha in gran parte sostituito BT+RC. Fornisce regolazione di tensione superiore, minori perdite e infrastruttura più semplice. BT+RC rimane comune sulle linee convenzionali.

Il Trasformatore di Booster è una soluzione elettromagnetica mirata: usa l'azione trasformatrice per *dirottare la corrente di ritorno* in un conduttore dedicato, risolvendo contemporaneamente caduta di tensione e compatibilità elettromagnetica.