¿Cómo obtiene energía el transporte eléctrico urbano e interurbano?
El transporte eléctrico urbano e interurbano se ha convertido en atributos familiares de la vida cotidiana para el hombre moderno. Hace tiempo que dejamos de pensar en cómo este transporte obtiene su alimento. Todo el mundo sabe que los coches se llenan de gasolina, las bicicletas las pedalean los ciclistas. Pero, ¿cómo se alimentan los tipos eléctricos de transporte de pasajeros: tranvías, trolebuses, trenes monorriel, subterráneos, trenes eléctricos, locomotoras eléctricas? ¿Dónde y cómo se les suministra la energía impulsora? Hablemos de eso.
Tranvía
En los viejos tiempos, cada nueva economía de tranvías se vio obligada a tener su propia central eléctrica, ya que las redes eléctricas públicas aún no estaban lo suficientemente desarrolladas. En el siglo XXI, la energía para la red de tranvías se suministra desde redes de propósito general.
La energía es proporcionada por corriente continua de voltaje relativamente bajo (550 V), lo que simplemente sería antieconómico para la transmisión a larga distancia.Por este motivo, las subestaciones de tracción se ubican cerca de las líneas de tranvía, donde la corriente alterna de la red de alta tensión se convierte en corriente continua (con una tensión de 600 V) para la red de contacto del tranvía. En ciudades donde operan tanto tranvías como trolebuses, estos modos de transporte generalmente tienen un ahorro de energía general.
En el territorio de la antigua Unión Soviética, existen dos esquemas para alimentar líneas aéreas para tranvías y trolebuses: centralizado y descentralizado. Primero vino el centralizado. En él, grandes subestaciones de tracción dotadas de varios convertidores daban servicio a todas las líneas vecinas o situadas a una distancia de hasta 2 kilómetros de ellas. Las subestaciones de este tipo se encuentran hoy en día en áreas con una alta densidad de rutas de tranvía (trole).
El sistema descentralizado comenzó a formarse después de los años 60, cuando comenzaron a aparecer líneas de tranvías, trolebuses, subterráneos, por ejemplo, desde el centro de la ciudad a lo largo de la carretera, hasta un área remota de la ciudad, etc.
Aquí se instalan subestaciones de tracción de baja potencia con uno o dos convertidores capaces de alimentar un máximo de dos tramos de línea cada 1-2 kilómetros de línea, pudiendo cada tramo final ser alimentado por una subestación adyacente.
Así, las pérdidas de energía son menores, ya que los tramos de potencia son más cortos. Además, si ocurre una falla en una de las subestaciones, la sección de la línea permanecerá energizada desde la subestación adyacente.
El contacto del tranvía con la línea DC se realiza a través de un pantógrafo en el techo de su vagón. Puede ser pantógrafo, semipantógrafo, barra o arco. El cable aéreo de la línea de tranvía suele ser más fácil de colgar que el riel.Si se utiliza un brazo, los interruptores neumáticos se disponen como brazos de trole. El flujo de corriente suele ser a través de los rieles a tierra.
Trolebús
En un trolebús, la red de contacto está dividida por aisladores de sección en segmentos aislados, cada uno de los cuales está conectado a la subestación de tracción por medio de líneas de alimentación (aéreas o subterráneas). Esto permite desconectar fácilmente secciones individuales para su reparación en caso de falla.Si ocurre una falla en el cable de alimentación, es posible instalar puentes en los aisladores para alimentar la sección afectada desde la adyacente (pero esto es una modo anormal asociado con el riesgo de sobrecarga de la fuente de alimentación).
La subestación de tracción reduce la corriente alterna de alto voltaje de 6 a 10 kV y la convierte en corriente continua con un voltaje de 600 voltios. La caída de tensión en cualquier punto de la red, según las normas, no debe ser superior al 15%.
La red de contactos del trolebús difiere de la del tranvía. Aquí es de dos hilos, la tierra no se usa para drenar la corriente, por lo que esta red es más compleja. Los conductores están ubicados a poca distancia entre sí, por lo que se requiere una protección especialmente cuidadosa contra acercamientos y cortocircuitos, así como aislamiento en las intersecciones de las redes de trolebuses entre sí y con las redes de tranvías.
Por lo tanto, se instalan medios especiales en las intersecciones, así como flechas en los puntos de unión. Además, se mantiene un voltaje ajustable, lo que evita que los cables se superpongan con el viento. Es por eso que se utilizan varillas para impulsar los trolebuses; otros dispositivos simplemente no permitirán que se cumplan todos estos requisitos.
Los brazos de los trolebuses son sensibles a la calidad de la catenaria, ya que cualquier defecto en ella puede provocar un salto del brazo. Existen normas según las cuales el ángulo de rotura en el punto de unión de la varilla no debe ser superior a 4 °, y cuando se gira en un ángulo de más de 12 °, se instalan soportes curvos. La zapata deslizante corre sobre el cable y no se puede girar con el carro, por lo que aquí se necesitan flechas.
pista única
Los trenes monorraíl han estado operando recientemente en muchas ciudades del mundo: Las Vegas, Moscú, Toronto, etc. Se pueden encontrar en parques de atracciones, zoológicos, los monorraíles se utilizan para hacer turismo local y, por supuesto, para comunicaciones urbanas y suburbanas.
Las ruedas de tales trenes no son de hierro fundido en absoluto, sino de hierro fundido. Las ruedas simplemente guían el tren del monorriel a lo largo de una viga de concreto, los rieles en los que se ubican la vía y las líneas (el riel de contacto) de la fuente de alimentación.
Algunos monorrieles están diseñados de tal manera que se colocan encima de un riel, de forma similar a como una persona se sienta encima de un caballo. Algunos monorrieles están suspendidos de una viga debajo, como una linterna gigante en un poste. Por supuesto, los monorraíles son más compactos que los ferrocarriles convencionales, pero su construcción es más costosa.
Algunos monorrieles no solo tienen ruedas, sino también soporte adicional basado en un campo magnético. El monorraíl de Moscú, por ejemplo, funciona precisamente sobre un cojín magnético creado por electroimanes. Los electroimanes están en el material rodante y hay imanes permanentes en el lienzo de la viga guía.
Según el sentido de la corriente en los electroimanes de la parte móvil, el tren monorraíl avanza o retrocede según el principio de repulsión de los polos magnéticos del mismo nombre, así funciona el motor eléctrico lineal.
Además de las ruedas de goma, el tren monorriel también tiene un riel de contacto que consta de tres elementos conductores de corriente: positivo, negativo y tierra. La tensión de alimentación del motor lineal monorraíl es constante, igual a 600 voltios.
Subterráneo
Los trenes subterráneos eléctricos reciben su electricidad de la red de corriente continua, por regla general, del tercer riel (de contacto), cuyo voltaje es de 750-900 voltios. La corriente continua se obtiene en subestaciones a partir de corriente alterna mediante rectificadores.
El contacto del tren con el carril de contacto se realiza a través de un colector de corriente móvil. El bus de contacto se encuentra a la derecha de las vías. El colector de corriente (el llamado «Pantógrafo») se encuentra en el bogie del carro y se presiona contra el bus de contacto desde abajo. El más está en el riel de contacto, el menos está en las vías del tren.
Además de la corriente eléctrica, a lo largo de los rieles de la vía fluye una corriente de "señal" débil, que es necesaria para el bloqueo y la conmutación automática de los semáforos. Las vías también transmiten información a la cabina del conductor sobre las señales de tránsito y la velocidad permitida del tren subterráneo en ese tramo.
locomotora electrica
Una locomotora eléctrica es una locomotora propulsada por un motor de tracción. El motor de la locomotora eléctrica recibe energía de la subestación de tracción a través de la red de contactos.
La parte eléctrica de una locomotora eléctrica generalmente contiene no solo motores de tracción, sino también convertidores de voltaje, así como dispositivos que conectan los motores a la red, etc. El equipo de corriente de una locomotora eléctrica se ubica en el techo o en sus cubiertas y está diseñado para conectar el equipo eléctrico a la red de contactos.
La recolección de corriente de la línea aérea se realiza mediante pantógrafos en el techo, después de lo cual la corriente se alimenta a través de las barras colectoras y los casquillos a los dispositivos eléctricos. En el techo de la locomotora eléctrica también hay dispositivos de conmutación: interruptores de aire, interruptores para tipos de corriente y seccionadores para desconectar de la red en caso de mal funcionamiento del pantógrafo. A través de los buses, la corriente se alimenta a la entrada principal, a los dispositivos de conversión y regulación, a los motores de tracción y otras máquinas, luego a las ruedas y, a través de ellas, a los rieles, al suelo.
La regulación del esfuerzo de tracción y la velocidad de la locomotora eléctrica se logra cambiando el voltaje en la armadura del motor y cambiando el coeficiente de excitación de los motores colectores o ajustando la frecuencia y el voltaje de la corriente de alimentación de los motores asíncronos.
La regulación de voltaje se realiza de varias maneras. Inicialmente, en una locomotora eléctrica de corriente continua, todos sus motores están conectados en serie, y el voltaje de un motor en una locomotora eléctrica de ocho ejes es de 375 V, con una tensión de catenaria de 3 kV.
Los grupos de motores de tracción se pueden cambiar de conexión en serie — a serie-paralelo (2 grupos de 4 motores conectados en serie, luego el voltaje para cada motor es de 750 V), o a paralelo (4 grupos de 2 motores conectados en serie, luego esta tensión para un motor — 1500 V). Y para obtener tensiones intermedias de los motores, se añaden al circuito grupos de reóstatos, lo que permite ajustar la tensión en pasos de 40-60 V, aunque esto provoca la pérdida de parte de la electricidad de los reóstatos en el forma de calor.
Los convertidores de potencia dentro de la locomotora eléctrica son necesarios para cambiar el tipo de corriente y bajar la tensión de catenaria a los valores requeridos que cumplan con los requerimientos de los motores de tracción, máquinas auxiliares y demás circuitos de la locomotora eléctrica. La conversión se realiza directamente a bordo.
En las locomotoras eléctricas de CA, se proporciona un transformador de tracción para reducir el alto voltaje de entrada, así como un rectificador y reactores de suavizado para obtener CC de CA. Se pueden instalar convertidores estáticos de tensión y corriente para alimentar máquinas auxiliares. En las locomotoras eléctricas con accionamiento asíncrono de ambos tipos de corriente se utilizan inversores de tracción, que convierten la corriente continua en corriente alterna con tensión y frecuencia reguladas, que se alimenta a los motores de tracción.
Tren electrico
Un tren eléctrico o tren eléctrico en la forma clásica recibe electricidad con la ayuda de pantógrafos a través de un hilo de contacto o carril de contacto.A diferencia de una locomotora eléctrica, los colectores de los trenes eléctricos se encuentran tanto en automóviles como en remolques.
Si la corriente se suministra a los automóviles remolcados, entonces el automóvil se alimenta a través de cables especiales. El colector de corriente suele estar en la parte superior, desde el cable de contacto, lo llevan a cabo los colectores en forma de pantógrafos (similares a las líneas de tranvía).
Habitualmente, la captación de corriente es monofásica, pero también existe la trifásica, cuando el tren eléctrico utiliza pantógrafos de diseño especial para contacto separado con varios hilos o carriles de contacto (cuando se trata del metro).
El equipamiento eléctrico del tren eléctrico depende del tipo de corriente (hay trenes eléctricos de corriente continua, corriente alterna o bisistema), el tipo de motores de tracción (colector o asíncrono), la presencia o ausencia de frenado eléctrico.
En principio, el equipamiento eléctrico de los trenes eléctricos es similar al equipamiento eléctrico de las locomotoras eléctricas. Sin embargo, en la mayoría de los modelos de trenes eléctricos, se coloca debajo de la carrocería y en los techos de los vagones para aumentar el espacio interior para los pasajeros. Los principios de conducción de los motores de los trenes eléctricos son aproximadamente los mismos que los de las locomotoras eléctricas.