Autor:
Kumar V. Mahtani Mahtani
Profesor Ayudante en el Departamento de Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial, Universidad Politécnica de Madrid.
Las subestaciones de tracción son instalaciones clave en el sistema de transporte eléctrico, como tranvías, metros y trenes de cercanías. Su principal función es suministrar energía eléctrica al material rodante, es decir, a los vehículos que se desplazan sobre las vías, mediante una línea aérea de contacto. Para lograr este cometido de manera eficiente, las subestaciones de tracción utilizan una serie de equipos y sistemas especializados que permiten transformar, controlar y proteger la energía eléctrica que se suministra.
Una subestación de tracción de corriente continua cuenta con varios componentes fundamentales para su correcto funcionamiento. Uno de los más importantes son los rectificadores de potencia. Estos dispositivos son los encargados de transformar la corriente alterna (CA) de la red eléctrica en corriente continua (CC), que es la forma de energía utilizada. La rectificación es un proceso clave, ya que la energía de la red suele ser alterna, pero los sistemas de tracción requieren una corriente continua estable para operar sin problemas.
Características técnicas de las subestaciones de tracción
La potencia instalada en estas subestaciones varía dependiendo del tipo de transporte. Para tranvías y metros, generalmente se emplean rectificadores de entre 1 y 3 MW, mientras que para trenes de cercanías y de media distancia se requieren potencias mayores, de entre 3 y 6 MW, debido a la mayor demanda energética de estos vehículos.
Para reducir el impacto de los armónicos (variaciones no deseadas en la señal eléctrica) en el sistema, se utilizan transformadores rectificadores de 12 pulsos. Esta tecnología disminuye el “rizado” de la tensión y mejora la calidad de la corriente continua suministrada, lo que se traduce en un funcionamiento más eficiente y menos perturbaciones en otros equipos electrónicos.
El transformador rectificador se conecta a la red de Alta Tensión a través de un sistema en triángulo y tiene dos secundarios: uno también en triángulo y otro en estrella. Esto permite obtener un desfase de 30 grados entre las tensiones y una pulsación dodecafásica, lo que mejora la estabilidad y eficiencia del sistema.
Existen diversas configuraciones para subestaciones de tracción que varían según la complejidad del sistema y la potencia requerida. Una opción simple es la subestación con un solo grupo rectificador dodecafásico, trabajando con un sistema de 1×3000 Vcc, donde un único grupo rectificador convierte la corriente alterna en continua a través de una configuración de 12 pulsos, lo que minimiza los armónicos y mejora la calidad de la energía. Esta configuración es común en sistemas de baja a media potencia, como en tranvías o metros.
En configuraciones más complejas, como las subestaciones con 2×3000 Vcc, se incorporan dos grupos rectificadores dodecafásicos que permiten manejar mayores demandas de potencia, siendo una opción ideal para trenes de cercanías o sistemas con alta carga. En estas subestaciones más avanzadas, además de los rectificadores dodecafásicos, se emplea un circuito simple con doble salida feeder, lo que permite distribuir la energía de manera más eficiente, brindando redundancia y mayor fiabilidad en el suministro.
En configuraciones aún más sofisticadas, como las subestaciones con 1 o 2 grupos rectificadores dobles de ±3 kV, el sistema permite una mayor flexibilidad y control sobre la energía suministrada, mejorando la estabilidad del sistema eléctrico al proporcionar dos salidas de corriente continua que pueden operar en diferentes polaridades. Este tipo de subestación es más adecuado para sistemas ferroviarios de alta demanda o en situaciones donde se requiera una mayor fiabilidad y capacidad de respuesta ante posibles fallos.
Los rectificadores y su funcionamiento
Los rectificadores de una subestación de tracción están formados por diodos de silicio de alta resistencia, capaces de soportar tensiones inversas elevadas y grandes corrientes. A la salida de estos rectificadores, se instalan filtros en paralelo formados por bobinas y condensadores que eliminan los armónicos, evitando que estos interfieran con las señales de comunicación y otros sistemas electrónicos.
El rectificador tiene características específicas para asegurar su fiabilidad y seguridad. Entre ellas se incluyen sistemas de control para la ruptura de los diodos en caso de fallo, señales que desconectan los interruptores de potencia si ocurre algún problema en el rectificador y un sistema de enfriamiento forzado de los diodos, que utiliza refrigerantes en tubos de calor y ventiladores con frecuencia variable para mantener la temperatura adecuada. está diseñado para convertir la corriente alterna en corriente directa en las subestaciones de tracción de los ferrocarriles eléctricos actuales y del transporte urbano eléctrico. Además, las puertas del rectificador están equipadas con cerradura de bloqueo electromagnético y contactos auxiliares para controlar el estado de las mismas.
La importancia del mantenimiento y la protección
Para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente de las subestaciones de tracción, el diseño incluye sistemas de protección y control que se activan ante fallos en los equipos o condiciones de trabajo adversas. Esto incluye sistemas de detección de fallos de catenaria, control de temperatura de los rectificadores y mecanismos de desconexión automática en caso de mal funcionamiento.
En resumen, las subestaciones de tracción son esenciales para el correcto suministro de energía a los sistemas de transporte eléctrico. Su diseño incorpora una serie de componentes especializados que garantizan la transformación, protección y control de la electricidad, asegurando que los vehículos eléctricos puedan operar de manera eficiente y segura.
