Aplicació dels interruptors d'alta tensió en sistemes d'abastiment elèctric de tracció

Els interruptors tradicionals han esdevingut cada cop més inadeguats per a les demandes operatives dels sistemes moderns de subministrament d'energia de tracció. L'emergència dels desconnectors d'alta tensió ha omplert eficientment aquesta lacuna. Els sistemes de desconnectors d'alta tensió optimitzen l'estructura dels interruptors convencionals, amplien la seva aplicabilitat i posen més èmfasi en els detalls, augmentant així la seguretat i fiabilitat dels sistems elèctrics durant l'operació real. Per tant, és essencial analitzar i estudiar l'aplicació dels desconnectors d'alta tensió en els sistemes de subministrament d'energia de tracció.

1.Sistemes de Subministrament d'Energia de Tracció
El sistema actual de subministrament d'energia de tracció elèctrica utilitzat a la Xina representa una nova forma de propulsió ferroviària basada en l'electricitat, una tecnologia emergent ampliament aplicada en les línies fèrriques principals i en el transport urbà, que ofereix un rendiment excel·lent i millores significatives en la comoditat del transport públic. En la pràctica, la tracció elèctrica converteix continuament l'energia elèctrica en potència mecànica de tracció per a moure locomotores i unitats múltiples elèctriques.

Els sistemes de tracció elèctrica actuals a la Xina es classifiquen per tipus de corrent en tres categories: AC monofàsica de freqüència industrial, CC i AC monofàsica de baixa freqüència. D'aquests, el sistema AC monofàsic de freqüència industrial és el més prevalent, principalment utilitzat en ferrocarrils electrificats.

La tracció elèctrica ofereix tres avantatges clau:

• Les locomotoves elèctriques no porten combustible, sinó que utilitzen fonts d'energia secundàries, permetent una tracció no autònoma que impulsa efectivament els trens.

• Promou l'estalvi energètic; amb el sector ferroviari xinès entrant en una nova fase de desenvolupament, les locomotoves elèctriques estan sent implementades més extensament.

• Millora la seguretat operativa. Gràcies als avanços en microelectrònica i tecnologia de la informació, les locomotoves elèctriques modernes suporten la detecció de fallades en temps real, la conducció autònoma i el control remot, augmentant significativament el nivell d'informatització dels sistemes de tracció.

2.Característiques, Funcions, Tipus i Evolució dels Desconnectors d'Alta Tensió

(1) Funcions i Rols
Ambdós encara que els desconnectors d'alta tensió només s'hagin adoptat recentment de manera generalitzada en els sistemes elèctrics xinesos, han demostrat un rendiment excepcional. Les seves funcions bàsiques són dobles:

• Quan estan oberts, asseguren una distància visible i segura d'isolament entre els contactes;

• Quan estan tancats, porten de manera fiable la corrent contínua nominal.

Aquestes capacitats milloren significativament tant la seguretat com l'eficiència operativa. Els rols clau inclouen:
• Isolament d'energia: Durant la manteniment, els desconnectors aïllen l'equips sense energia dels circuits actius, creant un punt de ruptura clarament visible que protegeix el personal i l'equipament.
• Operacions de commutació (Transferència de bus): Permeten transicions segures de l'equip entre estats d'operació, d'estand-by o de manteniment, facilitant configuracions operatives flexibles i segures.

(2) Tipus
Els tipus de desconnectors varien segons diversos criteris:

• Per ubicació d'instal·lació: exteriors vs interiors;

• Per nivell de tensió: baixa tensió vs alta tensió;

• Per disseny estructural: de post únic, de dos posts o de tres posts;

• Per mecanisme d'operació: manual, elèctric o neumàtic.

(3) Avanços Tecnològics
Els desconnectors tradicionals sovint patien una reducció de l'àrea de contacte entre els contactes mòbils i estacionaris després d'un ús prolongat, provocant una major resistència, pèrdues de conducció més elevades i un consum d'energia més alt. Les innovacions recents, com la tecnologia de contacte de dits i el disseny de superfícies estratificades, han millorat considerablement la conductivitat i la fiabilitat. Aquests avanços han ampliat l'àmbit d'aplicació dels desconnectors d'alta tensió moderns en la infraestructura elèctrica xinesa.

3.Aplicacions en Sistemes de Subministrament d'Energia de Tracció
(1) Control Remot (Teleoperació)
Els desconnectors d'alta tensió són ara components crítics en els sistemes de catenària dels ferrocarrils electrificats, permetent l'isolament de fallades i la mantenedora segmentada, augmentant així la seguretat i la precisió operativa. Atès el gran nombre i la distribució àmplia de les estacions centralitzades en la xarxa ferroviària electrificada xinesa, l'operació manual in situ és ineficient i limita l'automatització. Per tant, la implementació del control remot és vital per avançar en la modernització dels ferrocarrils.

Amb els avanços en la comunicació cablejada i sense fil, les Unitats Terminal Remotes (UTR) es poden integrar en mecanismes d'operació elèctrics. Aquesta integració no només resol els reptes clau en l'operació remota dels desconnectors, sinó que també augmenta la fiabilitat del sistema, assegura un subministrament d'energia estable i eleva el nivell general d'automatització dels ferrocarrils electrificats.

(2) Monitoratge de Vídeo Cablejat/Sense Fil
Com que els desconnectors de catenària solen instal·lar-se a l'exterior i sense supervisió, el monitoratge remot és essencial juntament amb el control remot. Els sistemes de vigilància per vídeo permeten una supervisió contínua de les condicions al camp, minimitzant els errors humans en les decisions de comandament.

La implementació d'aquests sistemes requereix solucions de comunicació híbrid—combinant tecnologies cablejades i sense fil com el salt de freqüència i el Wi-Fi, tots dos madurs a la Xina. Integrar aquests mètodes de comunicació avançats permet un robust monitoratge de vídeo remot, millorant així la seguretat, la fiabilitat i l'eficiència de les operacions dels ferrocarrils electrificats.

(3) Monitoratge de Temperatura en Línia
Amb una estructura simple, els contactes i els dits de contacte dels desconnectors estan exposats a entorns externs adversos, fent-los propensos a l'oxidació. L'oxidació incrementa la resistència de contacte i genera calor excessiva, que pot conduir a fallades d'equipament o incendis si no es controla.

En l'era de les subestacions intel·ligents i les operacions sense personal, el control remot de la temperatura ha esdevingut indispensable. A la Xina s'utilitzen tres mètodes principals: sensors sense fils, sensors òptics de fibra i termografia infraroja, amb els sensors òptics de fibra sent els més ampliament adoptats.

Els sensors de temperatura de fibra òptica es fixen directament als contactes o dits de contacte. Les dades es transmeten a través de fibres òptiques resistentes a altes tensions a una unitat central de processament, després s'envien a ordinadors de retrocàrrega de la subestació per a l'anàlisi en temps real. A la Xina ja s'ha desenvolupat programari específic per a la gestió i anàlisi de dades, assegurant un control fiable de la temperatura. No obstant això, els costos elevats de l'equipament i el desenvolupament de programari segueixen sent un repte.

4. Conclusió
El sistema ferroviari electrificat de la Xina ha entrat en una nova etapa de desenvolupament. L'optimització contínua dels interruptors tradicionals, a través de tecnologies de contacte per dits i superfícies estriades, ha millorat significativament el rendiment dels interruptors d'alta tensió en aplicacions de tracció, accelerant la modernització de la xarxa ferroviària nacional.

En comparació amb els modes convencionals d'abastament d'energia, la tracció elèctrica ofereix una eficiència superior, una major seguretat i un menor consum d'energia. La integració d'interruptors d'alta tensió avançats amb sistemes de tracció elèctrica ha esdevingut un símbol de la modernització dels ferrocarrils xinesos, situant la tecnologia d'electrificació del país entre les millors del món.