ES2302151T3 - Sistema y subestacion de alimentacion electrica de una red de traccion. - Google Patents
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- B60L2200/00—Type of vehicles
- B60L2200/26—Rail vehicles
Abstract
Sistema de alimentación de una red de tracción de una vía férrea, comprendiendo este sistema: - varias subestaciones (20 a 23) de alimentación eléctrica, equipadas cada una de un rectificador (32) de tensión alternativa, de una entrada (26) propia a recibir la tensión alternativa a rectificar, y una salida (28) para la tensión continua rectificada conectada a la red de tracción, estando estas subestaciones repartidas en diferentes lugares a lo largo de la vía férrea, y - al menos un puesto de transformación de alta tensión alternativa en baja tensión alternativa equipado de una entrada (64,66) para la alta tensión alternativa y de una salida (70,72) para la baja tensión alternativa, caracterizada: - porque cada subestación (20 a 23) comprende un rectificador mandado de carga regulable en tensión y/o en corriente y al menos un captador (40) de carga del rectificador, y - porque el sistema comprende un supervisor (44) propio a regular la carga de cada rectificador en función de la carga medida por los captadores.
Description
Sistema y subestación de alimentación eléctrica
de una red de tracción.
La invención se refiere a un sistema y una
subestación de alimentación eléctrica de una red detracción.
Unos sistemas de alimentación conocidos
comprenden:
- varias subestaciones de alimentación
eléctrica, equipadas cada una de un rectificador de tensión
alternativa, de una entrada propia a recibir la tensión alternativa
a rectificar, y de una salida para la tensión alternativa
rectificada conectada a la red de tracción, estando estas
subestaciones repartidas en diferentes lugares de la vía férrea,
y
- al menos un puesto de transformación de alta
tensión alternativa en baja tensión alternativa equipada de una
entrada para la alta tensión alternativa y de una salida para la
baja tensión alternativa.
En los sistemas conocidos, un puesto de
transformación alta tensión/baja tensión está integrado en cada
subestación y la entrada de tensión alternativa de cada subestación
está directamente conectada a una red de distribución alta
tensión.
Aunque funcionando de manera satisfactoria,
estos sistemas conocidos de alimentación son costosos, espaciados y
potentes para compensar las caídas de tensión.
Unas subestaciones equipadas de rectificador son
conocidas de JP-A-63 199137 y de
JP-04 029525.
La invención tiende a remediar a este
inconveniente proponiendo un sistema de alimentación de una red de
tracción de una vía férrea menos costoso.
La invención tiene pues por objeto un sistema de
alimentación según la reivindicación 1.
Los modos de realización de este sistema de
alimentación pueden comprender una o varias de las características
de las reivindicaciones dependientes.
La invención tiene igualmente por objeto una
subestación apta a utilizarse en el sistema de alimentación.
La invención se entenderá mejor con la lectura
de la descripción a continuación, dada únicamente a título de
ejemplo y haciendo referencia al dibujo, en el cual la figura 1 es
una ilustración esquemática de la arquitectura de un sistema de
alimentación de una red de tracción de una vía férrea.
La figura 1 representa un sistema, designado por
la referencia general 2, de alimentación de una red 4 de tracción
de una vía férrea. La red 4 es por ejemplo una catenaria sobre la
cual un pantógrafo de un tren o de un vehículo ferroviario roza o
un tercer carril situado en el suelo sobre el cual un brazo de
contacto de un tren roza.
La red 4 puede igualmente formarse de puntos de
alimentación discontinuos, conocidos por los términos de "puestos
de provisión de energía" (biberonnage), dispuestos en unas
estaciones de viajeros y permitiendo la recarga puntual en energía
de medios de almacenamiento embarcados en un tren. El tren presenta
entonces una autonomía parcial sin línea aérea. Una red 4
comprendiendo unos puestos de provisión de energía está descrito en
la solicitud de patente FR 2 782 680. La red 4 sirve a alimentar un
tren en tensión continúa.
El sistema 2 comprende subestaciones de
alimentación de la red 4 en tensión continúa y dos redes 8 y 10 de
distribución de tensión alternativa a los cuales están conectadas
alternativamente las subestaciones.
Las subestaciones están repartidas a lo largo de
la vía férrea y separadas unas de otras por unas distancias de
espacio comprendidas, por ejemplo, entre 400 a 1000 metros. El hecho
de elegir una distancia de espacio más pequeña que la de los
sistemas clásicos permite limitar las pérdidas por efecto de joule
en la red 4 así como las pérdidas de tensión entre los puntos de
empalme de dos subestaciones. Aquí, para simplificar la figura 1,
solamente 4 subestaciones 20 a 23 han sido representadas. Estas
subestaciones son, por ejemplo, idénticas unas a otras. En
consecuencia, solo la subestación 20 se describirá aquí en
detalle.
La subestación 20 comprende una entrada 26 de
baja tensión alternativa a rectificar y una salida 28 de tensión
continua rectificada. Por baja tensión se designa aquí una tensión
inferior a 1000 Vac y con más precisión por baja tensión de
categoría B o BTB una tensión comprendida entre 500 y 1000 Vac.
Aquí, la entrada 26 está conectada a la red 8
que es una red de distribución de baja tensión alternativa trifásica
de categoría B, mediante una unión eléctrica 30. Los tres trazos
oblicuos sobre la unión 30 indican que está unión está formada de
tres conductores eléctricos como requerido para transportar una
tensión trifásica.
Para rectificar la tensión BTB la subestación
comprende un rectificador accionado 32 de tensión trifásica cuya
entrada está conectada a la entrada 26 mediante un juego 34 de tras
fusibles.
Una salida de tensión continúa rectificada del
rectificador 32 está conectada a la salida 28 mediante un
seccionador 36. La tensión continua rectificada está comprendida
entre 500 voltios y 900 voltios y con preferencia cerca de 750
Vdc.
El seccionador 36 permite aislar eléctricamente
la subestación 20 de la red 4 en caso de avería de ésta o durante
operaciones de mantenimiento.
Aquí el rectificador 32 es un puente
rectificador accionado de potencia realizado a partir de
interruptores accionables tales como, por ejemplo, unos tiristores
o transistores IGBT (Insulated Gate Bipopular Transistor). Tal
rectificador accionable es apto a interumpir la distribución de
energía eléctrica a la red 4 en respuesta a un mando de
interrupción o en respuesta a la detección de un defecto. Este
rectificador 32 tiene igualmente una carga regulable en tensión y/o
en corriente. A tal efecto, la subestación 20 comprende un conjunto
40 de captadores propios a medir la carga del rectificador 32
midiendo la tensión y/o la corriente continua rectificada
suministrada a la red 4. Comprende también una unidad 42 de pilotaje
del rectificador 32. Los captadores y la unidad 42 están conectados
a un supervisor 44 distante mediante un red 46 de transmisión de
informaciones. La red 46 es, por ejemplo, una red de fibras
ópticas.
Aquí, el supervisor 44 es apto a pilotar a
distancia la carga de cada una de las subestaciones en función de
la carga medida por sus captadores respectivos. El supervisor 44 es
igualmente propio a accionar a distancia la interrupción de la
distribución de energía eléctrica a la red 4 por una
subestación.
El supervisor 44 es también capaz de accionar
una baja o un aumento de la tensión continua rectificada
suministrada a la red 4 por una subestación en función de una
información sobre la distancia separando esta subestación de un
tren. La información sobre la posición de los trenes así como la
información según la cual un tren acelera o frena están adquiridas,
por ejemplo, por una unidad convencional de gestión del tráfico
ferroviario. Estas informaciones están transmitidas al supervisor
44. A partir de las informaciones recibidas, el supervisor 44 es
apto a establecer la información sobre la distancia separando un
tren de una subestación.
El rectificador 32 es precisamente un
rectificador reversible de cuatro cuadrantes de manera a poder
recuperar la energía de frenado de un tren.
La subestación 20 comprende igualmente unos
equipos eléctricos auxiliares 50 alimentados en baja tensión
alternativa de categoría A. Por baja tensión alternativa de
categorías A o BTA, se designa aquí una tensión alternativa
comprendida entre 0 y 500 Vac.
Los equipos auxiliares 50 están conectados a una
red 52 de distribución BTA mediante una entrada 54 de baja tensión
alternativa de categoría A de la subestación 20.
Para prevenir una avería de una de las redes 8,
10 de distribución BTB, las subestaciones del sistema 2 están
conectadas en alternancia sea a la red 8, sea a la red 10. Aquí, las
subestaciones 20 y 22 están conectadas a la red 8 mientras que las
subestaciones 21 y 23 están conectadas a la red 10.
El sistema 2 comprende igualmente dos puestos de
transformación 60,62 comprendiendo cada uno una entrada 64, 66
conectada a un red 68 de distribución de alta tensión alternativa
de categoría A. Por alta tensión alternativa de categoría A o HTA
se designa aquí una tensión alternativa comprendida entre 1000 y
50000 Vac.
Los puestos 60, 62 comprenden igualmente cada
uno una salida 70, 72 de tensión alternativa trifásica BTB conectada
a la red 8 y a la red 10 respectivamente. Los puestos 60 y 62 están
aptos a transformar la alta tensión recibida sobre su entrada
respectiva en una baja tensión de categoría B destinada a ser
distribuida a las subestaciones mediante las redes 8 y 10.
El funcionamiento del sistema 2 va ahora
describirse.
Durante el funcionamiento normal, la alta
tensión distribuida por la red 68 está transformada en baja tensión
BTB por los puestos 60 y 62. Esta baja tensión BTB está entonces
distribuida a las subestaciones mediante unas redes 8 y 10. La
tensión BTB recibida por cada subestación está rectificada por los
rectificadores 32 antes de utilizarse para alimentar la red 4 en
tensión continua rectificada. Así, en el sistema 2, puesto que la
tensión a rectificar recibida por las subestaciones 2 es ya una
baja tensión, no es necesario prever en cada una de estas
subtensiones un transformador alta/baja tensión. El volumen y el
coste de las subestaciones están pues reducidos con relación a las
subestaciones conocidas. Las subestaciones son igualmente más
ligeras.
Aquí, el supervisor 44 acciona el conjunto de
las subestaciones de alimentación de la red 4 de manera que las
cargas de cada subestación sean sensiblemente iguales en corriente y
tensión suministradas. A tal efecto, el supervisor utiliza los
captadores de carga de cada una de las subestaciones. Además, el
supervisor 44 acciona una baja de la tensión continua suministrada
a la red 4 por ciertas subestaciones en función de la información
sobre la distancia que separa un tren de estas subestaciones.
Precisamente, cuando el tren frena, el supervisor 44 acciona las
subestaciones de manera que la tensión continua rectificada
suministrada por la subestación la más cercana al tren sea inferior
a la de las otras subestaciones. Por ejemplo, el supervisor 44
acciona una baja de la tensión continua suministrada por la
subestación la más cercana al tren. Así la recuperación de energía
por la subestación más cercana al tren está favorecida. A la
inversa, cuando el tren consume energía, el supervisor 44 acciona
las subestaciones para que la subestación la más cercana al tren
suministre una tensión continua rectificada superior a la de las
subestaciones más alejadas del tren. Por ejemplo, el supervisor 44
acciona un aumento de la tensión continua rectificada suministrada
por la subestación la más cercana al tren. Gracias a este sistema,
se limitan las pérdidas en líneas. Observaremos que esta manera de
minimizar las pérdidas en línea es independiente del hecho de
utilizar las redes 8 o 10 para distribuir a cada subestación baja
tensión BTB. Por ejemplo, esta manera de limitar las pérdidas en
línea puede ponerse en práctica en un sistema de alimentación donde
las subestaciones están equipadas de un rectificador tal como el
rectificador 32 y de postes de transformación alta tensión/baja
tensión de manera a poder conectarse directamente a la red de
distribución alta tensión 68.
En caso de avería, o durante una operación de
mantenimiento, el rectificador 32 está pilotado de manera a
interrumpir muy rápidamente por conmutación estática la distribución
de energía eléctrica a la red 4. Después por razones de seguridad,
el seccionador 36 está abierto. Así, en el sistema 2, el
rectificador 32 cumple las funciones de un disyuntor
electromecánico clásico lo que hace inútil la presencia de tal
disyuntor en cada subestación. El coste y el volumen de las
subestaciones son pues reducidos.
El sistema 2 permite optimizar la distribución
de energía. Además, en el caso en que la red 4 está equipada de
puntos de alimentación discontinua, es posible repartir la carga
energética entre estos diferentes puntos de alimentación
discontinua.
El sistema 2 se ha descrito aquí en el caso
particular en que existe una redundancia entre las redes 8 y 10.
Sin embargo, en variante, esta redundancia está suprimida o
aumentada, es decir que el sistema 2 solo comprende una como máximo
de tres redes de distribución BTB para distribuir la tensión
alternativa a cada una de las subestaciones de alimentación de la
red 4.
El supervisor 44 se ha descrito en forma de un
bloque conectado mediante la red 46 a las diferentes subestaciones.
En variante, el supervisor está formado de módulos de supervisión
independientes aptos cada uno a regular la carga de un rectificador
de una subestación en función de la carga medida en el conjunto de
las subestaciones del sistema. Cada uno de estos módulos de
supervisión está alojado en el interior de la subestación de la
cual regula la carga. De manera a poder adquirir las informaciones
sobre la carga medida por los captadores presentes en las otras
subestaciones, estos módulos están conectados por una red de
transmisión de informaciones al cual están conectados los conjuntos
40 de captadores y el módulo de supervisión y cada subestación. En
esta variante, con preferencia, la unidad 42 y el módulo de
supervisión están integrados.
Claims (11)
1. Sistema de alimentación de una red de
tracción de una vía férrea, comprendiendo este sistema:
- varias subestaciones (20 a 23) de alimentación
eléctrica, equipadas cada una de un rectificador (32) de tensión
alternativa, de una entrada (26) propia a recibir la tensión
alternativa a rectificar, y una salida (28) para la tensión
continua rectificada conectada a la red de tracción, estando estas
subestaciones repartidas en diferentes lugares a lo largo de la vía
férrea, y
- al menos un puesto de transformación de alta
tensión alternativa en baja tensión alternativa equipado de una
entrada (64,66) para la alta tensión alternativa y de una salida
(70,72) para la baja tensión alternativa, caracterizada:
- -
- porque cada subestación (20 a 23) comprende un rectificador mandado de carga regulable en tensión y/o en corriente y al menos un captador (40) de carga del rectificador, y
- -
- porque el sistema comprende un supervisor (44) propio a regular la carga de cada rectificador en función de la carga medida por los captadores.
2. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque los rectificadores (32) son aptos a
interrumpir la distribución de energía eléctrica a la red de
tracción en respuesta a un mando de interrupción o en respuesta a la
detección de un defecto.
3. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sistema
comprende una red (8 o 10) de distribución de la baja tensión
alternativa conectada entre la salida de dicho al menos un puesto
de transformación y las entradas de tensión alternativa de varias
subestaciones.
4. Sistema según la reivindicación 3,
caracterizado porque el supervisor está formado de módulos de
supervisión aptos cada uno a regular la carga de un rectificador
de una subestación en función de la carga medida por el o cada
captador de al menos otra subestación, estando cada módulo de
supervisión alojado en una subestación respectiva.
5. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
rectificadores (32) son rectificadores accionados reversibles de
cuatro cuadrantes, permitiendo unos flujos de energía
bidireccionales para recuperar energía de frenado de un vehículo
ferroviario.
6. Sistema según la reivindicación 5,
caracterizado porque comprende un supervisor apto a pilotar
una modificación de la tensión continua rectificada suministrada
por una subestación a la red de tracción en función de una
información sobre la distancia separando la subestación de un
vehículo ferroviario.
7. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las
subestaciones están espaciadas unas de otras a lo largo de la vía
férrea por una distancia de espacio comprendida entre 400 y 1000
metros.
8. Subestación de alimentación eléctrica apta a
utilizarse en un sistema de alimentación según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la cual la subestación está
equipada de un rectificador (32) de tensión alternativa, de una
entrada (26) propia a recibir la tensión alternativa a rectificar y
de una salida (28) para la tensión continua rectificada conectada a
la red de tracción, caracterizada porque la subestación
comprende al menos un captador de la carga del rectificador, y
porque el rectificador es de carga regulable en tensión y/o en
corriente.
9. Subestación según la reivindicación 8,
caracterizada porque el rectificador (32) es apto a
interrumpir la distribución de energía eléctrica a la red de
tracción en respuesta a un mando de interrupción o en respuesta a la
detección de un defecto.
10. Subestación según la reivindicación 8 o 9,
caracterizada porque la entrada de tensión alternativa es
únicamente apta a recibir una baja tensión alternativa.
11. Subestación según una cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 10, caracterizada porque el rectificador
(32) es un rectificador dirigido reversible de cuatro cuadrantes,
permitiendo unos flujos de energía bidireccionables para recuperar
energía de frenado de un vehículo ferroviario.
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