Captación de Corriente
La energía de tracción se suministra desde las líneas de alta tensión, una vez transformada y rectificada en su caso se distribuye mediante los sistemas de electrificación y captación para ser entregada a las unidades móviles. Los sistemas de electrificación pueden separarse en dos grandes tipos como son:
- Línea de contacto superior (Catenaria, tranviaria y catenaria rígida)
- Tercer carril
Captación de Corriente por Catenaria
Criterios de montaje de la catenaria
La altura del hilo de contacto (medido siempre sobre la cabeza del carril), puede oscilar según los casos entre 4,6 y 5,5 m para ferrocarriles, alrededor de 4 m para metros y entre 5,5 y 6 para tranvías. En líneas convencionales, en las que no resulta crítico mantener una altura constante del hilo de contacto, la altura del mismo suele ser más baja en los pasos superiores (y en estaciones subterráneas), y más alta en los pasos a nivel.
Criterios de montaje de la catenaria
Elementos de una Catenaria
- Hilo de Contacto
- Sustentador
- Péndolas
- Feeder de Acompañamiento
- Postes y pórticos
- Ménsulas
- Aisladores
Hilo de Contacto
- Elemento fundamental sobre él es donde el pantógrafo va rozando y captando la corriente para la tracción del tren.
- Las secciones más utilizadas son 107,120 y150 mm cuadrados.
- Se aceptan hasta un límite del 30% de su desgaste
- Su cálculo de tracción se realiza con un coeficiente seguridad de N=2 y un 70% de su sección.
- Soportan tensiones de 1,350 a 2,400 kg y secciones de 150 mm cuadrados
Hilo de Contacto
Montaje del hilo de contacto
- Se montan en tramos rectos formando zig-zag para que el frotador del pantógrafo se desgaste de forma regular en su zona central
- En ferrocarriles metropolitanos el descentramiento oscila entre ±15 cm y ±20 cm
- En ferrocarriles de media y larga distancia oscila entre ±20 cm y ±25 cm
Ejemplos de hilos de contacto
Sustentador
- No es posible tensar tanto el cable para colocarlo paralelo a las vías debido a las restricciones del cable, es necesario utilizar un hilo o cable sustentador.
- Para corriente continua se utilizan sustentadores de cobre o de bronce
- En corriente alterna tanto en 15Kv como en 25 Kv se utiliza el bronce o cables de acero recubierto de cobre conocidos como sustentadores Cooperwell.
Montaje de cable y sustentador
Péndolas
- Son cables verticales de cobre o de bronce que mantienen constante la altura del hilo de trabajo sobre el plano de vía.
- Pueden ser rígidas o elásticas y tener un fin puramente mecánico o también conductor eléctrico.
Péndolas
- Pueden ser rígidas o elásticas y tener un fin puramente mecánico o también conductor eléctrico.
- Es recomendable usar péndolas flexibles conductoras evita puntos duros en el hilo de trabajo, siempre perjudiciales para la captación de corriente es origen de chisporroteos y desgastes anormales.
Ménsulas
Son las piezas normalmente brazos articulados que se apoyan en los postes, los soportes anclados a los paramentos y clave en el caso de túneles, que sujetan la catenaria. Suelen ser de dos tipos: de tubo o de celosías. Las de tubo se encuentran siempre a tensión y se conectan al poste mediante un aislador y sin embargo, las de celosía están unidas a tierra y los cables se conectan a ella mediante aisladores. En ambos casos suelen poder permitir desplazamientos reducidos del sustentador y del hilo de trabajo. Según su montaje, las hay que permiten el descentramiento hacia fuera y hacia dentro del eje de vía.
Ménsulas
Aisladores
Los conductores desnudos antes tratados precisan estar aislados de tierra por medio de aisladores que pueden ser de vidrio, porcelana, materiales plásticos y sintéticos, etc. Todo aislador debe cumplir con unos requisitos de forma y resistencia mecánica adecuada, más la rigidez y resistencia eléctrica suficiente según la tensión de trabajo.
Elementos de una CatenariaAisladores
- Los conductores desnudos requieren estar aislados por medio de aisladores que pueden ser de vidrio, porcelana, material de plástico y sintéticos.
- También se pueden encontrar recubiertos por teflón, silicona, vidrio-silicona y resina epoxi, estos soportan grandes esfuerzos mecánicos y tienen una elevad rigidez
Aisladores
Aisladores
Feeder de Acompañamiento
Las encontramos en líneas de alta densidad de tráfico y con altos consumos, las intensidades de tracción pueden originar calentamientos peligrosos en el conjunto del hilo de trabajo, sustentadores y péndolas. Normalmente la temperatura en cualquier punto del conjunto no debe superar los 75 -:- 80 ºC.
Postes y Pórticos
Elementos encargados de soportar mecánicamente todos los componentes del conjunto catenaria. Pueden ser de varios tipos; metálicos pintados o galvanizados y de hormigón pretensado y armado. Es usual incorporar tirantes adicionales anclados al suelo en aquellos postes donde se produce la fijación de cables de contacto y sustentadores, éstos están sometidos a tensiones de tracción entre 1000 y 2000 kg.
Catenaria en túneles
La forma de cada túnel y de cada estación imponen condicionantes al montaje mecánico mediante postes, aportándose montajes de catenaria en una sección típica de Metro y un posible conjunto de alimentación y suspensión en estaciones.
Catenaria en túneles
La diferencia entre los sistemas utilizados en túneles y los de intemperie se encuentra en los soportes y ménsulas que anclan el sistema a la clave del túnel, por donde suelen instalarse los feeder de acompañamiento.
Distancias de aislamiento
La distancia de aislamiento en 25 kV es de 32 cm a las partes en tensión que no pueden moverse (por ejemplo, la catenaria compensada) y de 60 cm a las partes que pueden mover se (por ejemplo, un feeder). Si la electrificación es a 3 kV, las distancias son de 15 cm. En todo caso, para prever una posible elevación de la tensión de electrificación en una fase posterior, se recomienda adoptar las distancias necesarias para 25 kV.
Catenaria rígida
El origen de este sistema de alimentación eléctrica por medio de un «tercer carril aéreo», surgió en principio como una alternativa al tercer carril convencional. En 1890 se instaló un sistema similar en Baltimore (Estados Unidos) y en 1896 en el metropolitano de Budapest. Estos primeros carriles aéreos se fabricaron en acero por lo que tenían importantes inconvenientes de sustentación ante su elevado peso y problemas ante corrosiones.
Elementos de Catenaria Rígida
- Perfil Conductor Rígido: está fabricado en aleaciones de aluminio y moldeado por extrusión. El área de su sección es de aproximadamente 2200 mm2 , con una tensión mecánica máxima admisible de 160 N/mm2 y una resistencia equivalente a 40 ºC de aproximadamente R = 1,43.10-2 Q / km; datos extremadamente importantes para cálculos de cables de acompañamiento, pérdidas, etc.
AISLADOR
Terminales y Bridas de Conexión.
La unión de cables de alimentación procedentes de las subestaciones a la catenaria rígida es un punto delicado, dada las importantes intensidades a manejar. Deben elegirse bridas y terminales de materiales homólogos a los del carril, eléctricamente hablando, con algunas realizaciones ya desarrolladas.
Tercer carril
Se basa en sustituir la captación a partir de un pantógrafo articulado en el techo de la unidad ferroviaria por un captador de corriente inferior. Normalmente instalado en el lateral de los bogies, cuyo patín o frotador de contacto obtiene la intensidad de tracción de un carril inferior situado en el nivel parecido al de los carriles de rodadura
Tercer carril
- Ventajas:
- Simple montaje
- Robustez mecánica
- Bajos costos de mantenimiento
- Desventajas:
- Percances en la red
- Cautelas en operaciones de mantenimiento
TERCER RIEL vs CATENARIA ► ¿Hay uno MEJOR?
Otros sistemas de captación
Los sistemas de alimentación anteriores tienes ciertos inconvenientes o desventajas como son las siguientes: - Contacto mecánico-eléctrico de partes en movimiento. - Deben estar firmemente unido en su desplazamiento para asegurar el paso de la corriente - Reducir el chiporroteo - Alto consumo de corriente - Los sistemas expuestos exigen altos costos de mantenimiento.
Sistema francés Aliss
Debido a la de desventajas anteriores los fabricantes continúan estudiando sistemas con menores costos de mantenimiento. El Sistema “Aliss”: se basa en la alimentación por segmentos de 5 metros a través de sistemas electrónicos basados en IGBT que se accionan mediante un sistema de detección de proximidad por inducción.
Sistema francés Aliss
- Los segmentos se encuentran aislados entre si, para que solo esté en tensión un segmento bajo el tren.
Sistema italiano Stream
- Toma la corriente mediante un patín inferior de una banda de alimentación conductora pero con aislamiento por tramos cortos.
- Se alimenta solo en la zona donde va hacer contacto la toma de corriente mediante la elevación por magnetismo de una banda de alimentación flexible
Sistema italiano Stream
- Se debe considerar el costo de la primera implantación
- Elevada protección contra vandalismo
- Considerar las inclemencias meteorológicas
- Deterioros por el tráfico
- Preveer las medidas de seguridad para evitar fallos que puedan desembocar en accidente por electrocución.
Sistema italiano Stream
En la figura se observa como el equipo electrónico de alimentación solo energiza el sector que se encuentra bajo el vehículo
Tecnología inductiva Primove
Permite la operación del tranvía sin catenarias. Proporciona un suministro de energía invisible de fácil instalación, al margen de las condiciones meteorológicas. Sistema de transferencia de energía sin contacto Reduce el desgaste de las piezas Aumenta el ciclo de vida del material rodante Reduce costos de infraestructura, no necesita tercer carril o vehículos de alto techo.
Tecnología inductiva Primove
- Funcionamiento basado en el principio de la transferencia de energía inductiva
- Los componentes de potencia eléctrica están bajo la vía y del vehículo
Tecnología inductiva Primove
Funcionan bajo el principio del transformador eléctrico. Por inducción transforma el campo en energía en electricidad para la operación del tranvía
Sistemas de electrificación ferroviaria en corriente alterna
La primera línea electrificada a esta frecuencia operó a 15.000 V y se construyó en Suiza. En esta etapa los sistemas de electrificación ferroviaria empezaban a extenderse por toda Europa; el sistema se adoptó en 1909 en Suiza y Alemania, al siguiente año en Suecia y en 1914 en Austria, y en 1922 en Noruega.
En 1928, existían ya 10.000 km. de líneas electrificadas en el mundo a la tensión de 15.000 V - 16,7 Hz.
Ventajas de los Sistemas de electrificación ferroviaria en corriente alterna
Los sistemas de electrificación en corriente alterna, en comparación con los de continua se basan en la extrema simplicidad de las instalaciones, en términos de número de equipos y de sus reducidas dimensiones mecánicas o eléctricas. La alta tensión de alimentación de trenes permite:
- Espaciar las subestaciones de tracción, con lo que se minimiza los costes importantes de conexión en las instalaciones del proveedor de energía y de construcción de líneas de Alta Tensión.
Ventajas de los Sistemas de electrificación ferroviaria en corriente alterna
- Minimizar las pérdidas por efecto Joule o pérdidas magnéticas.
- Disminuir las estructuras de transformación y distribución de energía debido a la reducción importante de las intensidades en línea Presentar un alto porcentaje de fiabilidad y seguridad de funcionamiento de los equipos esencialmente debido a su simplicidad de construcción y al número mínimo de aparatos.
- Como consecuencia de la fiabilidad, disponer de un excelente índice de disponibilidad. Mantener una alta calidad de captación de la corriente de tracción en línea en velocidades elevadas.
2.3.2 Características de la Energía Eléctrica de Tracción
EAD Recursos
Created on April 9, 2024
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Captación de Corriente
La energía de tracción se suministra desde las líneas de alta tensión, una vez transformada y rectificada en su caso se distribuye mediante los sistemas de electrificación y captación para ser entregada a las unidades móviles. Los sistemas de electrificación pueden separarse en dos grandes tipos como son:
Captación de Corriente por Catenaria
Criterios de montaje de la catenaria
La altura del hilo de contacto (medido siempre sobre la cabeza del carril), puede oscilar según los casos entre 4,6 y 5,5 m para ferrocarriles, alrededor de 4 m para metros y entre 5,5 y 6 para tranvías. En líneas convencionales, en las que no resulta crítico mantener una altura constante del hilo de contacto, la altura del mismo suele ser más baja en los pasos superiores (y en estaciones subterráneas), y más alta en los pasos a nivel.
Criterios de montaje de la catenaria
Elementos de una Catenaria
Hilo de Contacto
Hilo de Contacto
Montaje del hilo de contacto
Ejemplos de hilos de contacto
Sustentador
Montaje de cable y sustentador
Péndolas
Péndolas
Ménsulas
Son las piezas normalmente brazos articulados que se apoyan en los postes, los soportes anclados a los paramentos y clave en el caso de túneles, que sujetan la catenaria. Suelen ser de dos tipos: de tubo o de celosías. Las de tubo se encuentran siempre a tensión y se conectan al poste mediante un aislador y sin embargo, las de celosía están unidas a tierra y los cables se conectan a ella mediante aisladores. En ambos casos suelen poder permitir desplazamientos reducidos del sustentador y del hilo de trabajo. Según su montaje, las hay que permiten el descentramiento hacia fuera y hacia dentro del eje de vía.
Ménsulas
Aisladores
Los conductores desnudos antes tratados precisan estar aislados de tierra por medio de aisladores que pueden ser de vidrio, porcelana, materiales plásticos y sintéticos, etc. Todo aislador debe cumplir con unos requisitos de forma y resistencia mecánica adecuada, más la rigidez y resistencia eléctrica suficiente según la tensión de trabajo.
Elementos de una CatenariaAisladores
Aisladores
Aisladores
Feeder de Acompañamiento
Las encontramos en líneas de alta densidad de tráfico y con altos consumos, las intensidades de tracción pueden originar calentamientos peligrosos en el conjunto del hilo de trabajo, sustentadores y péndolas. Normalmente la temperatura en cualquier punto del conjunto no debe superar los 75 -:- 80 ºC.
Postes y Pórticos
Elementos encargados de soportar mecánicamente todos los componentes del conjunto catenaria. Pueden ser de varios tipos; metálicos pintados o galvanizados y de hormigón pretensado y armado. Es usual incorporar tirantes adicionales anclados al suelo en aquellos postes donde se produce la fijación de cables de contacto y sustentadores, éstos están sometidos a tensiones de tracción entre 1000 y 2000 kg.
Catenaria en túneles
La forma de cada túnel y de cada estación imponen condicionantes al montaje mecánico mediante postes, aportándose montajes de catenaria en una sección típica de Metro y un posible conjunto de alimentación y suspensión en estaciones.
Catenaria en túneles
La diferencia entre los sistemas utilizados en túneles y los de intemperie se encuentra en los soportes y ménsulas que anclan el sistema a la clave del túnel, por donde suelen instalarse los feeder de acompañamiento.
Distancias de aislamiento
La distancia de aislamiento en 25 kV es de 32 cm a las partes en tensión que no pueden moverse (por ejemplo, la catenaria compensada) y de 60 cm a las partes que pueden mover se (por ejemplo, un feeder). Si la electrificación es a 3 kV, las distancias son de 15 cm. En todo caso, para prever una posible elevación de la tensión de electrificación en una fase posterior, se recomienda adoptar las distancias necesarias para 25 kV.
Catenaria rígida
El origen de este sistema de alimentación eléctrica por medio de un «tercer carril aéreo», surgió en principio como una alternativa al tercer carril convencional. En 1890 se instaló un sistema similar en Baltimore (Estados Unidos) y en 1896 en el metropolitano de Budapest. Estos primeros carriles aéreos se fabricaron en acero por lo que tenían importantes inconvenientes de sustentación ante su elevado peso y problemas ante corrosiones.
Elementos de Catenaria Rígida
AISLADOR
Terminales y Bridas de Conexión.
La unión de cables de alimentación procedentes de las subestaciones a la catenaria rígida es un punto delicado, dada las importantes intensidades a manejar. Deben elegirse bridas y terminales de materiales homólogos a los del carril, eléctricamente hablando, con algunas realizaciones ya desarrolladas.
Tercer carril
Se basa en sustituir la captación a partir de un pantógrafo articulado en el techo de la unidad ferroviaria por un captador de corriente inferior. Normalmente instalado en el lateral de los bogies, cuyo patín o frotador de contacto obtiene la intensidad de tracción de un carril inferior situado en el nivel parecido al de los carriles de rodadura
Tercer carril
TERCER RIEL vs CATENARIA ► ¿Hay uno MEJOR?
Otros sistemas de captación
Los sistemas de alimentación anteriores tienes ciertos inconvenientes o desventajas como son las siguientes: - Contacto mecánico-eléctrico de partes en movimiento. - Deben estar firmemente unido en su desplazamiento para asegurar el paso de la corriente - Reducir el chiporroteo - Alto consumo de corriente - Los sistemas expuestos exigen altos costos de mantenimiento.
Sistema francés Aliss
Debido a la de desventajas anteriores los fabricantes continúan estudiando sistemas con menores costos de mantenimiento. El Sistema “Aliss”: se basa en la alimentación por segmentos de 5 metros a través de sistemas electrónicos basados en IGBT que se accionan mediante un sistema de detección de proximidad por inducción.
Sistema francés Aliss
Sistema italiano Stream
Sistema italiano Stream
Sistema italiano Stream
En la figura se observa como el equipo electrónico de alimentación solo energiza el sector que se encuentra bajo el vehículo
Tecnología inductiva Primove
Permite la operación del tranvía sin catenarias. Proporciona un suministro de energía invisible de fácil instalación, al margen de las condiciones meteorológicas. Sistema de transferencia de energía sin contacto Reduce el desgaste de las piezas Aumenta el ciclo de vida del material rodante Reduce costos de infraestructura, no necesita tercer carril o vehículos de alto techo.
Tecnología inductiva Primove
Tecnología inductiva Primove
Funcionan bajo el principio del transformador eléctrico. Por inducción transforma el campo en energía en electricidad para la operación del tranvía
Sistemas de electrificación ferroviaria en corriente alterna
La primera línea electrificada a esta frecuencia operó a 15.000 V y se construyó en Suiza. En esta etapa los sistemas de electrificación ferroviaria empezaban a extenderse por toda Europa; el sistema se adoptó en 1909 en Suiza y Alemania, al siguiente año en Suecia y en 1914 en Austria, y en 1922 en Noruega.
En 1928, existían ya 10.000 km. de líneas electrificadas en el mundo a la tensión de 15.000 V - 16,7 Hz.
Ventajas de los Sistemas de electrificación ferroviaria en corriente alterna
Los sistemas de electrificación en corriente alterna, en comparación con los de continua se basan en la extrema simplicidad de las instalaciones, en términos de número de equipos y de sus reducidas dimensiones mecánicas o eléctricas. La alta tensión de alimentación de trenes permite:
Ventajas de los Sistemas de electrificación ferroviaria en corriente alterna