WO2007045701A1 - Aislador de sección para catenaria rígida - Google Patents

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WO2007045701A1
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insulator
catenary
section
conductor rail
segments
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PCT/ES2006/000477
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French (fr)
Inventor
Manuel Melis Maynar
Ildefonso De Matias Jimenez
Francisco Javier Gonzalez Fernandez
Miguel Alejandro Moya Lopez-Duque
Rogelio Sanchez Pardias
Jorge Francisco Blanquer Jaraiz
Felipe Carmona Pinto
Carlos Vera Alvarez
Berta Suarez Esteban
Jennifer Paulin
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Metro De Madrid, S.A. ___________________________________+
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12—Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/18—Section insulators; Section switches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/30—Power rails

Definitions

  • the present invention relates to a section insulator developed to be installed on electrified railway lines, specifically those in which the catenary that supplies the pantograph with electrical voltage is a rigid catenary.
  • the section insulator for rigid catenary object of this invention has a double functionality, since it can perform the functions of both conventional section and neutral section insulators.
  • the rigid catenary is a feeding system for rail transports alternative to the conventional catenary and that basically consists of an aluminum profile with a jaw-shaped area that serves as a housing for the copper contact wire with which the pantograph table contacts located on the roof of the locomotive, thus capturing the line current.
  • the overhead contact lines installed for the supply of electricity to the railway lines are subdivided into different sections or electrical circuits to ensure their operational availability.
  • This sectioned design of the electrical installation allows the isolation of each of the sections independently, so that the power supply can be interrupted without the need to cut off the power supply to the entire installation. In this way, in the event that a breakdown occurs in one or several constituent sections of the line, or the service is interrupted in a planned manner for performing periodic maintenance or repair work in the event of a breakdown, it is guaranteed the electricity supply and therefore the operation of those sections that are not affected by such circumstances, thus avoiding the interruption of rail traffic throughout the entire line.
  • the aforementioned section insulators are used, which consist of insulating elements that, located between two contiguous sections of overhead contact line, interrupt the electrical continuity between said sections although they guarantee the mechanical continuity between the two, thus allowing the passage of the pantographs.
  • the section insulators must maintain the electrical tension in the pantograph, ensuring that the protection devices of the moving material are not affected or operational dysfunctions are created in it, thus avoiding unnecessary firing of the protection devices.
  • the configuration of said section insulators must be such that it allows the pantograph to make contact with one of the ends of the insulator before losing contact with the other end.
  • the most common solutions in the state of the art consist of having two skates that guarantee the continuity of The current at the moment of passing through the insulator or unfolding the contact wire in two, thus establishing a common contact area.
  • the so-called neutral sections are interposed between said sections.
  • the interposition of these sections allows sections to be separated between which there is a potential difference, in the case of direct current, or even a phase difference, in the event that the supply current of the catenary is alternating.
  • Even the application of neutral sections of considerable length in transition zones between the direct and alternating current supply is known, thus making a light rail system compatible with the metropolitan system or even the commuter train network.
  • the neutral section is defined by the space • - ' - " intermediate ' , isolated or grounded, which is created between two insulators - section or two air sheet insulations.
  • the neutral sections apart from electrically isolating the two sections between which they are installed, must guarantee the mechanical continuity between the two so as to allow the smooth passage of the pantograph.
  • electrical shunts between the sections that said neutral section separates must be avoided.
  • some systems use track magnets that automatically disconnect the power of the moving material when it approaches the neutral section, the power being restored immediately after crossing it, for which they incorporate a second set of magnets or a function programmed by "time out" in the system that controls the traction of the train or electric traction vehicle in question.
  • the rigid catenary is a system of electrification little extended and therefore most of the existing insulator designs do not adapt to this type of airline, there are some appropriate designs for its installation in this type of catenary.
  • an insulator assembly applicable to rigid catenaries can be found in the state of the art that is inserted between two conductor rail bars, the ends of said insulator having the same profile as the conductor rail in which it is inserted.
  • the central part of the insulator is of a material of high dielectric and mechanical rigidity, so that it meets the requirements of this type of devices: on the one hand it interrupts the electrical continuity between the two conductor rail bars and also guarantees the mechanical continuity between both , allowing the passage of pantographs.
  • skates On each side of the insulator, in the longitudinal direction, skates are mounted that receive the passage of the pantograph, leaving the central part to an upper dimension, so that the pantograph rests solely on the side skates and not on said central part.
  • the previous insulator assembly has the advantage over other known insulators that it can act as a section insulator as well as a neutral section without establishing the appropriate electrical connections in each case.
  • the insulator has copper plates that allow bridging connections, so that the side skates are electrified, thus guaranteeing the power supply to the pantograph during its passage through the insulator.
  • the bridging cables are removed and in this way the side skates are not electrified, so that the pantograph stops being electrically powered when passing through the central zone that , being electrically isolated, it behaves like a neutral zone.
  • This functionality however requires the introduction of a large separation between the side skates in order to maintain the necessary safety distances to ensure electrical isolation between the different components.
  • the objective of the present invention is to develop a rigid insulator for -catenary that fulfills the double function of section insulator, interrupting the electrical continuity between the sections when necessary, and neutral section, guaranteeing in both cases sufficient mechanical continuity between the catenary and the insulator to allow the smooth passage of the pantograph. It is also desirable that the insulator in question overcome the drawbacks of similar known devices, so that its configuration should be such that it minimizes the need for regulation and maintenance and presents, as far as possible, mechanical properties similar to those of The rigid catenary in which it is installed.
  • the invention consists of a section insulator for rigid catenary that has a double functionality as it can perform the functions of both conventional section insulator and section insulator neutral That is to say, the insulator object of this invention is an insulating element that, located between two contiguous sections of the rigid catenary, interrupts the electrical continuity between them, separating them electrically when necessary, while maintaining a mechanical continuity such that it allows the passage of pantograph smoothly.
  • the insulator described below adapts to the geometric and mechanical characteristics, that is, linear weight or stiffness vertical, of the conductor rail of the rigid catenary in which it is installed.
  • the insulator being described comprises a single skate arranged in a manner oblique with respect to the direction of the catenary, thus guaranteeing the symmetry of the assembly.
  • This characteristic configuration of the insulator allows to obtain a much more compact design that considerably reduces the sharp blows between the pantograph rubber and the section insulator skate, so that The need for regulation and maintenance is minimized.
  • Another added advantage resulting from the configuration of the insulator is that the wear of both the insulator wire and the pantograph table is reduced, which translates into a reduction in maintenance operations and, consequently, in an economic saving.
  • the main element of the insulator being described is the aforementioned skate, which is arranged between two conductor rail segments. Said segments are joined to the ends of each of the sections of the catenary by means of joining flanges similar to those used to join the aluminum bars that make up the catenary rigid These segments have identical properties to those of the rigid catenary in which the insulator is installed, since they have the same configuration, that is, the same profile, and are normally made of the same material. In this way it is achieved that both the linear weight and the vertical stiffness of said segments are similar to those of the conductor rail.
  • the similarity in the configuration of the segments and in the own conductor rail of the catenary also guarantees the continuity of the contact wire between the section insulator and the rigid catenary, since said wire extends along each of the segments .
  • the insulator skate comprises an insulating piece whose base rests on both ends of the insulator, that is, on the upper part of the front conductor rail segments, a soul arranged in a vertical direction, so that the insulating piece has a section ' - - • shaped cross' T, and a wire, hereinafter called insulator wire and usually copper, arranged in the bottom of said core.
  • the base of the insulating piece is oriented in the same direction as the two segments on which it rests, thus giving continuity to the catenary, although the core of this insulating piece, and consequently the insulator wire fixed in its lower part, they are arranged obliquely with respect to said address.
  • the fixing of the insulator wire to the core of the insulating piece is carried out through pieces, called grifters, arranged in said core, as will be seen in detail below.
  • the thread of the insulator which is the element that performs the functions of skate, extends beyond the length of the soul of the insulating piece, its two ends being outside said soul and curved upwards.
  • spark arresters are added at the ends of each of the conductor rail segments.
  • the introduction of these elements has Ia purpose of the electric arc breaking in them and therefore these spark arresters will be the elements that suffer the greatest wear of the section insulator.
  • an opening mechanism that allows replacing them quickly and easily has been considered. Said opening mechanisms are arranged at the ends of each of the two conductor rail segments, which face the section insulator skate.
  • connecting strips of conductive material usually copper
  • This cable is fixed, at one of its ends, to one of said connecting plates, - ' - •' while the other end is well fixed) to a hole made for this purpose at the end of the insulator or to a crane of connection or similar located in the upper part of the contiguous rigid catenary profile.
  • connection plates could be placed at either end of the insulator interchangeably, that is, both at its entrance and at its exit.
  • said plates were fixed at the exit of the insulator, the breakage of the electric arc would occur at the ends of the central skate, while its installation at the entrance of the insulator is more advantageous since the electric arc breaks in the copper wires previously called spark arresters, which, as already advanced, can be easily replaced because they are short pieces fixed to the ends of the insulator by means of two opening mechanisms. For this reason the plates are installed at the entrance of the insulator and not at its exit.
  • the distance between the electrically insulated conductive elements, that is, the central skate and the output spark arrester it is less than the width of the pantograph table, so that its power supply is assured at all times since before the table loses contact with The insulator wire is already in contact with the output spark arrester, which is subject to the corresponding supply voltage.
  • the insulator skid lacks electrical voltage, so that the distance between the electrically insulated conductive elements, that is, between the input and output spark arresters, is greater than the width of the pantograph bedside table, so that it lacks power during its passage through the insulator, which in this situation behaves like a neutral section. • ... . -, ..,. • • . ;: - ".; -..
  • the spark arrester threads are fixed, by one of its ends, to each of the two conductor rail segments between which the central skate extends, while its free end is directly supported on the base of the insulating piece of the skate central in order to avoid unwanted vertical displacements
  • a height adjustment system comprising, among other elements that will be detailed below, a screw that extends from the base of the insulating piece and whose lower end is inserted into the free end of the spark arrester.
  • Figure 1. Shows a perspective view of the section insulator for rigid catenary object of this invention. 10
  • Figure 2. Shows an elevation view of the section insulator of Figure 1.
  • Figure 3. Shows the section produced by the CC plane of Ia -15- Figure 2. - ' . . . _. '• :'. '
  • Figure 4.- Shows the section produced by plane B-B of figure 2.
  • Figure 5. Shows the section produced by the plane A-A of Figure 3 and corresponds to the system for fixing the insulator wire to the core of the insulating piece.
  • Figure 6. Shows the section produced by the D-D plane of Figure 2 and corresponds to the opening mechanism incorporated in the conductor rail segments.
  • Figure 7. Shows a view of the detail indicated as E in Figure 2 and corresponds to the system of height regulation of the spark arrester wires 30. PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
  • an example of embodiment of the invention can be observed therein, which consists of a section insulator for rigid catenary which basically comprises two conductor rail segments (2), with their corresponding spark arresters (9) and the opening mechanisms to facilitate its replacement, and a central skate (1) arranged obliquely between both segments (2), and which can be bridged for convenience, as will be seen later.
  • Figure 1 shows a perspective view of the section insulator being described, and it clearly shows how the central skid (1) is arranged between two conductor rail segments (2), constituted by an aluminum profile in whose lower end the contact wire (4) of the rigid catenary is held.
  • the physical constitution of the insulator is also clearly shown in Figure 2, which corresponds to an elevation view of the previous figure.
  • the profile of both segments (2) corresponds exactly to the constitutive conductor rail of the rest of the catenary, so that said segments (2) have the same properties as the catenary, to which they are joined by joining flanges.
  • the section insulator has been represented exclusively and not the conductive rails of the catenary in which it is installed and therefore neither the connecting flanges.
  • each of the conductor rail segments (2) incorporates a preformed copper wire called spark arrester (9).
  • spark arresters (9) are arranged, like the contact wire (4), in the lower part of the profile in question, one of the ends of said spark arresters (9) being located relative to the contact wire (4), is that is, the constitutive wire of each of the two spark arresters (9) is the extension of the contact wire (4), with respect to which it extends obliquely.
  • the t5 oblique arrangement of the two spark arrester wires (9) is. appreciate more
  • FIG. 7 shows in detail the regulation system
  • the screw pin (16) goes through The base (5) of the insulating piece and is introduced into the spark arrester wire (9), its head remaining on the upper surface of said base (5) and its lower end housed in said thread (9).
  • a washer (18) is interposed between its head and the upper surface of the base (5) of the 5 insulating piece, which additionally increases
  • the regulation system also includes two elastic washers (19) which, inserted between the two fastening nuts (17) and the surfaces they face, prevent the threaded joints from loosening. Through this system, the height of the spark arrester (9) can be easily adjusted to ensure a smooth passage of the pantograph
  • Said mechanism is basically composed of two side pieces (11), two interior pieces
  • the two side pieces (11) included in each of the two opening mechanisms have a configuration such that they adapt to the
  • the central skate (1) disposed between both segments (2) is basically constituted by an insulating piece whose cross section has a T-shape, which has a horizontal part, called base (5) and a vertical part or core (6), arranged diagonally.
  • the constituent material of this insulating piece can be, for example, resin and fiberglass, although the possibility of using any other material that, having acceptable and suitable mechanical properties for this application, guarantees the required electrical insulation is contemplated.
  • the oblique arrangement of the core (6) of this insulating piece is appreciated with greater clarity in Figure 3, which corresponds to the section produced by the CC plane of Figure 2.
  • the taps (7) also have a recess in its outer face intended to accommodate the connecting plates ( 8) that allow to bridge the skate
  • connection plate (8) 20 copper extending from said connection plate (8) to a hole

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
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Abstract

Aislador de sección para catenaria rígida que presenta una doble funcionalidad, pues puede ejercer las funciones tanto de aislador de sección convencional como de sección neutra, configurado de manera que mantiene una continuidad mecánica tal que permite el paso del pantógrafo de manera suave, minimizando la necesidad de regulación y de mantenimiento. El aislador comprende básicamente un par de segmentos de carril conductor (2) entre los que se dispone un único patín central (1 ) dispuesto de forma oblicua respecto de la dirección de la catenaria, un par de hilos apagachispas (9) en los que se produce la rotura del campo eléctrico y una serie de pletinas (8) dispuestas en dicho patín central (1 ) que, junto a un cable de puenteo que se extiende desde- ellas hasta el segmento de carril conductor (2), permiten puentear el hilo conductor del aislador (3) cuando se desea mantener la alimentación eléctrica al pantógrafo.

Description

AISLADOR DE SECCIÓN PARA CATENARIA RÍGIDA
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un aislador de sección desarrollado para ser instalado en líneas ferroviarias electrificadas, específicamente en aquellas en las que Ia catenaria que suministra tensión eléctrica al pantógrafo es una catenaria rígida.
El aislador de sección para catenaria rígida objeto de esta invención presenta una doble funcionalidad, pues puede ejercer las funciones tanto de aislador de sección convencional como de sección neutra.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La catenaria rígida es un sistema de alimentación para transportes ferroviarios alternativo a Ia catenaria convencional y que fundamentalmente consiste en un perfil de aluminio con una zona en forma de mordaza que sirve de alojamiento al hilo de contacto de cobre con el que contacta Ia mesilla del pantógrafo situado en el techo de Ia locomotora, captando así Ia corriente de línea.
A pesar de que sus menores costes de mantenimiento frente a las catenarias convencionales justifican su instalación en cualquier parte de Ia línea, normalmente su uso se ve reducido casi exclusivamente al interior de túneles pues reduce el gálibo necesario en los mismos. El hecho de que este sistema de electrificación esté poco extendido justifica que Ia mayor parte de los aisladores de sección estén diseñados para adaptarse a las catenarias convencionales y no a las catenarias rígidas.
Las líneas aéreas de contacto instaladas para el suministro de electricidad a las líneas ferroviarias se subdividen en diferentes secciones o circuitos eléctricos para garantizar así su disponibilidad de funcionamiento. Este diseño seccionado de Ia instalación eléctrica posibilita el aislamiento de cada una de las secciones de forma independiente, de manera que puede interrumpirse el suministro eléctrico sin necesidad de cortar el suministro de corriente a toda Ia instalación. De esta manera, en el caso de que se produzca una avería en una o varias secciones constitutivas de Ia línea, o bien se interrumpa el servicio de manera planificada para Ia realización de trabajos de mantenimiento periódico o reparación en el caso de avería, se garantiza el suministro eléctrico y por tanto el funcionamiento de aquellas secciones que no se ven afectadas por tales circunstancias, evitándose así Ia interrupción del tráfico ferroviario en Ia totalidad de Ia línea.
Para conseguir este propósito se recurre a los ya mencionados aisladores de sección, que consisten en elementos aislantes que, situados entre dos secciones contiguas de línea aérea de contacto, interrumpen la continuidad eléctrica entre dichas secciones si bien garantizan Ia continuidad mecánica entre ambas, permitiéndose así el paso de los pantógrafos. Los aisladores de sección deben mantener Ia tensión eléctrica en el pantógrafo, garantizando que no se vean afectados los dispositivos de protección del material móvil ni se creen disfunciones operativas en él, evitándose así el disparo innecesario de los aparatos de protección. Para ello, Ia configuración de dichos aisladores de sección debe ser tal que permita que el pantógrafo tome contacto con uno de los extremos del aislador antes de perder contacto con el otro extremo. Las soluciones más habituales en el estado de Ia técnica consisten en disponer dos patines que garantizan Ia continuidad de Ia corriente en el momento de paso a través del aislador o bien desdoblar el hilo de contacto en dos, estableciéndose así una zona común de contacto.
Para separar eléctricamente dos secciones adyacentes de Ia línea aérea alimentadas desde dos subestaciones distintas se interponen entre dichas secciones las denominadas secciones neutras. La interposición de estas secciones permite separar secciones entre las que existe una diferencia de potencial, en el caso de corriente continua, o incluso una diferencia de fase, en el caso de que Ia corriente de alimentación de Ia catenaria sea alterna. Es conocida incluso Ia aplicación de secciones neutras de longitud considerable en zonas de transición entre Ia alimentación de corriente continua y alterna, compatibilizando así un sistema de metro ligero con el sistema de metropolitano o incluso Ia red de trenes de cercanías. En los diseños clásicos Ia sección neutra queda definida por el espacio •-'-" intermedio', aislado o puesto a tierra, que se crea entre dos aisladores -de sección o dos aislamientos de lámina de aire.
Al igual que en el caso de los aisladores de sección, las secciones neutras, aparte de aislar eléctricamente las dos secciones entre las que se instalen, deben garantizar Ia continuidad mecánica entre ambas de manera que permitan el paso suave del pantógrafo. Sin embargo, al contrario de Io que ocurre en el caso de los aisladores de sección convencionales, cuando el pantógrafo atraviesa Ia sección neutra deben evitarse las derivaciones eléctricas entre las secciones que dicha sección neutra separa. Por este motivo, para reducir Ia aparición de arcos eléctricos, algunos sistemas utilizan imanes de vía que desconectan automáticamente Ia potencia del material móvil cuando éste se aproxima a Ia sección neutra, restableciéndose Ia potencia inmediatamente después de atravesarla, para Io que incorporan un segundo conjunto de imanes o bien una función programada por "time out" en el sistema que controla Ia tracción del tren o vehículo de tracción eléctrica de que se trate. A pesar de que, como se ha indicado anteriormente, Ia catenaria rígida es un sistema de electrificación poco extendido y por tanto Ia mayor parte de los diseños de aislador existentes no se adaptan a este tipo de línea aérea, sí que existen algunos diseños apropiados para su instalación en este tipo de catenaria.
Así, por ejemplo, puede encontrarse en el estado de Ia técnica un conjunto aislador aplicable a catenarias rígidas que se inserta entre dos barras de carril conductor, presentando los extremos de dicho aislador el mismo perfil que el carril conductor en el que se inserta. La parte central del aislador es de un material de gran rigidez dieléctrica y mecánica, de manera que cumple los requisitos de este tipo de dispositivos: por una parte interrumpe Ia continuidad eléctrica entre las dos barras de carril conductor y además garantiza la continuidad mecánica entre ambas, permitiendo el paso de los pantógrafos. A cada lado del aislador, en sentido longitudinal, están montados unos patines que reciben el paso del pantógrafo, quedando Ia parte central a una cota superior, por lo que el pantógrafo apoya únicamente en los patines laterales y no en dicha parte central.
El conjunto aislador anterior presenta Ia ventaja frente a otros aisladores conocidos de que puede actuar tanto como aislador de sección como de sección neutra sin más que establecer las conexiones eléctricas apropiadas en cada caso. Para ello el aislador cuenta con unas pletinas de cobre que permiten efectuar conexiones de puenteo, de modo que los patines laterales quedan electrificados, garantizándose de este modo el suministro eléctrico al pantógrafo durante su paso por el aislador. Sin embargo, cuando las necesidades de explotación exigen Ia existencia de una zona neutra, se retiran los cables de puenteo y de esta manera los patines laterales quedan sin electrificar, de manera que el pantógrafo deja de ser alimentado eléctricamente al pasar por Ia zona central que, al quedar eléctricamente aislada, pasa a comportarse como una zona neutra. Esta funcionalidad sin embargo obliga a introducir una gran separación entre los patines laterales a fin de mantener las distancias de seguridad necesarias para garantizar el aislamiento eléctrico entre los distintos componentes.
Entre las deficiencias que presenta este dispositivo, y que el aislador objeto de esta invención trata de solventar, cabe destacar Ia diferencia entre las propiedades mecánicas de Ia catenaria rígida y el aislador de sección, Io que origina una discontinuidad en Ia rigidez vertical del sistema que se traduce en Ia aparición de puntos duros, con el consiguiente empeoramiento de Ia calidad de captación de comente cuando se configura como aislador de sección.
Por otro lado, se ha observado un comportamiento indeseable de este tipo de aislador de sección en combinación con pantógrafos que presentan un desgaste no uniforme de los- frotadores, fenómeno éste que está íntimamente ligado a Ia elevada distancia que existe entre los patines laterales ya comentada anteriormente. Al pasar por el aislador, el pantógrafo se apoya primero en el hilo de contacto insertado en los perfiles de carril conductor situados en los extremos y después en los patines laterales de Ia zona central, que se encuentran a Ia misma altura que dicho hilo. Al pasar por Ia zona intermedia, en Ia que se solapan los tres hilos, si Ia mesilla del pantógrafo es nueva o presenta un desgaste uniforme, el apoyo se produce de forma correcta y por tanto el comportamiento del aislador es el deseado. Sin embargo, en las ocasiones en las que el frotador del pantógrafo exhibe un alto grado de desgaste irregular, siendo dicho desgaste mayor en Ia zona central, existe un alto riesgo de que se produzca el choque de los laterales de Ia mesilla del pantógrafo con los patines laterales del aislador. Los golpes bruscos contra los patines pueden provocar Ia rotura de los mismos y además, como consecuencia del golpe pueden producirse pérdidas de contacto con el hilo central, aumentando el desgaste originado por Ia aparición de arcos eléctricos. Para evitar en Ia medida de Io posible estos golpes, es preciso ajustar Ia altura de los patines actuando sobre los espárragos verticales que los sustentan, evitándose de esta manera el choque del pantógrafo con los patines laterales, incluso en el caso de que el pantógrafo en cuestión tenga Ia mesilla desgastada. Esta solución, a pesar de ser muy sencilla, no es de utilidad en Ia práctica, pues, lógicamente, el desgaste de Ia mesilla de cada uno de los pantógrafos que atraviesen el aislador variará considerablemente de unos a otros, por Io que sería necesario ajustar Ia altura de los patines previamente al paso de cada vehículo, Io que es absolutamente inviable. No obstante, esta solución provoca una discontinuidad geométrica en Ia altura de los distintos elementos del aislador de sección, aparte de requerir operaciones frecuentes de mantenimiento.
En vista de Io anterior, el objetivo de Ia presente invención es desarrollar un aislador para -catenaria rígida que cumpla Ia doble función de aislador de sección, interrumpiendo Ia continuidad eléctrica entre las secciones cuando sea necesario, y sección neutra, garantizando en ambos casos suficiente continuidad mecánica entre Ia catenaria y el aislador como para permitir el paso suave del pantógrafo. Es asimismo deseable que el aislador en cuestión supere los inconvenientes de los dispositivos similares conocidos, por lo que su configuración debe ser tal que minimice Ia necesidad de regulación y de mantenimiento y presente, en Ia medida de Io posible, propiedades mecánicas similares a las de Ia catenaria rígida en Ia que se instala.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención consiste en un aislador de sección para catenaria rígida que presenta una doble funcionalidad pues puede ejercer las funciones tanto de aislador de sección convencional como de sección neutra. Es decir, el aislador objeto de esta invención es un elemento aislante que, situado entre dos secciones contiguas de Ia catenaria rígida, interrumpe Ia continuidad eléctrica entre ellas, separándolas eléctricamente cuando es preciso, manteniendo sin embargo una continuidad mecánica tal que permite el paso del pantógrafo de manera suave.
Con objeto de garantizar que Ia transición del pantógrafo a través del aislador se produzca fácilmente, es decir, sin golpes y de manera uniforme, el aislador que a continuación se describe se adapta a las características geométricas y mecánicas, esto es, peso lineal o rigidez vertical, del carril conductor de Ia catenaria rígida en Ia que se instala.
Frente a los aisladores conocidos en Ia actualidad, que como se ha visto anteriormente comprenden normalmente dos patines laterales que "-- -se extienden de manera paralela a Ia dirección de Ia catenaria, el aislador que se está describiendo comprende un único patín dispuesto de forma oblicua respecto de Ia dirección de Ia catenaria, garantizando así Ia simetría del conjunto. Esta configuración característica del aislador permite obtener un diseño mucho más compacto que reduce considerablemente los golpes bruscos entre el frotador del pantógrafo y el patín del aislador de sección, por Io que se minimiza Ia necesidad de regulación y mantenimiento. Otra ventaja añadida consecuencia de Ia configuración del aislador es que se reduce el desgaste tanto del hilo del aislador como de Ia mesilla del pantógrafo, Io que se traduce en una reducción de las operaciones de mantenimiento y, consecuentemente, en un ahorro económico.
El elemento principal del aislador que se está describiendo es el ya mencionado patín, que se dispone entre dos segmentos de carril conductor. Dichos segmentos se unen a los extremos de cada una de las secciones de Ia catenaria mediante bridas de unión similares a las empleadas para unir las barras de aluminio que componen Ia catenaria rígida. Estos segmentos tienen idénticas propiedades a las de Ia catenaria rígida en Ia que se instala el aislador, puesto que presentan Ia misma configuración, es decir, el mismo perfil, y están normalmente realizadas en el mismo material. De esta manera se consigue que tanto el peso lineal como Ia rigidez vertical de dichos segmentos sean similares a los del carril conductor. La similitud en Ia configuración de los segmentos y en Ia del propio carril conductor de Ia catenaria garantiza además Ia continuidad del hilo de contacto entre el aislador de sección y Ia catenaria rígida, pues dicho hilo se extiende a Io largo de cada uno de los segmentos.
El patín del aislador comprende una pieza aislante cuya base se apoya sobre ambos extremos del aislador, es decir, sobre Ia parte superior de los segmentos de carril conductor anteriores, un alma dispuesta en dirección vertical, de manera que Ia pieza aislante presenta sección '--- • transversal en forma de'T, y un hilo conductor, denominado en adelante hilo del aislador y normalmente de cobre, dispuesto en Ia parte inferior de dicha alma. La base de Ia pieza aislante se orienta en Ia misma dirección que los dos segmentos sobre los que se apoya, dando así continuidad a Ia catenaria, si bien el alma de esta pieza aislante, y consecuentemente el hilo del aislador fijado en su parte inferior, se disponen oblicuamente respecto de dicha dirección. La fijación del hilo del aislador al alma de Ia pieza aislante se realiza a través de unas piezas, denominadas grifas, dispuestas en dicha alma, como se verá en detalle más adelante. El hilo del aislador, que es el elemento que ejerce las funciones de patín, se extiende más allá de Ia longitud del alma de Ia pieza aislante, estando sus dos extremos fuera de dicha alma y curvados hacia arriba.
Para garantizar Ia correcta rotura del arco eléctrico al abandonar el primer seccionamiento, se añaden en los extremos de cada uno de los segmentos del carril conductor unos hilos de cobre preformados denominados apagachispas. La introducción de estos elementos tiene Ia finalidad de que el arco eléctrico rompa en ellos y por tanto serán estos apagachispas los elementos que sufran un mayor desgaste del aislador de sección. Para facilitar Ia sustitución de dichos elementos se ha considerado Ia incorporación de un mecanismo de apertura que permita reemplazarlos de manera rápida y sencilla. Dichos mecanismos de apertura se disponen en los extremos de cada uno de los dos segmentos de carril conductor, que quedan enfrentados al patín del aislador de sección.
Con objeto de regular el comportamiento del aislador, permitiendo que éste alimente eléctricamente al pantógrafo o bien se comporte como una sección neutra, se han incorporado unas pletinas de conexión de material conductor, normalmente cobre, que permiten el puenteo del patín central mediante un cable de puenteo, normalmente también de cobre. Este cable se fija, por uno de sus extremos, a una de dichas pletinas de conexión, -'-•' mientras que el otro extremo queda fijado bien) a un taladro efectuado a tal fin en el extremo del aislador o bien a una grifa de conexión o similar situada en la parte superior del perfil de catenaria rígido contiguo.
En principio, las pletinas de conexión podrían colocarse en cualquiera de los dos extremos del aislador indistintamente, es decir, tanto a su entrada como a su salida. Sin embargo, si dichas pletinas se fijasen a Ia salida del aislador, Ia rotura del arco eléctrico se produciría en los extremos del patín central, mientras que su instalación a Ia entrada del aislador es más ventajosa pues el arco eléctrico rompe en los hilos de cobre anteriormente denominados apagachispas, que, como ya se ha adelantado, pueden ser sustituidos fácilmente pues se trata de piezas de corta longitud fijadas a los extremos del aislador mediante sendos mecanismos de apertura. Por este motivo las pletinas se instalan a Ia entrada del aislador y no a su salida.
Cuando se puentea el aislador, es decir, se instala un hilo de puenteo entre uno de sus extremos y una pletina de conexión, Ia distancia entre los elementos conductores eléctricamente aislados, esto es, el patín central y el apagachispas de salida, es inferior al ancho de Ia mesilla del pantógrafo, por Io que su alimentación eléctrica está asegurada en todo momento ya que antes de que Ia mesilla pierda contacto con el hilo del aislador ésta ya está en contacto con el apagachispas de salida, que está sometido a Ia tensión de alimentación correspondiente.
Sin embargo, cuando el aislador no se encuentra puenteado, el patín del aislador carece de tensión eléctrica, por Io que Ia distancia entre los elementos conductores eléctricamente aislados, es decir, entre el apagachispas de entrada y el de salida, es mayor que Ia anchura de Ia mesilla del pantógrafo, por Io que éste carece de alimentación eléctrica durante su paso por el aislador, que en esta situación se comporta como una sección neutra. • .. . . - ,.. ,. • • . ;:- ". ;- . .
Los hilos apagachispas se "encuentran fijados, por uno de sus extremos, a cada uno de los dos segmentos de carril conductor entre los que se extiende el patín central, mientras que su extremo libre se apoya directamente en Ia base de Ia pieza aislante del patín central a fin de evitar desplazamientos verticales indeseados. Con objeto de permitir un ajuste fácil de Ia altura de los apagachispas, garantizando así el paso suave del pantógrafo y permitiendo compensar diferencias de altura debidas al desgaste de dichos elementos, se ha considerado Ia incorporación de un sistema de regulación de altura que comprende, entre otros elementos que se detallarán más adelante, un tornillo que se extiende desde Ia base de Ia pieza aislante y cuyo extremo inferior queda introducido en el extremo libre del apagachispas.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de Ia misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego 5 de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del aislador de sección para catenaria rígida objeto de esta invención. 10
Figura 2.- Muestra una vista en alzado del aislador de sección de Ia figura 1.
Figura 3.- Muestra Ia sección producida por el plano C-C de Ia -15- figura 2. - ' . . . _ . ' • :'. '
Figura 4.- Muestra Ia sección producida por el plano B-B de Ia figura 2.
20 Figura 5.- Muestra Ia sección producida por el plano A-A de Ia figura 3 y corresponde al sistema de fijación del hilo del aislador al alma de Ia pieza aislante.
Figura 6. - Muestra Ia sección producida por el plano D-D de Ia 25 figura 2 y corresponde al mecanismo de apertura incorporado en los segmentos de carril conductor.
Figura 7. - Muestra una vista del detalle señalado como E en Ia figura 2 y corresponde al sistema de regulación de altura de los hilos 30 apagachispas. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las figuras, se puede observar en las mismas un ejemplo de realización de Ia invención, que consiste en un aislador de sección para catenaria rígida que comprende básicamente dos segmentos de carril conductor (2), con sus correspondientes apagachispas (9) y los mecanismos de apertura para facilitar su sustitución, y un patín central (1 ) dispuesto oblicuamente entre ambos segmentos (2), y que puede puentearse a conveniencia, como se verá más adelante.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva del aislador de sección que se está describiendo, y en ella se aprecia claramente cómo el patín central (1 ) se dispone entre dos segmentos de carril conductor (2), constituidos por un perfil de aluminio en cuyo extremo inferior se sujeta el hilo de contacto (4) de Ia catenaria rígida. La constitución física del aislador también se muestra de manera clara en Ia figura 2, que corresponde a una vista en alzado de Ia figura anterior. El perfil de ambos segmentos (2) corresponde exactamente al carril conductor constitutivo del resto de Ia catenaria, por Io que dichos segmentos (2) presentan las mismas propiedades que Ia catenaria, a Ia que se unen mediante bridas de unión. En las figuras que acompañan esta descripción, y con objeto de simplificarlas en Ia medida de Io posible, se ha representado exclusivamente el aislador de sección y no los carriles conductores de Ia catenaria en Ia que se instala y por tanto tampoco las bridas de unión.
Puesto que el perfil de dichos segmentos (2) es el mismo que el que constituye el carril conductor de Ia catenaria, Ia fijación del hilo de contacto (4) a los segmentos (2) se produce, al igual que en el resto de Ia catenaria, por inserción del hilo (4) en el alojamiento determinado por los dos extremos inferiores de dicho perfil. A pesar de que en esta descripción, y en las figuras que Ia acompañan, se hace referencia a un perfil de carril conductor determinado, se contempla Ia posibilidad de que el aislador de sección descrito se adapte a cualquier catenaria rígida, por Io que el perfil de los segmentos (2) constitutivos de dicho aislador será el mismo que el de Ia catenaria en cuestión. 5
Como ya se ha mencionado anteriormente, y con objeto de garantizar Ia correcta rotura del arco eléctrico al abandonar el primer seccionamiento, cada uno de los segmentos de carril conductor (2) incorpora un hilo de cobre preformado denominado apagachispas (9). Los hilos
10 apagachispas (9) se disponen, al igual que el hilo de contacto (4), en Ia parte inferior del perfil en cuestión, situándose uno de los extremos de dichos apagachispas (9) adyacente respecto del hilo de contacto (4), es decir, el hilo constitutivo de cada uno de los dos apagachispas (9) es Ia prolongación del hilo de contacto (4), respecto del cual se extiende oblicuamente. La t5 disposición oblicua dé los dos hilos apagachispas (9) se . aprecia con mayor
"' " ' "" " ' claridad' en Ia figura 3, en Ia que se observa cómo ambos hilos (9) se extienden paralelamente entre sí y respecto del alma (6) de Ia pieza aislante.
Uno de los extremos de cada hilo apagachispas (9) queda fijado al
20 segmento de carril conductor (2) correspondiente mediante un mecanismo de apertura, cuya constitución se aprecia en Ia figura 6, que se verá más adelante, que permite sustituirlos de manera rápida y sencilla. El extremo opuesto de los apagachispas (9), que desde Ia altura correspondiente a Ia del hilo de contacto (4) de Ia catenaria describen una trayectoria curva hasta
25 alcanzar Ia base (5) de Ia pieza aislante, se fija por medio de un sistema de regulación de altura a dicha base (5), de manera que se evitan desplazamientos verticales indeseados.
La figura 7 muestra en detalle el sistema de regulación
30 mencionado, que comprende básicamente un tornillo (16), dos tuercas de sujeción (17) y varias arandelas (18, 19). La espiga del tornillo (16) atraviesa Ia base (5) de Ia pieza aislante y se introduce en el hilo apagachispas (9), quedando su cabeza sobre Ia superficie superior de dicha base (5) y su extremo inferior alojado en el mencionado hilo (9). Con objeto de inmovilizar el tornillo (16), entre su cabeza y Ia superficie superior de Ia base (5) de Ia 5 pieza aislante se interpone una arandela (18) que, adicionalmente, aumenta
Ia superficie de apoyo de Ia cabeza del tornillo (16) y evita el rayado de Ia base (5). A Ia espiga del tornillo (16) anterior se roscan dos tuercas de sujeción (17), una de ellas enfrentada a Ia superficie inferior de Ia base (5) de Ia pieza aislante y Ia otra enfrentada a Ia sección superior del hilo
10 apagachispas (9). El sistema de regulación comprende además sendas arandelas elásticas (19) que, insertadas entre las dos tuercas de sujeción (17) y las superficies a las que quedan enfrentadas, evitan que se aflojen las uniones roscadas. Mediante este sistema se puede ajustar fácilmente Ia altura de los apagachispas (9) para garantizar un paso suave del pantógrafo
15'v :* " " y para, compensar las posibles diferencias de altura debidas al desgaste de - - - — dichσs~elementos. - - - ' - ---- -
Tal y como se ha adelantado, con objeto de facilitar Ia sustitución de los hilos apagachispas (9), que por ser los elementos en los que se
20 rompe el arco eléctrico están sometidos a un desgaste mayor que el del resto de los elementos constitutivos del aislador, éstos se unen el segmento del carril conductor (2) correspondiente a través de un mecanismo de apertura, representado en detalle en Ia figura 6. Dicho mecanismo se compone básicamente de dos piezas laterales (11 ), dos piezas interiores
25 (12) de Ia misma longitud que las anteriores, dos tornillos pasantes (13) y un tornillo central (14).
Las dos piezas laterales (11) comprendidas en cada uno de los dos mecanismos de apertura tienen una configuración tal que se adaptan al
30 segmento de carril conductor (2) por su superficie exterior, por Io que dicha configuración variará dependiendo del perfil de Ia catenaria en Ia que vaya a instalarse el aislador. En Ia superficie interior del segmento de carril conductor (2) se instalan dos piezas interiores (12) de igual longitud que las anteriores y enfrentadas a ellas. Dos tornillos pasantes (13) en cada extremo se atornillan a las piezas laterales (11) y mantienen unido el conjunto, mientras que el tornillo central (14), situado entre los dos tornillos pasantes
(13), y que, a diferencia de éstos, no es pasante, hace tope con una de las piezas interiores (12), provocando su apriete Ia separación de los dos extremos inferiores del perfil constitutivo del segmento de carril conductor (2) y Ia consecuente apertura del alojamiento en el que se encuentra insertado el hilo apagachispas (9), Io que permite sustituirlo por otro de manera sencilla. El mecanismo de apertura se completa con una serie de arandelas (15) que, interpuestas entre Ia cabeza del tornillo central (14) y Ia pieza lateral (11 ) en Ia que se atornilla dicho tornillo (14), impiden el apriete del mismo y por tanto Ia apertura del alojamiento. Sin embargo, cuando sea preciso sustituir el hilo apagachispas (9);: diühas" "arandelas (15) deberán retirarse posibilitando entonces el apriete del tornillo central (14) que provoca Ia separación de los extremos inferiores del segmento de carril conductor (2). En Ia figura 6, que corresponde a Ia sección producida por el plano D-D de Ia figura 2, se ha representado el mecanismo de apertura en estado de cierre, es decir, con las arandelas (15) insertadas entre Ia cabeza del tornillo central.
(14) y Ia pieza lateral (11 ).
El patín central (1 ) dispuesto entre ambos segmentos (2) está constituido básicamente por una pieza aislante cuya sección transversal tiene forma de T, que presenta una parte horizontal, denominada base (5) y una parte vertical o alma (6), dispuesta diagonalmente. El material constitutivo de esta pieza aislante puede ser, por ejemplo, resina y fibra de vidrio, si bien se contempla Ia posibilidad de utilizar cualquier otro material que, presentando unas propiedades mecánicas aceptables y adecuadas para esta aplicación, garantice el aislamiento eléctrico requerido. La disposición oblicua del alma (6) de esta pieza aislante se aprecia con mayor claridad en Ia figura 3, que corresponde a Ia sección producida por el plano C-C de Ia figura 2. La unión de este patín central (1 ) al resto de Ia catenaria se realiza a través de Ia base (5) de la pieza aislante, que, tal y como se aprecia en las figuras 2 y 4, se apoya sobre los segmentos de carril 5 conductor (2) y se atornilla a ellos. La longitud del alma (6) de esta pieza aislante es menor que Ia de Ia base (5), respecto de Ia cual se dispone diagonalmente garantizando así Ia simetría del conjunto. La unión del hilo del aislador (3) a dicha alma se realiza a través de una serie de grifas (7), tal y como se ha representado en Ia figura 5, que corresponde a Ia sección
10 producida por el plano A-A de Ia figura 3. En dicha figura pueden apreciarse las grifas (7) con las que se fija el hilo del aislador (3) al alma (6) de Ia pieza aislante. Estas grifas (7) presentan un saliente en Ia parte inferior que se adapta perfectamente a las ranuras del hilo del aislador (3). La forma cóncava del lado interior de las grifas (7) permite que éstas entren en
: .15~- - • contacto con el alma (6) 'solamente envía zorra. superior, 'garantizándose "de
"' este modo que las grifas" (7)" sujeten firmemente" al hilo del "aislador (3) en la' zona inferior. Las grifas (7) presentan asimismo un rebaje en su cara exterior destinado a alojar las pletinas de conexión (8) que permiten puentear el patín
(1 ), como ya se indicó anteriormente, mediante un cable de puenteo de
20 cobre que se extiende desde dicha pletina de conexión (8) hasta un taladro
(10) efectuado a tal fin en el segmento de carril conductor (2) o bien una grifa de conexión o similar situada en Ia parte superior del perfil de catenaria rígido contiguo.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
L- Aislador de sección para catenaria rígida que permite interrumpir Ia continuidad eléctrica entre dos secciones contiguas de Ia catenaria 5 caracterizado porque comprende dos segmentos de carril conductor (2) acoplables al carril conductor de Ia catenaria mediante bridas de unión, constituidos por un perfil cuyo extremo inferior configura un alojamiento; un patín central (1 ) dispuesto entre dichos segmentos (2) y que 0 comprende una base (5) horizontal que apoya sobre los segmentos (2) anteriores y un alma (6) vertical, oblicua a Ia dirección de Ia catenaria, que incorpora una serie de grifas (7) para Ia fijación de un hilo del aislador (3); dos hilos apagachispas (9) en los que se produce Ia rotura del campo eléctrico y que, desde el alojamiento de los segmentos de carril 5" ' - "_-. :. "_-:rondιrctor..-(2) en el que se insertan se extienden hasta- lar base- (5-) del patín -. ' " " ' central (1), a Ia que se unen mediante~un sistema que-permite regular su altura; y medios que permiten puentear el patín central (1), regulando así el funcionamiento del aislador como aislador de sección o como sección 0 neutra.
2.- Aislador según Ia reivindicación anterior caracterizado porque los medios de puenteo consisten en al menos una pletina de conexión (8) dispuesta en el alma (6) del patín central (1) que permite Ia fijación de un 5 cable de puenteo que desde dicha pletina (8) se extiende, bien hasta un taladro (10) efectuado en uno de los segmentos de carril conductor (2), o bien hasta una grifa de conexión situada en Ia parte superior del perfil de catenaria rígido contiguo.
0
3.- Aislador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque cada hilo apagachispas (9) se une al correspondiente segmento de carril conductor (2) a través de un mecanismo de apertura que comprende: dos piezas laterales (11 ) adaptables a Ia superficie exterior de 5 dicho segmento (2); dos piezas interiores (12) acoplables a Ia superficie interior de dicho segmento (2) y que se instalan enfrentadas a las piezas laterales (11 ); dos tornillos pasantes (13) que, atornillados a las piezas laterales (11), mantienen unido el mecanismo de apertura;
10 un tornillo central (14) no pasante atornillado en una de las piezas laterales (11 ) y que hace tope con una de las piezas interiores (12), de manera que su apriete provoca Ia apertura del alojamiento del segmento de carril conductor (2) y permite Ia sustitución del hilo apagachispas (9); y una serie de arandelas (15) que, cuando se interponen entre Ia f5:.: •"-: • " cabeza "del tornillo" ceϊftraϊ (14) y Ia pieza lateral (11 ) en lá-tfué sé atornilla,' — ¡rnpjderfei apriete dé dicho tomillo y por tanto Ia apertura dét 'alojamiento." "
4.- Aislador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el sistema de regulación de Ia altura de los 20 apagachispas (9) comprende: un tornillo (16) cuya espiga atraviesa Ia base (5) de Ia pieza aislante y queda introducida en el extremo superior del apagachispas (9); una arandela (18) interpuesta entre Ia cabeza de dicho tomillo (16) y Ia superficie superior de Ia base (5); y 25 dos tuercas de sujeción (17) roscadas a Ia espiga del tornillo (16) y que quedan enfrentadas, a través de sendas arandelas elásticas (19), a Ia superficie inferior de Ia base (5) y a Ia sección superior del hilo apagachispas
(9) respectivamente.
30
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