ES2872385T3 - Disposición para la conexión de una alimentación de corriente de tracción para una línea ferroviaria a una red de alimentación eléctrica trifásica - Google Patents

Disposición para la conexión de una alimentación de corriente de tracción para una línea ferroviaria a una red de alimentación eléctrica trifásica Download PDF

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Abstract

Disposición (40) con una alimentación de corriente de tracción (PF1, PF2, NF1, NF2) para una línea ferroviaria para la conexión a una red de alimentación eléctrica trifásica (L1, L2, L3); en donde la disposición presenta un transformador de corriente alterna trifásica (42-44,55-62,64,65) y un dispositivo de balanceo (41) para una carga eléctrica uniforme de las tres fases de la red de alimentación trifásica (L1, L2, L3); en donde el transformador de corriente alterna trifásica (42-44,55-62,64,65) se puede conectar del lado primario con la red de alimentación trifásica (L1, L2, L3) y está conectado del lado secundario con el dispositivo de balanceo (41); en donde el transformador de corriente alterna trifásica (42-44,55-62,64,65) está conectado a la alimentación de corriente de tracción, caracterizada porque la alimentación de corriente de tracción presenta un sistema de autotransformador con dos líneas de contacto (PF1, PF2) y dos conductores (NF1, NF2) que se conducen aislados a lo largo de la línea ferroviaria; en donde los dos conductores (NF1, NF2) que se conducen aislados están conectados con el dispositivo de balanceo (41).

Description

DESCRIPCIÓN
Disposición para la conexión de una alimentación de corriente de tracción para una línea ferroviaria a una red de alimentación eléctrica trifásica
La presente invención hace referencia a una disposición para la conexión de una alimentación de corriente de tracción para una línea ferroviaria a una red de alimentación eléctrica trifásica según el concepto general de la reivindicación 1.
Para la alimentación de corriente de tracción se utilizan a menudo sistemas de catenaria monofásicos, cuya energía eléctrica debe tomarse de las redes de alimentación trifásicas convencionales.
Del libro especializado "Contact Lines Electric Railways" de F. KielJling, R. Puschmann y A. Schmieder, tercera edición del año 2014, se conocen diferentes opciones de conexión para la alimentación de corriente de tracción a una red de alimentación trifásica de las páginas 76 a 85. De esta manera, en una así denominada como vía monofásica, la tensión respectivamente necesaria para secciones individuales de la alimentación de corriente de tracción se puede tomar alternativamente de conductores externos individuales de una red de alimentación trifásica (imagen 1.29 en la página 77). Esto provoca desequilibrios en la carga de la red de alimentación trifásica. Además, se describe una así denominada como alimentación de corriente de tracción de dos tensiones (imagen 1.30 en la página 78, texto en la página 78 y siguientes), en la cual se utilizan autotransformadores.
En el sistema de autotransformador conocido, en una subestación de la alimentación de corriente tracción, una línea aérea, el así denominado como "alimentador positivo", y un conductor aislado a lo largo de la línea ferroviaria, el así denominado como "alimentador negativo", son alimentados mediante transformadores desde una red de alimentación trifásica para cada sección de catenaria. El riel, que presenta potencial a tierra, está conectado a la subestación. A lo largo de la sección de catenaria se encuentra al menos un autotransformador, que está conectado a los dos conductores y al riel en su toma central. Cuando un vehículo de tracción pasa sobre la sección de catenaria, el vehículo de tracción toma una primera corriente de alimentación de la dirección de la subestación y una segunda corriente de alimentación de la dirección del extremo de la sección de la catenaria Las dos corrientes de alimentación presentan un desfase de 180° entre sí.
Los sistemas de autotransformadores se utilizan para la alimentación de corriente de tracción porque las corrientes de carga de la línea de contacto se reducen a la mitad en distancias largas y, por lo tanto, también reducen las correspondientes caídas de tensión. Como resultado, las distancias entre subestaciones en la línea ferroviaria se pueden aumentar en los sistemas de autotransformadores en la alimentación de corriente de tracción, lo que economiza costes. Además, se reducen influencias perturbadoras en las líneas de telecomunicaciones.
Además, de la solicitud DE102008012325 A1 se conoce una disposición de la clase mencionada en la introducción. La disposición se utiliza para conectar al menos una línea de alimentación monofásica para la línea aérea de una línea ferroviaria a una red de alimentación eléctrica trifásica; en donde al menos un transformador está conectado del lado primario con la red de alimentación eléctrica y del lado secundario con la, al menos una, línea de alimentación monofásica y con un punto de puesta a tierra o con una línea de retorno. En este caso, el transformador presenta tres fases tanto en el lado primario como en el secundario. Con la, al menos una, línea de alimentación monofásica y con el punto de puesta a tierra está conectado un dispositivo de balanceo que reduce una así denominada como carga desequilibrada o una carga eléctrica asimétrica de las tres fases de la red de alimentación eléctrica. El dispositivo de balanceo está diseñado como un convertidor de circuito intermedio de tensión trifásico autoconmutado. También es posible conectar dos transformadores a la red de alimentación trifásica para alimentar dos tramos diferentes de la línea aérea mediante el dispositivo de balanceo. En este caso, los dos transformadores presentan dos fases tanto del lado primario como del secundario.
Además, de la descripción de producto "SVC PLUS - System Description" de Siemens AG del 8 de marzo de 2012 se conoce un dispositivo de balanceo. Para la compensación de la potencia reactiva se utiliza un así denominado como convertidor modular multinivel.
A partir de la solicitud DE102008012325 A1, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar una disposición para la conexión de una alimentación de corriente de tracción para una línea ferroviaria a una red de alimentación trifásica, con la cual dos secciones de línea de contacto de un sistema de autotransformador se puedan alimentar con energía eléctrica de una manera comparativamente sencilla y eficiente evitando, al mismo tiempo, desequilibrios en la carga eléctrica de la red de alimentación trifásica.
La presente invención resuelve dicho objeto mediante una disposición según la reivindicación 1.
La solicitud DE102008012325 A1 menciona en su introducción a la descripción que la línea de alimentación de corriente de tracción monofásica descrita en este documento puede ser parte de un sistema de autotransformador, aunque permanece sin especificaciones cómo se debe usar el transformador de corriente alterna trifásica para esto. Es una ventaja de la disposición conforme a la invención que se pueden alimentar con ella dos secciones de línea de contacto diferentes en una conexión sencilla y eficiente de transformador de corriente alterna trifásica y dispositivo de equilibrado, mientras que al mismo tiempo se evitan desequilibrios en la carga eléctrica de la red de alimentación trifásica.
Otra ventaja consiste en que la utilización del dispositivo de balanceo del lado secundario del transformador de corriente alterna trifásica, es decir, en el nivel de media tensión, es particularmente económico en comparación con el uso de un dispositivo de balanceo en el nivel de alta tensión o en el nivel de la red de alimentación trifásica.
En una forma de ejecución preferida de la disposición conforme a la invención, el transformador de corriente alterna trifásica consiste en un transformador de tres devanados. Esto resulta una ventaja porque un transformador de tres devanados presenta una estructura comparativamente sencilla y su uso está ampliamente difundido.
En otra forma de ejecución preferida de la disposición conforme a la invención, el transformador de corriente alterna trifásica presenta una conexión en estrella del lado primario. Esto resulta una ventaja porque este diseño constructivo es particularmente sencillo y economiza espacio.
En otra forma de ejecución preferida de la disposición conforme a la invención, el transformador de corriente alterna trifásica presenta una primera conexión Delta del lado secundario que provoca un desplazamiento de fase de 150° de la tensión con respecto al lado primario.
En otra forma de ejecución preferida de la disposición conforme a la invención, el transformador de corriente alterna trifásica presenta una segunda conexión Delta del lado secundario que provoca un desplazamiento de fase de 330° de la tensión con respecto al lado primario. Esto resulta ventajoso porque de esta manera se ajusta un desplazamiento de fase de 180 ° entre la línea aérea y el alimentador negativo.
En otra forma de ejecución preferida de la disposición conforme a la invención, el punto de conexión de la primera y de la segunda conexión Delta está conectado con el potencial de tierra y con el dispositivo de balanceo. Esto resulta ventajoso porque de esta manera se pueden ajustar dos tensiones de la misma magnitud en relación con el potencial a tierra (por ejemplo, 2 x 25 kV) para la alimentación de energía eléctrica de la línea ferroviaria, de modo que las dos tensiones presentan el doble de diferencia de tensión entre sí (por ejemplo, 50 kV).
En una forma de ejecución preferida de la disposición conforme a la invención, el transformador de corriente alterna trifásica está conectado con su primera conexión Delta con el dispositivo de balanceo y resulta adecuado para la alimentación de los dos conductores que se conducen aislados a lo largo de la línea ferroviaria. El dispositivo de balanceo está diseñado para reducir el desequilibrio en la carga eléctrica del lado primario del transformador de corriente alterna trifásica, por ejemplo, mediante compensación de potencia reactiva. Esto consiste en una ventaja ya que la primera conexión Delta, que alimenta el alimentador negativo, está sometida a una carga eléctrica menos intensa que la segunda conexión Delta.
En una forma de ejecución preferida de la disposición conforme a la invención, el transformador de corriente alterna trifásica resulta adecuado para la alimentación de las dos líneas de contacto con su segunda conexión Delta. Esto consiste en una ventaja porque la segunda conexión Delta, que alimenta las líneas de contacto, está sometida a una carga eléctrica mayor que la primera conexión Delta.
En otra forma de ejecución preferida de la disposición conforme a la invención, el transformador de corriente alterna trifásica presenta el grupo vectorial YNd5d11 según la norma DIN VDE 0532. Esto es una ventaja porque este grupo de vectores es particularmente adecuado para alimentar dos alimentadores negativos y dos positivos.
En otra forma de ejecución de la disposición conforme a la invención, un transformador de corriente alterna trifásica adicional y/o un dispositivo de balanceo adicional están conectados de tal manera que la disposición es adecuada para la alimentación de dos secciones de línea de contacto separados eléctricamente respectivamente con dos líneas de contacto con energía eléctrica.
En un perfeccionamiento de la forma de ejecución mencionada anteriormente, las dos secciones de línea de contacto separadas eléctricamente pueden ser alimentadas con energía eléctrica por el transformador de corriente alterna trifásica adicional y/o el dispositivo de balanceo adicional cuando falla un transformados de corriente alterna trifásica y/o un dispositivo de balanceo. Esto es una ventaja porque cuando se utilizan dos transformadores de corriente alterna trifásica y dos dispositivos de balanceo, las dos secciones de línea de contacto también se pueden alimentar cuando falla un transformador de corriente alterna trifásica y/o un dispositivo de balanceo.
En otra forma de ejecución preferida de la disposición conforme a la invención, el dispositivo de balanceo presenta un convertidor de circuito intermedio de tensión trifásico autoconmutado. Esto es una ventaja porque un convertidor de circuito intermedio de tensión autoconmutado trifásico permite un diseño constructivo que comparativamente economiza espacio.
En otra forma de ejecución preferida de la disposición conforme a la invención, el dispositivo de balanceo presenta un convertidor multinivel modular. Esto es una ventaja porque un convertidor modular multinivel permite una potencia de convertidor comparativamente elevada con una calidad de tensión comparativamente alta.
Para una mejor explicación de la invención en las figuras se muestra:
Figura 1: un diagrama de circuito esquemático de un primer ejemplo de ejecución de la disposición conforme a la invención.
Figura 2: un diagrama vectorial que representa las relaciones de fase entre el lado primario y el lado secundario de un transformador de corriente alterna trifásica utilizado en el primer ejemplo de ejecución.
Figura 3: un diagrama de circuito esquemático de un segundo ejemplo de ejecución de la disposición conforme a la invención.
Figura 4: un diagrama de circuito de un transformador de corriente alterna trifásica según el segundo ejemplo de ejecución.
La figura 1 muestra una disposición 1 en la cual una red de alimentación trifásica 2, 3 con, por ejemplo, 150 kV o 132 kV está conectada respectivamente del lado primario del segundo transformador trifásicos de corriente alterna 4, 5. La representación consiste en un así denominado diagrama unifilar simplificado, es decir, una línea trifásica se muestra como una línea única, que está indicada con una línea cruzada y un 3. En correspondencia, una conexión de dos fases está indicada con un 2. También están presentes dos dispositivos de balanceo 6, 7 y un potencial de tierra o bien un potencial de carril RCBB. La disposición presenta dos barras colectoras 11, 12; en donde a cada barra colectora 11, 12 están respectivamente conectadas dos líneas de contacto (OCL) 19, 20, 21, 22.
A continuación se explicará con más detalle la interconexión de los elementos mencionados. Del lado secundario del transformador 4 representado a la izquierda sale una primera línea trifásica 8, en la cual una fase está conectada al potencial de tierra RCBB y las dos fases restantes se conducen a las barras colectoras 11, 12. Una segunda línea trifásica 9 está conectada con el potencial de tierra y a través de las dos fases restantes con las barras colectoras 11, 12. Al potencial de tierra está conectado a través de una línea 10 el dispositivo de balanceo 6, que está conectado con la barra colectora 11 a través de una línea 13. Mediante la línea 14 se conecta el primer dispositivo de balanceo 6 con la barra colectora 12.
Una segunda fase se suministras a la barra colectora 11 a través de la línea 15 mediante el segundo dispositivo de balanceo 7. La barra colectora 12 también es alimentada con una fase adicional por el dispositivo de balanceo 7. La tercera fase del dispositivo de balanceo 7 está conectada al potencial de tierra RCBB a través de la línea 16. Del lado secundario del transformador 5 sale una línea trifásica 17, de la cual una fase está conectada al potencial de tierra RCBB, y las dos fases restantes se conducen a la barra colectora 12. Además, desde el transformador 5 se extiende una segunda línea trifásica 18, desde la cual una fase se conduce al potencial de tierra RCBB y las dos fases restantes alimentan las barras colectoras 11, 12.
Es una ventaja de la disposición ilustrada que la alimentación de la alimentación de corriente de tracción aún se puede mantener cuando falla uno de los dos dispositivos de balanceo 6, 7 y/o uno de los dos transformadores 4, 5. Los dos dispositivos de balanceo están conectados en paralelo en la forma de ejecución mostrada.
La figura 2 muestra un diagrama vectorial que muestra las relaciones de fase entre el lado primario conectado en estrella de un transformador de corriente alterna trifásica configurado como transformador de tres devanados y dos conexiones en triangulo dispuestas en el lado secundario. El círculo externo muestra desplazamientos angulares de 30° cada uno, de modo que, por ejemplo, el número 3 representa un desplazamiento angular de 3x30= 90°. Los símbolos R, S, T representan las tres fases de la línea de alimentación trifásica L1, L2, L3. La interconexión en forma de estrella de L1, l2, L3 se puede observar dentro del círculo.
Una primera conexión Delta (representada con líneas discontinuas) del lado secundario consta de los tres devanados L31, L23, L12. Una segunda conexión Delta (representada con líneas de puntos) consta de los tres devanados L23, L12, L31. Los dos Deltas están desplazados entre sí de tal manera que en cada caso hay 30° entre R de la primera conexión triangular y T de la segunda conexión triangular, es decir, que entre las dos conexiones Delta está presente un desplazamiento angular de 180°. Cuando los dos puntos indicados con S de la primera y la segunda conexión Delta están conectados, se obtiene un diagrama de circuito como en la siguiente figura 3.
El diagrama de circuito 3 según la figura 3 muestra los tres devanados L1, L2, L3 del lado primario del transformador de corriente alterna trifásica. Los tres devanados L1, L2, L3 están conectados en forma de estrella; en donde el punto de contacto está en conexión con una línea de retorno y con un dispositivo de balanceo (número de referencia 34).
A la derecha en el diagrama del circuito, se puede observar un primer circuito Delta, que consta de los tres devanados L12, L23, L31. Allí, el punto de contacto de los devanados L12 y L31 está conectado con un segundo alimentador negativo NF2 y con el dispositivo de balanceo (número de referencia 35). El punto de contacto de los dos devanados L23 y L31 está conectado con un primer alimentador negativo NF1 y con el dispositivo de balanceo (número de referencia 32).
A la izquierda en el diagrama del circuito, se puede observar una segunda conexión Delta, que consta de los tres devanados L12, L31 y L23. Una primera línea de contacto 31 está conectada al punto de contacto entre los dos devanados L12 y L31. Una segunda línea de contacto 33 está conectada al punto de contacto entre los dos devanados L31 y L23.
El grupo de vectores del transformador de corriente alterna trifásica mostrado es YNd5d11.
La figura 4 muestra una disposición 40 que consta de un dispositivo de balanceo 41 y de un transformador de corriente alterna trifásica. En este caso, el transformador de corriente alterna trifásica presenta el grupo vectorial YNd5d11 según la norma DIN VDE 0532. En su lado primario, tres devanados 42, 43, 44 están conectados en forma de estrella y conectados a las tres fases L1, L2, L3 de una red de alimentación trifásica. En el lado secundario hay una primera conexión Delta que consta de los devanados 55, 56 y 64. El punto de contacto de los dos devanados 56 y 64 está conectado con el dispositivo de balanceo 41 a través de una línea 49. El mismo punto de conexión también está conectado a través de la línea 63 con un segundo alimentador negativo NF2. El punto de conexión entre el devanado 55 y el devanado 64 está conectado con un primer alimentador negativo NF1 a través de una línea 52 y con el dispositivo de balanceo 41 a través de una línea 48. El punto de contacto de los dos devanados 55 y 56 sale a través de la línea 50 y está conectado por un lado con el potencial de tierra o de carril a través de una línea 51 y por otro lado con el dispositivo de balanceo 41.
Además, del lado secundario está proporcionada una segunda conexión Delta, que está compuesta de los tres devanados 57, 58, 65. El punto de contacto de los dos devanados 57 y 58 está conectado con la línea 50 así como con el punto de contacto de los dos devanados 55 y 56 de la primera conexión en triangulo. Al punto de contacto de los devanados 57 y 65 está conectado un segundo alimentador positivo PF2 a través de una línea 54. En el punto de contacto de los devanados 58 y 65 está conectado un primer alimentador positivo PF1 a través de la línea 53.
Mediante el grupo de vectores ilustrado YNd5d11 del transformador de corriente alterna trifásica y su conexión al alimentador negativo NF1, NF2, así como, el dispositivo de balanceo resulta posible evitar de una manera particularmente eficiente desequilibrios en la carga eléctrica de los devanados 42, 43, 44 del lado primario del transformador.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Disposición (40) con una alimentación de corriente de tracción (PF1, PF2, NF1, NF2) para una línea ferroviaria para la conexión a una red de alimentación eléctrica trifásica (L1, L2, L3);
en donde la disposición presenta un transformador de corriente alterna trifásica (42-44,55-62,64,65) y un dispositivo de balanceo (41) para una carga eléctrica uniforme de las tres fases de la red de alimentación trifásica (L1, L2, L3); en donde el transformador de corriente alterna trifásica (42-44,55-62,64,65) se puede conectar del lado primario con la red de alimentación trifásica (L1, L2, L3) y está conectado del lado secundario con el dispositivo de balanceo (41); en donde el transformador de corriente alterna trifásica (42-44,55-62,64,65) está conectado a la alimentación de corriente de tracción, caracterizada porque
la alimentación de corriente de tracción presenta un sistema de autotransformador con dos líneas de contacto (PF1, PF2) y dos conductores (NF1, NF2) que se conducen aislados a lo largo de la línea ferroviaria; en donde los dos conductores (NF1, NF2) que se conducen aislados están conectados con el dispositivo de balanceo (41).
2. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque el transformador de corriente alterna trifásica consiste en un transformador de tres devanados (42-44,55-62,64,65).
3. Disposición según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el transformador de corriente alterna trifásica (42­ 44, 55-62, 64, 65) presenta una conexión en estrella (42-44) del lado primario.
4. Disposición según la reivindicación 2 ó 3, caracterizada porque el transformador de corriente alterna trifásica (42­ 44,55-62,64,65) presenta una primera conexión Delta (55,56,64) del lado secundario que provoca un desplazamiento de fase de 150° de la tensión con respecto al lado primario.
5. Disposición según la reivindicación 4, caracterizada porque el transformador de corriente alterna trifásica (42­ 44,55-62,64,65) presenta una segunda conexión en triangulo (57,58,65) del lado secundario que provoca un desplazamiento de fase de la tensión de 330° con respecto al lado primario.
6. Disposición según la reivindicación 5, caracterizada porque el punto de conexión de la primera (55,56,64) y de la segunda conexión Delta (57,58,65) está conectado con el potencial de tierra (51) y con el dispositivo de balanceo (41).
7. Disposición según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizada porque el transformador de corriente alterna trifásica (42-44,55-62,64,65) está conectado con su primera conexión Delta (55,56,64) con el dispositivo de balanceo (41) y resulta adecuado para la alimentación de los dos conductores (NF1, NF2) que se conducen aislados a lo largo de la línea ferroviaria.
8. Disposición según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque el transformador de corriente alterna trifásica (42-44,55-62,64,65) con su segunda conexión Delta (57,58,65) es adecuado para la alimentación de los dos conductores (PF1, PF2).
9. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes 1 a 8, caracterizada porque el transformador de corriente alterna trifásica (42-44,55-62,64,65) presenta el grupo vectorial YNd5d11 según la norma DIN VDE 0532.
10. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque un transformador de corriente alterna trifásica adicional (5) y/o un dispositivo de balanceo adicional (7) están conectados de tal manera que la disposición es adecuada para la alimentación de dos secciones de línea de contacto separados eléctricamente (19­ 22) respectivamente con dos líneas de contacto con energía eléctrica.
11. Disposición según la reivindicación 10, caracterizada porque las dos secciones de línea de contacto separadas eléctricamente pueden ser alimentadas con energía eléctrica por el transformador de corriente alterna trifásica adicional (5) y/o el dispositivo de balanceo adicional (7) cuando falla un transformados de corriente alterna trifásica (4) y/o un dispositivo de balanceo (6,7).
12. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dispositivo de balanceo (41) presenta un convertidor de circuito intermedio de tensión trifásico autoconmutado.
13. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dispositivo de balanceo (41) presenta un convertidor multinivel modular.
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