Red de energía de tracción

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Una red de tracción o red eléctrica de tracción es una red eléctrica destinada al suministro de energía a redes ferroviarias electrificadas . La instalación de una red de tracción independiente generalmente se realiza solo si el ferrocarril en cuestión utiliza corriente alterna (CA) con una frecuencia inferior a la de la red nacional, como en Alemania , Austria y Suiza .

Como alternativa, la corriente alterna trifásica de la red eléctrica se puede convertir en subestaciones mediante transformadores rotativos o inversores estáticos en la tensión y el tipo de corriente que requieren los trenes. Para los ferrocarriles que funcionan con corriente continua (CC), siempre se utiliza este método, así como para los ferrocarriles que funcionan con corriente alterna monofásica de frecuencia reducida, como en Mecklemburgo-Pomerania Occidental , Sajonia-Anhalt , Noruega y Suecia . En estas áreas no existen redes de corriente de tracción .

La separación de la energía para tracción de la energía industrial tiene raíces históricas. Actualmente no hay razón para aplicar frecuencias o tipos de corriente diferentes a los de transmisión y uso industrial. Sin embargo, la ventaja de la tracción de CC era la transmisión más sencilla con cables de cobre individuales hasta los puntos de alimentación. La ventaja de la tracción de CA es la transmisión más sencilla a largas distancias hasta los puntos de alimentación. Más allá de estos parámetros y de asegurar la inversión anterior, no existen pruebas para mantener diferentes esquemas de corriente en las redes.

Las líneas de tracción dedicadas se utilizan cuando los ferrocarriles se alimentan con corriente alterna (CA) de baja frecuencia. La línea de suministro de corriente de tracción está conectada a subestaciones a lo largo de la línea del ferrocarril y, por lo general, se extiende por separado de la catenaria aérea desde la que se alimentan las locomotoras.

En los países en los que los trenes eléctricos circulan con corriente continua o con corriente alterna monofásica con la frecuencia de la red eléctrica general, la conversión necesaria de la corriente se realiza en las subestaciones, por lo que tampoco se requieren líneas de corriente de tracción.

Las líneas de suministro de corriente de tracción normalmente no se colocan paralelas a la línea ferroviaria, para permitir una longitud de línea más corta y evitar influencias innecesarias en el sistema eléctrico cerca de la línea ferroviaria; esto también se aplica al suministro de corriente de algunos ferrocarriles de tránsito rápido que funcionan con corriente alterna en Alemania.

También es posible instalar el suministro de corriente de tracción en vigas transversales especiales directamente en las torres de catenaria , por encima del cable de catenaria. Dado que las torres de catenaria tienen una sección transversal menor que los mástiles de suministro de corriente de tracción, las vigas transversales no pueden ser demasiado anchas, por lo que no se puede utilizar la disposición estándar de cuatro cables conductores en un nivel. En este caso, se utiliza una disposición de dos niveles o, en el caso de dos circuitos eléctricos para líneas de doble carril, las torres de catenaria para ambas direcciones están equipadas con vigas transversales para su propio sistema de corriente de tracción de dos cables conductores cada una.

En las zonas densamente pobladas, hay torres que llevan circuitos tanto para la corriente de tracción como para la corriente alterna trifásica para la energía general. Estas líneas se encuentran donde los derechos de paso son escasos. En particular, es común la ruta paralela de 110 kV y 220 kV de corriente alterna trifásica. El uso de líneas eléctricas de 380 kV en la misma torre requiere aisladores de 220 kV para la línea de corriente de tracción, porque en caso de que la línea de 380 kV falle, pueden ocurrir picos de tensión a lo largo de la línea de corriente de tracción, que los aisladores de 110 kV no pueden manejar.

Por regla general, las líneas de tracción utilizan conductores individuales, sin embargo, para el suministro de líneas ferroviarias con mucho tráfico y, en particular, para el suministro de líneas ferroviarias de alta velocidad, se utilizan dos conductores en haz .

El ferrocarril de Mariazell , en la Baja Austria, funciona con corriente alterna monofásica a una  frecuencia de red de 25 Hz . El ferrocarril dispone de líneas de tracción propias con una tensión de servicio de 27 kV. Estas líneas están instaladas en los pilones de la catenaria.

En Alemania , para las líneas de tracción se utilizan normalmente conductores simples, pero en el caso del tren ICE se utilizan dos haces de conductores. Las líneas de suministro de corriente de tracción desde la central nuclear de Neckarwestheim hasta la estación de conmutación de corriente de tracción en Neckarwestheim y desde allí hasta la subestación central en Stuttgart , Zazenhausen, están diseñadas como un circuito de cuatro haces de conductores.

En Suecia , Noruega y algunas áreas de la antigua República Democrática Alemana , la corriente alterna trifásica se convierte en corriente alterna monofásica con una frecuencia de 16,7 ciclos por segundo en las subestaciones. A diferencia de Alemania Occidental, no hay plantas de energía dedicadas a la electricidad ferroviaria. Toda la energía proviene de proveedores generales de electricidad. Aunque en esta región, en principio, no hay necesidad de líneas eléctricas de tracción, hay una red eléctrica de corriente alterna monofásica de 132 kV para el suministro de energía ferroviaria en Suecia central (véase Sistema de suministro de energía eléctrica de los ferrocarriles en Suecia ). En Noruega, hay una pequeña red de corriente alterna monofásica de 55 kV para el suministro de energía de los trenes en el sur, alimentada por la central eléctrica de Hakavik . Otra central eléctrica, en Kjofossen, alimenta corriente alterna monofásica directamente en el cable aéreo. En Dinamarca y Finlandia , se utilizan 50 Hz para las líneas principales (si están electrificadas) y la electricidad proviene de proveedores generales. Como tal, se necesita un equipo mucho más simple que en Suecia y Noruega para la conversión.

En la República de Sudáfrica existen amplios sistemas de tracción de corriente alterna y continua, incluidos sistemas monofásicos de corriente alterna de 50 kV y 25 kV. La electrificación en Natal se vio estimulada por la adquisición del sistema de Ferrocarriles Sudafricanos por parte de la Comisión de Suministro Eléctrico (actualmente Eskom ), con base en la central eléctrica de Colenso .

En el Reino Unido , el sistema de electrificación de 750 V CC de Network Rail en el sureste de Inglaterra se abastece con energía de una extensa red de distribución eléctrica de 33 kV. ^{[ cita requerida ]}

• Reino Unido
• Alemania (excepto Mecklemburgo-Pomerania Occidental y Sajonia-Anhalt), longitud total 7.959 km
• Suiza
• Austria (red eléctrica de tracción independiente para el Mariazeller Bahn )
• Suecia central
• Sur de Noruega al este de Oslo
• EE. UU. (Las antiguas líneas del ferrocarril de Pensilvania de Amtrak entre Filadelfia y la ciudad de Nueva York , Washington, DC y Harrisburg, PA, que funcionan con corriente alterna monofásica de 25 Hz; consulte también el sistema de energía de tracción de 25 Hz de Amtrak )
• Sudáfrica
• Melbourne , Australia (cables de transmisión de alto voltaje dedicados entre la antigua central eléctrica Newport A y las subestaciones de tracción. Sin embargo, estas líneas funcionan con corriente alterna trifásica)
• Riad, Reino de Arabia Saudita (Redes de metro de Riad)

Las líneas de tracción se utilizan para alimentar los sistemas ferroviarios de los países que utilizan corriente alterna de frecuencia inferior a la del suministro público. Este es el caso típico de los países de habla alemana de Europa. Por ejemplo,  en Alemania , Austria y Suiza se utiliza corriente alterna de 16,7 Hz .

Un ejemplo concreto es el ferrocarril de vía estrecha de Mariazeller, en Austria, que funciona con corriente alterna monofásica con una frecuencia de 25 Hz y dispone de líneas de tracción propias con una tensión de servicio de 27 kV. Estas líneas están montadas sobre los pilones de la catenaria que se extiende por encima de las líneas.

Las tensiones utilizadas para las líneas de tracción son 110  kV en Alemania y Austria y 66 kV o 132 kV en Suiza.

Las líneas de tracción se utilizan simétricamente respecto a la tierra . En el caso de las líneas de 110 kV, por ejemplo, cada conductor tiene una tensión de 55 kV respecto a la tierra. La puesta a tierra se realiza en las subestaciones más grandes y en las centrales eléctricas para la corriente de tracción, utilizando transformadores para la cancelación de la corriente de fuga a tierra. Como es el caso de todas las líneas eléctricas simétricas, también en las líneas de tracción hay puntos de torsión. Una línea eléctrica de tracción para un circuito tiene normalmente dos conductores. Dado que la mayoría de las líneas de tracción poseen dos circuitos eléctricos, por lo general hay cuatro conductores en las torres (a diferencia de las líneas de corriente alterna trifásicas, cuyo número de conductores es un múltiplo entero de tres).

Las líneas de tracción no suelen tenderse paralelas a la línea ferroviaria, para minimizar la longitud de la línea y evitar influencias innecesarias del sistema eléctrico cerca de la línea ferroviaria. Sin embargo, hay casos en los que no se sigue esta práctica (por ejemplo, el suministro de corriente de algunos ferrocarriles de tránsito rápido que funcionan con corriente alterna en Alemania). En este caso, la línea de tracción se tiende sobre vigas transversales especiales de las torres de cables aéreos por encima de la línea aérea. Debido a que las torres de la línea aérea tienen una sección transversal menor que los mástiles de tracción, estas vigas transversales tienen que ser bastante estrechas, por lo que no se puede utilizar la disposición de cuatro cables conductores en un nivel, que es estándar en las líneas de tracción. Cuando se necesitan cuatro conductores, una solución es emplear una disposición de cables conductores en dos niveles. Alternativamente, en casos de líneas ferroviarias de doble vía, las torres de la línea aérea para ambos sentidos de conducción están equipadas con vigas transversales para el sistema de tracción (dos cables conductores).

En zonas densamente pobladas, donde los derechos de paso son escasos, es habitual encontrar torres que transportan circuitos eléctricos tanto para corriente de tracción como para corriente alterna trifásica. Estas últimas pueden ser líneas de corriente alterna trifásica de 110 kV, 220 kV o, en algunos casos, 380 kV. En estos casos, las líneas de corriente de tracción deben utilizar aisladores que puedan soportar la máxima tensión pico a pico que pueda producirse entre las líneas.

Las líneas de tracción se utilizan, por regla general, como conductores individuales. Para el suministro de energía a líneas ferroviarias con mucho tráfico y, en particular, para el suministro de energía a líneas ferroviarias de alta velocidad, como los trenes ICE (Inter City Express) alemanes, se utilizan conductores de dos haces. Las líneas de tracción desde la central nuclear de Neckarwestheim hasta la estación de distribución de tracción de Neckarwestheim y desde la estación de distribución de tracción de Neckarwestheim hasta la subestación central de Stuttgart Zazenhausen se utilizan como conductores de cuatro haces.

Las líneas de tracción siempre están equipadas con un conductor de tierra. En algunos casos se utilizan dos conductores de tierra: por ejemplo, en Alemania, en los casos en que la línea de tracción se transporta por torres de alta tensión junto con corriente alterna trifásica, como en el caso de la línea que lleva a la central nuclear de Neckarwestheim. Asimismo, en Austria existen algunas líneas de tracción equipadas con dos cables de tierra.

En Suecia , Noruega y algunas zonas de la antigua RDA, la corriente alterna trifásica de la red pública se convierte en corriente alterna monofásica con una frecuencia de 16,7 Hz en subestaciones cercanas a las vías del tren. En estas regiones no hay líneas de tracción.

También en los países en los que los trenes eléctricos circulan con corriente continua o con corriente alterna monofásica con la frecuencia de la red eléctrica general, la conversión necesaria de la corriente se realiza en las subestaciones, por lo que en estos países no se necesitan líneas de corriente de tracción.

• Tercer carril
• Planta convertidora de corriente de tracción
• Central eléctrica de tracción