2.3.4. Señalización ferroviaria

2.3.4 Señalización Ferroviaria

Señalización :

• Se denomina señalización a los distintos sistemas de control y protección de trenes, hay que tener claro algunos conceptos básicos y diferenciadores que muy a menudo se confunden y hacen aún más complejos su entendimiento a los nuevos técnicos que comienzan a estudiar y a trabajar en estas técnicas.
• La propia señalización a los sistemas de protección o ATP (Automatic Train Protection) y a los sistemas de conducción semiautomática o automática ATO , CBTC Driverless u otras siglas y terminologías que luego pormenorizaremos y se explicarán.

parte 1

Señalización ferroviaria:

• La señalización ferroviaria ha sido la técnica de control y regularización del tráfico de trenes basada en semáforos, que indican al conductor de un determinado convoy si puede avanzar o no y, en ciertos casos, con qué restricciones o limitaciones. La secuencia de semáforos autorizando un determinado trayecto se denomina itinerario y como luego veremos para que los sistemas de control y regularización autoricen realizar un determinado itinerario a un tren, necesitan conocer la situación de este y de todos los demás con los que pudieran chocar en el tramo en que estemos.
• Asimismo necesita conocer el estado en cuanto a posición de los aparatos de vías entre (desvíos agujas y brettelles) que condicionan el que el tren siga en línea recta o se desvíe a otra vía. Hasta hace pocos años sólo se podía conocer el tramo sección debía denominado cantón que estaba ocupado por un tren como veremos esto es suficiente y la base de la señalización ferroviaria.

parte 3

parte 2

• La señalización ferroviaria se utiliza para indicar al maquinista las condiciones de la vía, que se encontrara en ella.

• En contraposición a las normalmente más conocidas señales de tráfico, en el ferrocarril se denomina como señales principalmente a las indicaciones para la regulación de tráfico, como semáforos.

• La necesidad de cierta distancia para permitir que un tren frene condiciona este tipo de señales, ya que es necesario informar al tren de que debe parar con suficiente antelación al punto de parada.

Protección de trenes (ATP):

• La señalización indicaba mediante señales o semáforos, al conductor si podía avanzar o si debía detenerse, el sistema confiaba a dicho conductor toda la seguridad de la circulación. Un error humano podía ocasionar un choque o alcance y, por tanto, una catástrofe. Por ello se desarrollaron unos sistemas que controlasen actuaciones indebidas de los conductores y nacieron los sistemas de protección de tren (ATP) que, en sus inicios se concibieron como unos desarrollos que de forma absolutamente independiente y superpuesta a la señalización convencional frenaran al tren, caso de que un conductor rebasase un semáforo en rojo, y fuese a realizar un itinerario prohibido con riesgo de colisión.
• En sus inicios fueron puramente mecánicos luego eléctricos y por último electrónicos con una comunicación radio vía-tren como también veremos estos sistemas de protección fueron sofisticándose e incorporaron nuevas funcionalidades como el control de la velocidad por tramos, la detección de marcha atrás inesperada del tren etc.

Sistemas de conducción automática:

• Por último, aparecen los sistemas de conducción automática, que se marcan en El Mundo de la señalización pero que realmente no lo son, pues no son sistemas de seguridad, y su función es regular los procesos de arranque y freno entre puntos de salida y de parada de estaciones, haciendo los trayectos más homogéneos y regulares al no intervenir el factor humano subjetivo en la conducción. Estos sistemas pueden operarse con conductor en la cabina como muchos ATO (Automatic Train Operation) o ya sin conductor, en trenes totalmente automáticos o driverless. https://masqueingenieria.com/blog/como-funciona-la-senalizacion-ferroviaria-moderna/

Posición de los trenes:

• Es básico conocer la posición de los trenes para que el sistema de señalización pueda autorizar o no que un tren determinado haga o recorra un determinado itinerario. Por ello, y tras los albores puramente mecánicos aparecieron los controles de situaciones basados en saber qué sección o tramo de vía (de ahora en adelante cantón) se encontraba ocupado, Entendiendo como tal que un eje concreto estuviera pisando los dos carriles de la vía.
• Cuando un tren pasa de una sección-cantón a la siguiente, hay un cierto tiempo que ocupa literalmente ambos cantones; pues su primero o primeros ejes ya se encuentran en el cantón precedente y los de atrás todavía no han abandonado el cantón trasero; cantón que no está desocupado o libre hasta que el último eje del último coche o vagón del tren no lo ha abandonado y ha pasado al nuevo cantón.

SISTEMA DE CONTROL DE TRÁFICO CENTRALIZADO (CTC)

El Sistema Integrado de Control permite monitorizar y controlar un conjunto de enclavamiento, e integra tres herramientas : • Centro de Control de Tráfico Centralizado (CTC) • Sistema de Ayuda al Mantenimiento Centralizado (SAM) El sistema CTC proporciona además funcionalidades añadidas a esta funcionalidad básica, como son: • Numeración y seguimiento de circulaciones • Programación automática de itinerarios (MAPA DE RUTAS) • Reconstrucción de secuencias • Grafiado de trenes • Intercambio de datos con otros sistemas

PASOS A NIVEL

Los Sistemas de Protección de Pasos a Nivel tienen un diseño probado, robusto y de fácil mantenimiento.

Un paso a nivel es un cruce o intersección al mismo nivel entre una vía férrea y una carretera o camino. En ellos los trenes tienen siempre prioridad debido a que su inercia les impide detenerse con facilidad.

VIDEO:

Las balizas constituyen un tipo de señales fijas de aspecto único destinadas a advertir de condiciones permanentes o temporales de largo plazo, mediante la instalación de placas refractantes en postes al lado izquierdo de la vía.

Balizas o indicadores diversos

• Progresiva kilométrica. Indica la distancia en kilómetros desde las cabeceras de ramal.
• Velocidad. Indica en kilómetros por hora la velocidad máxima en un tramo de vía.
• Aproximación. En sectores no señalizados y desprovistos de semáforos en los cambios extremos de una estación, indica aproximación al primer cambio de una estación a distancia de 600 metros.

• Letra Bastón Block. Indica la letra correspondiente al block al que se ingresa a fin de comprobar su coincidencia con el bastón que lleva consigo el maquinista.
• Disco Permisivo. Indica el punto en el que deben detenerse los vehículos que siguen en permisivo a un tren a fin de esperar señales de mano que le permitan ingresar a la estación.

• Límite. Indica el punto máximo al que pueden desplazarse trenes en maniobras coincidente con el inicio del block.
• Pito Cruce. Indica la proximidad de un paso a nivel e impone al maquinista de advertir su presencia con el silbato de la locomotora.
• Protector de Galibo. Indican el punto que no debe sobre pasarse a fin de no obstaculizar el tránsito de otros trenes por vías convergentes.

ENCLAVAMIENTOS Y BLOQUEOS ELECTRÓNICOS (EIS23)

•Sistema de protección de pasos a nivel mediante señalización acústico-luminosa (totalmente automatizadas) •Sistemas de protección de Pasos a Nivel con semibarreras automáticas (afectadas por la proximidad de una estación o de plena vía totalmente automatizadas). •Sistemas de protección de Pasos a Nivel con semibarreras enclavadas (mandadas desde la estación).

Las señales pueden ser accionadas tanto a mano por agentes de circulación como automáticamente por sistemas ferroviarios diseñados al efecto. La posición de las señales las decide el bloqueo ferroviario, que es el sistema que evita la colisión entre trenes abriendo y cerrando las señales que tiene asignadas. En el caso de las estaciones, las señales son manejadas a través de un enclavamiento.

Circular normalmente si nada se opone.

Vía libre

Indica al agente del tren que debe ponerse en condiciones de parar ante la señal siguiente, piquete de salida de la vía de estacionamiento o final de vía.

Anuncio de parada

Ordena al agente del tren parar ante la señal sin rebasarla.

Parada

No exceder de 30 km/h o la velocidad indicada por la alfanumérica de información fija o variable luminosa, al paso por las agujas situadas a continuación de la siguiente señal.

Anuncio de precaución

Indica que la señal en rojo puede ser rebasada siguiendo la normativa. Se utiliza para acceder con autorización a vías donde ya hay otro tren u otra incidencia durante una maniobra.

Rebase autorizado

Indica al maquinista, dentro de una estación (solo se encuentra allí, nunca en plena vía), que reinicie la marcha hasta la señal siguiente, atendiendo a lo que esta indique. En algunas estaciones es necesaria la señal de marche el tren. Si se trata de un tren en movimiento, circulará normalmente si nada se opone. Y si fuese una maniobra, circulará cuando lo ordene el encargado de la misma.

Movimiento autorizado

FUNCIONAMIENTO DE LA PARTE ELECTRICA EN LOS SITEMAS DE SEMAFORIZACION

SEÑALES BINARIAS

Las señales binarias son aquellas que en su unidad básica pueden presentar sólo dos aspectos, uno alternativo del otro, correspondiendo uno al permisivo y otro al restrictivo.

SEÑALES DE ASPAS

Caso especial de estación cabecera de ramal en sistema no señalizado con semáforo central de tres aspas. El aspa inferior y más pequeña autoriza la salida al block ramal

USO DE LAS SEÑALES FIJAS

Principales Las señales luminosas de este tipo se distinguen además por contar con una pantalla negra alrededor de los focos o linternas.

Principales de entrada Se encuentran a no menos de 600 metros del primer cambio de entrada a una estación. Suelen ser múltiples, esto es, tener una aspa o pantalla por cada línea, o grupo de líneas, apta para la recepción de trenes.

Principales de salida Pueden estar ubicadas:

• a 100 metros después del último cambio de salida, generalmente en block de simple vía.

• antes del primer cambio de salida, con una señal independiente en cada línea desde donde puede partir un tren, típicamente estaciones en doble vía.

SEÑALES DE MANIOBRAS

Señales de maniobras altas Están ubicadas en postes similares a los de las señales principales y eventualmente en conjunto con otra u otras principales.

Señales de maniobras bajas Se ubican a baja altura entre las vías y siempre a la izquierda de la vía a la corresponden.

No absolutas o de aviso

Estas señales no ordenan detención. Su aspecto más restrictivo es precaución.

Señal de distancia La señal de distancia en su aspecto a libre (verde) indica que tanto las señales de entrada y salida de la próxima estación se encuentran a libre y además con ruta por la vía principal.

Señal repetidora La señal repetidora indica el aspecto de la señal principal inmediatamente próxima.

Combinadas absolutas y no absolutas

Cuando en un mismo poste o lugar se ubican señales absolutas y no absolutas, dicha señal se denomina combinada y se considera absoluta, en este caso, se considera Señal Principal.

una señal combinada puede estar compuesta de:

• Una o varias pantallas principales y eventualmente.

• una pantalla repetidora, y eventualmente.

• una señal de maniobra.

SISTEMA CTC INCONCLUSO. SEÑALES TERNARIAS

Usando señales de ternarias, de foco o linterna multicolor: rojo, amarillo y verde. Comando centralizado para grandes tramos sectores. Opción para comando local, en condiciones de excepción.

LAS SEÑALES LUMINOSAS

ENCLAVAMIENTO: El seguimiento y control de toda es de todo este sistema de ocupaciones y liberaciones de cantones se hacía y hace siempre desde un cuarto o una sala que se encarga de un determinado tramo de la línea. Estos cuartos, denominados enclavamientos porque originalmente desde allí se mandaban, mediante sistemas de cadenas y cables de acero, las agujas que se aseguraban mecánicamente en sus posiciones con unos pasadores metálicos (se enclavaban) suelen estar en las estaciones.

Es un dispositivo que permite controlar la circulación en una estación ferrocarril. Es capaz de manejar las señales, los desvíos, los calces y las semibarreras

Enclavamientos Las líneas de ferrocarril están divididas y a efecto de señalización, en zonas controladas por equipos o sistemas denominados enclavamientos dónde se centraliza el mando, el control y la supervisión de la zona. El enclavamiento es el “Corazón” del control de los itinerarios y desvíos, asegurando, mediante tecnologías de seguridad, que la posición de las agujas y señales no entren en conflicto y que el tren esté protegido durante el paso por los cruzamientos contra una hipotética colisión con otro tren. Esta técnica se conoce como la creación de itinerarios seguros.

Enclavamientos:El seguimiento y control de toda es de todo este sistema de ocupaciones y liberaciones de cantones se hacía y hace siempre desde un cuarto o una sala que se encarga de un determinado tramo de la línea. Estos cuartos, denominados enclavamientos porque originalmente desde allí se mandaban, mediante sistemas de cadenas y cables de acero, las agujas que se aseguraban mecánicamente en sus posiciones con unos pasadores metálicos (se enclavaban) suelen estar en las estaciones.

Las funciones principales del enclavamiento son:

1. Almacenamiento lógico de aquellos itinerarios permitidos según estados y ocupaciones de vía en la zona de control que tiene asignada.
2. Recepción de informaciones relativas a la posición de los trenes, aparatos de vía y órdenes de control.
3. Procesamiento de órdenes de acuerdo con el estado de la instalación, órdenes recibidas y condiciones preestablecidas en el diseño.
4. Emisión de órdenes a los aparatos de vía, autorizando los itinerarios a los trenes a través de las señales luminosas, e impidiendo la señalización de itinerarios incompatibles.
5. Indicación del Estado de la instalación a través de mandos locales o centralizados.

Los tipos de enclavamiento que están en servicio en la actualidad son: Enclavamientos de relés: Esta tecnología está en servicio mayor mayoritariamente en Metros. Se basa en instalaciones realizadas mediante relés de seguridad de diversas características: Neutros, polarizados, Stick- magnéticos mediante los que se realizan los circuitos eléctricos de la lógica de la instalación.

Enclavamientos electrónicos: Esta tecnología se está incorporando masivamente en los nuevos proyectos de ampliaciones y señalización de líneas ya que manteniendo unos estándares de seguridad y fiabilidad similares a los enclavamientos a relés (según normas CENELEC EN 50126-28-29-59), ofrecen, entre otras, las siguientes ventajas:

• menor coste de instalación
• reducción de tamaño
• reducción del trabajo y tiempo de instalación
• mayores facilidades de mantenimiento
• mayores facilidades, rapidez y seguridad para la realización de reformas en la instalación.

CANTÓN

Es un tramo de vía de una longitud determinada (en función del tráfico para el que esté diseñado el sistema de señalización) que se encuentra protegido por una señal ferroviaria. La ocupación del cantón por un tren provoca el bloqueo de dicho cantón para otras circulaciones en ese mismo itinerario

El sistema cuenta el número de ejes que ha entrado y el número de ejes que ha salido, y los resta. Si el resultado es “cero” el cantón está libre y la señal será verde, ya que todo los ejes que han entrado, han salido. Por el contrario, si la diferencia es mayor que cero, el cantón está ocupado y la señal será roja.

Posición de las señales

Normalmente un tren necesita una distancia importante para frenar, que puede ser superior a un kilómetro. Es por ello que las señales anuncian al tren cuándo debe parar con bastantes metros de antelación al punto de parada. Esto también es aplicable a las reducciones de velocidad, que deben ser anunciadas con mayor antelación cuanto mayor sea la reducción.

La «señal de entrada» indica si el tren tiene vía libre dentro de la estación y si se le autoriza al tren a entrar.

El control de tráfico se realizaba entre estación y estación, de modo que se garantizaba que dos trenes no coincidieran en la misma vía.

Señalización convencional:

• La señalización convencional se basa por tanto en un sistema de localización segura de cada tren, basado en que dicho tren cortocircuita a través de sus ruedas y ejes un determinado circuito, dos de cuyos conductores son los propios carriles, según la figura que se incluye en la siguiente página. Esta localización, junto con la detección de la posición de los aparatos de vía y los cuadros de servicio de la instalación, establecidos a través de la lógica del enclavamiento, del que hablaremos después, condiciona la iluminación de los semáforos, los aparatos de vía y en resumen los itinerarios permitidos.

La señalización convencional comprende dos elementos fundamentales:

1. los circuitos de vía
2. los enclavamientos.

• 1.- Circuitos de vía o Cantones

Son los sistemas encargados de:

• Detección de la presencia de un tren sobre el mismo o un solo eje de dicho tren.
• Definir las zonas que permitan agilizar la realización de circulaciones y permitir el intervalo adecuado entre trenes.
• Servir en determinados tipos de ATP, como veremos de transmisor de las consignas del sistema de ATP, mediante señales codificadas transmitidas por los carriles.
• Posibilitar la detección de roturas de carril, por interrupción del circuito eléctrico que forman los dos carriles de un circuito o cantón, cortocircuitados en su extremo.
• Existen a su vez varios tipos de circuitos de vía, entre los más extendidos se encuentran los que utilizan juntas aislantes, los circuitos de vías en juntas y los basados en contadores de ejes.

1. Circuitos de vía con juntas
2. La zona de vía (2 carriles) comprendida entre 2 juntas inductivas cantón forma un circuito eléctrico que, alimentando normalmente a 50 Hz de la propia red de alterna, excita, en la situación (A) o de cantón desocupado, aún determinando relé. dicho relé da señal de que este tramo o cantón está desocupado. alimenta a los semáforos, da información a los enclavamientos.

Cuando un tren ocupa dicho cantón, cortocircuita con su primer eje el circuito eléctrico anteriormente expuesto, encontrándose la corriente de 50 Hertz un camino más fácil (con menor impedancia) para retornar. De esta forma nos encontramos en la situación B del esquema siguiente que implica la desexcitación del del relé antes aludido y en consecuentemente el cambio de sus contactos; uno de ellos, de forma resumida, será el que antes alimentaba la lente verde de un determinado semáforo y que ahora pasa a hacer rojo por la ocupación expuesta. El tren que va ocupando (cortocircuitando) cantones, va dejando por tanto señales en rojo tras de sí.

• El esquema eléctrico del circuito de vía No es tan simple como se ha indicado en el esquema anterior, puesto que los relés básicos de señalización o relés de vías suelen estar constituidos por dos bobinas entre las que se intercala un disco metálico que puede girar libremente (de ahí su nombre de relé de disco).
• Uno de los dos electroimanes se alimenta de forma llamémosle local y el otro está alimentado de la corriente que, como hemos dicho, circula por los carriles del circuito de vía. Las tensiones de alimentación local y de mando se desfasan vectorialmente 90º, consiguiéndose el par máximo de giro del disco cuando existen ambas tensiones y su producto es afectado por el seno del ángulo de desfase óptimo, Esto es 90º = 1 M máximo. Esta funcionalidad se simboliza en el esquema.

1. Circuitos de vía sin juntas
2. Los circuitos de vía tratados y delimitados en cuanto a señalización ferroviaria por juntas inductivas o Galápagos entrañan un importante coste de primera implantación y de mantenimiento por las propias juntas aislantes e inductivas en sí.
3. Además, el problema es más acuciante en metros, debido a que la necesidad de bajos intervalos lleva consigo un gran número de circuitos de vía y como consecuencia de juntas en vía. Es por ello que las explotaciones ferroviarias metropolitanas tienden a incorporar los modernos circuitos de vía sin juntas inductivas, basados en la inyección de una señal codificada que, al llegar al final del cantón, es codificada por el receptor, que una vez rechazada otras frecuencias que pudieran estar presentes delimitando el circuito de vía correspondiente.
4. Los circuitos de Vía sin juntas proporcionan, pues, varios beneficios entre los que se encuentran:
5. Mayor inmunidad del circuito respecto a los armónicos de las corrientes de tracción.
6. Reducción del equipamiento de vía al eliminar las juntas aislantes e inductivas.
7. Reducción del mantenimiento en vía (el ajuste y mantenimiento se realiza desde los cuartos de enclavamiento).
8. Un ejemplo de esquema eléctrico de este circuito se muestra a continuación.

Las reglas de explotación ferroviaria definen los itinerarios seguros y los inseguros, que están prohibidos, y con ello se mandarán sobre los diversos elementos de campo (circuito de vía aparatos de vía y señales) para conformar los recorridos de los trenes evitando incidentes y accidentes.

El sistema ASFA. El sistema de anuncio de señales frenado automático (ASFA) fue creado para dotar a los trenes de una mayor seguridad en la circulación. En síntesis, su cometido consiste en reflejar en la cabina de conducción del tren, las indicaciones de las señales que se visualizan en la vía, condicionando las actuaciones del conductor al cumplimiento de las especificaciones de dichas señales y de las normas de seguridad. En caso de no cumplir los requisitos de la señal, se activa el frenado de emergencia y se evita el riesgo de accidente. Los sistemas o generaciones más avanzadas de (ASFA)permiten velocidades máximas de hasta 200 km/h.

Videos de apoyo:

Referencias

1. Ferrocarril: fundamentos técnicos y operación; Transports Metropolitans de Barcelon
2. https://masqueingenieria.com/blog/como-funciona-la-senalizacion-ferroviaria-moderna/
3. Rodríguez Cea, Ángel Iván: Sistemas de señalización y control ferroviario en alta velocidad (UNIVERSIDAD DE VALLADOLID, ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES Grado en Ingeniería Eléctrica).