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16 de abril de 2021 | por: José Gutiérrez | 0 comentarios

Electrificación Ferroviaria Convencional y Alta Velocidad

La Electrificación es el subsistema formado por un conjunto de instalaciones con sus equipos, elementos, y piezas etc., que tiene como objeto suministrar la energía eléctrica necesaria para accionar el material motor ferroviario que la utiliza de una forma permanente, homogénea y fiable.

El subsistema ferroviario electrificación comprende desde la llegada de las líneas de alta tensión de la compañía suministradora a la subestación, hasta el punto de suministro de la energía al tren, que es el pantógrafo.

Según el tipo y valor de la tensión de alimentación, en España se distinguen tres tipos de sistemas de electrificación ferroviaria para largas distancias: 3 Kv (Corriente continua), 25 kV (Corriente alterna) sistema 1×25 y 25 kV (Corriente alterna) sistema 2×25.

  • 3 KV (CORRIENTE CONTINUA) LÍNEA CONVENCIONAL

Este sistema de electrificación ferroviaria es el utilizado en las líneas convencionales de ADIF. Este sistema se basa en la alimentación con tensión continua de 3,3 kV de valor nominal.

Las subestaciones, además de reducir el valor de la tensión suministrada por las compañías, la rectifican y filtran. El positivo se conecta a cada circuito de la catenaria a través del correspondiente disyuntor extrarrápido. El negativo se conecta a tierra en el pozo de negativo de la subestación y, a continuación, se conecta al carril. El carril está aislado de tierra por la resistencia del balasto. Con este sistema de alimentación se ha llegado a montar catenarias válidas hasta 220 km/h.

Toda la corriente que sale de una fase del transformador, pasa a la catenaria, de esta a los trenes y regresa a la otra fase del transformador a través de los carriles y de tierra.

  • 5 KV (CORRIENTE ALTERNA) 1X25 (LÍNEA A.V. MADRID-SEVILLA)

Este sistema de electrificación es el utilizado en la línea de alta velocidad Madrid-Sevilla. Es un sistema monofásico de valor nominal 25 Kv (Corriente alterna). Una fase se conecta a cada circuito de la catenaria a través del correspondiente interruptor. La otra fase se conecta a tierra en el pozo de negativo (armario de barra de la subestación y, a continuación, se conecta al carril. Los carriles de retorno (carriles exteriores) se conectan entre ellos y a tierra cada 400-600 metros.

Una característica importante de los sistemas en 25 Kv (Corriente alterna) (tanto en 1×25 como en 2×25), es la existencia de zonas neutras entre subestaciones. La razón de existencia de esta zona neutra es la existencia de tensión entre catenarias de subestaciones consecutivas. Esta tensión entre catenarias aparece por la necesidad de conectar cada subestación a distintas fases del sistema trifásico eléctrico peninsular (0-4, 4-8, 0-8). Con esta rotación de conexión de fases se pretende disminuir el desequilibrio que las cargas bifásicas puedan provocar en las líneas de compañía.

Las subestaciones están instaladas en el centro de un tramo de alimentación de 40 km, alimentando 20 km a cada lado. La catenaria en este sistema puede llevar feeder de acompañamiento allí donde su dimensionamiento lo considere necesario.

La principal característica del sistema 1×25 es su sencillez.

Uno de los inconvenientes de este sistema es que genera importantes perturbaciones electromagnéticas.

  • 25 KV (CORRIENTE ALTERNA) SISTEMA 2X25 (RESTO LÍNEAS ALTA VELOCIDAD)

En este sistema, el transformador de las subestaciones se conecta igualmente a dos fases del sistema trifásico. El secundario dispone de una toma intermedia, la cual se conecta a tierra y a carril (igual que en el sistema 1×25).

La tensión de cada borna extrema del transformador respecto al centro es de 25 kV de valor nominal, pero desfasadas 180. Uno de los extremos del secundario se conecta a catenaria, y el otro se lleva por cabeza de poste, pasando por los centros de autotransformación. Esta fase que se lleva por cabeza de poste es la denominada feeder -25 (el signo negativo viene de la oposición de fase respecto a la tensión de catenaria).

En este sistema se hace necesaria la existencia de zonas neutras entre subestaciones por la misma razón que en el sistema 1×25. Dada la alta potencia de los transformadores de estas instalaciones, cada transformador de los dos de cada subestación se conecta a fases distintas del sistema trifásico, por lo que se hace necesaria la existencia de zona neutra frente a la subestación.

Las ventajas e inconvenientes respecto al sistema 1×25 son las siguientes:

  • La impedancia de la catenaria es menos de la mitad que en el sistema 1×25, por lo que las subestaciones pueden llegar a estar distanciadas hasta 80 km.
  • Presenta un nivel de perturbaciones electromagnéticas muy inferior al otro sistema.
  • El sistema 2×25 tiene menor dependencia del circuito de retorno que el 1×25.
  • El sistema es más complejo, tanto en las subestaciones como en la línea aérea de contacto.

El sistema 2×25 precisa de centros de autotransformación cada 10 kms.

Es necesario considerar que, aunque en el sistema de 2×25 kV hay que instalar centros de autotransformación cada aproximadamente 10 km, estos centros no necesitan de acometidas en alta tensión de la compañía suministradora, sino que se alimentan a través del propio sistema de electrificación (catenaria y feeder), por tanto, evita tener que realizar tendidos de líneas de alta tensión, permitiendo duplicar la distancia entre subestaciones de tracción y, por tanto, reducir a la mitad las acometidas necesarias para dichas subestaciones.

La tensión existente entre cada una de las fases es de 50 kV, mientras que la tensión entre cada fase y el punto central es de 25 kV. Normalmente y con objeto de reducir las caídas de tensión, la tensión en bornas del transformador se suele elevar de 25 kV (nominales) a 27,5 kV por lo que en múltiples ocasiones el valor de 25 kV, se indica como 27,5 kV.

Otra ventaja del sistema de electrificación 2×25 kV es que las perturbaciones electromagnéticas que produce son mucho más pequeñas debido a que apenas circula corriente por los carriles entre la subestación y el primer autotransformador, reduciendo las interferencias/afecciones electromagnéticas en el retorno.

Autor: Daniel Lureña, docente del Máster en Infraestructuras Ferroviarias de EADIC.

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