Red de tracción eléctrica

Una red de tracción eléctrica , también conocida como sistema de suministro de energía de tracción , es un sistema de distribución eléctrica dedicado a suministrar energía a los ferrocarriles electrificados . ^{[ 1 ]} La instalación de una red de tracción separada generalmente se realiza solo si el ferrocarril en cuestión utiliza corriente alterna (CA) con una frecuencia inferior a la de la red nacional, como en Alemania , Austria y Suiza .

Como alternativa, la corriente alterna trifásica de la red eléctrica puede convertirse en subestaciones , mediante transformadores rotativos o inversores estáticos, en la tensión y el tipo de corriente que requieren los trenes. Este método se utiliza siempre en ferrocarriles que funcionan con corriente continua (CC), así como en ferrocarriles que funcionan con corriente alterna monofásica de frecuencia reducida, como en Mecklemburgo-Pomerania Occidental , Sajonia-Anhalt , Noruega y Suecia . En estas zonas no existen redes de corriente de tracción .

El uso de energía independiente para la tracción, separada de la energía industrial, tiene raíces históricas. Hoy en día, no hay razón para aplicar frecuencias o tipos de corriente diferentes a los utilizados para la transmisión y el uso industrial. Sin embargo, la ventaja de la tracción con corriente continua (CC) radicaba en la facilidad de transmisión mediante cables de cobre individuales hasta los puntos de alimentación. La ventaja de la tracción con corriente alterna (CA) reside en la facilidad de transmisión a largas distancias hasta los puntos de alimentación. Más allá de estos parámetros y de la garantía de las inversiones previas, no existen razones para mantener esquemas de corriente diferentes en las redes.

Las líneas de tracción dedicadas se utilizan cuando las vías férreas se alimentan con corriente alterna (CA) de baja frecuencia. La línea de alimentación de la corriente de tracción se conecta a subestaciones a lo largo de la línea férrea y, por lo general, funciona de forma independiente del cable de catenaria que alimenta las locomotoras.

En los países donde los trenes eléctricos funcionan con corriente continua o con corriente alterna monofásica con la frecuencia de la red eléctrica general, la conversión necesaria de la corriente se realiza en las subestaciones, por lo que tampoco se requieren líneas de corriente de tracción.

Las líneas de alimentación de corriente de tracción no suelen tenderse en paralelo a la vía férrea, para permitir una menor longitud de línea y evitar influencias innecesarias en el sistema eléctrico cercano a la vía; esto también se aplica al suministro de corriente de algunos ferrocarriles de tránsito rápido que funcionan con corriente alterna en Alemania.

También es posible instalar el suministro de corriente de tracción en vigas transversales especiales directamente sobre los postes de la catenaria. Dado que los postes de la catenaria tienen una sección transversal menor que los mástiles de suministro de corriente de tracción, las vigas transversales no pueden ser demasiado anchas, por lo que no se puede utilizar la disposición estándar de cuatro cables conductores en un nivel. En este caso, se utiliza una disposición de dos niveles, o bien, con dos circuitos eléctricos para líneas de doble carril, los postes de la catenaria para ambos sentidos se equipan con vigas transversales para su propio sistema de corriente de tracción de dos cables conductores cada uno.

En zonas densamente pobladas, existen torres de alta tensión que transportan circuitos tanto para la corriente de tracción como para la corriente alterna trifásica destinada al suministro eléctrico general. Estas líneas se encuentran en lugares donde los derechos de paso son escasos. En particular, es común el trazado paralelo de líneas de CA trifásicas de 110  kV y 220 kV. El uso de líneas de 380 kV en la misma torre requiere aisladores de 220 kV para la línea de tracción, ya que, en caso de fallo de la línea de 380 kV, pueden producirse picos de tensión a lo largo de la línea de tracción, que los aisladores de 110 kV no pueden soportar.     

Por lo general, las líneas de tracción utilizan conductores simples; sin embargo, para el suministro de ferrocarriles con mucho tráfico y, en particular, para el suministro de líneas ferroviarias de alta velocidad, se utilizan dos conductores agrupados .

• Reino Unido
• Alemania (excepto Mecklemburgo-Pomerania Occidental y Sajonia-Anhalt), longitud total 7.959  km
• Suiza
• Austria (red de tracción eléctrica independiente para el ferrocarril Mariazeller Bahn )
• Suecia central
• El sur de Noruega, al este de Oslo.
• EE. UU. (Las antiguas líneas del ferrocarril Pennsylvania de Amtrak entre Filadelfia y la ciudad de Nueva York , Washington, D.C. y Harrisburg, Pensilvania, funcionaban con corriente alterna monofásica de 25  Hz; véase también el sistema de tracción eléctrica de 25 Hz de Amtrak ).
• Sudáfrica
• Melbourne , Australia (cables de transmisión de alta tensión dedicados entre la antigua central eléctrica Newport A y las subestaciones de tracción. Sin embargo, estas líneas funcionan con corriente alterna trifásica).
• Riad, Reino de Arabia Saudita (Redes de Metro de Riad)

Las líneas de tracción se utilizan para alimentar los sistemas ferroviarios de países que emplean corriente alterna de menor frecuencia que la red eléctrica pública. Este es el caso, por lo general, de los países de habla alemana en Europa. Por ejemplo, en Alemania , Austria y Suiza se utiliza corriente alterna de 16,7 Hz . 

Un ejemplo concreto es el ferrocarril de vía estrecha de Mariazeller, en Austria, que funciona con corriente alterna monofásica a una frecuencia de 25  Hz y dispone de sus propias líneas de tracción con una tensión de funcionamiento de 27  kV. Estas líneas están instaladas en los postes de la catenaria.

Las tensiones utilizadas para las líneas de tracción son de 110 kV en Alemania y Austria, y de 66 kV o 132 kV en Suiza.   

Las líneas de tracción funcionan simétricamente con respecto a tierra . En el caso de  las líneas de 110 kV, por ejemplo, cada conductor tiene una tensión de 55  kV con respecto a tierra. La puesta a tierra se realiza en subestaciones de mayor tamaño y en centrales eléctricas para la corriente de tracción, utilizando transformadores para la cancelación de la corriente de fuga a tierra . Como ocurre con todas las líneas eléctricas simétricas, también existen puntos de torsión en las líneas de tracción. Una línea de tracción para un circuito suele tener dos conductores. Dado que la mayoría de las líneas de tracción poseen dos circuitos eléctricos, por lo general hay cuatro conductores en los postes (a diferencia de las líneas de corriente alterna trifásicas, cuyo número de conductores es un múltiplo entero de tres).

Las líneas de tracción no suelen tenderse paralelas a la vía férrea para minimizar su longitud y evitar interferencias con el sistema eléctrico cercano. Sin embargo, existen casos en los que esta práctica no se sigue (por ejemplo, en el suministro eléctrico de algunos ferrocarriles de tránsito rápido que funcionan con corriente alterna en Alemania). En estos casos, la línea de tracción se tiende sobre vigas transversales especiales de las torres de la catenaria. Dado que las torres de la catenaria tienen una sección transversal menor que los mástiles de tracción, estas vigas transversales deben ser bastante estrechas, por lo que no se puede utilizar la disposición estándar de cuatro conductores en un solo nivel. Cuando se requieren cuatro conductores, una solución es emplear una disposición de dos niveles. Alternativamente, en el caso de vías férreas de doble vía, las torres de la catenaria para ambos sentidos de circulación están equipadas con vigas transversales para el sistema de tracción (dos conductores).

En zonas densamente pobladas, donde los derechos de paso son escasos, es común encontrar torres de alta tensión que transportan circuitos eléctricos tanto para la corriente de tracción como para la corriente alterna trifásica. Esta última puede ser de 110  kV, 220  kV o, en algunos casos, de 380  kV. En tales casos, las líneas de corriente de tracción deben utilizar aisladores capaces de soportar la tensión máxima pico a pico que puede producirse entre las líneas.

Las líneas de tracción se implementan, por regla general, con conductores simples. Para el suministro eléctrico de ferrocarriles con mucho tráfico, y en particular para el suministro de energía a líneas de alta velocidad como los trenes ICE (Inter City Express) alemanes, se utilizan conductores de dos haces. Las líneas de tracción desde la central nuclear de Neckarwestheim hasta la subestación de Neckarwestheim, y desde esta subestación hasta la subestación central de Stuttgart Zazenhausen, se implementan con conductores de cuatro haces.

Las líneas de tracción eléctrica siempre cuentan con un conductor de tierra. En algunos casos, se utilizan dos conductores de tierra: por ejemplo, en Alemania, cuando la línea de tracción se transporta sobre torres junto con corriente alterna trifásica, como la línea que alimenta la central nuclear de Neckarwestheim. De forma similar, en Austria existen algunas líneas de tracción eléctrica equipadas con dos cables de tierra.

En Suecia , Noruega y algunas zonas de la antigua RDA, la corriente alterna trifásica procedente de la red pública se convierte en corriente alterna monofásica con una frecuencia de 16,7  Hz en subestaciones cercanas a las vías férreas. En estas regiones no existen líneas de tracción eléctrica.

Asimismo, en los países donde los trenes eléctricos circulan con corriente continua o con corriente alterna monofásica a la frecuencia de la red eléctrica general, la conversión necesaria de la corriente se realiza en las subestaciones, por lo que en estos países no se necesitan líneas de corriente de tracción.

• Tercer riel
• Planta convertidora de corriente de tracción
• Central eléctrica de tracción