viernes, 5 de marzo de 2010

Red de ferrocarril/ Catenarias.

En otra entrada ya hablamos de lo que se conoce por el esquema Generador-línea-Motor (http://electricidad-viatger.blogspot.com/2009/12/generador-linea-motor.html). Podemos decir que este tipo de esquema su aplicación principal, aunque no única, se da en el mundo ferroviario (trenes, tranvías, etc.) que alimenta sus trenes con electricidad, algún lector/a me dirá que existen trenes que funcionan con diesel y es cierto, aunque el tren sigue funcionando con electricidad, el motor diesel lo que hace es mover un generador que alimenta los motores eléctricos de los trenes.

Un sistema ferroviario es muy complejo, pero de forma pormenorizada podemos decir que el sistema eléctrico para su funcionamiento consta de:

Subestación rectificadora. Es donde recibe la tensión en corriente alterna de la compañía suministradora y la transforma para pasarla por un rectificador que será la tensión que recibirán los trenes, según la UIC las tensiones en corriente continua para sistemas ferroviarios normalizada es 750 V- 1500 V- 3000 V. Los rectificadores normalmente alimentan los interruptores extrarrápidos donde van alojadas las protecciones de cortocircuito, sobrecarga, etc. En la fotografía 1 podemos apreciar un tipo de subestación rectificadora.

Cables de alimentación de catenarías llamados "Feeders". La salida de los interruptores extrarrápidos se realiza mediante estos "feeders" que dependiendo del tipo de explotación irán a unos cuartos de seccionadores(o a la intemperie) o atacarán directamente a la catenaria, ver foto 2.

Catenaría: son las que, además de transportar la corriente, llevan la línea de contacto donde el pantógrafo suministrará la tensión al tren. Existen muchos tipos que dependiendo de la explotación se utilizará un sistema u otro. En otras instalaciones en vez de existir catenarias existe un tercer carril que realiza la misma función.

Retorno y cable de retorno: El retorno de la energía lo realizan las vías, una de sus ventajas es que como ya están instaladas cuando se construye el sistema ferroviario se ahorra muchos kilómetros de cable. No obstante cada ciertos kilómetros se colocan los cables de retorno que atacan directamente a la vía y vuelven a la subestación.

En definitiva, si nos fijamos un sistema ferroviario, salvarguardando las especificaciones, no es más que un circuito de corriente continua sencillo; salida del positivo del rectificador a la catenaria, el tren lo recoge mediante el pantógrafo y el retorno lo hace por las vías, seguidamente a través del cable de retorno vuelve al negativo del rectificador.

En la fotografía 3 podemos apreciar diversas partes de una catenaria: Los aisladores no creo que se deba decir para qué se utilizan, las líneas o hilos de contacto son las que realizaran el contacto con el pantógrafo del tren, pueden ser una en vías secundarias o dos líneas de contacto en vías principales. Los postes son una parte principal de la instalación, ya que soportan el peso prácticamente de todo, podemos apreciar un sistema antiescalo en el poste. Según las normativas los postes se pondrán a tierra ya sea individualmente o mediante un cable que los una a todos y cada ciertos postes puesto a tierra. Otro sistema es conectar el poste al circuito de retorno, es decir, si existiese una fuga en la catenaria si el poste está conectado al circuito de retorno producirá un cortocircuito que dispararía la protección pertinente.

El brazo de atirantado está para que la catenaria pierda la linealibilidad con el eje de la vía porque si fuese así el pantografo efectuaría el contacto siempre por el mismo sitio, de esta forma al hacer la catenaría en forma de zig-zag el pantógrafo se desgasta uniformemente.


En la foto 4 se puede ver la ménsula, es el brazo que sujeta la catenaria con el poste, las péndolas que unen el cable portador de energía con las líneas o hilos de contacto.

Diferentes tipos de péndolas, la foto 6 la péndola fija conecta ambos hilos de contacto, la foto 7 como se puede apreciar cada péndola conecta un hilo de contacto.

En la foto podemos apreciar este tipo de péndola, normalmente une por su parte superior; un cable portador de energía con el final de otro cable portador, por su parte inferior; cada péndola une un hilo o línea de contacto.

Estas redes ferroviarias como primera protección contra sobretensiones atmosféricas utilizan el pararrayos denominado de "cuernos" o antenas, ya hablamos de él en http://electricidad-viatger.blogspot.com/2010/01/proteccion-contra-sobretensiones-en.html
Estos descargadores se colocan cada 1200 metros y a tierra coincidiendo con la puesta a tierra del poste.

Las líneas ferroviarias como las mostrada es susceptible de sufrir las inclemencias del tiempo, hielo, viento, temperaturas extremas, dilataciones, etc., con sus consecuencias asociadas, es por eso que puede ser necesario realizar la instalación de sistemas de compensación para mantener constante la tensión mecánica de las catenarias entre los hilos y los cables, en las fotos 11 y 12 se muestran uno de los sistemas empleados.

Cuando existe más de una vía se utilizan estos pórticos para instalar las catenarias.
En muchas ocasiones los postes por sus laterales se tienden líneas de alimentación o feeders (incluso cables de retorno) para ir alimentado tramos de catenarias, estos cables pueden ser aislantes o desnudos.

Como hemos comentado ya el cable feeder parte del interruptor extrarrápido y va a seccionadores, en la foto 16 y 17 podemos ver uno de estos seccionadores que dispone de antenas para su posible apertura con tensión, dentro de la gama de estos seccionadores existen los que solamente pueden abrir con tensión pero sin carga y los que pueden abrir tanto con tensión como en carga, el accionamiento de este seccionador es manual aunque pueden existir también seccionadores telemandados desde un centro de control.

En las fotos 18 se puede apreciar la salida del seccionador al llamado "ataque de catenaria" que es donde se conecta el feeder con el cable portador.

En la foto 19 podemos ver que tanto en el cable portador de energía eléctrica y en la línea o hilos de contacto están separados por un aislador, esto se hace principalmente para realizar tramos de catenaria que normamente se alimentan de subestaciones diferentes, en paralelo con estos aisladores se instalan normalmente seccionadores para en caso de avería en un subestación pueda ser alimentada por la del tramo adyacente.

El retorno de corriente como hemos comentado lo realiza por las vías, podríamos hablar de los tipos y formas, anchos de vía, etc. (si alguien tiene curiosidad sobre los anchos de vía que visite
http://historiesdeviatger.blogspot.com/2007/07/ferrocarriles-iii-el-carril.html, la forma clásica son las vías sujetas a traviesas de madera mediante tornillos conjunto con el balastro, más modernamente las traviesas son de hormigón o de la llamada vía en placa donde los tramos de vías vienen ya motandos, igual que con las catenarías existen diversos sistemas de instalación.

Sujeción del carril a la traviesa mediante tornillos.

Tornillos que se utilizan en la sujeción de carriles.

Algunos sistemas ferroviarios los cables de retorno, normalmente próximos a subestaciones, se conectan a lo que se llama impedancias que lo que hace es separar las corrientes de la tracción eléctrica de las corrientes de señales y telecomunicaciones que pueden circular por las vías.

Las vías son igual de importantes que las catenarias ya que también conducen la corriente en el circuito de tracción.

Texto y Fotos: Alejandro Benito i Rusiñol


19 comentarios:

Lucas G. Bruno dijo...

Estimado Viatger

Excelente artículo y muy completo! Muy interesante para seguir aprendiendo.

Un saludo muy cordial

Lucas

Viatger dijo...

Gracias, Lucas!

Saludos cordiales,

Viatger

Ruben dijo...

Muchas gracias. Estoy preparando una oposicion de ADIF, y este articulo me ha aclarado muchisimas cosas que en los apuntes de su web aparece muy mal explicado.

Gracias, un saludo

elquelohaescrito dijo...

Hola la verdad que tengo esta duda hace tiempo. ¿Por que los trenes/metros funcionan en monofasica en vez de trifasica? Segun tengo entendido la mayoria de maquinas electricas funciona en trifasica, incluso la puerta del garaje.

Gracias y enhorabuena por el blog.

Viatger dijo...

elquelohaescrito, existen diversos motivos por el cual los trenes funcionan en corriente continua uno de ellos es que los motores que más par (más fuerza tangencial) pueden aportar son los motores de corriente continua conexión serie, aunque hoy en día con la evolución de la electrónica de potencia existen técnicas diferentes. Otro motivo és por la facilidad de transporte de las líneas de corriente continua y sencillez, no obstante existen en el mundo diversas formas de alimentar ferrocarriles.

En España de todas formas el único tren que funciona con sistema monofásico a 25000 V 50 Hz és el AVE, pero su distribución es trifásica pero por tramos se reparten las fases.

Saludos,
Viatger

Anónimo dijo...

Hola Viatger. Excelente artículo.
Tengo 2 dudas: ¿Cómo sacas la corriente hacia los motores, señales y otros elementos de campo procedente de la catenaria?
La otra duda es: Si la corriente de retorno de tracción es a través de los carriles, si pisáramos el carril en el momento en el que pasa el tren (por detrás), entiendo que nos electrocutaríamos, no? Hay alguna forma de evitar esto?
Gracias de antemano y enhorabuena por el blog.

Viatger dijo...

Gracias Anónimo.

En redes de ferrocarriles que alimentan los trenes mediante corriente continua la catenaria solamente alimenta los trenes. Las otras tensiones que se necesiten para mover motores de cambios de aguja, señalización, etcétera se alimenta mediante otra red.

2ª duda: La catenaria lleva el positivo (normalmente)y el retorno por el carril (negativo), estas redes no suelen referenciarse a tierra en la subestación y teóricamente el carril está aislado de tierra por tanto si tocas el carril no pasa absolutamente nada, otra cuestión es que al tocar el carril por el motivo que sea quedes como parte del circuito que entonces sí que puedes quedarte "frito", pero si el retorno está bien y lo tocas no pasa nada.Esta extendida la creencia que sí ocurriría pero en realidad no.

Un saludo,
Viatger

J dijo...

Gracias. Entonces entiendo que para alterna, la corriente de los sistemas de señalización sí salen de la catenaria (o del feeder de la SE). Y por otro lado, insisto, si tocas en la parte del carril que forma parte del circuito de retorno cuando pasa el tren, te pasaría la misma corriente I que pasa por el tren.. O no lo estoy entendiendo bien..

Viatger dijo...

J,normalmente las catenarias solamente se utiliza para alimentar los trenes.

Si pasa un tren por donde pasa la corriente y tocas el carril no pasa nada, es decir, si tocas también una vía y el tren está a 1km de la subestación y aunque no veas el tren pasa por el carril la corriente a la subestación y no pasa nada, a no ser que el carril queden en circuito abierto y pase a través de ti la corriente.

Para que pueda darte un buen susto (o más) debes tocar ambos polos o formar parte del circuito (me referiero a que quedes en serie con el circuito).

Saludos,
Viatger

Florin dijo...

Hola y eres un crak,gracias por este articulo excelente y completo.Le pregunte a mi jefe,que es electricista,y me dijo que la tension de la catenaria es de 6kV.Y a la pregunta que me iso el ¿por que los trenes van en corriente continua y no en alterna? tambien me respondio el, por que el motor en alterna se pararia por la sincronizacion(se refiere al cable de contacto con el pantografo).

Anónimo dijo...

A ver ,no confundamos términos.
El que se alimenten en monofásico no significa que sean los trenes monofasicos.
En realidad las locomotoras actuales y trene s de alta velocidad son trifasicos.La conversión se hace dentro de la locomotora.La ventaja de la continua ya lo han explicado ,El motor con mayor par de todos es el serie.Por otro lado la continua tiene la dificultad de que tienen que haber subestaciones convertidoras de alterna a copntinua"esos famosos convertidores de mercurio que hay en algunas estaciones" con la alterna no hace falta,solamente rebajar la tension,en continua cortar la alimentación es más complicado que en alterna,y por último los motores trifásicos no necesitan ningun mantenimiento cosa que los de continua si y es muy costosa.
saludos y a vuestra disposicion

Harold dijo...

Estimado Viatger.

Recién tuve la oportunidad de leer tu artículo y está muy bueno e interesante.
Creo que puedes ayudarme con una consulta acerca de los sistemas de puesta a tierra para prevención de riesgos en líneas férreas.
Sabemos que por seguridad deben instalarse equipos de puesta a tierra cuando se hacen servicios sobre la línea cuando desenergizamos, pero por seguridad deben instalarse. No tengo claro cual debe ser la sección (mm) del cable de cobre o bronce para una línea de catenaria que se energiza con corriente contínua de 1500V.

Viatger dijo...

Estimado Harold,

Así a bote pronto y de forma empírica un cable de 50 mm² de cobre en una duración del cortocircuito de 10 segundos aguanta aproximadamente una intensidad de cortocircuito de 3100 amperios y en el caso de que el cortocircuito sea de 0,5 segundos entonces aguanta una intensidad de 14000 amperios.

Así que como mínimo utiliza cable de 50 mm² y mejor si te es posible 70 mm² y sobre todo cuando la coloqueis que quede bien fijadas las dos pinzas. Y seguir siempre las 5 reglas de oro para trabajos en tensión y/o cualquier normativa interna que tengáis en las instalaciones.

Un saludo,
Viatger

Jesus dijo...

En la foto 16 donde pone simbolo del seccionador, no es cierto.
Esa señal indica seccionamiento que les avisa a los maquinistas que al paso por ella tienen que cerrar parcialmente el regulador para que tenga menos consumo el tren por pasa de una linea que esta alimentada por un feder a otra con feder diferente, para que el paso por ella como el pantografo cambia de feder no pegue chispazos.un saludo.Un agente de electrifiación de Adif.

Viatger dijo...

Tienes toda la razón Jesús, en cuanto pueda lo corrijo.

Saludos,
Viatger

Anónimo dijo...

Excelente blog. Contenidos técnicos, claros y concisos.
Por favor incluye más apartados de prevención de riesgos, los del gremio te lo agradeceríamos. La prevención contra el riesgo eléctrico es primordial, y los que nos dedicamos a la formación de trabajadores reclamamos más páginas como la tuya Viatger. Bravo!!

Anónimo dijo...

Es de agradecer el interés por las instalaciones ferroviaria, pero solo un pequeño comentario, no confundir lo que es una péndola, con una conexión de alimentación a catenaria que provenga de un seccionador.
Como se ve en las fotos 6 y 18.
Saludos

Alejandro dijo...

Anónimo,

Muchas gracias por su aportación.

A.

Andres dijo...

Me parece un articulo muy interesante, lo que no veo es la importancia de tener aterrizados los postes de catenaria y tampoco la conexión de poste a riel como se debe de hacer y cual seria el criterio de que distancia entre aterrizar los postes y en que puede beneficiar a un sistema de señalización FTGS.