GENERALIDADES SOBRE ELECTRIFICACION DE LINEAS FERROVIARIAS CONTENIDO:

I.Generalidades sobre una electrificacin II.Fuentes de energa III.Lneas de transporte IV.Subestaciones rectificadas V.Fiders de alimentacin VI.Lnea area de contacto A.Catenaria: su funcin B.Diversos tipos de catenaria C.Catenaria compensada D.Circuito elctrico E.Elementos fundamentales que integran el circuito de traccin F.Vanos ms usuales en V. G. G.Vanos en V.G. en recta H.Descentramiento del hilo de contacto I.Tipos de postes J.Tomas de tierra K.Cable de guarda I.GENERALIDADES SOBRE UNA ELECTRIFICACION Seentiendeporelectrificacinelconjuntodelasinstalacionesnecesariasparaun sistema de traccin elctrica. Desdesuinstalacininicialen1.895,latraccinelctricahasidoaplicadaalos ferrocarriles por numerosas razones. Una o varias de las consideraciones expresadas acontinuacin,hanaconsejadoelectrificardeterminadosferrocarrilesendistintas partes del mundo. -Economa de combustible. -Mayor flexibilidad en el servicio suburbano -Rpida aceleracin, aumentando la capacidad de la va. -Supresin de contaminacin ambiente. -Rampas de la zonas montaosas, que al ser electrificadas ha permitido un gran aumento de la capacidad en la lnea. -Enfrenamientoporrecuperacin:Laenergacinticadeltren,puedeser convertidaporlosmotoresdetraccin,alfuncionarcomogeneradores,en energaelctricarecuperadaymandadaporlalneadecontactoala subestacin. Freno elctrico: Usando esta energa en la propia locomotora. -Conservacindelequipo:disponibilidadelevadaenelserviciodelas locomotoras, habida cuenta del poco trabajo necesario de mantenimiento. -Apesardelelevadocostedelaslocomotoraselctricas,suelevada utilizabilidadcompensaelaltogrado,dadoqueadmiteciertapotencia intrnsecadesobrecargaparacortosperodosaumentandoprcticamentela potencia efectiva de las locomotoras elctricas ( Por ejemplo: una rampa corta, la salida de estacin y la aceleracin, etc. ) En una electrificacin pueden considerarse los elementos fundamentales siguientes: a.Fuentes de energa.b.Lneas de transporte.c.Subestaciones rectificadoras.d.Federes de alimentacin.e.Lneas areas de contacto. ESQUEMA GENERAL DE UNA ELECTRIFICACION Fig. 1 CATENARIA F1 - F2 Fuentes de Energa 380, 220, 132 KV. PT1 - PT2 Puestos de Transformacin F / 60, 45, 30 KV. S/R Subestaciones Rectificadoras c.c = 3,3 KV. LT1 LT2 Lneas de Transporte 380, 220, 132 KV. LD1 LD2 "" Distribucin 60, 45, 30 KV. LI""Interc. de SS/EE 60, 45, 30 KV. Laelectrificacindeferrocarrileshasidollevadaacabopordiferentesmtodosy sistemasprincipalmentecaracterizadosporlaformadedistribuirlaenergaalas locomotoras o coches. Corriente alterna (c.a.)Sistema monofsico Corriente alterna (c.a.)Sistema trifsicoSISTEMAS Corriente continua (c.c.)Lnea area de contacto: Tercer rail Aveceslaenergac.c.estomadadeuncarrilcolocadoparalelamentealoscarriles corrientes,usndoseuncuartocarril,colocadoalladodel,paradevolverenerga, manteniendo de ese modo la corriente de traccin aislada de la tierra. La tensin hasta 750 V: puede ser utilizada satisfactoriamente con el tercer carril, pero para tensiones ms elevadas, se utiliza generalmente lneas de contacto areas. II.FUENTES DE ENERGIA Laenergaelctricaparafinesindustrialesesproducidamasivamenteen determinadospuntosgeogrficos,deacuerdoconlasdisponibilidadesdeenerga mecnica que mueve los alternadores. Estasfuentesdeenerga,denominadasgenricamentecentraleselctricas,se dividen, atendiendo al origen de la energa motriz empleada. Pequeas MedianasSegn H x Q Grandes Baja Presin: H = 25m Media Presin: H: de 25 a 100m Segn H Alta Presin: H > 100m De ro De canal Construccin De embalse De agua fluyente Hidrulicas:Lapotenciaideal es el producto del caudaldelagua Q en m3/seg. por laalturadelsalto Henmyporel peso especfico Flujo de agua De acumulacin Trmicas:Utilizan el carbn como energa motriz. Diesel: La gran seguridad de servicio y prolongada vida de los motores diesel, han conducido al hecho de que se hayan puesto en explotacin centrales Diesel de potencia. Estetipodecentralessonespecialmente recomendables en aquellos lugares en que exista la posibilidaddeutilizarelcarbnoelaguaen centralestrmicasohidroelctricas convencionales. CENTRALES ELECTRICAS Nucleares:Utilizan la energa nuclear como motriz. El elemento fundamental de una central elctrica es el alternador. Los generadores de c. a. o alternadores, son maquinas rotativas que transforman la energamecnica en energa elctrica alternativa. Son mas sencillos de construir que los generadores de c. c.odnamosytienencomoprincipioelqueelnumerodelneasdeinduccinque atraviesanlasbobinasestasometidoavariacionesperidicas.Lamayoradeestas maquinas se construyen para 50 0 60 perodos por segundo ( p. p. s. o Hz.) Losturboalternadoressongrandesalternadoresaccionadosporturbinasquese emplean, por regla general, para la generacin de c. a. trifsica. Su velocidad de giro es de 3.004 1.500 r. p. m. para frecuencias de la red de 50 Hz. ( n = frecuencia x 60 : nde pares de polos ). En Espaa, la energa de salida en alternadores es de 50 p. p. s. en sistemas trifsicos y a tensiones que suelen estar comprendidas entre 3.00 y 11.000 V. III.ENERGIA DE TRANSPORTE Los sistemas modernos de c. a. constan generalmente de los siguientes elementos. 1.Centrales Generadoras. 2.Estaciones transformadoras Elevadoras. 3.Lneas de Transmisin. 4.Estaciones de Maniobras 5.Estaciones transformadoras Reductoras. 6.Lneas o redes primarias de Distribucin. 7.Bancos transformadores de servicio 8.Lneas o redes secundarias. Esencialmente los elementos 2, 3, 4 y 5 constituyen el sistema de transmisin y los 6, 7 y 8 constituyen el sistema de distribucin. La diferencia entre ambos sistemas radica ensufuncin.Lafuncindelsistemadetransmisineseltransportedegrandes potenciasaloscentrosdelacargayalosgrandesconsumidoresindustrialesque sobrepasan los limites comentes y econmicos de las lneas primarias de distribucin. Hoy da, para el transporte de grandes potencias se usan universalmente los sistemas dec.a.Sehallegadoaellocomoconsecuenciadelasimplicidaddelosgrandes generadores y transformadores de c. a. El voltaje de transmisin puede ser adaptado a lasnecesidadesdeservicioconmayorsencillezyeconomaqueenelcasode sistemas de c. c. Las lneas elctricas areas de A. T. se clasifican en la forma siguiente: Primera categora: Las de tensin nominal superior a 66K.V. Segundacategora:Lasdetensinnominalcomprendidaentre66y34KV. ambas inclusive. Tercera categora: Las de tensin nominal inferior a 34 KV. e igual o superior a 1 KV. Deentreestastensionesserecomiendalautilizacindelastensionesquea continuacin se indican: 20 66 132 -224 y 384 KV. Ennuestropas,lasempresasferroviariasRENFE,FEVE,COMPAIAS METROPOLITANAS, no son propietarias de centrales elctricas, por lo que la energa que consumen sus electrificaciones es contratada a Empresas suministradoras. IV.SUBESTACIONES RECTIFICADORAS Laexperienciahademostradoquelacorrientecontinuaeslamasconvenientepara traccin, por una serie de condiciones ventajosas que rene el motor serie (fuerte par dearranque,multiplicidaddemarchaseconmicas,etc.).Porotrolado,lac.a. presentaotrotipodeventajas:Sufacilidaddeproduccin,demodificacindesus tensionesconbuenrendimientoysutransporteagrandesdistanciasconprdidas prcticamente despreciables. Paraaunarlasventajasdeambostiposdeenergaelctrica,seinstalan, convenientementerepartidasalolargodelava,subestacionesrectificadorasque, tomandolaenergaalternadelaslneasdedistribucin,laconviertenenc.c.que, conectada a las lneas areas de contacto, es captada por las locomotoras elctricas mediante sus pantgrafos. Lastensioneselevadasseutilizansiempreconhilosdecontactoareo.Esevidente que las tensiones altas requieran relativamente menos cobre, o su equivalencia, en la distribucinyquelassubestacionespodrndisponersemasdistanciadassilos circuitos son de tensiones elevadas, en igualdad de las dems condiciones. Las subestaciones rectificadoras, atendiendo a su principio de funcionamiento, pueden ser de das tipos fundamentales: Rotativas: motor dnamo o conmutatrices. Estticas: rectificador a vapor de mercurio o de clulas de silicio. Mercedalosavancesindustrialesenlafabricacinde"semiconductores",lasdel primertipotiendenasudesaparicinyenlaactualidad,serealizanlosnuevos montajesabaseexclusivamentedesubestacionesconrectificadoresdesilicio,de simple y econmico entretenimiento y conservacin. V.FIDERES DE ALIMENTACION Independiente de la lnea area de contacto propiamente dicha, en algunos tramos, y paraaumentarlaseccin,existeotrocabledenominadogenricamente"feeder"conectado en paralelo en la lnea area de contacto. En rigor, " FEEDER " o alimentador es el cable que, partiendo de la subestacin, va a alimentarenunpuntoalalneadetrabajo.Porextensin,denominamostambin "fider"aaquellosotroscablesque,sinfuncinmecnicaalguna,ysolamentecomo refuerzo de seccin, discurren tendidos conjuntamente con la lnea area de contacto. Enalgunostramos,parareforzarlaseccindelcircuitoderetorno,integradaporlos carriles de la propia va, y con el fin de reducir la cada de tensin, se tiende a lo largo de la va y apoyado en sus postes, un cable, tambin de cobre, conectado en paralelo con los carriles. Este cable recibe el nombre de Fider Negativo. Existenotroscablestambindenominadosfederes:Lalneaareadecontactoesta integrada,envageneral,pordoshilosdecontacto(2H.C.)de107mm2,cadauno. EstosdosH.C.estnsuspendidos,alternativamentecada2,5m,porhilosdecobre denominados "pndolas", del sustentador, que es de cobre y, segn los casos, es de 153 o de 225 mm2. Pero cuando la seccin de cobre total resultante (367 439 mm2.) no es suficiente (generalmente en fuertes rampas), adems del sustentador citado se tiendeotrocablesobrelasmismassuspensionesqueaquel,sinfuncinmecnica alguna, y que, conectado en paralelo con el sustentador, permite aumentar la seccin totaldelalneay,consecuentemente,reducirperdidasporcadadetensin.Este cable de "refuerzo de seccin de lnea" es tambin denominado fider. VI.LINEA AEREA DE CONTACTO POLIGONAL ATIRANTADA Lalneaareadecontacto,sedenominadatambinindistintamente"catenaria"y "lnea de trabajo". A. Catenaria: Su funcin Lneaareadecontacto,catenariaolneadetrabajoeseltendidoareoque, montadoaisladosobrelasvas,permitealmaterialmotorlacaptacindela energa procedente de las subestaciones. Estetendidoareoconstituyeelpolopositivodeuncircuitodec.c.(1.500V.en las lneas ferroviarias y 750 V. en las tranviarias) circuito que se cierra a travs de los propios carriles de rodadura, que constituyen el polo negativo del sistema. Para que esta distribucin de energa se realice en buenas condiciones, las lneas de contacto debern cumplir dos condiciones fundamentales, a saber: a.Reducir al mximo las cadas de tensin en lnea. b.Asegurar la captacin de corriente por los pantgrafos, aun en las peores condicioneslocales(pasoporaparatosde-va,curvascerradas,tneles, etc.)yenlascircunstanciasmsadversas(fuertesvientos,temperaturas ambientales extremas, hielos, etc.) Paraquelaprimeracondicinpuedasercumplidaesnecesariodotarala catenaria de una seccin de cobre apropiada a la intensidad de rgimen.Lasegundacondicinselogramedianteelmontajededispositivosespeciales: seccionamientosdelaminadeaire,aisladoresdeseccin,descentramientosde lnearespectoalejedelava,triangulacindeagujasareas,etc.y,enla actualidad, con la compensacin mecnica del tendido. B. Diversos tipos de catenaria Atendiendo a su constitucin, las catenarias pueden ser divididas en tres grandes grupos: a.Hilo de frotacin, sin sustentador auxiliar tranviario. b.Hilo (o hilos) de contacto con un sustentador auxiliar. c.Elcasoanterior,cuyosustentadorvaasuvezsuspendidodeotro sustentador.Estetipo,empleadosoloencasoespeciales,sedenomina" Compound A su vez los grupos b y c pueden subdividirse en: a)AtirantadaPoligonal:CuandolosH.C.estnatirantadosenlas suspensiones. b)Inclinada:Cuando,noestandoatirantadoslosH.C.stos,soportadospor las pndolas, forman una lnea continua que sigue la proyeccin del eje de la va. C. Catenaria Compensada Normalmente, la catenaria es " anclada " en puntos fijos, denominados "anclaje de lnea".Teniendoencuentaquelatemperaturaambientenoesconstante,los cambiosdetemperaturadeloscablesehilosdelacatenariamodifican sensiblementela.longituddelosmismosy,comoconsecuencia,sealteranlas condicionesidealesdesusflechas.Enestascondiciones,tenemosque,abajas temperaturas,losH.C.forman"contraflecha"enelcentrodelvanoy,a temperaturas superiores a la media (15C) forman "flechas" en el centro del vano. En ambos casos, al abandonar los H.C. el plano ideal de paralelismo del plano de rodadura, la captacin de energa por pantgrafos resulta perjudicada. Estasimperfeccionesquelascambiosdetemperaturaambienteprovocanenla catenaria,respectoasusituacinenelespacio,nosuelenafectarseriamentea lascirculacionesavelocidadesnosuperioresa100km/h,perosialasque superan esta velocidad . Porotraparte,alalcanzarsedeterminadavelocidad,variableconlas caractersticas de la lnea area de contacto, aparece un fenmeno no previsto ni tenidoencuentahasta.ahora:lalneaentraenvibracin,degradandola captacindelacorrienteycomprometiendolaintegridaddelainstalacin (Fenmeno de resonancia). Para obviar estos inconvenientes provocados por los cambios de temperatura, se proyecto la catenaria con "regulacin automtica de la tensin mecnica". Consisteenesenciaensustituirlospuntosfijosdeanclajesdelneaporotros anclajes no fijos, en los cuales la tensin de tendido permanece constante a todas las temperaturas, en funcin de unas poleas sobre las que penden unos pesos. Este sistema solo puede absorber o compensar longitudes de lnea del orden de los1.200m.comomximo.Comoquieraquelalongituddecatenariaen trayectos,essuperioraestos1.200m.,ladistanciatotaldecadatrayectose subdivideconvenientementeenpequeossectores,detalformaquelalongitud de estos no exceda de los 1.200 m. posibles. D. Circuito elctrico El circuito elctrico es una trayectoria elctrica completa que no solo consiste en el conductor por el cual la corriente fluye desde la carga negativa hasta la positiva, sino tambin una trayectoria o camino por dentro de la fuente de tensin o voltaje, desde la carga positiva de nuevo a la carga negativa. Entodocircuitoelctricodondesedesplacenelectronesporunconductor cerrado, hay corriente, voltaje y resistencia. El camino del flujo de corriente es, en realidad,elcircuito,cuyaresistenciadeterminalaintensidaddelflujodela corriente a lo largo de ese circuito. Deunamanerageneral,portanto,sepuededefinirunaredocircuitoelctrico, comoelconjuntodeaparatosunidoselctricamentequesirvenparacontrolarla circulacin de la energa. Losrganosdeloscircuitossepuedenclasificar,porejemplo,engruposde rganos que desempean una misma funcin: Elementos "activos" de la red que se denominan "fuentes de energa". Elementos"pasivos"quenoparticipanenlaalimentacindelaredycuya propiedad caracterstica es sustraer energa de ella. ciertosrganostienenlapropiedaddeacumularenerga,bienenforma electromagntica o en forma electrosttica. Seatribuyeresistenciaalosrganosdisipadoresdeenergaeinductanciay capacidadalossusceptiblesdealmacenarenergaenformaelectromagnticay electrosttica respectivamente. Estos tres rganos constituyen los elementos de la red o de un circuito elctrico en general. E. Elementos fundamentales que integran el circuito de traccin Definiciones: a.Circuitoareopositivo:Estaconstituidoporlalneaareadecontacto. Pertenecen a este circuito "positivo" tanto la lnea area propiamente dicha como todos los cables auxiliares que la sustentan o que alimentan: cables deaceroenprticosfuniculares,equiposdesuspensinydeatirantado, federes, etc. b.Circuito negativo o de tierra: Esta integrado por los dos carriles de la propia va,pozosdetierradesubestaciones,conexioneslongitudinalesy transversalesdecarriles,autoinduccionesde"circuitosdeva"para sealizacinysuslazos,etc.Todoelloconectadoanegativo-carrilde Subestacin. c.Circuito de traccin: Es el conjunto de los dispositivos descritos en positivo ynegativo.Demaneraquesintenerencuentalasposibles"fugasde corriente"que,abandonandoloscarriles,retornanalaSubestacinpor tierra,lamismaintensidadquecirculaporlacatenaria,queesla consumida por la locomotora, es la que debe de circular por los carriles. d.Cortocircuito:Seentiendeporcortocircuitotodopuenteaccidentalque sea efectuado entre los conductores de un circuito elctrico, siempre que elvalordelaresistenciadedicho"puente"sea"cero"odemuyescaso valor.Lacorrientedecortocircuitotiendeainfinitoy,porsimisma,debe poner en accin las protecciones de seguridad (automticos, fusibles. Etc.) e.Intensidadenrgimen:Seentiendeporintensidaddergimendeun circuito a aquella intensidad administrada como anormal y que es capaz de sersuministradaporlafuentedeenerga.ParanuestrasSubestaciones convertidorasestaintensidaddergimenvariasegnloscasosestando comprendida normalmente entre los 1.300 y 2.000 Amperios. F.Vanos ms usuales enVa General (V.G.)Salvo casos especiales, son siempre de 60 metros. G. Vanos en V.G. en recta Se entiende por vano la distancia entre postes contiguos medida sobre uno de los carriles de la va general. En V.G. los vanos son, generalmente, de 60, 54, 40 30 metros y, por razones de ajustededistancias,accidentesdeP.N.,tneles,etc.,tambinexistenvanos intermedios de estos valores "redondos". Entre vanos contiguos nunca deber existir unadiferencia mayor a 10 metros, ni en V.G. ni en estaciones. H. Descentramiento del hilo de contacto Encatenariapoligonalatirantadaloshilosdecontactonosiguennuncasobrela vertical del eje de la va. Con esto se consigue evitar que los pantgrafos resulten friccionados siempre en su eje, extendindose la friccin sobre la totalidad de su anchura. En recta y curva de radio mayor de 2.500 metros, el descentramiento mximo del hilo de trabajo con respecto al eje del pantgrafo, es de 20 cm., efectundose el atirantado en postes alternos, de forma que este descentramiento, est a distinto lado del eje del pantgrafo correlativamente, dejando un poste central. En curvas de radio comprendido entre 2.500 y 1500 metros, el primero inclusive, el descentramiento obtenido por el atirantado es de 20 cm., en sentido exterior a lacurva,yencurvasderadioigualomenorde1.500metros,dicho descentramientofrentealposteesde35cm.,conloqueeldescentramiento mximo en el centro del vano es de 15 cm. I.Tipos de postes EncatenariatipoRENFE,queeslanicaqueestamosestudiando,existendos grandes grupos de postes: a.TIPO X: Para equipos de V. G. b.TIPOZ:Paraprticosfunicularesenestacionesyparamnsulasdobles para varias vas. Aunque son de escaso empleo, se han previsto postes especiales para anclaje de catenarias, a saber: a)PostedeanclajeX-F:Paraanclajedecatenariadedosvas.Yanose fabrica. b)PostedeanclajeX-G:Paraanclajededossecundariasconvergenteso una principal doble. J.Tomas de tierra de postes Existenvarioscriteriossobresilospostesmetlicosquesoportanlacatenaria deben o no conectarse a tierra, o deben conectarse a los carriles o a ambos a la vez. a.Concircuitosdevas:Noconectarnuncaacarriles:Sinoexistecable guarda,tomadetierraencadaposte.Siexistecableguarda,puede suprimirse las tomas de los postes. b.Sin circuito de va: Pueden conectarse los postes al carril contiguo: Si no hay cable guarda, debe montarse tomas de tierra a cada uno de los postes. Si se proyecta montar cable guarda, puede prescindirse de las tomas en cada uno de los postes. K. Cable de guarda Esuncabledeacerotendidodirectamentesobrelospostes,alcualconectan todos su masa metlica. Estecabledeguardaconectaatierraenvariospuntosdesutrayectomediante pozosdetierra.Debenmontarselospozosdetierraqueseannecesarioshasta conseguir que el valor ohmico del cable de guarda no exceda de 5 Ohmios. EQUIPO EN RECTA CON ATIRANTADO DENTRO: