Sistema de protección y alerta de trenes

El Sistema de Advertencia y Protección de Trenes ( TPWS ) es un sistema de protección de trenes utilizado en toda la red ferroviaria principal de pasajeros británica y en Victoria , Australia. ^[1]

Según la Junta de Normas y Seguridad Ferroviaria del Reino Unido , ^[2] el propósito del TPWS es detener un tren iniciando automáticamente una demanda de freno, donde el equipo de vía TPWS está instalado, si el tren ha: pasado una señal de peligro sin autorización; se ha acercado a una señal de peligro demasiado rápido; se ha acercado a una reducción en la velocidad permitida demasiado rápido; se ha acercado a topes de amortiguación demasiado rápido. TPWS no está diseñado para evitar señales pasadas en peligro (SPAD), sino para mitigar las consecuencias de una SPAD, al evitar que un tren que ha tenido una SPAD llegue a un punto de conflicto después de la señal.

Una instalación estándar consiste en un transmisor en la vía adyacente a una señal, que se activa cuando la señal está en peligro. Un tren que pasa la señal tendrá su freno de emergencia activado. Si el tren viaja a alta velocidad, puede ser demasiado tarde para detenerlo antes del punto de colisión, por lo que se puede colocar un segundo transmisor en la aproximación a la señal que aplique los frenos a los trenes que van demasiado rápido para detenerse en la señal, posicionado para detener los trenes que se aproximan a una velocidad de hasta 75 mph (120 km/h).

En alrededor de 400 lugares de alto riesgo, el TPWS+ se instala con un tercer transmisor más atrás de la señal, lo que aumenta la eficacia a 100 mph (160 km/h). Cuando se instala junto con controles de señal como el "doble bloqueo" (es decir, dos aspectos de señal roja en sucesión), el TPWS puede ser completamente eficaz a cualquier velocidad realista. ^[3]

El TPWS no es lo mismo que las paradas de tren , que realizan una tarea similar mediante tecnología electromecánica. La protección de las paradas intermedias mediante paradas de tren se conoce como " protección Moorgate " o "control Moorgate".

El TPWS fue desarrollado por British Rail y su sucesor Railtrack , luego de que en 1994 se determinara que el sistema de Protección Automática de Trenes de British Rail no era económico, con un costo de implementación de £600,000,000 equivalentes a £979,431,929 en 2019, en comparación con el valor en vidas salvadas: £3-£4 millones (4,897,160 - 6,529,546 en 2019), por vida salvada, lo que se estimó en 2,9 por año. ^{[4] [5]}

En 1997 se realizaron instalaciones de prueba de equipos montados en la vía y en el tren, y las pruebas y el desarrollo continuaron durante los dos años siguientes. ^[6]

La implantación del TPWS se aceleró cuando en 2003 entró en vigor el Reglamento de Seguridad Ferroviaria de 1999, que exigía la instalación de paradas de tren en diversos tipos de lugares. ^[6] Sin embargo, en marzo de 2001, el informe de la Investigación Conjunta sobre los Sistemas de Protección de Trenes concluyó que el TPWS tenía una serie de limitaciones y que, si bien proporcionaba una solución provisional relativamente barata antes de la introducción a gran escala del ATP y el ERTMS, ^[6] nada debería impedir la instalación del mucho más capaz Sistema Europeo de Control de Trenes . ^[7]

Se colocan un par de bucles electrónicos a 50–450 metros del lado de aproximación de la señal, que se activan cuando esta se encuentra en peligro. La distancia entre los bucles determina la velocidad mínima a la que el equipo de a bordo aplicará el freno de emergencia del tren . Cuando el receptor TPWS del tren pasa por el primer bucle, un temporizador comienza a contar hacia atrás. Si se pasa por el segundo bucle antes de que el temporizador llegue a cero, se activará el TPWS. Cuanto mayor sea la velocidad de la línea, más separados estarán los dos bucles.

Hay otro par de bucles en la señal, que también se activan cuando la señal está en peligro. Estos están conectados de extremo a extremo y, por lo tanto, iniciarán una aplicación de freno en un tren que esté a punto de pasar una señal en peligro, independientemente de la velocidad.

En una instalación estándar hay dos pares de bucles, conocidos coloquialmente como "rejillas" o "rejillas para tostar". Ambos pares constan de un bucle de "activación" y otro de "activación". Si la señal es de peligro, los bucles se activarán. Si la señal es clara, los bucles se desactivarán.

El primer par, el sistema de sensores de exceso de velocidad (OSS), está situado en una posición determinada por la velocidad y la pendiente de la línea. Los bucles están separados por una distancia que no debe recorrerse en menos de un período de tiempo predeterminado de aproximadamente un segundo si el tren circula a una velocidad segura y se acerca a la señal de peligro. Los tiempos exactos son 974 milisegundos para los trenes de pasajeros y 1218 milisegundos para los trenes de mercancías, determinados por el equipo del tren. Los trenes de mercancías utilizan el tiempo 1,25 veces más largo debido a sus diferentes características de frenado. ^[8]

El primer bucle, el de "activación", emite una frecuencia de 64,25  kHz . El segundo bucle, el de "activación", tiene una frecuencia de 65,25 kHz.

El otro par de bucles está conectado de espaldas a la señal y se denomina sistema de parada de tren (TSS). Los bucles de "activación" y "activación" funcionan a 66,25 kHz y 65,25 kHz respectivamente. Los frenos se aplicarán si el equipo del tren detecta ambas frecuencias juntas después de haber detectado solo la frecuencia de activación. Por lo tanto, un TSS activado es efectivo a cualquier velocidad, pero solo si un tren lo pasa en la dirección correcta. Dado que puede ser necesario que un tren pase una señal en caso de peligro durante una falla, etc., el conductor tiene la opción de anular un TSS, pero no un OSS.

Cuando se borra una señal subsidiaria asociada con una señal de aspecto principal para un movimiento de derivación, los bucles TSS se desenergizan, pero los bucles OSS permanecen activos.

Cuando los trenes reciben señales en direcciones opuestas en una línea individual, podría ocurrir una intervención injustificada del TPWS cuando un tren viaja entre un armado OSS y bucles de activación que de hecho estaban asociados con señales diferentes. Para atender esta situación, una señal se denominaría "dirección normal" y se equiparía con equipo "ND". La otra señal se denominaría "dirección opuesta" y se equiparía con equipo "OD". Las frecuencias de transmisión del TPWS en direcciones opuestas son ligeramente diferentes, ya que funcionan a 64,75 (armado OSS), 66,75 (armado TSS) y 65,75 kHz (activación común).

En la línea hay dos módulos asociados a cada conjunto de bucles: un módulo de interfaz de señal (SIM) y un módulo OSS o TSS. Estos generan las frecuencias para los bucles y comprueban que los bucles están intactos. Interactúan con el sistema de señalización.

Los módulos SIM están codificados por color rojo.

Los módulos ND TSS están codificados por color verde

Los módulos OD TSS están codificados por color marrón.

Los módulos ND OSS están codificados por color amarillo.

Los módulos OD OSS están codificados por color azul

Cada unidad de tracción está equipada con: ^[8]

• Receptor TPWS.
• Panel de control TPWS (versión estándar o mejorada).
• Botón de reconocimiento AWS/TPWS.
• Interruptor de aislamiento temporal TPWS.
• Conmutador de aislamiento completo AWS/TPWS.

Si los bucles están activados, una antena en la parte inferior del tren capta la señal de radiofrecuencia y la pasa al receptor. Un temporizador mide cuánto tiempo tarda en pasar entre los bucles de activación y activación. Este tiempo se utiliza para comprobar la velocidad y, si es superior a la "velocidad establecida" del TPWS, se inicia una aplicación de freno de emergencia. Si el tren viaja más lento que la velocidad establecida por el TPWS, pero luego pasa la señal en peligro, la antena recibirá la señal de los bucles activados del sistema de parada de trenes y se aplicará el freno para detener el tren dentro del solapamiento . Los trenes de unidades múltiples tienen una antena en cada extremo. Los vehículos que pueden funcionar individualmente (DMU y locomotoras de un solo vagón) solo tienen una antena. Esta estaría en la parte delantera o trasera del mismo, dependiendo de la dirección en la que se mueva el vehículo.

Cada cabina de conducción tiene un panel de control TPWS, ubicado en un lugar visible para el conductor desde su escritorio. Hay dos tipos de panel: el tipo "estándar" original y una versión "mejorada" más reciente, que brinda indicaciones independientes para una demanda de freno causada por un SPAD, exceso de velocidad o AWS. ^[9]

El tipo estándar consta de dos lámparas indicadoras circulares y un pulsador cuadrado.

El interruptor de presión marcado como "Anulación de parada de tren" se utiliza para pasar una señal en peligro con autoridad . Ignora los bucles de TSS del TPWS durante aproximadamente 20 segundos (generalmente para trenes de pasajeros) o 60 segundos (generalmente para trenes de carga de aceleración más lenta) o hasta que se hayan pasado los bucles, lo que ocurra primero.

El sistema AWS y el sistema TPWS están interconectados y si alguno de ellos ha iniciado una aplicación de freno, la luz indicadora de "Demanda de freno" parpadeará.

La luz indicadora de "Aislamiento temporal/Falla" parpadeará si hay una falla en el sistema TPWS, o mostrará una iluminación fija si se ha activado el "Interruptor de aislamiento temporal".

También hay un interruptor de aislamiento temporal TPWS separado, ubicado fuera del alcance del escritorio del conductor. Este interruptor es operado por el conductor cuando el tren está funcionando en condiciones degradadas, como en el caso de trabajo temporal en bloque, donde se deben pasar varias señales en situaciones de peligro con la autorización del señalero. El aislamiento temporal del TPWS no afecta al AWS. El conductor debe restablecer el TPWS inmediatamente en el punto en el que se reanude el trabajo normal. Como medida de seguridad, si se olvida de hacer esto, el TPWS se restablecerá la próxima vez que se apague el escritorio del conductor y luego se vuelva a abrir.

Una alternativa al uso de descarriladores en los sistemas de protección del personal de los depósitos es equipar el sistema con TPWS. Este equipo protege al personal de movimientos no autorizados mediante el uso del equipo TPWS. Cualquier movimiento no planificado hará que el tren se detenga automáticamente cuando haya pasado la señal correspondiente establecida en peligro. Esto tiene el beneficio adicional de evitar daños a la infraestructura y a la tracción y al material rodante que puede causar un sistema de descarrilador. La primera instalación conocida de un sistema de este tipo se encuentra en el depósito de Ilford. ^{[ cita requerida ]} Los sistemas de protección de depósitos equipados con TPWS son adecuados solo para lugares donde los vehículos entran y salen del edificio de mantenimiento desde una cabina de conducción delantera; no son adecuados para su uso con material rodante suelto o mantenimiento de vagones, donde los movimientos de los vehículos los realiza una locomotora de maniobras de propulsión (en este caso, los vehículos líderes no estarían equipados con el equipo de seguridad TPWS correspondiente), ni evitarán que un vehículo fuera de control entre en un área de trabajo protegida.

Algunas señales pueden tener múltiples OSS instalados. Alternativamente, generalmente debido a bajas velocidades de línea, es posible que no se instale un OSS. Un ejemplo de esto es una señal de inicio de andén de estación terminal . Un OSS por sí solo se puede utilizar para proteger una restricción de velocidad permanente o una parada intermedia . Aunque los bucles son estándar, las paradas intermedias pueden estar equipadas con "mini bucles", debido a la velocidad de aproximación muy baja, generalmente 10 mph. Cuando las paradas intermedias se equiparon originalmente con TPWS utilizando bucles estándar, hubo muchos casos de aplicaciones falsas, lo que provocó demoras mientras se reiniciaba, con trenes que podían bloquear la garganta de la estación, además del riesgo de que los pasajeros que estaban de pie para bajarse fueran arrojados al suelo por el frenado repentino. Este problema surgió cuando un tren pasaba por el bucle de armado tan lentamente que aún era detectado por el receptor del tren después de que el temporizador a bordo hubiera completado su ciclo. El temporizador se reiniciaba y comenzaba a cronometrar nuevamente, y el bucle de activación que se detectaba dentro de este segundo ciclo de cronometraje conducía a una intervención falsa. Como solución temporal, se instruyó a los conductores para que pasaran las OSS de los topes a 5 mph, eliminando el problema, pero lo que significaba que los trenes ya no tenían el impulso para rodar hasta el punto de parada normal y requerían que los conductores aplicaran potencia más allá de la OSS, a poca distancia de los topes, lo que posiblemente hizo que una colisión con los topes fuera más probable que antes de que se instalara el TPWS. Los "mini bucles" rediseñados, aproximadamente un tercio de la longitud de los estándar, eliminan este problema, aunque debido a la baja velocidad y el bajo margen, las OSS de los topes siguen siendo una causa importante de viajes con TPWS. ^{[ cita requerida ]}

En aplicaciones recientes en el Reino Unido, junto con técnicas avanzadas de protección SPAD , se han utilizado TPWS con señales externas que protegen los cruces convergentes con un riesgo superior al promedio controlando la velocidad de un tren que se aproxima y una sección de señal adicional en la parte trasera del cruce. Si esto falla, la aplicación de frenos resultante del TPWS detendrá el tren antes de que se alcance el punto de conflicto. Este sistema se conoce como TPWS OS (Outer Signal).

Las instalaciones estándar de TPWS solo pueden detener un tren antes de pasar una señal roja, a 74 millas por hora (119 km/h). En 2001, se observó que aproximadamente un tercio de los ferrocarriles del Reino Unido permiten una velocidad superior a 75 millas por hora (121 km/h). Además, esto supone que los frenos del tren son capaces de proporcionar una fuerza de frenado del 12%g. ^{[10] [a]} Varios tipos de trenes, en particular los HST , no fueron capaces de lograr esto, a pesar de tener una velocidad máxima de 125 millas por hora (201 km/h). TPWS-A fue capaz de detener un tren hasta 100 millas por hora (160 km/h).

El TPWS no tiene la capacidad de regular la velocidad después de que un tren pasa una señal de peligro con autoridad . Sin embargo, en esas ocasiones existen reglas estrictas que rigen las acciones de los conductores, la velocidad del tren y el uso del TPWS.

Existen muchas razones por las que un conductor puede verse obligado a pasar una señal de peligro con autoridad. El señalizador le indicará al conductor que pase la señal de peligro, que proceda con precaución, que esté preparado para detenerse antes de que se produzcan obstáculos y que, a continuación, obedezca todas las demás señales. Inmediatamente antes de ponerse en marcha, el conductor pulsará el botón "Anulación de parada de tren" en el panel del TPWS, de modo que el tren pueda pasar la señal sin que el TPWS active los frenos.

El conductor debe entonces avanzar a una velocidad que le permita detenerse dentro de la distancia que pueda ver como libre. Incluso si parece que el tramo está libre hasta la siguiente señal, debe tener cuidado. ^[11]

TPWS no pudo evitar el accidente ferroviario de Salisbury de 2021 porque, aunque el tren frenó de emergencia por completo, las condiciones resbaladizas hicieron que las ruedas se deslizaran y, por lo tanto, el tren no se detuvo antes del punto de colisión. (ATP tampoco habría evitado esta circunstancia). ^[12]

Los críticos, como los que representan a las víctimas de los accidentes ferroviarios de Ladbroke Grove y Southhall, y los sindicatos ferroviarios ASLEF y RMT presionaron para que se abandonara el TPWS a fines de la década de 1990 a favor de continuar con el proyecto ATP de British Rail. ^[13]

Un estudio de 2000, Automatic Train Protection for the rail network in Britain (Protección automática de trenes para la red ferroviaria en Gran Bretaña), señaló que el TPWS "en términos de evitar "accidentes evitables por ATP", tiene una eficacia de alrededor del 70%", destacando la limitación de velocidad. ^[14] Ese estudio de 2000 aún concluyó que el TPWS era una buena solución para el corto plazo de 10 a 15 años, pero destacó que el sistema de control de trenes europeo era la solución a largo plazo. ^[14]

Cabe destacar que la combinación de TPWS y AWS es menos efectiva en accidentes como el de Purley , donde un conductor canceló repetidamente la advertencia de AWS sin aplicar los frenos, pasando la señal de peligro a alta velocidad. Purley fue uno de los varios accidentes de SPAD de alto perfil a fines de la década de 1980, que llevaron al plan inicial en la década de 1990 para la implementación masiva de ATP, que posteriormente se canceló en 1994 para ser reemplazado por TPWS.

Los partidarios del TPWS sostienen que, incluso en los casos en que no pudiera evitar los accidentes provocados por los SPAD, probablemente reduciría el impacto y reduciría o eliminaría las muertes, al menos reduciendo la velocidad del tren. Sin embargo, es probable que en esos casos el conductor hubiera aplicado los frenos de emergencia mucho antes que el sensor de exceso de velocidad. ^[7]

Si bien se ha observado que ha habido muy pocas muertes desde la instalación del TPWS que se hubieran evitado si se hubiera instalado ATP en su lugar, esto pasa por alto que durante el retraso entre la decisión de cancelar el ATP y reemplazarlo con TPWS y la implementación real del TPWS se produjeron los accidentes ferroviarios de Ladbroke Grove y Southall , accidentes que se podrían haber evitado con ATP y que ocurrieron en la línea Great Western, que había sido equipada con ATP como parte de los estudios piloto a principios de los años 90. ^{[15] [16]}

El sistema TPWS se utiliza en:

• Reino Unido , con imanes AWS y con solapamientos cortos
• Victoria , Australia , sin imanes AWS y con superposiciones de longitud completa

Desde 1996, una variante más antigua del TPWS, llamada Sistema de Advertencia Auxiliar, ha sido utilizada por el Ferrocarril Suburbano de Mumbai en la India, en la Línea Occidental y la Línea Central .

• Sistema de advertencia automático : un sistema de advertencia desarrollado por British Rail que se utiliza junto con TPWS
• Protección automática de trenes : un sistema de señalización de cabina y control de trenes que no fue adoptado para uso generalizado.

• Sistema de protección y advertencia de trenes (TPWS) en Railsigns.uk
• Presentación de diapositivas de TPWS v1.3