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INSTALACIONES (1) ENERGÍA ELÉCTRICA FERROVIARIA Francisco Javier González Fernández Doctor Ingeniero Industrial Presidente de la AEM, profesor de Universidad y Director General de 2it Ingeniería

2

08/01/2016

MASTER / ESPECIALISTA PROFESIONAL EN TECNOLOGÍAS Y MANTENIMIENTO FERROVIARIO

3

CONTENIDOS • • • • • • • • • •

Alimentaciones eléctricas en alta tensión Tipos de Subestaciones de tracción: continua y alterna. Criterios de cálculo de Subestaciones. Configuración interna de una Subestación: transformadores, celdas y control. Tipos de tomas de contacto Tercer carril Catenaria convencional Catenaria unifilar: tranviaria Catenaria rígida Criterios de calidad de catenarias y captación.

4

Conceptos preliminares Se entiende por sistema eléctrico al conjunto de elementos necesarios para: •

Generar

•

Transportar

•

Distribuir

Centrales de Generación

Redes de transporte

Redes de distribución, Subestaciones Centros de transformación

5

Niveles de Tensión habituales

FUNCIÓN

NIVEL DE TENSIÓN

GENERACIÓN

6- 27 kV

TRANSPORTE

400 -220 kV

REPARTO

132, 66 -45 kV

DISTRIBUCIÓN

27 – 15 kV

CONSUMIDORES

380/220 V

También existen grandes consumidores en AT y pequeños generadores en BT

6

7

SUMINISTRO DE ENERGÍA DE TRACCIÓN Por sistema de suministro de energía de tracción entendemos el conjunto de elementos necesarios para suministrar, distribuir y transformar la energía eléctrica de la red, en energía eléctrica capaz de permitir la circulación segura e ininterrumpida del material móvil por las redes ferroviarias. Los elementos fundamentales que forman un sistema de suministro de energía de tracción

son: Las subestaciones Los sistemas de electrificación El circuito de retorno

8

DISTINTAS TENSIONES DE ELECTRIFICACIÓN EN EUROPA

9

TIPOS DE TENSIONES HABITUALES EN EL FERROCARRIL

CONTINUA: 600 750

1.500 3.000 6.000 V

ALTERNA : 16 2/3 Hz

10 kv

15 kv 50 Hz

25 kv; 50 kv

3

10

Sistema

Principales

Áreas de

aplicación

Redes de tracción y entornos de aplicación En ciudades Ampliación

600 Vcc

para

de líneas

1500 Vcc

Ampliación

para

.

ubicación y

electrificar

tranvías y

metros

existentes . Más fácil

.

ubicación y

montaje Líneas Largo

Líneas Largo construyendo

25/15 kVca 50/16 2/3 Hz

metros

existentes . Más fácil

de líneas

Ampliación de

3000 Vcc

tranvías y

montaje En ciudades

750 Vcc

electrificar

Líneas de Alta

Recorrido , Cercanías y Suburbanos . líneas

existentes

Recorrido para

(RENFE convencional

ampliación de

Velocidad o

líneas

Velocidad Alta

). Se sigue

existentes

11

Costes de electrificación en % de implantación alterna / continua

12

COSTES DE ELECTRIFICACIÓN EN % Costes implantación alterna / continua

Modificación obras fábrica Adecuación estaciones

160 140 120

Telecomunicaciones

100 80

Adaptación señalización Catenaria

60

Postes y pórticos

40

Líneas alta tensión

20 0

C. Alterna monofásica 50 Hz

C. Continua 1500 V

13

CONTINUA

ALTERNA

Instalac. fijas

pesadas y costosas

más ligeras

Subestaciones

cada 20 km

cada 50 km

Catenaria

gran sección

sección menor

Conexión a la red A.T.

directa

red propia o convertidor(Hz)

Motor

Caro, complicado, dificil mantenimiento (Con escobillas)

Sencillo, sin mantenimiento (Sin escobillas)

Coste relativo establecimiento

145 %

100 %

14

Subestación de Pacífico. 1923

15

ESQUEMA TEÓRICO DE UNA SUBESTACIÓN RECTIFICADORA DE TRACCIÓN ELÉCTRICA. ESQUEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA 12

B

13

D

10

ENTRADA COMPAÑÍA SUMINISTRADORA

1

2

5

3

6

29

6 4 2

4

E

20

14

5 3 1

15

19

21

16

7

A

SALIDA ALIMENTACIÓN TRACCIÓN

11

18 8

9

BY-PASS

22

11 17

C 23

V.G.

ESTACIÓN

V.G.

U.P.S.

27

Diyuntor de vacío o SF6 Pararrayos (intemperie) Seccionador Seccionador Telemandadoo Extrarrápido Fusible

26 24

25 FUERZA ALUMBRADO

ALUMBRADO

28

Interruptor térmico

OPCIONAL PARA SERVICIOS AUXILIARES - Entrada de alimentación de Compañía suministradora con los equipos de medida, seccionadores de entrada e interruptores de línea. (A) - Transformador o transformadores de potencia. (B) - Puentes rectificadores, que suelen ser actualmente de silicio en puente de Graetz.(C) - Filtros de amortiguamiento o alisado de salida (D) - Distribución de energía de salida a línea, ya en continua, con disyuntores e interruptores de conexión o interconexión. (E)

16

HISTÓRICAMENTE EN LAS SUBESTACIONES DE TRACCIÓN FERROVIARIA HABIA PERSONAL ASIGNADO PERMANENTEMENTE

- ACTUALMENTE LAS EXPLOTACIONES AVANZADAS SE BASAN EN SISTEMAS TELECONTROLADOS Y SUPERVISADOS DESDE UN PUESTO CENTRAL.

- LA RED SE SUELE ENCONTRAR DUPLICADA Y UNA SUBESTACION PUEDE ALIMENTAR AL TRAMO CONTIGUO HASTA QUE EL FALLO EN LA SUBESTACION COLATERAL ES SUBSANADO.

- TODO LOS EQUIPOS DE LAS SUBESTACIONES SE DISEÑAN PARA NO PRECISAR MANTENIMIENTO O QUE ESTE SEA MÍNIMO: PUENTES RECTIFICADORES CON DISEÑO N-1 SEMICONDUCTORES, TRANSFORMADORES SECOS ENCAPSULADOS, DISYUNTORES REDUNDANTES, DOBLE EMBARRADO, ETC.

17 TRANSFORMADORES DE TRACCIÓN 3.300 KVA

•

Transformadores encapsulados de aislamiento seco

•

Potencia: 3.300 KVA para clase 6 UNE-EN 60146-1

•

Relación de Transformación: 15/1,225 kV

•

Doble secundario: Yy0-Yd11

•

Clase ambiental E2

•

Clase climática C2

•

Comportamiento al fuego F1

•

Sobrecargas admisibles, con calentamiento previo al 100% de la potencia nominal del rectificador de 3.000 kW: • 100% de la potencia nominal permanente • 150% de la potencia nominal durante 2 h (4.500 kW) • 300% de la potencia nominal durante 1 min (9.000 kW)

18 CARACTERÍSTICAS PARTICULARES DE MEDIA TENSIÓN

• • • • • • • • • • • •

Tensión de servicio: 15 Kv. Tensión asignada: 24 Kv. Tensión de aislamiento: 50 Kv. Inominal embarrado: 630A Celdas modulares Celdas de bajo mantenimiento Aislamiento al aire Doble juego de barras Seccionamiento en barras y corte en atmósferas independientes de SF6 Elementos de corte totalmente motorizados incluida la P.A.T. Carros seccionables, enchufables e intercambiables Inspeccionables termográficamente en servicio

19 CORRIENTE CONTINUA (RECTIFICADORES)

• • • • • • • •

Potencia: 2 x 1.500 KW Tensión nominal: 1.500 V c.c. Rectificador dodecafásico Dos semicuerpos enchufables e intercambiables Intercambiabilidad entre grupos Funcionamiento con n-1 diodos por rama Funcionamiento con un solo carro Inclusión del seccionador de c.c. en la parte fija del rectificador

20 CORRIENTE CONTINUA (CELDAS FEEDER)

- Tensión nominal: 1.500 V c.c. - Barra principal y barra de transferencia o bypass - Seccionadores de bypass de tres posiciones con puesta a tierra motorizados

- Disyuntores HPB 45-82 - Tensión nominal: 2.000 V - Corriente nominal: 4.500 A - Corriente de ajuste: 9.000-15.000 A

21 MEDIA TENSIÓN (PROTECCIONES DE C.A.)

P.P.C.

PROTECCIÓN SOBREINTENSIDAD/TENSIÓN

Modem

Vigilancia circuitos de disparo

3 50 50N 5I 5IN

GID

Sobreintensidad Instantánea de fase Sobreintensidad Instantánea de neutro/tierra

4CCN

Sobreintensidad temporizada de fase Sobreintensidad temporizada de neutro

PARAMETRIZABLE A DISTANCIA

3CPI

3CPI

3CPI

3CPI

22

4

Consumos y recuperaciones de energía REGISTROS EN LÍNEA 2 SECTOR GOYA-VENTAS POR VÍA I Y VÍA II 1100

900

700

500

MANUEL BECERRA

GOYA

VENTAS

300

100 10900 -100 GOYA -300

11400

11900

12400

12900

13400

13900

VUELTA EN SACO DE

14400

14900 VENTAS

15400

15900

16400

MANUEL BECERRA

-500

-700 TIEMPO

VELOCIDAD (km/h) INT. UNIDAD (A)

23

Sistema de Alimentación para corriente continua Transformador Rectificador (corriente continua )

c.c. (Catenaria)

Carril/Tierra

24

CONDICIONANTES DEL DISEÑO

•

LÍMITES ADMISIBLES DE TENSIÓN SEGÚN NORMATIVA : • •

TENSIÓN EN CATENARIA (UNE-EN 50163): +20% / -30% TENSIÓN CARRIL-TIERRA (UNE-EN 50122): < 120 V en vía general < 60 V en depósitos

•

DISPONIBILIDAD DE ESPACIO PARA UBICAR LAS SS/EE

•

COSTE ECONÓMICO

25

NUEVA NORMATIVA DE TENSIONES FERROVIARIAS Sistema de electrificación

Tensión no permanente mínima U mín.2 (V)

Tensión permanente mínima U mín.1 (V)

Corriente continua (valores medios)

Tensión nominal Un

(V)

400 500 1 000 2 000

Corriente alterna (valores eficaces)

11 000 17 500

600 1) 750 1 500 3 000

12 000 19 000

15 000 25 000

Tensión no permanente máxima U máx1 (V)

Tensión no permanente máxima U máx.2 (V)

720 900 1 800 3 600

770 2) 950 3) 1 950 3 900

17 250 27 500

18 000 4) 29 000

1) Las redes futuras de uso local y para tranvías deberán estar conforme a las redes de 750, 1500 ó 3000 V. 2) En caso de frenado regenerativo puede admitirse una tensión Umáx.2 de 800 V. 3) En caso de frenado regenerativo puede admitirse una tensión Umáx.2 de 1000 V. 4) Este valor tiene que confirmarse con ensayos y podría cambiar.

Umax.3

Valor máximo de la tensión U (escala logarítmica)

Umax.2 Umax.1

1 µs

1 ms 20 µs

Zona A

1s 2s

20 ms Zona B

Umax.1

Zona C

Duración

1000 s 5 mn Zona D

ENERGÍA

TENSIÓN

Fenómenos de alta impedancia

Fenómenos de baja impedancia

t (Escala logarítmica)

Zona E

Zona A: Sobretensiones de corta duración (rayo) Zona B: Sobretensiones de media duración debidos a fenómenos de alta impedancia (comunicación de corriente de circuitos inductivos). No es necesario representar tensiones (dependen de la carga). Zona C: Sobretensiones de larga duración debidas a fenómenos de baja impedancia (variaciones de tensión de la red primaria) Zona D: Tensión no permanente máxima U máx.2 Zona E: Tensión permanente máxima U máx.1

26

Sistema de Alimentación para alterna. Sistema 1x 25 kV

corriente

Transformador AT / 27,5 kV (monofásica)

27,5 kV - 50 Hz (Catenaria)

Tierra

27

SUBESTACIONES DE ALTERNA (TIPO AVE)

28

Descripción Sistema Alimentación Sistema 1 x 25 kV Subestación Subestación 2 x 30 MVA Zonas 2 x 30 MVA Neutras

27,5 kV - 50 Hz

Tierra

Distancia media entre S/E 35- 45 Km.

29

Sistema de Alimentación para corriente alterna. Sistema 2x 25 kV Transformador AT / 2 x 27,5 kV - 27,5 kV - 50 Hz (Feeder de negativo) 27,5 kV - 50 Hz (Catenaria)

Tierra

Autotransformador 55 kV / 27,5 kV

Autotransformador 55 kV / 27,5 kV

30

Descripción Sistema Alimentación Subestación 2 x 60 MVA

Sistema 2 x 25 kV Zonas Neutras

Subestación 2 x 60 MVA

- 27,5 kV - 50 Hz 27,5 kV - 50 Hz

Tierra

Centro de autotransformación Final 4 x 12 MVA

Centros de autotransformación Intermedios 2 x 12 MVA

Distancia media entre S/E 70- 90 Km..

31

Electrificación en corriente alterna Hilo de contacto

Corrosión por corrientes vagabundas Distribución de corrientes LAC 1x25

I I 40% Raíles

10%

40%

Conductor de retorno

I/2 0.5 I

0.25 I

0.75 I

AT

I/4

Subestación 0

0.5 I

0.5 I

I/4

0.5 I

I/4

0.25 I

I/2

I/4

I I

I/4

AT

Distribución de corrientes LAC 2x25

32

Línea Aérea de Contacto (Catenaria) • Índice • • • • • • • • •

Tipos de tomas de corriente eléctrica Sistemas de alimentación a la LAC Funciones y características de las LACs Diseño/selección de aplicación de una LAC Captación de corriente. Interacción pantógrafo-catenaria Normativa Equipamiento de una LAC Catenarias Polivalentes Evaluación de una LAC

SISTEMA DE CAPTACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA TRACCIÓN FERROVIARIA

TERCER CARRIL CATENARIA CONVENCIONAL CATENARIA TRANVIARIA CATENARIA RIGIDA

33

34

Líneas Aéreas de Contacto (Catenarias)

35

Acelerómetros (2x)

Células de carga (2x)

Potenciómetro (1x)

Pantógrafo auscultador

36

Analizador de la Calidad del Contacto en Línea Aérea

37

MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES FIJAS Catenaria o líneas de contacto - REVISIONES PERIÓDICAS DEL HILO DE CONTACTO, FEEDERES, PÉNDOLAS, FIJACIONES Y HERRAJES. - SUSTITUCIONES PERIÓDICAS DEL HILO DE CONTACTO - VERIFICACIÓN DE ALTURAS, DESCENTRAMIENTOS Y PARÁMETROS GEOMÉTRICOS

EL FUTURO SE BASA EN LA UTILIZACIÓN DE VEHÍCULOS AUSCULTADORES QUE UTILIZAN VISIÓN ARTIFICIAL Y SISTEMAS PREDICTIVOS COMO TERMOGRAFÍA

38

ESQUEMA DE SECCIONAMIENTO

B1

B2

B1

B2

B2

B1

B2

B2

B2

B1

B2

B2

B1

B2

B2

B1

B1

B2

B2

B1

39

L.A.C. (Catenaria) Vocabulario Sustentador Falso Sustentador

Péndolas

E.C.P.

Ménsula

Atirantado

Suspensión Feeder Negativo

Retorno

Aisladores

Postes T.Anclaje

40

LAC.(Catenaria) Vocabulario Aislado r

Suspensi ón

Sustenta dor

Tirante de Ménsula Cuerpo de Ménsula

Antivient o

Aislado r

Rótulas

Falso sustentador (Péndola en Y)

Hilo de contacto

41

L.A.C.(Catenaria). Vocabulario Soporte Brazo

Rótula

Grifa Atirantado Cuerpo Ménsula

Estabilizador

Brazo Atirantado

Limitador de elevación

Hilo de contacto

42

L.A.C. (Catenaria). Vocabulario Colas de anclaje

Poleas de Compensaci ón Equipos Ménsula

Soporte feeder

Atirantado

Atirantado

Fuera

Dentro

Contrapesos

Cimentaciones (Macizos)

Tirantes de anclaje

Anclaje de Seccionamiento .

43

Descripción Sistema Alimentación Sistema 1 x 25 kV Subestación Subestación 2 x 30 MVA Zonas 2 x 30 MVA Neutras

27,5 kV - 50 Hz

Tierra

Distancia media entre S/E 35- 45 Km.

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Sistema de Alimentación para corriente alterna. Sistema 2x 25 kV Transformador AT / 2 x 27,5 kV - 27,5 kV - 50 Hz (Feeder de negativo) 27,5 kV - 50 Hz (Catenaria)

Tierra

Autotransformador 55 kV / 27,5 kV

Autotransformador 55 kV / 27,5 kV

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Descripción Sistema Alimentación Subestación 2 x 60 MVA

Sistema 2 x 25 kV Zonas Neutras

Subestación 2 x 60 MVA

- 27,5 kV - 50 Hz 27,5 kV - 50 Hz

Tierra

Centro de autotransformación Final 4 x 12 MVA

Centros de autotransformación Intermedios 2 x 12 MVA

Distancia media entre S/E 70- 90 Km..

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Electrificación en corriente alterna Hilo de contacto

Corrosión por corrientes vagabundas Distribución de corrientes LAC 1x25

I I 40% Raíles

10%

40%

Conductor de retorno

I/2 0.5 I

0.25 I

0.75 I

AT

I/4

Subestación 0

0.5 I

0.5 I

I/4

0.5 I

I/4

0.25 I

I/2

I/4

I I

I/4

AT

Distribución de corrientes LAC 2x25

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Línea Aérea de Contacto (Catenaria) • Índice • • • • • • • • •

Tipos de tomas de corriente eléctrica Sistemas de alimentación a la LAC Funciones y características de las LACs Diseño/selección de aplicación de una LAC Captación de corriente. Interacción pantógrafo-catenaria Normativa Equipamiento de una LAC Catenarias Polivalentes Evaluación de una LAC

SISTEMA DE CAPTACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA PARA TRACCIÓN FERROVIARIA

TERCER CARRIL CATENARIA CONVENCIONAL CATENARIA TRANVIARIA CATENARIA RIGIDA

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Líneas Aéreas de Contacto (Catenarias)

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Acelerómetros (2x)

Células de carga (2x)

Potenciómetro (1x)

Pantógrafo auscultador

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Analizador de la Calidad del Contacto en Línea Aérea

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MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES FIJAS Catenaria o líneas de contacto - REVISIONES PERIÓDICAS DEL HILO DE CONTACTO, FEEDERES, PÉNDOLAS, FIJACIONES Y HERRAJES. - SUSTITUCIONES PERIÓDICAS DEL HILO DE CONTACTO - VERIFICACIÓN DE ALTURAS, DESCENTRAMIENTOS Y PARÁMETROS GEOMÉTRICOS

EL FUTURO SE BASA EN LA UTILIZACIÓN DE VEHÍCULOS AUSCULTADORES QUE UTILIZAN VISIÓN ARTIFICIAL Y SISTEMAS PREDICTIVOS COMO TERMOGRAFÍA

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ESQUEMA DE SECCIONAMIENTO

B1

B2

B1

B2

B2

B1

B2

B2

B2

B1

B2

B2

B1

B2

B2

B1

B1

B2

B2

B1

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L.A.C. (Catenaria) Vocabulario Sustentador Falso Sustentador

Péndolas

E.C.P.

Ménsula

Atirantado

Suspensión Feeder Negativo

Retorno

Aisladores

Postes T.Anclaje

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LAC.(Catenaria) Vocabulario Aislado r

Suspensi ón

Sustenta dor

Tirante de Ménsula Cuerpo de Ménsula

Antivient o

Aislado r

Rótulas

Falso sustentador (Péndola en Y)

Hilo de contacto

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L.A.C.(Catenaria). Vocabulario Soporte Brazo

Rótula Cuerpo Ménsula

Estabilizad or

Brazo Atirantad o

Limitador de elevación

Grifa Atirantad o Hilo de contacto

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L.A.C. (Catenaria). Vocabulario Poleas de

Colas de anclaje

Compensaci ón Equipos Ménsula

Soporte feeder

Atirantad o

Atirantad o

Anclaje de

Fuera

Dentro

Seccionamie nto.

Contrapeso s

Cimentacio nes (Macizos)

Tirantes de anclaje

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Línea Aérea de Contacto (Catenaria) Funciones a satisfacer: • Transporte de energía eléctrica hasta el tren. • caídas de tensión admisibles • reducido calentamiento por efecto joule • manteniendo la tensión mecánica

• • • •

Resistencia a los esfuerzos y tensiones previstos. Conservar su forma geométrica con la temperatura. Limitado movimiento de los hilos por acción del viento. Optimización comportamiento dinámico del sistema. • Poco desgaste • Alimentación sin interrupciones

59

Línea Aérea de Contacto (Catenaria). • Características eléctricas • Del hilo de contacto (c.c./c.a.) • Posición física relativa de los conductores para c.a. • La L.A.C. deberá poseer una resistencia/impedancia y asegurar adecuadamente la circulación de corriente por los conductores para asegurar una correcta alimentación a los vehículos ferroviarios.

60

Línea Aérea de Contacto (Catenaria) • Características mecánicas • El hilo de contacto, en su desplazamiento respecto al eje del pantógrafo, no debe sobrepasar ciertos limites; incluso en la hipótesis de viento máximo. Esta condición determina la longitud de los vanos. En curva esta distancia es también función de su radio. • La instalación ha de poseer la resistencia precisa en las condiciones más desfavorables de viento, temperatura y nieve. • La flexibilidad vertical de la catenaria, ha de ser lo más homogénea posible a lo largo de cada vano para evitar que se produzcan vibraciones y en consecuencia pérdidas de captación.

61

Línea Aérea de Contacto (Catenaria) • Datos fundamentales para el diseño /selección • • • • • •

Información de explotación y servicio Diseño del sistema eléctrico de alimentación Condiciones medioambientales Características de la infraestructura Características de los vehículos Pantógrafos

62

L.A.C.- Características geométricas

63

Línea Aérea de Contacto • Diseño/selección de una LAC • • • • •

Cimentaciones Postes Material y características de las Ménsulas y herrajes Material, tipo y características del H.C. Diseño de equipos y materiales (Equipos de regulación de la tensión mecánica, conectores, terminales de anclaje, etc.)

64

L.A.C. Captación de corriente • Algunos de los parámetros mas importantes son: • • • • • •

Tensión del hilo de contacto. Tensión del hilo sustentador. La flecha del hilo de contacto. Fuerzas estáticas. Fuerzas aerodinámicas. tolerancias admisibles en la cota del hilo de contacto.

65

L.A.C. Captación de corriente • Las variaciones dinámicas de la fuerza de contacto se producen fundamentalmente por: • La inercia del pantógrafo que le impide seguir los movimientos del hilo de contacto. • Las variaciones de elasticidad de la catenaria. • Los defectos y tolerancias de montaje del hilo de contacto • Las aceleraciones verticales y transversales transmitidas al pantógrafo por la locomotora.

66

L.A.C. Captación de corriente

• Las variaciones dinámicas generan perturbaciones que: • Se propagan a lo largo del hilo sustentador y del hilo de contacto. • Se reflejan en puntos singulares (péndolas, brazos de atirantado). • Inciden de nuevo en el pantógrafo sometiendo a interferencias.

67

L.A.C. Captación de corriente

Criterio de calidad de la captación: Fc(t) • Pérdidas de contacto entre el hilo conductor y el pantógrafo

• Garantizar una transmisión de energía correcta • Minimizar el desgaste ocasionado por los arcos eléctricos y/o pérdidas de captación AC 402 m

Disposición de la sección de separación de fases con sección neutra corta

81

Diferentes tipos de LACs para alta velocidad.

LACs

Shinkansen Sur-Este

Mediterr Re-250 Re-330 Mad-Sevilla En servicio 1964 1981 2002 1991 ¿ 1992 Tipo de corriente 25kV 60Hz 25kV 50Hz 25kV 50Hz 15kV 16,6 Hz15kV 16,6 Hz 25kV 50 Hz Pantógrafos 3,6 ó 8 1ó2 1ó2 2 1ó2 1ó2 Velocidad Km /h 240 270 320 250 330 300 Péndola en Y Compound Si No Si Si Si elasticidad 0,3 0,7 0,5 0,6 0,41 0,6 Vel. Prop. de onda 395 412 440 425 569 425

C-350 2003 25kV 50Hz 1ó 2 350 Si 0,34 553

82

Diferentes tipos de equipos para Catenaria de A.V.

Catenaria inglesa tipo MK (alta velocidad)

83

Diferentes tipos de equipos para catenaria de AV

Catenaria Francesa (SNCF) de alta velocidad

84

Diferentes tipos de equipos para Catenaria de AV

Catenaria japonesa (alta velocidad)

85

Catenaria LAV Madrid-Levante Vano típico (Catenaria C-350)

86

Equipamiento de la LAC C-350

Tramos: Madrid-Lleida Torrejón-Motilla

87

Equipamiento de la LAC C-350

Tramos Motilla-Valencia/Albacete

88

Equipos de Vía General (Seccionamiento)

Catenaria instalada LAV Este (Torrejón-Motilla)

Equipos de Vía General (Seccionamiento)

Catenaria instalada LAV Este (Motilla-Valencia/Albacete)

89

90

L.A.C. Equipos e instalación (agujas)

91

L.A.C. Equipos e instalación (agujas)

92

L.A.C. Equipos e instalación. (secionamiento) Seccionamientos (en 3 y 5 vanos) (-) 0,2 m 0,2 m

0,25 m

0,25 m

0,45 m

(+)

0,2 m

0,2 m

0,45 m (-) 0,25 m

0,2 m 0,2 m

0,2 m 0,2 m 0,65 m

(+)

0,25 m

0,2 m

0,65 m 0,2 m

93

L.A.C. Equipos e instalación.(ERTm)

• Equipo de Regulación de la Tensión mecánica. Regulación Independiente

94

L.A.C Equipos e instalación (ERTm) • Equipo de Regulación de la Tensión mecánica. Regulación Independiente

95

96

Equipamiento de la LAC

Seccionamiento

Equipo de punto fijo

97

Equipamiento de la L.A.C. •

Zona de separación de fases

98

Tramo de Ensayo Catenaria EAC-350 (LAV Madrid-Sevilla)

99

Catenaria Polivalente CPG

100

Catenaria Polivalente CPV-220

101

Ejemplo de línea aérea unifilar o tranviaria

102

CATENARIA RÍGIDA

103

CATENARIA RÍGIDA ACTUAL

ANTECEDENTES

SURGE A FINALES DEL SIGLO XIX COMO ALTERNATIVA AL TERCER CARRIL

1890 BALTIMORE 1896 BUDAPEST

FABRICADA EN ACERO

1934 HANNOVER

CARRIL EN Cu, (Elevado peso y coste)

1972 DELACHAUX

PRIMERA PATENTE DE CATENARIA RGIDA

104

CATENARIA RÍGIDA

BARRAS DE CARRIL DE ALUMINIO DE 10 / 12 m. • SECCIÓN 2.214 mm2 • HILO DE CONTACTO DE COBRE DE 152 mm2

105

UNA NUEVA GEOMETRÍA DESARROLLO DEL PERFIL

Decisiones de diseño

+ Claves para la Optimización Del perfil Solución

106

UNA NUEVA GEOMETRÍA DESARROLLO DEL PERFIL

Decisiones de diseño

+ Claves para la Optimización Del perfil Solución ACTUAL

METRO_734

D

2423

2394

-1,2%

Momento Inercia horizontal

426X104

734X104

+75%

Momento Inercia vertical

113X104

108X104

-4,2%

Área

CATENARIA RÍGIDA ACTUAL

ELEMENTOS

Barra de transición

200 a 400 m

Cambio de aire

Placa de positivo

Punto fijo

+ Aislador de sección

107

108

CATENARIA RÍGIDA ACTUAL

MONTAJE

Guía Rueda deformadora

Regulación en altura COLOCACION DE SOPORTES COLOCACION DEL CARRIL

COLOCACION DEL HILO DE TRABAJO Hilo de contacto

Carro de alimentación Engrasador

109

PATENTE Y FABRICACIÓN

Propiedad: Desarrollo: Agente de patentes: Ambito de la patente:

Metro de Madrid Metro de Madrid, Citef Clarke, Modet & Cº Comunidad Europea

110

L.A.C. Evaluación de su calidad • Los criterios de valoración para una catenaria son: • Previo a su instalación: • Simulación.

• Posteriormente a su instalación • • • • •

Elasticidad/ Movimiento vertical del punto de contacto Velocidad de propagación de ondas Factor Doppler Coeficiente de reflexión Factor de amplificación de la onda reflejada

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L.A.C. Evaluación de su calidad • Movimiento vertical del punto de contacto La altura vertical del punto de contacto sobre la vía deberá ser tan uniforme como sea posible a lo largo de la longitud del vano; Esto se verificará mediante mediciones de acuerdo a EN 50317 o simulaciones validadas de acuerdo a EN 50318 para: • Máxima velocidad de circulación sobre la LAC. • Utilizando la Fm (Fuerza media) de contacto. • La mayor longitud del vano. Categoría I

Categoría II

Categoría III

CA

80 mm

100 mm

De aplicación la normativa Nacional

CC

80 mm

150 mm

De aplicación la normativa Nacional

Líneas

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L.A.C. Evaluación de su calidad • Velocidad de propagación de ondas • Una variación brusca de la presión del pantógrafo sobre la catenaria origina una perturbación que se propaga por el hilo de contacto a una velocidad

Thc Vp  (m / s) mhc del hilo de contacto (kN) y mhc la donde Thc es la tensión mecánica masa lineal (kg/m) de dicho hilo.

113

L.A.C. Evaluación de su calidad •

La velocidad de propagación debe ser tan elevada como sea posible respecto a la velocidad de circulación. • Si Vp=Vcirculación existe una continua pérdida de contacto entre pantógrafo y catenaria • Si Vp 0,7(*) Vpropagación existen oscilaciones que se autoamplifican

(*) 0,7 es un valor experimental según norma EN 50119

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L.A.C. Evaluación de su calidad • Factor Doppler • Muestra la relación que existe entre la velocidad de propagación de la onda y la velocidad de circulación. • Su valor debe ser lo mas elevado posible. • Se calcula por la fórmula:

a

Vp  Vc V V

p c donde Vp es la velocidad de propagación de las ondas y Vc la velocidad de circulación.

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L.A.C. Evaluación de su calidad • Valores recomendados del factor Doppler según la ficha UIC 799 para líneas de alta velocidad:

Velocidad (km/h)

a

200 0,17

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L.A.C. Evaluación de su calidad • Coeficiente de reflexión • El coeficiente de reflexión expresa la magnitud relativa de la onda reflejada respecto a la incidente cuando se produce una perturbación en el hilo de contacto. • Su valor debe ser lo menor posible. • Se calcula por la fórmula:

r

Tsustentador  msustentador Tsustentador  msustentador  Tcontacto  mcontacto

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L.A.C. Evaluación de su calidad • Valores recomendados para el factor de reflexión por la ficha UIC 799

Velocidad (km/h) 200