El sistema de tracción en corriente alterna, es actualmente el que sistema de electrificación ferroviaria que se usa de forma preferente para las líneas de alta velocidad, que se alimenta en 25 kV, 50 Hz y dentro de éste podríamos distinguir dos tipos identificados de forma genérica como 1×25 kV y 2×25 kV.
Las ventajas de alimentación en corriente alterna a la tensión de 25 kV para la electrificación ferroviaria, consisten básicamente en una mayor distancia entre subestaciones, que en el caso de 1×25 kV, pueden llegar hasta 25 km, y en el caso de 2×25 kV hasta 70 km, si bien en este último caso es necesario la instalación cada 10 km aproximadamente de centros de autotransformación asociados.
Sistemas de alimentación en 1x25KV
En el sistema simple de alimentación o 1×25 KV la catenaria se alimenta a través de un transformador, estando alimentado el primario de dicho transformador por dos fases de la compañía suministradora. En el secundario se obtienen también dos fases, conectándose una de ellas a la catenaria y la otra fase a los carriles y a tierra.
Toda la corriente que sale de una fase del transformador, pasa a la catenaria, de esta a los trenes y regresa a la otra fase del transformador a través de los carriles y de tierra.
Sistemas de alimentación en 2x25KV
En este sistema de alimentación, el transformador de potencia de la subestación de tracción, se alimenta al igual que en el sistema de 1×25 kV, a través de dos fases, disponiendo el secundario también de dos fases, pero con toma central.
La toma central en el transformador de potencia, es lo que diferencia los sistemas de alimentación en 1×25 kV y en 2×25 kV, ya que en el sistema de 1×25 kV, el transformador no dispone de dicha toma central. En el sistema de alimentación de 2×25 kV, la toma central del transformador de potencia, se conecta a tierra y a los carriles, mientras que las fases se conectan, una a la catenaria y la otra a un feeder.
El tren se alimenta entre la catenaria y los carriles, a través por tanto de una fase del transformador de potencia y del punto central del transformador.
En el sistema de alimentación de 2×25 kV, además de la subestación de tracción, se necesita de una serie de autotransformadores que están conectados, cada cierta distancia, entre las fases. El autotransformador dispondrá también de un punto central o intermedio, que irá conectado a los carriles.
Así podemos distinguir dos circuitos tipo en este sistema de electrificación ferroviaria:
Uno de ellos corresponde a la zona comprendida entre autotransformadores donde se encuentra consumiendo energía el tren. En este circuito, el tren está alimentado a 25 kV, (entre catenaria y carril). La corriente llega por la catenaria, pasa por los motores del tren y regresa hacia el punto central de los autotransformadores situados a cada lado. El valor de la corriente que aporta cada autotransformador y que regresa al mismo, está en función inversa de la distancia a la que se encuentre el tren del autotransformador.
El segundo tipo de circuito corresponde desde la subestación de tracción hasta el centro de autotransformación inmediato anterior a la posición del tren. Hasta dicho centro de autotransformación, el circuito eléctrico de la corriente lo constituye de una parte la catenaria y de otra parte el feeder, pero no el punto central del transformador de potencia. La diferencia de potencial entre la catenaria y el feeder es de 50 kV, con lo que el valor de la intensidad para una misma potencia con respecto a 25 kV, será la mitad.
Encontrándose en esta cuestión la ventaja de utilización del sistema de 2×25 kV, con respecto al sistema de 1×25 kV, en que como hasta el centro de autotransformación anterior el transporte de la corriente se hace en 50 kV, las caídas de tensión son menores y por tanto la distancia entre subestaciones de tracción es mayor que en el sistema de 1×25 kV.
Es necesario considerar que aunque en el sistema de 2×25 kV, hay que instalar centros de autotransformación cada aproximadamente 10 km, estos centros no necesitan de acometidas en alta tensión de la compañía suministradora, sino que se alimentan a través del propio sistema de electrificación (catenaria y feeder), y por tanto evita tener que realizar tendidos de líneas de alta tensión, y permite duplicar la distancia entre subestaciones de tracción y por tanto reducir a la mitad las acometidas necesarias para dichas subestaciones.
La tensión existente entre cada una de las fases es de 50 kV, mientras que la tensión entre cada fase y el punto central es de 25 kV. Normalmente y con objeto de reducir las caídas de tensión, la tensión en bornas del transformador se suele elevar de 25 kV (nominales) a 27,5 kV por lo que en múltiples ocasiones el valor de 25 kV, se indica como 27,5 kV.
Otra ventaja del sistema 2×25 kV es que las perturbaciones electromagnéticas que produce son mucho más pequeñas debido a que apenas circula corriente por los carriles entre la subestación y el primer autotransformador, reduciendo las interferencias/afecciones electromagnéticas en el retorno.
Blog Eadic: Electrificación ferroviaria en líneas de alta velocidad
El ingeniero ferroviario 