Una componente di dispersione a terra è in pratica inevitabile quando il sistema ferroviario utilizza il binario non solo come mezzo di supporto meccanico al moto del treno, ma anche come circuito di ritorno della corrente continua di trazione.
Il binario singolo, infatti, offre un valore di
resistenza longitudinale dell’ordine di 40-80
mΩ/km, mentre la sua resistenza trasversale (cioè verso terra) è, tipicamente, dell’ordine
di 2-100 Ω/km.
La resistenza verso terra può
ridursi ulteriormente a causa della forte umidità
presente nei tratti in galleria, anche in
presenza della massicciata di pietrisco.
Parte della corrente di ritorno, quindi, “gocciola”
verso terra e circola anche attraverso
eventuali manufatti metallici interrati nelle
vicinanze, quale via preferenziale verso il terminale
negativo della sorgente.
Per meglio comprendere il sistema di trazione
elettrica e schematizzare gli elementi che
influenzano l’entità della corrente vagante, si
consideri il modello di figura 5.
IT rappresenta la corrente di lavoro del treno,
ID la corrente di dispersione in uscita dal binario,
RBG la resistenza binario-terra ed RSG la resistenza binario-terra alla sorgente, entrambe
causate da connessioni non intenzionali, ma
dovute ai problemi di isolamento verso terra.
Questo modello assume che non via sia alcuna
connessione fra la linea di contatto e la terra,
cioè si ipotizza che la resistenza verso terra
del conduttore positivo sia infinita.
In prossimità del punto di dispersione RBG il
potenziale subisce un innalzamento, mentre
nel punto di ingresso alla sottostazione, di
resistenza verso terra RSG, si avrà il suo abbassamento,
a causa dei campi elettrici che
si formano attorno a questi dispersori non intenzionali.
Si assume, inoltre, che la corrente di treno,
necessaria al locomotore per ogni fissata condizione
di accelerazione e velocità, sia potenza-
dipendente.
Ciò significa che il locomotore è modellabile
come un carico a potenza costante: ad una
minore tensione applicata corrisponde una
conseguente maggiore corrente assorbita, al
fine di mantenere costante la potenza utilizzata.
Man mano che il veicolo si allontana
dalla sottostazione che lo alimenta, aumenta
la caduta di tensione sul circuito di treno, a
causa dell’aumento della sua resistenza, e si
abbassa la tensione applicata alla motrice.
La
corrente di lavoro del treno, quindi, aumenta
conseguentemente, e con essa la corrente di
dispersione verso il terreno.
Ciò produce una
maggiore caduta di tensione sul binario, ed un
ulteriore conseguente aumento della corrente
dispersa a causa della maggiore sollecitazione della resistenza binario-terra.
Si innesca, cioè,
un circolo vizioso (per esempio retroazione
positiva) che esalta le correnti di dispersione.