SISTEMAS DE ELECTRIFICACIÓN

Presentación del tema: "SISTEMAS DE ELECTRIFICACIÓN"— Transcripción de la presentación:

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2 SISTEMAS DE ELECTRIFICACIÓN
Baja tensión Alta tensión Sistemas de corriente continua Sistemas de corriente alterna, frecuencia reducida 16 2/3 Hz Sistemas de corriente alterna, frecuencia industrial 50/60 Hz

3 LA PRIMERA EXPERIENCIA DEL TRAN SPORTE ELÉCTRICO

4 LA RÉPLICA EN EL CENTENARIO

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6 LA TRACCIÓN ELÉCTRICA Componentes básicos 1.-EL MOTOR DE TRACCIÓN Corriente continua Excitación serie Motor eléctrico Medios técnicos disponibles En forma simple Motores de tracción Equipos del vehículo Aplicación práctica Regulación velocidad Tensión alimentación igual Tensión alimentación limitada por Tipo y calidad de aislantes Conmutación a alta velocidad Se adoptaron 500 a 800 V c.c. 2.- LA ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA Sistema fijo Sistema móvil (tren) Fuente (Subestación) Sistema de captación (catenaria o tercer riel) De catenaria De tercer riel Un frotador colecta Sistema fijo + sistema móvil Circuito de tracción

7 Resistencia o impedancia Tensión Corriente Función de
CIRCUITO DE TRACCIÓN CARÁCTERÍSTICAS DEL CIRCUITO DE TRACCIÓN DEFORMABLE PARÁMETROS VARIABLES es y tiene PARÁMETROS VARIABLES Resistencia o impedancia Tensión Corriente Función de Distancia entre Subestación y tren y potencia en cada punto

8 LA ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA
Corriente continua Sistemas de alimentación Corriente alterna (frecuencia reducida) Corriente alterna (frecuencia industrial) CORRIENTE CONTINUA Fue la primera que se utilizó. Al no ser posible transformar la tensión, se aplicaba la misma tensión de transporte de la línea de contacto, a la tensión que hacía funcionar a los motores. Consecuencias: Limitación de la tensión de transporte a la máxima admitida por los motores Intensidades demasiado elevadas en las líneas de contacto para tener las potencias necesarias para tracción Secciones elevadas en los conductoress de catenarias ( o tercer riel) Subestaciones de alimentación próximas para evitar grandes caídas de tensión.

9 Valor medio de resistencia conjunto catenaria-riel:
Caída de tensión a 5 Km: Caída porcentual de tensión

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12 Tensiones normalizadas
600 V 800 V Captación por tercer riel 1200 V 1500 V Captación aérea

13 Tensión normalizada: 3000 V –Captación aérea

14 ESQUEMA DE ALIMENTACIONES A SUBESTACIONES DE CORRIENTE CONTINUA
a) Alimentación en antena de una Subestación a pequeña distancia de un Puesto de AT b) Alimentación asegurada por una antena y una conexión alternativa de respaldo desde otra línea de AT c) Alimentación por dos líneas de AT desde Puestos de AT distintos d) Condiciones de protección de la línea de AT, pueden obligar a disponer se disyuntores enclavados

15 Aplicación de la Alta Tensión
Disminución de la corriente en la línea de contacto (menores pérdidas) Menor sección de los conductores aéreos (menor peso suspendido) Aumento de la distancia entre Subestaciones, a igual caída de tensión. La distancia entre Subestaciones se lleva entre 10 y 15 Km (depende del la intensidad de tráfico) Evolución tecnológica de las Subestaciones Conversión corriente alterna en corriente contina Convertidores rotativos (bajo rendimiento, alto manteniento, operación local) Rectificadores a vapor de mercurio Rectificadores de estado sólido Diferencias de pérdidas en Subestaciones según el tipo de rectificación Ejemplo: 1.- Subestación de 1500 V con rectificadores de vapor de Hg Caída interna del rectificador 20 a 40 V Corriente de carga : 4000 A Pérdidas internas Pi = 30 V x 4000 A = 120 kW (2 %) 2.- Subestación de 1500 V con rectificadores de estado sólido Caída interna de un diodo 1,2 V, suponiendo para 1500 V, 5 diodos en serie, la caída total es de 6 V Corriente de carga A Pérdidas internas Pi = 6 V x 4000 A= 24 kW (0,4%) Mejora del rendimiento, posibilidad de telemando

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18 MEJORAS EN EL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN
Existen grandes ventajas en el empleo de alta tensión por disminución de la sección de la línea de contacto y mayor espaciamiento entre Subestaciones de tracción. 1.- En corriente continua la desventaja estriba en 1.1.- La necesidad de limitar la alta tensión (1500 V o 3000V) y luego rectificarla para el suministro a la línea de contacto y su empleo directo en los motores de tracción del vehículo motriz . 1.2.- La regulación de esa tensión se hace a bordo del tren para los motores de tracción lo cual implica operaciones complicadas y pérdidas de energía. 2.- El empleo de corriente alterna facilita 2.1.- la transmisión en tensiones mas elevadas (15000 V o V), deriva en contar con corrientes bajas en la línea aérea de contacto y sistema aéreo mas liviano y económico con menores pérdidas de transmisión de energía 2.2.- modificar fácilmente la tensión de alimentación a los motores de tracción a bordo del vehículo motriz convertir a las subestaciones en simples puestos de transformación. Motor de tracción: se convierte en la clave de la evolución de la tracción eléctrica en corriente alterna El motor de tracción originalmente disponible era el serie de corriente continua, que presenta características de motor universal funcionando tanto en corriente continua como alterna. Ventajas: Es simple en corriente alterna el sistema de control de la tensión de alimentación para comandar las características de tracción. Desventajas: Desmejoramiento de la conmutación por aparición del “efecto transformatórico” y el aumento de pérdidas por histéresis y corrientes parásitas (Foucault) en el circuito magnético del motor utilizando frecuencia industrial (50/60 Hz) LA ALTA TENSIÓN

19 EL PROCESO DE CONMUTACIÓN

20 GENERACIÓN DE UNA f.e.m EN UN TRANSFORMADOR

21 PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN EL TRANSFORMADOR
Pérdidas por histéresis Pérdidas magnéticas (en el núcleo ferromagnético) Pérdidas por corrientes parásitas (Foucault) Pérdidas eléctricas (en el cobre)

22 EFECTO “Transformatórico” EN UN MOTOR SERIE EMPLEANDO FRECUENCIA INDUSTRIAL
Creación de una corriente de cortocircuito en la espira en conmutación “efecto “transformatórico” La f.e.m. ”transformatórica” está dada por y ella produce: a - una desmejora en la conmutación b - un incremento de las pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas Soluciones 1.- Disminuir el ”efecto transformatórico” por disminución de la frecuencia aplicada a Hz 2.- Laminar todo el circuito magnético para disminuir pérdidas 2/3

23 SOLUCIONES PARA EL EMPLEO DEL MOTOR SERIE DE C.C. DIRECTAMENTE EN C.A.
Empleo de frecuencia reducida 1.- Disminuir el ”efecto transformatórico” por disminución de la frecuencia aplicada a Hz 2.- Laminar el circuito magnético para disminuir pérdidas 2/3 CIRCUITO TÍPICO DE UNA LOCOMOTORA ELÉCTRICA DE 15 Kv 16 2/3 Hz 15 Kv 16 2/3 Hz Motores de tracción Transformador regulable

24 APLICACIÓN DE LA FRECUENCIA REDUCIDA

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26 ALTERNATIVAS DE ALIMENTACIÓN Y CONVERSIÓN A 16 2/3 DESDE RED PÚBLICA

27 ELECTRIFICACIÓN EN CORRIENTE ALTERNA ALTA TENSIÓN A FRECUENCIA INDUSTRIAL
Surge con el objetivo de crear instalaciones de líneas aéreas de contacto ligeras e integrar el ferrocarril a la red eléctrica industrial 1.- Utilizar alta tensión en la línea de contacto: menores corrientes, menores pérdidas, sistema aéreo liviano. 2.- Las Subestaciones: son simples puestos de transformación desde la tensión disponible en la red pública. 3.- La rectificación y regulación de la tensión para los motores de tracción: se hace en el vehículo motriz.

28 EVOLUCIÓN DEL EMPLEO DEL MOTOR DE TRACCIÓN EN CORRIENTE ALTERNA
1.- MOTOR SERIE DE CORRIENTE CONTINUA Frecuencia reducida (16 2/3 Hz) Regulación de tensión (transformador variable) Alimentación directa Motores directos Frecuencia industrial (50 Hz ) Regulación de tensión (transformador variable) Grupos monocontinuos Rectificador a vapor de Hg Regulación de tensión Rectificación a bordo Rectificador estado sólido Regulación de flujo Alimentación indirecta 2.- MOTOR ASINCRONICO TRIFÁSICO Grupo mono-trifásico Alimentación directa Regulación de la tensión aplicada Regulación de la frecuencia aplicada Combinación de ambas Equipo conversor/nversor CA/CC/CA

29 ALIMENTACIÓN DIRECTA Empleo en frecuencia industrial, necesidad de disminuir el “efecto transformatórico” 1.- Colocación de conexiones resistentes entre bobinas y delgas para disminuir la corriente de cortocircuito en la conmutación . 2.- Empleo de escobillas especiales que incrementan la resistencia de la bobinas en conmutación al cortocircuitar delgas, pos aumento del recorrido (fig 1, escobillas de tres piezas) o inserción de un aislante (fig 2). Esto mejora el mantenimiento del colector (pero no soluciona el problema)

30 LOCOMOTORA DE 25 Kv – 50 Hz CON MOTORES SERIE EN ALIMENTACIÓN DIRECTA
(Tipo BB 13000)

31 ALIMENTACIÓN DIRECTA CIRCUITO DE UNA LOCOMOTORA DE CORRIENTE ALTERNA, 50 Hz- 25 Kv CON CON MOTORES SERIE DE ALIMENTACIÓN DIRECTA (Tipo BB13000)

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33 LOCOMOOTORA DE 25 Kv – 50 Hz CON CONVERIDOR DE FRECUENCIA CONTINUA Y
MOTORES ASINCRÓNICOS TRIFÁSICOS (Tipo CC 14000)

34 ALIMENTACIÓN DIRECTA CIRCUITO DE UNA LOCOMOTORA DE CORRIENTE ALTERNA, 50 Hz- 25 Kv CON CON GRUPO MONOTRIFÁSICO CON MOTORES DE INDUCCIÓN (MAT)

35 CIRCUITO DE UNA LOCOMOTORA DE CORRIENTE ALTERNA, 50 Hz- 25 Kv DEL TIPO GRUPO MONOCONTINUO CON MOTORES SERIE ( Tipo CC 14100)

36 ALIMENTACIÓN DIRECTA CIRCUITO DE UNA LOCOMOTORA DE CORRIENTE ALTERNA, 50 Hz- 25 Kv DEL TIPO GRUPO MONOCONTINUO CON MOTORES SERIE ( Tipo CC 14100)

37 EL MOTOR ELÉCTRICO DE TRACCIÓN
CONDICIONES DE EMPLEO Motores tipo serie de corriente continua Motores asincrónicos trifásicos de corriente alterna En tracción eléctrica en corriente continua o en corriente alterna se emplean básicamente dos tipos de motores - Arranque - Velocidad - Frenado Se actúa sobre del motor de tracción para regular la fuerza de tracción y la velocidad Para controlar en la marcha del tren su Para regular en un motor de tracción La fuerza de tracción La velocidad Se debe actuar sobre El flujo magnético La tensión aplicada

38 EVOLUCIÓN DEL EM PLEO DEL MOTOR DE TRACCIÓN EN CORRIENTE CONTINUA
1.- MOTOR SERIE DE CORRIENTE CONTINUA Por resistencias Por resistencias y cambios de acoplamientos (serie, paralelo) Interruptor periódico (chopper) Regulación de la tensión aplicada Variación de la corriente del campo Variación del número de espiras del campo Regulación del flujo magnético 2.- MOTOR ASINCRONICO TRIFÁSICO (MAT) Regulación de la tensión aplicada Regulación de la frecuencia aplicada Combinación de ambas Equipo inversor CC/CA

39 EVOLUCIÓN DEL EMPLEO DEL MOTOR DE TRACCIÓN EN CORRIENTE ALTERNA
1.- MOTOR SERIE DE CORRIENTE CONTINUA Transformador de tomas variables Puente mixto Control de fase (tiristores) Puente completo Regulación de la tensión aplicada Variación de la corriente del campo Regulación del flujo magnético 2.- MOTOR ASINCRONICO TRIFÁSICO (MAT) Regulación de la tensión aplicada Regulación de la frecuencia aplicada Combinación de ambas Equipo convertidor/ inversor CA/CC/CA

40 RESUMEN DE LOS DISTINTOS TIPOS DE MOTORES EN TRACCIÓN ELÉCTRICA Y SU REGULACIÓN

41 (Parámetros característicos UIC)
RESUMEN CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE ELECTRIFICACIÓN (Parámetros característicos UIC) TIPO DE CORRIENTE TENSIÓN TENSIÓN TENSIÓN NOMINAL MÍNIMA MÍNIMA INSTANTÁNEA CORRIENTE CONTINUA CORRIENTE /3 Hz ALTERNA MONOFÁSICA Hz (1) (1) Existen tensiones de V (Japón) y V (Sudafrica)

42 COMPARACIÓN ENTRE LA TRACCIÓN ELÉCTRICA
Y DIESELELÉCTRICA

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44 COMPARACIÓN DE GASTOS DE EXPLOTACIÓN
DIESEL 148,7% (100%) ELÉCTRICA 54,5% (37,7%) 100% MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES FIJAS 7,8% MANTENIMIENTO DE LOCOMOTORAS 50,5% 58% (39%) CONDUCCIÓN Y DEPÓSITOS 18,3% 36,2% (24,3%) 23,4% ENERGÍA (Las cifras entre paréntesis se refieren al total diesel)

45 RELACIÓN COSTOS CC Vs CA
1,5 Kv cc RELACIÓN COSTOS CC Vs CA 100 % TOTAL 5 % 25 Kv 59/60 hZ LÍNEAS A.T. 16 % 69 % SUBESTACIONES 4 % 3 % 57 % CATENARIA 42 % ADAPTACIÓN SEÑALIZACIÓN 8 % 7 % 7 % TELECOMUNICACIONES 8 % DEPÓSITOS 2 % 2 % MODIFICACIÓN OBRAS DE ARTE 5 % 6 %

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47 CAMPO DE APLICACIÓN DE LA TRACCIÓN ELÉCTRICA
COMPARACIÓN ENTRE TRACCIÓN ELÉCTRICA Y TRACCIÓN DIESEL 1.- Valores medios de la potencia específica en llanta. TE: 20 a 25 kW/Tn TD: 50 a 60 kW/Tn 2.- Sobrecargabilidad . TE: Es posible sobrecargarla sobre su régimen nominal de un 20% a %50% en régimen unihorario y 70% en régimen instantáneo. TD: No es posible superar su régimen nominal. Debe programarse su empleo con un 7% al 15% menor a régimen nominal (reserva de potencia). 3.- Influencia de la altura (mayores a 1200 m) TE: no la afecta la altura TD: Afectada por la deficiencia en la sobrealimentación. 4.- Energía eléctrica para iluminación, calefacción y acondicionamiento del aire TE: No afecta la capacidad tractiva porque se toma directo desde la catenaria. TD: -Por equipos generadores accionados desde las ruedas de los coches - Equipo diesel autónomo por cada coche o grupo de coches - Por furgón usina para todo el tren. Cualquiera de estas soluciones resta capacidad tractiva a la locomotora. 5.- Recuperación de energía En ambas tracciones se puede aplicar el frenado dinámico. En la tracción eléctrica se puede, bajo ciertas condiciones, reenviar la energía mecánica de frenado como energía eléctrica a la red. 6.- En servicios metropolitanos y suburbanos caracterizados por frecuencias elevadas y distancias media entre estaciones cortas, se recurre a la TE (por mejores valores de velocidad, aceleración, confort)

48 RESUMEN DE APLICACIONES COMUNES DE TRACCIÓN ELÉCTRICA
Servicios metropolitanos y suburbanos (subterráneos y de superficie) Baja tensión (1) Captación tercer riel CORRIENTE CONTINUA Servicios metropolitanos y suburbanos Servicios de larga distancia (pasajeros y cargas) Alta velocidad Captación aérea (catenaria) Alta tensión (2) Servicios metropolitanos y suburbanos Servicios de larga distancia (pasajeros y cargas) Alta velocidad Captación aérea (catenaria) CORRIENTE ALTERNA Alta tensión (3) (1).– Hasta 800 V (2) / 3000 V (3) V – 50/60 Hz 15000 V /3 Hz

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