Electrificación

Vamos con la última (de momento) entrada sobre la infraestructura y la circulación. En esta entrada vamos a tratar sobre la electrificación. Es algo muy complejo, pero intentaré resumirlo todo lo que pueda y hacerlo entendible, porque algunos conceptos son muy «eléctricos».

Antes de nada, un poquito de historia. Lo que voy a contar está basado en la vía ancha, que es sobre la que más información podéis encontrar aquí.

La primera electrificación en España (en vía ancha, insisto) se hizo para un tramo de la línea Linares-Almería, concretamente entre Gérgal y Santa Fe en el año 1911 por la Compañía de los Caminos de Hierro del Sur de España, debido a que era el tramo con mayor pendiente de toda la red ferroviaria española en aquel momento y que por él transitaban todos los trenes cargados de minerales de las minas de la zona para embarcarlos en Almería. El consumo de carbón de las locomotoras era desorbitado y las velocidades que alcanzaban eran irrisorias (del orden de unos vertiginosos ¡12 km/h!). Por ello se decidió implantar este sistema de tracción que ya operaba con éxito en otros países.

Se trataba de una línea eléctrica trifásica (tres fases, o tres cables) a 6.000 Voltios y 25 Hertzios. De los tres cables, dos iban en tendido aéreo por encima de las vías y el tercero lo constituían los propios carriles. Para ello se construyeron 7 locomotoras eléctricas, que podían desarrollar, cada una, una potencia máxima de 440 CV (aunque la normal era de 160 CV) y como curiosidad, debido al sistema de control de los motores, sólo podían circular a 12,5 o a 25 km/h. Normalmente circularon siempre en doble tracción (dos locomotoras juntas) quedando la que hace el número impar de reserva. Con este novedoso sistema, los trenes que bajaban de las minas hacia Almería generaban electricidad gracias a que sus motores se convertían en generadores y esa misma energía la aprovechaban los trenes vacíos que subían desde Almería a las minas. Pero como la energía no es gratis ni aparece de la nada, hubo que construir una central eléctrica en Santa Fe, que era un motor de vapor que movía un generador eléctrico. Era similar a la de la foto siguiente, pero con un motor de vapor en lugar de uno de combustión interna.

Generadores de la Nave de Motores de Pacífico del Metro de Madrid. Foto: Yago López Carvajal, abril de 2008.

En esta foto vemos unos enormes motores diesel que el Metro de Madrid instaló en una nave cerca de la estación de Pacífico que se usaban para generar electricidad para los trenes cuando el suministro normal fallaba, lo cual era muy habitual. Son motores marinos y, según cuentan los ancianos del barrio, cada vez que los arrancaban, vibraba el suelo de las calles colindantes. Hoy día están fuera de servicio y forman parte del Centro de Interpretación Andén 0 del Metro de Madrid.

En el Museo del Ferrocarril de Madrid podéis ver un ejemplar de estas locomotoras, que fue restaurada con motivo del Centenario de la electrificación de la línea.

Locomotora Nº 3 del Gérgal-Santa Fe restaurada en el Museo del Ferrocarril de Madrid – Fundación de los Ferrocarriles Españoles. Observad los dos frotadores en el pantógrafo para las dos líneas aéreas. Foto: Yago López Carvajal, enero de 2013.

Posteriormente a esta electrificación vinieron otras (siempre en líneas con perfiles duros), aunque se eligieron otros sistemas. Por ejemplo, la rampa de Pajares (Asturias) en 1925 y la línea de Ripoll (Girona) en 1928 se electrificaron a 3.000 Voltios de corriente continua, mientras que en Altsasu (Navarra) en 1929 se electrificó a 1.500 Voltios también en continua. Estos sistemas tienen la ventaja de que sólo necesitan un cable y el retorno de la corriente eléctrica se hace a través de los carriles. También tienen la ventaja de que, con los medios de que se disponían entonces, la corriente continua permitía un control de la velocidad de los motores más sencillo. En la zona Norte de España, en las líneas que pertenecieron a la Compañía de Caminos del Hierro del Norte (más conocida como Norte), se electrificó casi todo a 1.500 Voltios (excepto Pajares). Otras compañías, especialmente MZA, eligieron los 3.000 Voltios. Con la red ya en manos de RENFE, a lo largo de los años, desde 1945 hasta 1984 se van cambiando todas las líneas de 1.500 a 3.000 para unificarlo todo. En 1992, cuando se inauguró el AVE Madrid-Sevilla, casi el 50 % de la red estaba electrificada. Durante varios años ha habido pocos avances en electrificar líneas que no lo estaban, pero en esta última década sí se han hecho algunas cosas, como por ejemplo la electrificación entre Medina del Campo, Salamanca y Fuentes de Oñoro, el tramo Guillarei-Tuy-Valença do Minho (hasta el puente internacional), así como las líneas Monforte de Lemos-Lugo y Zaragoza-Teruel-Sagunto (estas obras están próximas a acabar). Pero sí se han construido muchos kilómetros de vías (sobre todo de alta velocidad) que ya están electrificadas de origen. Por ejemplo, y según datos de la Declaración sobre la Red de ADIF, la Red Ferroviaria de Interés General tiene algo más de 15.000 km de los cuales están electrificados, con diferentes sistemas, más de 10.000. Hoy día existen líneas de 3.000 Voltios en continua (principalmente la red convencional), líneas de 25.000 Voltios en alterna a 50 Hertzios (la red de alta velocidad y algunas líneas convencionales) y líneas de 1.500 Voltios en continua que corresponde a la Red de Ancho Métrico.

Bueno, vamos al lío. Realmente,

¿Qué es la electrificación?

Como habréis podido adivinar se trata de mover trenes gracias a la electricidad. Para ello, lo primero es tener trenes eléctricos, evidentemente. Y lo segundo es llevar la electricidad a las vías, para que los trenes puedan captarla. Y de eso es de lo que trata esta entrada, de cómo llevar la electricidad a las vías.

La primera electrificación del mundo, la realizó Werner von Siemens en Alemania. El problema de la transmisión de la energía al tren se solucionó montando un carril electrificado en el medio de la vía. La máquina captaba esa corriente con un patín instalado por debajo y así podía andar. Pero el problema del tercer carril en el centro de la vía estaba en qué hacer con el carril cuando llegaba un desvío. Así que la solución fue sacar el tercer carril de ahí y situarlo por fuera de la vía. Y aquí hubo dos soluciones: una «por debajo» y otra «por arriba».

He dividido esta entrada en varios capítulos para no hacerla muy extensa.

La solución «por debajo». El tercer carril. Pincha aquí para saber más.

La solución «por arriba». La Línea Aérea de Contacto. Pincha aquí para saber más.

Sistemas de electrificación

En la RFIG española, como hemos comentado, se usan principalmente tres sistemas de electrificación, 1.500 V en continua, 3.000 V en continua y 25.000 V en alterna. Vamos a ver a continuación unas nociones básicas de cada uno de los sistemas.

Electrificación de tensión continua. Pincha aquí para saber más.

Electrificación de tensión alterna. Pincha aquí para saber más.

Sistemas de seguridad

Hay que tener en cuenta que estamos hablando de tensiones y corrientes muy altas. Una simple unidad de Cercanías puede consumir, en el momento del arranque, del orden de 300 ó 400 Amperios (o más incluso). Para que os hagáis una idea de la magnitud de esta medida, los diferenciales que tenéis en casa saltan con una derivación de sólo 30 mA (miliamperios), es decir, 10.000 veces menos. Y esos mismos 30 mA con los que salta el diferencial en casa pueden matar a una persona. Así que tenemos que tener unos sistemas de seguridad bastante importantes.

El principal sistema de seguridad que tenemos está en la subestación. En cuanto la subestación detecta que algo no está bien (desde una derivación de corriente a tierra, una sobretensión, una bajada de tensión, un exceso de demanda de corriente o incluso que no se puede comunicar con la subestación colateral o con el telemando de subestaciones), abre sus disyuntores (los interruptores) e interrumpe el suministro. Luego comprueba hasta tres veces si sigue habiendo un problema, y si lo hay, se desconecta del todo hasta que el equipo de mantenimiento comprueba cuál era el error, el fallo o la avería y la repara.

Otro de los sistemas de seguridad está embarcado el en tren. Son los disyuntores extrarrápidos. Son como los de las subestaciones pero en pequeñito para que quepan dentro del tren. Y funcionan muy parecido. En cuanto detectan cualquier fallo, se abren y dejan el tren sin tensión. Pero éstos no se rearman solos, sino que tiene que ser el maquinista el que los rearme.

Además, de esto, tanto los trenes como las subestaciones, pasando por la catenaria, están dotados de pararrayos, por eso de que los rayos tienen una especial simpatía por caer en sitios puntiagudos (los postes de la catenaria) o en sitios donde hay electricidad (las subestaciones, los tendidos o los pantógrafos de los trenes). El funcionamiento de estos pararrayos es exactamente el mismo que el de los pararrayos normales de cualquier edificio. Además, los postes de catenaria están unidos entre sí mediante un «cable de guarda», que es un cable de acero que está físicamente conectado a todos los postes. Su función es igualar el potencial de las columnas, de tal forma que sea menos probable que caiga un rayo, y si lo hace, la energía que se descarga se reparte por todos los postes cercanos minimizando los daños.

Dicho esto, que sepáis que es más probable que caiga un rayo en cualquier árbol cerca de la vía antes que en la vía o en el tren.

Además, aunque no es un sistema de seguridad propiamente dicho, hay unas normas que tiene que seguir todo el personal acreditado para poder trabajar en la LAC (línea aérea de contacto) muy estrictas. Es importante saber que, a las tensiones tan altas a las que funcionan los trenes, os podéis electrocutar incluso sin tocar la catenaria, ya que el arco voltaico puede saltar a distancia (para los técnicos, se rompe la rigidez dieléctrica del aire, se ionizan las moléculas y éste se convierte en conductor y la electricidad buscará el camino más corto a tierra, es decir, vuestro cuerpo). Por eso, la principal norma de seguridad es que no se puede trabajar con tensión en la catenaria. Además, el personal de mantenimiento tiene prohibido trabajar a menos de 80 cm de distancia de la catenaria con 3.000 V y más de 1 metro en 25.000 V. Y aparte de todo eso, para poder hacer un corte de tensión y trabajar con la debida seguridad, es absolutamente necesario establecer un protocolo para garantizar que no hay tensión en el cable y se puede trabajar. Entre otras cosas, ese protocolo dice que hay que enviar varios telefonemas para pedir el corte de tensión, bloquear los dispositivos de corte de tensión, comprobar que no hay tensión, «poner a tierra» la catenaria (poner un cable que una directamente la catenaria y los carriles) y señalizar que se ha cortado la tensión intencionadamente porque hay gente trabajando (son las “5 reglas de oro” de trabajos eléctricos).

Para terminar, os voy a dejar un vídeo grabado en Alemania desde la cámara de un vehículo auscultador de catenaria. Ya me diréis qué os parece. 

Y por hoy, creo que basta de hablar de voltios, pero antes, una bonita imagen de catenarias varias al atardecer en las proximidades de Zaragoza, en una calurosísima tarde de verano.

Estación de La Cartuja (Zaragoza) una tarde de julio de 2008. Foto: Yago López Carvajal.