Research Method

Al estar la línea aérea de contacto formada por cables, conductores de calor y de la electricidad, sometidos a una determinada tensión mecánica, y tener que soportar las variaciones climatológicas, se producen como en cualquier cuerpo metálico variaciones de su longitud por efecto de la dilatación lineal y de su elasticidad.

El aumento de longitud que se produce en los distintos cables que forman la catenaria, produce variaciones en la tensión mecánica inicial con la que fueron tendidos y pendolados, y por lo tanto variaciones de altura con respecto al plano de rodamiento. Estas variaciones de altura se producen tanto entre el apoyo y el centro del vano como entre péndola y péndola.

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5. DESCRIPCIÓN DE LA CATENARIA

Zacarías Barcenilla Torres Departamento de Ingeniería Mecánica

Área de Ingeniería Mecánica. Universidad Carlos III de Madrid 49

Cuanto mayor sea la velocidad de circulación de los trenes, mayor será la dificultad para que el pantógrafo siga las variaciones de altura de hilo de contacto y por tanto mayor será la probabilidad de que se produzcan faltas de contacto entre pantógrafo y catenaria (despegues) que reducen la potencia de la maquina y esfuerzos incontrolados entre pantógrafo e hilos, que algunas veces son capaces de producir una avería en el sistema.

5.3.1 C

Para contrarrestar el efecto de las dilataciones en la línea aérea de contacto se procede a dividir la línea en partes de longitud comprendida entre 900 y 1300 metros, medidos de anclaje a anclaje de cables. A cada una de estas partes en que se divide la linea se le denomina Cantón. En el centro de cada cantón se montan unos cables que sujetan y estabilizan al sustentador e hilos de contacto, impidiendo que toda la línea se desplace hacia un lado u otro. Las partes del cantón que existen a cada lado de ese punto central, denominado punto fijo, se denominan semicantones.

El punto central del cantón, punto fijo, debe de coincidir con una ménsula o poste y mantenerla sin desplazamientos o giros de ninguna clase, independientemente de la temperatura ambiente o de los cables. La estabilización de dicha ménsula se realiza mediante un cable de acero, convenientemente aislado, que sujeta al conjunto de suspensión y a través de éste la ménsula, el sustentador y los hilos de contacto. Los cables de acero se fijan a los postes adyacentes y para evitar que estos se doblen se refuerzan mediante un tirante denominado Tirante de Anclaje al Punto Fijo. (Figura 5.13)

Punto Fijo

Anclaje de Punto Fijo Cantón de Compensación

Semicantón de Compensación Semicantón de Compensación

Anclaje del Sustentador y del Hilo de contacto Anclaje del Sustentador y del Hilo de contacto Punto Fijo Anclaje de Punto Fijo Cantón de Compensación

Semicantón de Compensación Semicantón de Compensación

Anclaje del Sustentador y del Hilo de contacto Anclaje del Sustentador y del Hilo de contacto

Figura 5.13. Esquema de un cantón de compensación

El cantón puede tener dispositivos para la regulación automática de la tensión mecánica o no disponer de estos. En este último caso, los cables, sustentador e hilos de contacto, se sujetan convenientemente aislados a los postes mediante unos tensores que permiten regular de forma manual la tensión mecánica en las diferentes épocas del año. Cuando el cantón está compensado automáticamente, los cables se sujetan a los postes extremos mediante un sistema formado por poleas y contrapesos (como puede observarse en la figura 5.14) que tiene por objeto mantener constante la tensión mecánica de los cables, independientemente de las variaciones de temperatura. En otras administraciones se utilizan otros tipos de compensación automática formados por sistemas hidráulicos, sistemas de gas, etc.

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Área de Ingeniería Mecánica. Universidad Carlos III de Madrid Zacarías Barcenilla Torres Figura 5.14. Compensación mediante contrapesos

5.3.2 S

.

La continua sucesión de cantones forma lo que se denomina línea aérea de contacto, que puede estar compensada o no. Sin embargo, para que el pantógrafo no encuentre ninguna discontinuidad en la línea, los cables se deben solapar, de tal forma que cuando un cantón de línea termina, a continuación empiece el siguiente. La zona donde se solapa una sección de cable con otra se denomina seccionamiento. Existen dos tipos de seccionamiento:

Seccionamiento de cantón o de compensación
Seccionamiento de lámina de aire.

5.3.2.1 Seccionamiento de cantón o de compensación

Cada vez que es preciso montar un equipo de compensación, es necesario establecer un solape entre dos catenarias de modo que el pantógrafo tome contacto con la nueva catenaria antes de abandonar la anterior. Esto se consigue por medio de los seccionamientos de compensación, que se puentean eléctricamente de modo que exista continuidad eléctrica.

Como se puede observar en la figura 5.15, el seccionamiento consta de:

El punto de anclaje y compensación mecánica de la siguiente catenaria (cantón) que el pantógrafo va a comenzar a frotar (Catenaria que “nace”, moviéndonos de izquierda a derecha) En la figura 5.15 se ve como en ese punto se ancla y compensa la catenaria de color verde, en línea discontinua, significando que la catenaria que “nace” aún no está frotando con el pantógrafo, siendo la que aún sigue aportando corriente eléctrica al pantógrafo la catenaria roja en línea continua.

Realmente, el punto de anclaje del seccionamiento no será más que un poste con un equipo de poleas y contrapesos, ya que es el nacimiento de un nuevo cantón. De las poleas partirá el hilo de contacto y el sustentador.

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Semieje de Seccionamiento. Es el punto donde la catenaria que se anclaba en el anclaje del seccionamiento anterior se alinea con la catenaria por la que viene el pantógrafo (catenaria que “muere”) y que abandonará en el seccionamiento.

Eje de Seccionamiento. Llegado a este punto, el pantógrafo sí frota a las dos catenarias, a la que “está naciendo” y a la que “está muriendo”. El vano existente entre un semieje (S/E) y un eje (E) es lo que se denomina vano de elevación porque es en él donde las alturas de los hilos de contacto de las dos catenarias coinciden, no haciéndolo en el tramo de vano restante.

En este tramo, el hilo de contacto que “nace”, el verde, va progresivamente disminuyendo su altura hasta llegar a la altura de frotamiento con el pantógrafo en las proximidades del eje de seccionamiento.

A partir del eje, el montaje se repetirá de forma análoga e inversa, es decir, la catenaria por la que el pantógrafo venía al seccionamiento (línea color rojo) será la que ahora comience a elevarse para anclarse.

Eje Seccionamiento Semieje Seccionamiento Anclaje Seccionamiento Eje Seccionamiento Semieje Seccionamiento Anclaje Seccionamiento

Figura 5.15. Esquema de un seccionamiento de compensación de 4 vanos

Estos seccionamientos de compensación se confeccionan en cuatro vanos con eje, siempre que los vanos sean mayores de 50 m. Si por cualquier motivo el vano situado entre el eje y el semieje debiera ser menor de 50 m, el seccionamiento se haría en 5 vanos.

En la siguiente figura, figura 5.16, se muestra un seccionamiento formado por cinco vanos. El funcionamiento es idéntico al de cuatro vanos, con la salvedad de que en vez de un eje de

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seccionamiento dispone de dos. Debido a esto, la zona en la que coinciden dos hilos de contacto frotando con el pantógrafo es mayor que la que aparece en los seccionamientos de cuatro vanos.

Eje Seccionamiento Semieje Seccionamiento Anclaje Seccionamiento Eje Seccionamiento Semieje Seccionamiento Anclaje Seccionamiento

Figura 5.16. Esquema de un seccionamiento de compensación de 5 vanos

En resumen, la función principal de los seccionamiento de compensación es la de conseguir continuidad mecánica en la catenaria.

5.3.2.2 Seccionamiento de lámina de aire

Mientras que el seccionamiento de compensación otorga continuidad mecánica a la catenaria, los seccionamientos de lámina al aire pretenden aportar continuidad eléctrica.

Es necesario alimentar eléctricamente la catenaria que va a comenzar a frotar el pantógrafo (verde), conectándola mediante un feeder a la que catenaria que va a “morir” (rojo), y que ya está electrificada. En la Figura 5.17 se pueden apreciar los dos puntos donde se produce dicha conexión eléctrica.

Del mismo modo, existen dos puntos de aislamiento entre las dos catenarias que corresponden con los seccionadores de lámina al aire. En un seccionamiento siempre ocurre que uno de los aisladores está abierto y otro cerrado para conseguir la continuidad eléctrica.

La ventaja de los seccionamientos de lámina al aire con respecto a otro tipo de aislador es que permiten aislar una zona de catenaria en el instante que se requiera, sin que en ningún momento exista ninguna limitación de funcionamiento, y sin necesidad de conexión eléctrica de continuidad. Esa continuidad se establece a través de un seccionador telemandado, permitiendo aislar eléctricamente aguas arriba o aguas debajo de dicho seccionamiento de lámina al aire.

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Seccionador de lamina al aire Conexión eléctrica Seccionador de lamina al aire Conexión eléctrica

Figura 5.17. Esquema de un seccionamiento de lámina al aire en 4 vanos