Aplicación de interruptores de alta tensión en sistemas de suministro de energía de tracción

Los interruptores tradicionales se han vuelto cada vez más inadecuados para las demandas operativas de los sistemas modernos de suministro de energía de tracción. La aparición de los seccionadores de alta tensión ha llenado eficazmente este vacío. Los sistemas de seccionadores de alta tensión optimizan la estructura de los interruptores convencionales, amplían su aplicabilidad y ponen mayor énfasis en los detalles finos, lo que mejora la seguridad y confiabilidad de los sistemas de energía durante la operación real. Por lo tanto, es esencial analizar y estudiar la aplicación de los seccionadores de alta tensión en los sistemas de suministro de energía de tracción.

1.Sistemas de Suministro de Energía de Tracción
El sistema de suministro de energía de tracción eléctrica actualmente utilizado en China representa una nueva forma de tracción ferroviaria alimentada por electricidad, una tecnología de propulsión emergente ampliamente aplicada en ferrocarriles principales y transporte ferroviario urbano, ofreciendo un excelente rendimiento y mejorando significativamente la comodidad del transporte público. En la práctica, la tracción eléctrica convierte continuamente la energía eléctrica en potencia de tracción mecánica para impulsar locomotoras ferroviarias y unidades múltiples eléctricas.

Los sistemas de tracción eléctrica actuales en China se clasifican según el tipo de corriente en tres categorías: corriente alterna monofásica de frecuencia industrial, corriente continua y corriente alterna monofásica de baja frecuencia. Entre estos, el sistema de corriente alterna monofásica de frecuencia industrial es el más prevalente, principalmente utilizado en ferrocarriles electrificados.

La tracción eléctrica ofrece tres ventajas clave:

• Las locomotoras eléctricas no llevan combustible, sino que utilizan fuentes de energía secundarias, permitiendo una tracción no autónoma que impulsa eficazmente los trenes.

• Promueve el ahorro de energía; con el sector ferroviario de China entrando en una nueva fase de desarrollo, las locomotoras eléctricas están siendo desplegadas de manera más extensa.

• Mejora la seguridad operativa. Gracias a los avances en microelectrónica e informática, las locomotoras eléctricas modernas soportan la detección de fallos en tiempo real, la conducción autónoma y el control remoto, aumentando significativamente el nivel de informatización de los sistemas de tracción.

2.Características, Funciones, Tipos y Evolución de los Seccionadores de Alta Tensión

(1) Funciones y Roles
Aunque los seccionadores de alta tensión solo han sido adoptados ampliamente en los sistemas de energía de China recientemente, han demostrado un rendimiento sobresaliente. Sus funciones principales son dos:

• Cuando están abiertos, aseguran una distancia de aislamiento visible y segura desde el punto de vista eléctrico entre los contactos;

• Cuando están cerrados, transportan de manera confiable la corriente continua nominal.

Estas capacidades mejoran significativamente la seguridad y la eficiencia operativa. Los roles clave incluyen:
• Aislamiento de Energía: Durante el mantenimiento, los seccionadores aíslan el equipo desenergizado de los circuitos activos, creando un punto de interrupción claramente visible que protege al personal y al equipo.
• Operaciones de Conmutación (Transferencia de Barras): Permiten transiciones seguras del equipo entre estados de funcionamiento, reserva o mantenimiento, facilitando configuraciones operativas flexibles y seguras.

(2) Tipos
Los tipos de seccionadores varían según varios criterios:

• Por ubicación de instalación: exterior vs. interior;

• Por nivel de tensión: baja tensión vs. alta tensión;

• Por diseño estructural: poste simple, doble poste o triple poste;

• Por mecanismo de operación: manual, eléctrico o neumático.

(3) Avances Tecnológicos
Los seccionadores tradicionales a menudo sufrían una reducción del área de contacto entre los contactos móviles y estacionarios después de un uso prolongado, lo que llevaba a un aumento de la resistencia, mayores pérdidas de conducción y un consumo de energía elevado. Las innovaciones recientes, como la tecnología de contacto en dedo y diseños de superficie estrangulada, han mejorado enormemente la conductividad y la confiabilidad. Estos avances han expandido el alcance de aplicación de los seccionadores de alta tensión modernos en la infraestructura de energía de China.

3.Aplicaciones en Sistemas de Suministro de Energía de Tracción
(1) Control Remoto (Teleoperación)
Los seccionadores de alta tensión son ahora componentes críticos en los sistemas de catenaria de ferrocarriles electrificados, permitiendo el aislamiento de fallas y el mantenimiento por secciones, lo que mejora la seguridad y precisión operativa. Dada la gran cantidad y amplia distribución de estaciones de enlace en la red ferroviaria electrificada de China, la operación manual en el sitio es ineficiente y limita la automatización. Por lo tanto, la implementación del control remoto es vital para avanzar en la modernización ferroviaria.

Con los avances en la comunicación cableada y sin cables, las Unidades Terminales Remotas (UTR) pueden integrarse en los mecanismos de operación eléctrica. Esta integración no solo resuelve los desafíos clave en la operación remota de los seccionadores, sino que también aumenta la confiabilidad del sistema, asegura un suministro de energía estable y eleva el nivel general de automatización de los ferrocarriles electrificados.

(2) Monitoreo de Video Cableado/Sin Cable
Dado que los seccionadores de catenaria generalmente se instalan al aire libre y sin supervisión, el monitoreo remoto es esencial junto con el control remoto. Los sistemas de vigilancia por video permiten una supervisión continua de las condiciones en el campo, minimizando el error humano en las decisiones de comando.

La implementación de tales sistemas requiere soluciones de comunicación híbridas que combinan tecnologías cableadas y sin cables, como la modulación de salto de frecuencia y Wi-Fi, ambas maduras en China. La integración de estos métodos de comunicación avanzados permite un monitoreo de video remoto robusto, mejorando aún más la seguridad, confiabilidad y eficiencia de las operaciones de ferrocarriles electrificados.

(3) Monitoreo de Temperatura en Línea
A pesar de su estructura simple, los contactos y dedos de contacto de los seccionadores están expuestos a entornos exteriores duros, lo que los hace propensos a la oxidación. La oxidación aumenta la resistencia de contacto y genera calor excesivo, lo que puede llevar a fallos de equipo o incendios si no se controla.

En la era de las subestaciones inteligentes y las operaciones sin personal, el monitoreo remoto de temperatura se ha vuelto indispensable. En China se utilizan tres métodos principales: sensores inalámbricos, sensores de fibra óptica y termografía por infrarrojos, siendo el sensor de fibra óptica el más ampliamente adoptado.

Los sensores de temperatura de fibra óptica se fijan directamente en los contactos o dedos de contacto. Los datos se transmiten a través de fibras ópticas resistentes a altas tensiones a una unidad central de procesamiento, y luego se retransmiten a las computadoras de backend de la subestación para su análisis en tiempo real. Se ha desarrollado un software dedicado para la gestión y análisis de datos en China, garantizando un monitoreo de temperatura confiable. Sin embargo, los altos costos de equipos y desarrollo de software siguen siendo un desafío.

4. Conclusión
El sistema ferroviario eléctrico de China ha entrado en una nueva etapa de desarrollo. La optimización continua de los interruptores tradicionales, a través de tecnologías de contacto por dedos y superficies acanaladas, ha mejorado significativamente el rendimiento de los interruptores de alta tensión en aplicaciones de tracción, acelerando la modernización de la red ferroviaria nacional.

En comparación con los modos de suministro de energía convencionales, la tracción eléctrica ofrece mayor eficiencia, seguridad mejorada y menor consumo de energía. La integración de interruptores de alta tensión avanzados con sistemas de tracción eléctrica se ha convertido en un sello distintivo de la modernización ferroviaria de China, posicionando la tecnología de electrificación del país entre las mejores del mundo.