Discusión sobre técnicas de construcción para o sistema de abastecemento eléctrico de 20 kV nas ferrocarrías de alta velocidade

1. Resumo do Proxecto
Este proxecto implica a construción da nova ferrovia de alta velocidade Jakarta–Bandung, cunha lonxitude da liña principal de 142,3 km, incluíndo 76,79 km de pontes (54,5%), 16,47 km de túneis (11,69%) e 47,64 km de terraplenes (33,81%). Foron construídas catro estacións: Halim, Karawang, Padalarang e Tegal Luar. A liña principal da HSR Jakarta–Bandung ten 142,3 km de lonxitude, deseñada para unha velocidade máxima de 350 km/h, cun espazado de vía dúplice de 4,6 m, incluíndo aproximadamente 83,6 km de via sen balastro e 58,7 km de via con balastro. O sistema de alimentación de tracción adopta o método de alimentación AT (Autotransformador). 

A alimentación externa utiliza un nivel de tensión de 150 kV, mentres que o sistema de distribución de corrente interna utiliza 20 kV. Os brazaletes de catenaria e os dispositivos de posicionamento para a ferrovia de alta velocidade adoptan o deseño estandarizado e simplificado de China. O Bureau de Electrificación Ferroviaria de China é responsable da adquisición de materiais, da construción de todo o sistema de corrente e alimentación de tracción para a HSR Jakarta–Bandung en Indonesia, así como da parte de conexión de corrente externa financiada por sumas provisionais.

2. Esquema de Diseño da Subestación de Distribución de 20 kV
2.1 Conexión Eléctrica Principal de 20 kV e Modo de Operación
A barramenta principal de 20 kV adopta unha configuración de barramenta única segmentada por un interruptor de acoplamento de barramenta con transferencia automática de barramenta. Proporciópanse unha sección de barramenta de pasada de 20 kV, que, despois de pasar por un regulador de tensión, alimenta a liña de pasada de carga comprensiva de 20 kV e a liña de pasada primaria de 20 kV. O punto neutro do regulador de tensión está conectado a tierra a través dun resistor pequeno, e non se instala ningún interruptor bypass para o regulador de tensión. 

En condicións normais de operación, ambas as fuentes de corrente fornecen simultaneamente co interruptor de acoplamento de barramenta aberto. Se falla unha fonte de corrente, o interruptor de entrada no lado desenerxizado abre, e o interruptor de acoplamento de barramenta pecha automaticamente, permitindo que a outra fonte de corrente soporte a carga completa da subestación. Instálase un dispositivo de compensación de potencia reactiva na sección de barramenta de pasada de 20 kV, asegurando que o factor de potencia no lado de entrada da subestación sexa polo menos 0,9 despois da compensación.

2.2 Plano de Disposición
Todas as subestações de distribución están colocadas coas edificios operativos e de vivenda da área da estación no andar térreo, excepto a subestación do depósito de EMU de Tegal Luar, que está construída independentemente como unha estrutura de un só piso. Non se proporcionan pisos intermedios de cable. O andar térreo inclúe salas para o regulador de tensión (para as liñas de pasada primaria e comprensiva), compensación de potencia reactiva, equipo de conexión a tierra neutra, maquinaria de comunicación, almacenamento de repescas, equipamento de alta tensión, sala de control, sala de ferramentas e área de descanso. Os cables dentro da subestación están dispostos en canaletas de cable. 

As conexións entre a sala do regulador de tensión, a sala de compensación de potencia reactiva, a sala de equipo de conexión a tierra neutra e a sala de alta tensión fanse mediante conductos pre-embutidos. Localizada dentro da área da estación, a subestación non dispón de camiños de acceso externos ou carriles contra incendios dedicados. Proporciópanse unha zanja de servizos integrada ao aire libre, equipada con soportes de cable; os cables de entrada e saída son ruteados a través desta zanja, cos cables de corrente e baixa tensión/control dispostos en lados opostos da zanja. Outros tramos usan canaletas de cable e instalacións de conductos.

3.Preparación da Construción

• Investigación do Terreo: Antes da construción, o contratista debe realizar unha investigación do terreo baseándose nos documentos de deseño aprobados e nos datos relevantes, e preparar un informe de investigación do terreo que cubra o terreo, a xeoloxía, o transporte rodoviario, as condicións dos edificios de equipos e a ruta da zanja de servizos integrada.

• Verificación dos Deseños de Construción: O contratista debe verificar os deseños de construción aprobados no terreo e confirmar a súa precisión antes do uso. Calquera discrepancia debe ser informada de inmediato ao cliente, ao deseñador e ao enxeñeiro supervisor para a súa resolución.

• Baseándose na investigación e nos deseños verificados, o contratista debe desenvolver un plano de implementación detallado e un manual de instrucións de traballo para a subestación de distribución, definindo claramente os estándares de proceso, os requisitos de control de calidade e as necesidades de interface para os procedementos clave, e realizar briefings técnicos baseados en códigos QR nominais.

• Optimización BIM: Durante a fase inicial da construción, a tecnoloxía BIM debe utilizarse para simular a instalación de equipos e a ruta de cables na subestación de distribución de 20 kV. Isto permite a disposición optimizada de equipos e a disposición de zanjas/tubos dentro do edificio, a simulación da ruta de cables nas zanjas de cable interior e exterior, a optimización das rutas de cable e a determinación precisa das localizacións dos soportes. As capacidades de visualización e simulación do BIM axudan a evitar conflitos espaciais durante a construción e melloran a eficiencia.

4.Optimización Detallada do Proceso
4.1 Disposición de Zanjas de Cable na Subestación de Distribución
A subestación é unha estrutura de un só piso, e as zanjas de cable de rama para salas individuais de equipos son eliminadas. Entre os fundamentos da sala do regulador de tensión, a sala do reactor e a sala do resistor pequeno de conexión a tierra e as salas de alta tensión/control, úsanse conductos de acero pre-embutidos, que se estenden ata a zanja de cable da sala de alta tensión ata a altura do segundo nivel de soporte de cable desde o fondo. Para facilitar a tirada de cables, o conducto pre-embutido entre a zanja de servizos ao aire libre e a zanja de cable da sala de alta tensión está optimizado nunha forma de zanja, cunhas placas de paso a través das parede instaladas nas cruzamentos de parede.

4.2 Instalación de Barramenta na Sala do Regulador de Tensión
O soporte de terminación de cable horizontal de unha só capa orixinal na sala do regulador de tensión foi optimizado engadíndose refuerzos de acero en ángulo baixo o soporte horizontal para aumentar a estabilidade e evitar o movemento. Os cables entran no regulador de tensión desde o alto, co soporte instalado a unha altura de 2.500 mm. A capa de escudo e a armadura das terminacións de cable de alta tensión están conectadas a tierra de forma separada.

 Todos os suportes estruturais están conectados ao condutor principal de terra usando barras de aço plano ou redondo. As barras de cobre conectan as terminações dos cabos aos terminais do regulador de voltagem, protexidas por tubo retráctil irradiado termocontraíble con marcas de cor de fase. Para o monitoramento operacional, instálase unha barreira de malla de acero inoxidable en forma de L cunha porta de manutención de acero inoxidable (equipada cunha fechadura electromagnética que só se desbloquea cando o interruptor de alta tensión está aberto). A barreira e a porta están posicionadas para garantir a seguridade do persoal e manter as distancias necesarias entre partes vivas.

4.3 Instalación do Suporte de Cabos
A simulación preliminar de colocación de cabos baseada en BIM permitiu unha rota separada: o lado da fonte de enerxía 1, o lado da fonte de enerxía 2, o lado do alimentador primario e o lado do alimentador xeral están colocados en lados separados da trincheira, evitando que un fallo nunha liña de enerxía danifique a outra. Respeítanse os raios de dobre dos cabos, e a posición precisa de cada cabo nos suportes determinou o tipo e a localización óptima do suporte.

 A detección de colisións en BIM axustou as alturas dos suportes para evitar o cruzamento de cabos. Todos os travesaños horizontais dos suportes están alineados no mesmo plano, cunha desviación central ≤5 mm. Os suportes están fixados a placas de aço pre-embutidas nas paredes da trincheira, co fondo dos suportes ≥150 mm sobre o soño da trincheira. Na trincheira integral, os suportes de cabos están aterrados usando aço plano de 40 mm × 4 mm, con dous conductores de aterramento conectados ao sistema de aterramento integral.

4.4 Construción da Colocación de Cabos

• Principio de Disposición de Cabos: Os cabos de diferentes niveis de voltagem deben disporse desde arriba cara abaixo na orde de cabos de enerxía de alta tensión, cabos de control e cabos de sinal. Os cabos de diferentes categorías ou as dúas circuitos de cargas primarias non deben colocarse no mesmo nivel de suporte.

• Refinamento do Diseño: Basándose en planos, as técnicas de colocación de cabos permítense un refinamento de deseño máis profundo, permitindo un plan de construción completo e sistemático que asegure a integración fluida do fluxo de traballo e aumente o control de seguridade e calidade.

• Cálculo da Forza de Tração: Máquinas de tração situadas no punto final, con alimentadores de cabos colocados aproximadamente cada 1 m. Baseándose na experiencia, engádese 10 cm adicionais nas curvas para o cálculo da forza de tração.

• Inspección no Sitio: Antes da colocación, inspécta-se as condicións de instalación do equipo. Asegúrase que a forza de tração permanezca abaixo da resistencia admissible de tracción do cabo. Realízanse comprobacións de seguridade nas máquinas de colocación de cabos e realiza-se un levantamento do sitio para confirmar a colocación das bobinas de cabos; ajustando imediatamente se non se cumpren os estándares.

• Execución da Colocación de Cabos: Antes da colocación, preparanse etiquetas e numeración baseadas en planos por técnicos cualificados. A supervisión no sitio asegura a ruta correcta dos cabos e o uso do modelo correcto. Durante a colocación mecánica, os cabos non deben mostrar achatamento da armadura, torcer ou danos na bainha. Utilízase un guindaste para posicionar a bobina de cabos, apoiada nun suporte de desenrolamento dedicado para permitir o desenrolamento polo extremo superior e evitar a fricción no chan. Instálase presas de tração nos extremos antes da tração. Técnicos cualificados deben supervisar a operación do equipo e a colocación das máquinas alimentadoras: unha máquina de tração principal no punto final, alimentadoras espaciadas 80–100 m, e poleas de gran radio nas curvas.

• Fixación de Cabos: Despois da colocación, fíxanse os cabos nos puntos inicial e final e ambos os lados das curvas, con intervalos de fixación de 5–10 m. Aplica-se o principio de "colocar un, atar un" e vólvense a asegurar os cabos dende o punto inicial cara atrás. Para os cabos en bandejas, pendense etiquetas identificativas en ambos os lados, nas curvas e nas interseccións; nas seccións rectas, etiquetas cada 20 m. As etiquetas deben mostrar uniformemente o número do cabo, especificación, puntos inicial e final, e voltagem.

• Inspección do Circuíto de Cabos: Despois da colocación, inspécta-se todo o circuíto de cabos, compoñentes asociados e instalacións. Verifícase a precisión das etiquetas, comprobase a falta ou instalación incorrecta, e confírmase o cumprimento da calidade. Para asegurar a operación segura:

• Instálase particións entre cabos CA/CC ou circuitos de diferentes voltaxes cando non compartan a mesma bandeja;

• Aségurase que todas as tapas da trincheira están no seu lugar e que a trincheira está libre de obstrucións e auga;

• Realízanse probas de resistencia aislante e corrente de fuga segundo os estándares;

• Verifícase a alineación dos terminais e a compatibilidade da rede durante a aceptación.

4.5 Medidas Retardantes e Ignífugas
Todos os penetracións entre compartimentos contra incendios, entradas de edificios, losas de pisos e aberturas baixo gabinetes HV/LV deben ser selladas contra incendios. Os materiais de sellado contra incendios deben cumprir coas normas indonesias en rendemento, métodos de ensaio, especificacións técnicas xerais para revestimentos retardantes de incendios de cabos e requisitos técnicos para envoltorios retardantes de incendios de cabos. Utilízanse cabos retardantes de incendios en interiores. Os cabos non retardantes de incendios que entran na subestación deben envolverse con cinta retardante de incendios ou recubrirse con pintura ignífuga.

5. Construción e Mantemento Integrados
Durante a construción, as unidades de operación e mantemento implicáronse cedo para alinear os estándares de construción e mantemento, estabelecendo as bases para unha HSR de alta calidade, esteticamente agradable e ecolóxicamente responsable. Por un lado, a coordinación estreita coa entidade receptora durante as reúnions de briefings de deseño, revisións de especificacións e reúnions técnicas axudou a refinar os estándares de procesos e os requisitos de rendemento do equipo/material baseados na experiencia operativa. Por outro lado, durante a construción—cumpriendo os requisitos de deseño e código—os procesos optimizáronse dende unha perspectiva de seguridade operativa e manutibilidade, incluíndo melloras nas trincheiras de cabos, acceso de mantemento de cabos, caixas de conexión, aterramento, barreiras protectoras de malla e sinalización, mellorando así a seguridade operativa e a calidade física.

6. Conclusión
En resumen, as tecnoloxías de construción para os sistemas eléctricos de alta velocidade (HSR) continúan avanzando, con máis enxeñeiros aplicando conceptos integrados a proxectos HSR. As melloras na tecnoloxía electromagnética, a rápida optimización do BIM e os sistemas de alerta precoz mellorados todos apoian o desenvolvemento da integración dos “Catos Eléctricos” (enerxía, sinalización, telecomunicacións e tracción) do HSR. Este artigo pretende proporcionar insights significativos para o avance ulterior destas tecnoloxías.