SISTEMAS DE ELECTRIFICACIÓN Sistemas de corriente continua Sistemas de corriente alterna,...

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  • SISTEMAS DE ELECTRIFICACINSistemas de corriente continua

    Sistemas de corriente alterna, frecuencia reducida 16 2/3 Hz

    Sistemas de corriente alterna, frecuencia industrial 50/60 HzBaja tensin

    Alta tensin

  • LA PRIMERA EXPERIENCIA DEL TRAN SPORTE ELCTRICO

  • LA RPLICA EN EL CENTENARIO

  • Motor elctricoCorriente continuaExcitacin serieAplicacin prcticaRegulacin velocidadMedios tcnicos disponiblesEn forma simple Tensin alimentacin igualMotores de traccinEquipos del vehculoTensin alimentacinlimitada porTipo y calidad de aislantesConmutacin a alta velocidadSe adoptaron 500 a 800 V c.c.1.-EL MOTOR DE TRACCIN2.- LA ALIMENTACIN ELCTRICAFuente (Subestacin)Sistema de captacin (catenaria o tercer riel)Sistema fijoSistema mvil (tren)Un frotador colectaDe catenariaDe tercer rielSistema fijo + sistema mvil Circuito de traccinLA TRACCIN ELCTRICA Componentes bsicos

  • CIRCUITO DE TRACCINCARCTERSTICAS DEL CIRCUITO DE TRACCIN DEFORMABLE PARMETROS VARIABLESPARMETROS VARIABLES Distancia entre Subestacin y treny potencia en cada punto Resistencia o impedanciaTensinCorrienteFuncin dey tienees

  • CORRIENTE CONTINUA

    Fue la primera que se utiliz. Al no ser posible transformar la tensin, se aplicaba la misma tensin de transporte de la lnea de contacto, a la tensin que haca funcionar a los motores.Consecuencias: Limitacin de la tensin de transporte a la mxima admitida por los motores Intensidades demasiado elevadas en las lneas de contacto para tener las potencias necesarias para traccin Secciones elevadas en los conductoress de catenarias ( o tercer riel) Subestaciones de alimentacin prximas para evitar grandes cadas de tensin.LA ALIMENTACIN ELCTRICA Corriente continua

    Sistemas de alimentacin Corriente alterna (frecuencia reducida)

    Corriente alterna (frecuencia industrial)

  • Valor medio de resistencia conjunto catenaria-riel: Cada de tensin a 5 Km:

    Cada porcentual de tensin

  • Tensiones normalizadas600 V800 V Captacin por tercer riel1200 V

    1500 V Captacin area

  • Tensin normalizada: 3000 V Captacin area

  • ESQUEMA DE ALIMENTACIONES A SUBESTACIONES DE CORRIENTE CONTINUAa) Alimentacin en antena de una Subestacin a pequea distancia de un Puesto de ATb) Alimentacin asegurada por una antena y una conexin alternativa de respaldo desde otra lnea de ATc) Alimentacin por dos lneas de AT desde Puestos de AT distintosd) Condiciones de proteccin de la lnea de AT, pueden obligar a disponer se disyuntores enclavados

  • Aplicacin de la Alta Tensin Disminucin de la corriente en la lnea de contacto (menores prdidas) Menor seccin de los conductores areos (menor peso suspendido) Aumento de la distancia entre Subestaciones, a igual cada de tensin. La distancia entre Subestaciones se lleva entre 10 y 15 Km (depende del la intensidad de trfico)Evolucin tecnolgica de las SubestacionesConversin corriente alterna en corriente contina Convertidores rotativos (bajo rendimiento, alto manteniento, operacin local) Rectificadores a vapor de mercurio Rectificadores de estado slido

    Diferencias de prdidas en Subestaciones segn el tipo de rectificacinEjemplo: 1.- Subestacin de 1500 V con rectificadores de vapor de HgCada interna del rectificador 20 a 40 VCorriente de carga : 4000 APrdidas internas Pi = 30 V x 4000 A = 120 kW (2 %)2.- Subestacin de 1500 V con rectificadores de estado slido Cada interna de un diodo 1,2 V, suponiendo para 1500 V, 5 diodos en serie, la cada total es de 6 VCorriente de carga 4000 APrdidas internas Pi = 6 V x 4000 A= 24 kW (0,4%)

    Mejora del rendimiento, posibilidad de telemando

  • MEJORAS EN EL SISTEMA DE ALIMENTACIN

    Existen grandes ventajas en el empleo de alta tensin por disminucin de la seccin de la lnea de contacto y mayor espaciamiento entre Subestaciones de traccin.1.- En corriente continua la desventaja estriba en 1.1.- La necesidad de limitar la alta tensin (1500 V o 3000V) y luego rectificarla para el suministro a la lnea de contacto y su empleo directo en los motores de traccin del vehculo motriz .1.2.- La regulacin de esa tensin se hace a bordo del tren para los motores de traccin lo cual implica operaciones complicadas y prdidas de energa.2.- El empleo de corriente alterna facilita2.1.- la transmisin en tensiones mas elevadas (15000 V o 25000 V), deriva en contar con corrientes bajas en la lnea area de contacto y sistema areo mas liviano y econmico con menores prdidas de transmisin de energa2.2.- modificar fcilmente la tensin de alimentacin a los motores de traccin a bordo del vehculo motriz2.3.- convertir a las subestaciones en simples puestos de transformacin.

    Motor de traccin: se convierte en la clave de la evolucin de la traccin elctrica en corriente alternaEl motor de traccin originalmente disponible era el serie de corriente continua, que presenta caractersticas de motor universal funcionando tanto en corriente continua como alterna.Ventajas: Es simple en corriente alterna el sistema de control de la tensin de alimentacin para comandar las caractersticas de traccin.Desventajas: Desmejoramiento de la conmutacin por aparicin del efecto transformatrico y el aumento de prdidas por histresis y corrientes parsitas (Foucault) en el circuito magntico del motor utilizando frecuencia industrial (50/60 Hz)

    LA ALTA TENSIN

  • EL PROCESO DE CONMUTACIN

  • GENERACIN DE UNA f.e.m EN UN TRANSFORMADOR

  • Prdidas por histresisPrdidas por corrientes parsitas (Foucault) Prdidas magnticas(en el ncleo ferromagntico)Prdidas elctricas (en el cobre)PRDIDAS DE ENERGA EN EL TRANSFORMADOR

  • La f.e.m. transformatrica est dada por y ella produce:Creacin de una corriente de cortocircuito en la espira en conmutacin efecto transformatricoEFECTO Transformatrico EN UN MOTOR SERIE EMPLEANDO FRECUENCIA INDUSTRIAL b - un incremento de las prdidas por histresis y por corrientes parsitasSoluciones1.- Disminuir el efecto transformatrico por disminucin de la frecuencia aplicada a 16 Hz2.- Laminar todo el circuito magntico para disminuir prdidas 2/3a - una desmejora en la conmutacin

  • CIRCUITO TPICO DE UNA LOCOMOTORA ELCTRICA DE 15 Kv 16 2/3 Hz15 Kv 16 2/3 HzTransformador regulableMotores de traccinSOLUCIONES PARA EL EMPLEO DEL MOTOR SERIE DE C.C. DIRECTAMENTE EN C.A.1.- Disminuir el efecto transformatrico por disminucin de la frecuencia aplicada a 16 Hz2.- Laminar el circuito magntico para disminuir prdidas 2/3Empleo de frecuencia reducida

  • APLICACIN DE LA FRECUENCIA REDUCIDA

  • ALTERNATIVAS DE ALIMENTACIN Y CONVERSIN A 16 2/3 DESDE RED PBLICA

  • ELECTRIFICACIN EN CORRIENTE ALTERNA ALTA TENSIN A FRECUENCIA INDUSTRIAL 1.- Utilizar alta tensin en la lnea de contacto: menores corrientes, menores prdidas, sistema areo liviano.2.- Las Subestaciones: son simples puestos de transformacin desde la tensin disponible en la red pblica.3.- La rectificacin y regulacin de la tensin para los motores de traccin: se hace en el vehculo motriz.Surge con el objetivo de crear instalaciones de lneas areas de contacto ligeras e integrar el ferrocarril a la red elctrica industrial

  • EVOLUCIN DEL EMPLEO DEL MOTOR DE TRACCIN EN CORRIENTE ALTERNA1.- MOTOR SERIE DE CORRIENTE CONTINUA Frecuencia reducida (16 2/3 Hz) Regulacin de tensin (transformador variable) Alimentacin directa Motores directos Frecuencia industrial (50 Hz ) Regulacin de tensin (transformador variable) Grupos monocontinuos

    Rectificador a vapor de Hg Regulacin de tensin Rectificacin a bordo Rectificador estado slido Regulacin de flujoAlimentacin indirecta2.- MOTOR ASINCRONICO TRIFSICORegulacin de la tensin aplicadaRegulacin de la frecuencia aplicadaCombinacin de ambas

    Equipo conversor/nversor CA/CC/CAGrupo mono-trifsicoAlimentacin directa

  • Empleo en frecuencia industrial, necesidad de disminuir el efecto transformatrico 1.- Colocacin de conexiones resistentes entre bobinas y delgas para disminuir la corriente de cortocircuito en la conmutacin .2.- Empleo de escobillas especiales que incrementan la resistencia de la bobinas en conmutacin al cortocircuitar delgas, pos aumento del recorrido (fig 1, escobillas de tres piezas) o insercin de un aislante (fig 2). Esto mejora el mantenimiento del colector (pero no soluciona el problema)ALIMENTACIN DIRECTA

  • LOCOMOTORA DE 25 Kv 50 Hz CON MOTORES SERIE EN ALIMENTACIN DIRECTA (Tipo BB 13000)

  • CIRCUITO DE UNA LOCOMOTORA DE CORRIENTE ALTERNA, 50 Hz- 25 Kv CON CON MOTORES SERIE DE ALIMENTACIN DIRECTA (Tipo BB13000) ALIMENTACIN DIRECTA

  • LOCOMOOTORA DE 25 Kv 50 Hz CON CONVERIDOR DE FRECUENCIA CONTINUA Y MOTORES ASINCRNICOS TRIFSICOS (Tipo CC 14000)

  • CIRCUITO DE UNA LOCOMOTORA DE CORRIENTE ALTERNA, 50 Hz- 25 Kv CON CON GRUPO MONOTRIFSICO CON MOTORES DE INDUCCIN (MAT) ALIMENTACIN DIRECTA

  • CIRCUITO DE UNA LOCOMOTORA DE CORRIENTE ALTERNA, 50 Hz- 25 Kv DEL TIPO GRUPO MONOCONTINUO CON MOTORES SERIE ( Tipo CC 14100)

  • CIRCUITO DE UNA LOCOMOTORA DE CORRIENTE ALTERNA, 50 Hz- 25 Kv DEL TIPO GRUPO MONOCONTINUO CON MOTORES SERIE ( Tipo CC 14100) ALIMENTACIN DIRECTA

  • Para regular en un motor de traccinLa fuerza de traccin

    La velocidadSe debe actuar sobreEl flujo magntico La tensin aplicadaEn traccin elctrica en corriente continua o en corriente alterna se emplean bsicamente dos tipos de motoresMotores tipo serie decorriente continua

    Motores asincrnicos trifsicosde corriente alternaPara controlar en la marcha del tren su

    - Arranque - Velocidad - FrenadoSe acta sobre del motor de traccin para regularla fuerza de traccin y la velocidad CONDICIONES DE EMPLEO EL MOTOR ELCTRICO DE TRACCIN

  • Regulacin de la tensin aplicadaPor resistenciasPor resistencias y cambios de acoplamientos (serie, paralelo)Interruptor peridico (chopper)Variacin de la corriente del campoVariacin del nmero de espiras del campoRegulacin del flujo magntico1.- MOTOR SERIE DE CORRIENTE CONTINUA2.- MOTOR ASINCRONICO TRIFSICO (MAT)Regulacin de la tensin aplicadaRegulacin de la frecuencia aplicadaCombinacin de ambas

    EVOLUCIN DEL EM PLEO DEL MOTOR DE TRACCIN EN CORRIENTE CONTINUAEquipo inversor CC/CA

  • Regulacin de la tensin aplicada Variacin de la corriente del campoRegulacin del flujo magntico 1.- MOTOR SERIE DE CORRIENTE CONTINUA2.- MOTOR ASINCRONICO TRIFSICO (MAT)Regulacin de la tensin aplicadaRegulacin de la frecuencia aplicadaCombinacin de ambas

    EVOLUCIN DEL EMPLEO DEL MOTOR DE TRACCIN EN CORRIENTE ALTERNAEquipo convertidor/ inversor CA/CC/CATransformador de tomas variables

    Puente mixto

    Control de fase (tiristores) Puente completo

  • RESUMEN DE LOS DISTINTOS TIPOS DE MOTORES EN TRACCIN ELCTRICA Y SU REGULACIN

  • TIPO DE CORRIENTE TENSIN TENSIN TENSIN NOMINAL MNIMA MNIMA INSTANTNEA

    750 500 ------- CORRIENTE 800 550 ------- CONTINUA 1500 1000 ------- 3000 2000 -------

    CORRIENTE 16 2/3 Hz 15000 12000 11000 ALTERNA MONOFSICA 50 Hz 25000 19000 17500 (1)(1) Existen tensiones de 20000 V (Japn) y 50000 V (Sudafrica)CARACTERSTICAS DE LOS SISTEMAS DE ELECTRIFICACIN(Parmetros caractersticos UIC) RESUMEN

  • COMPARACIN ENTRE LA TRACCIN ELCTRICA

    Y

    DIESELELCTRICA

  • ENERGACONDUCCIN YDEPSITOSMANTENIMIENTO DELOCOMOTORASMANTENIMIENTO DEINSTALACIONES FIJAS23,4%50,5%18,3%7,8%100%DIESEL148,7%(100%)ELCTRICA54,5%(37,7%)58%(39%)36,2%(24,3%)COMPARACIN DE GASTOS DE EXPLOTACIN(Las cifras entre parntesis se refieren al total diesel)

  • TOTALLNEAS A.T.SUBESTACIONESCATENARIAADAPTACINSEALIZACINTELECOMUNICACIONESDEPSITOS

    MODIFICACINOBRAS DE ARTE1,5 Kv cc100 %

    69 %25 Kv 59/60 hZ5 %16 %57 %8 %7 %2 %5 %4 %3 %42 %7 %8 %2 %6 %RELACIN COSTOS CC Vs CA

  • 1.- Valores medios de la potencia especfica en llanta. TE: 20 a 25 kW/Tn TD: 50 a 60 kW/Tn2.- Sobrecargabilidad . TE: Es posible sobrecargarla sobre su rgimen nominal de un 20% a %50% en rgimen unihorario y 70% en rgimen instantneo. TD: No es posible superar su rgimen nominal. Debe programarse su empleo con un 7% al 15% menor a rgimen nominal (reserva de potencia). 3.- Influencia de la altura (mayores a 1200 m) TE: no la afecta la altura TD: Afectada por la deficiencia en la sobrealimentacin.4.- Energa elctrica para iluminacin, calefaccin y acondicionamiento del aire TE: No afecta la capacidad tractiva porque se toma directo desde la catenaria. TD: -Por equipos generadores accionados desde las ruedas de los coches - Equipo diesel autnomo por cada coche o grupo de coches - Por furgn usina para todo el tren. Cualquiera de estas soluciones resta capacidad tractiva a la locomotora.5.- Recuperacin de energa En ambas tracciones se puede aplicar el frenado dinmico. En la traccin elctrica se puede, bajo ciertas condiciones, reenviar la energa mecnica de frenado como energa elctrica a la red. 6.- En servicios metropolitanos y suburbanos caracterizados por frecuencias elevadas y distancias media entre estaciones cortas, se recurre a la TE (por mejores valores de velocidad, aceleracin, confort)

    COMPARACIN ENTRE TRACCIN ELCTRICA Y TRACCIN DIESELCAMPO DE APLICACIN DE LA TRACCIN ELCTRICA

  • RESUMEN DE APLICACIONES COMUNES DE TRACCIN ELCTRICACORRIENTE CONTINUABaja tensin (1) Servicios metropolitanos y suburbanos(subterrneos y de superficie)Captacin tercer rielAlta tensin (2)Servicios metropolitanos y suburbanosServicios de larga distancia(pasajeros y cargas)Alta velocidadCaptacin area(catenaria)CORRIENTE ALTERNAAlta tensin (3)

    Servicios metropolitanos y suburbanosServicios de larga distancia(pasajeros y cargas)Alta velocidadCaptacin area(catenaria)(1). Hasta 800 V(2).- 1500 / 3000 V(3).- 25000 V 50/60 Hz 15000 V - 16-2/3 Hz

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