DESCARGADOR DE INTERVALOS Y SOBRETENSIONES POLARIZADO PARA LÍNEAS DE FERROCARRIL ELECTRIFICADAS EN CORRIENTE CONTINUA.

Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua. Sector de la técnica La presente invención se refiere a un equipo electrónico para la protección de los equipos eléctricos y de las personas usuarias de las instalaciones ferroviarias electrificadas en corriente continua, contra los cortocircuitos producidos por contactos eléctricos accidentales o permanentes de la catenaria de las líneas de ferrocarriles, tranvías, metros, etc., con los elementos de la infraestructura férrea. Así como para la protección de las mismas contra las sobretensiones transitorias. El dispositivo se instala a intervalos regulares a lo largo de la línea de ferrocarril, entre la red de tierras de la infraestructura y los raíles, gracias al cual ante un cortocircuito de la catenaria (+1500 Vcc) con cualquier elemento de la infraestructura se desconectan automáticamente y de manera totalmente segura las alimentaciones eléctricas de la línea de ferrocarril, eliminando completamente todas las tensiones peligrosas y transferencias de potencial que puedan aparecer entre los carriles, las tierras colindantes, las personas, vehículos, etc., eliminando el riesgo de electrocución y no quedando afectados por estos cortocircuitos las instalaciones cuyas líneas dispongan de estos equipos. Todas las sobretensiones de origen atmosférico y las transitorias las tierra-carril o de cualquier otro tipo peligrosas, son eliminadas y disipadas a través de tierra, no afectando a los equipos electrónicos ni al resto de las instalaciones protegidas por los mismos. Estado de la técnica Las líneas de ferrocarril, metropolitanos y de tranvías están alimentadas en corriente continua a tensiones de 3500 Vcc, 1500 Vcc y 750 Vcc respectivamente, por medio de subestaciones equipadas con rectificadores de gran potencia, capaces de suministrar intensidades de corriente del orden de 2500 A. El polo positivo de los rectificadores se conecta a la catenaria y el negativo se conecta a los carriles a través de los feeders, alimentando de este modo a las locomotoras y máquinas de tracción. Los rectificadores de las subestaciones disponen de disyuntores extrarrápidos tarados a intensidades del orden de 2000 A, cuya misión es la de desconectar la alimentación de la línea férrea en caso de circular por la catenaria intensidades superiores. Su tiempo de actuación es de 0,2 segundos. La catenaria se suspende por medio de aisladores, de los postes metálicos ó de hormigón instalados regularmente a lo largo de las vías. A lo largo de la línea dispone de un cable de tierra, que suele ser de cobre de 95 mm 2 de sección, al cual se conectan todos los postes y elementos metálicos que soportan las catenarias y el resto de las estructuras metálicas existentes a lo largo de las vías. La instalación del mismo se realiza en aéreo, soportado por los mismos postes de la catenaria, o en subterráneo, directamente enterrado en zanja. Se encuentra conectado a tierra a por medio de electrodos verticales de toma de tierra a intervalos regulares. Cuando se producen incidencias de descargas de origen atmosférico (rayos) en las partes metálicas de la infraestructura, estas se canalizan a tierra, a través de esta red de tierra. En este sentido, pueden producirse: a) Perforaciones de un aislador de la catenaria. b) Contactos directos de estas con los soportes metálicos de la línea o elementos de la infraestructura. c) Caídas de catenaria, pértigas de puesta a tierra. d) Defectos interno de un motor de tracción. Etc. En estos casos se produce un cortocircuito entre la catenaria y el sistema de tierras, dando lugar a una circulación de corriente continua, peligrosa y de elevado valor, que circula entre el polo positivo y el negativo de los rectificadores, a través de las siguientes resistencias: 1) La resistencia de la catenaria hasta el punto del defecto. 2) Resistencia del cable de tierra desde el punto del defecto hasta el punto de puesta a tierra mas próximo. 3) Resistencia de Toma de Tierra de los electrodos de la red de tierras. 4) Resistencia de la Toma de Tierra del negativo de los rectificadores. 2 ES 2 355 681 A1 Estas corrientes de cortocircuito (del orden de 1000 A por ejemplo), provocan diferencias de potencial peligrosas entre las tierras, la infraestructura metálica y los raíles. Sin embargo, no son de suficiente intensidad para desconectar los disyuntores extrarrápidos de protección de las subestaciones, manteniéndose por tiempo indefinido la circulación de las mismas, con el consiguiente peligro que este fenómeno conlleva. Es frecuente el empleo de limitadores de sobretensiones de sobretensiones transitorias exclusivamente, a base de semiconductores ó descargadores de gas. Los primeros por sí mismos, no constituyen una protección eficaz, porque son incapaces de soportar estas corrientes de cortocircuito sin deteriorarse. Los segundos tampoco, porque ante la presencia de una corriente continua se quedan cebados permanente, debido a que no existe inversión de la polaridad en la corriente y a que las tensiones de extinción del arco de los descargadores son bajas. Por otra parte, tampoco son capaces de soportar estas corrientes de cortocircuito. Para evitar estos inconvenientes y asegurar una protección eficaz de las personas y de los equipos eléctricos y electrónicos asociados a las instalaciones ferroviarias, se ha desarrollado unos equipos de protección contra los cortocircuitos entre catenaria y tierra polarizados, muy potentes y eficientes (4000 A), teniendo en cuenta la naturaleza de los fenómenos que los originan, que instalados a intervalos regulares, provocan el disparo cierto de los disyuntores extrarrápidos de las subestaciones colindantes sin deteriorarse y que desconectan la instalación automáticamente la alimentación de la línea. Todas las sobretensiones de origen atmosférico y las transitorias las tierra-carril y viceversa ó de cualquier otro tipo peligrosas, son eliminadas y disipadas a través de tierra, no afectando a los equipos electrónicos ni al resto de las instalaciones protegidas por los mismos. Por todo ello el descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, es un eficaz protector de las instalaciones ferroviarias y del personal contra los citados cortocircuitos y las sobretensiones transitorias. Descripción de la invención En las líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, las tensiones de trabajo son de 3500 Vcc para trenes de larga distancia, 1500 Vcc para ferrocarriles metropolitanos y 750 Vcc para tranvías. La alimentación de los trenes se efectúa entre la catenaria y el raíl por medio de rectificadores trifásicos de alto rendimiento, ubicados en las subestaciones, que disponen de disyuntores extrarrápidos tarados a intensidades del orden de 2000 A, que desconectan automáticamente la línea en caso de circular por la catenaria intensidades superiores, con un tiempo de actuación de 0.2 segundos. Ante la existencia de contactos, defectos francos ó esporádicos de la catenaria con cualquier parte de la infraestructura de la instalación ferroviaria, o defectos internos por avería de los motores eléctricos, se producen unas corrientes continuas de cortocircuito, del polo positivo del rectificador al negativo, cuyo valor depende de la suma de resistencias que intervienen en el circuito: - Resistencia de la catenaria hasta el punto del defecto R L. - Resistencia del cable de tierra desde el punto donde se produce el defecto hasta el punto de puesta a tierra mas próximo RT. - Resistencia de Toma de Tierra de los electrodos de la red de tierras R TT. - Resistencia de la Toma de Tierra del negativo de los rectificadores. De todas estas resistencias que intervienen en el cortocircuito, las resistencias de las catenarias y las de los cables de la red de tierras tienen unos valores despreciables con respecto a las resistencias telúricas de las tomas de tierra del negativo de los rectificadores y de la red de tierras (10 ), motivo por el cual ante un contacto directo de la catenaria con cualquier elemento de le infraestructura metálica puesto a tierra, el valor de la intensidad de cortocircuito está limitado por estas Resistencias de Tomas de Tierra. Esto da lugar a que muchas veces se produzcan cortocircuitos entre la catenaria y tierra (ó infraestructura porque están unidas) por los motivos expuestos, y que no actúen los disyuntores ultrarrápidos de desconexión, porque la intensidad de cortocircuito es extremadamente inferior a la de tarado de los mismos. 3 ES 2 355 681 A1 Lo que significa a modo de ejemplo, que podemos tener pasos de corrientes del orden de 1200 A por la catenaria, con retorno al negativo del rectificador a través de las tierras de la línea permanentemente sin que se desconecten los disyuntores de 2500 A por ejemplo.),...

1. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, caracterizado porque está constituido por un rectificador con varios diodos de elevada intensidad nominal acoplados en paralelo, de idénticas características y con la misma polarización, montados sobre un disipador de calor (3) dimensionado para soportar un cortocircuito entre catenaria y raíles, que dispone de una elevada tensión inversa, cuyo polo positivo se conecta a la red de tierras y el negativo a los ralles a intervalos regulares, habiéndose previsto que el descargador incorpore un conjunto de varistores ignífugos, escalonados en tensión (4) de mantenimiento de las sobretensiones transitorias entre carril, catenaria y tierra que se generan en el momento que se produce el cortocircuito, dentro de un valor máximo asumible por los rectificadores (2) y las personas usuarias de la instalación ferroviaria, habiéndose previsto asimismo la incorporación de un descargador de gas de alta potencia conectado también entre el sistema de tierras y el raíl (5), con la particularidad asimismo de que el dispositivo incorpora un sistema de seccionamiento (6) de conexión del carril tierra directamente en caso de avería. 2. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el rectificador está constituido por un disipador de aluminio sobre el que se montan uno ó varios diodos según potencias, de idénticas características eléctricas y geométricas, acoplados en paralelo y con idéntica polarización. 3. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicación 1ª, caracterizado porque incorpora un conjunto de varistores escalonados en tensión, de metal-oxido, ignífugos de disipación de 140 KA para formas de onda 8/20, con un umbral de protección de 650 V, con una velocidad de respuesta de 0.20 µseg. 4. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicación 1ª, caracterizado porque incorpora un descargador de gas metal cerámico con un umbral de protección de 1000 V, de disipación de 400 KA para ondas 8/20 y 100 KA para ondas cuya forma es 10/350. 5. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el sistema de seccionamiento incorpora un seccionador de cuchilla de sección de 200 mm 2 . 6. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicación 1ª, caracterizado porque entre conexiones de diferente potencial se definen, separaciones de 100 mm. 7. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el dispositivo se instalar en un poste, se fija muralmente sobre pared o sobre basamento de hormigón. 8. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicación 1ª, caracterizado porque los componentes del mismo presentan un carácter intercambiable. 9. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el rectificador (2) montado sobre el disipador de aluminio (3), estriado, tiene unas dimensiones externas de 400x320 mm, dispone de agujeros roscados de 50 mm de , donde se albergan los diodos, se conectan todos los polos positivos a una pletina de aluminio al igual que todos los negativos, en funciones de medios de conexión a todo el rectificador. 10. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el conjunto rectificador se ancla a la placa de montaje de un armario, por medio del disipador (3), atornillado por la parte posterior. 11. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el conjunto varistor (4) queda instalado en un cubículo de fibra de vidrio con pestañas, con agujeros de 5 mm atornillándose directamente a la placa de montaje, disponiendo de conexiones de aluminio, así como de conexiones internas y externas a base de pletinas atornilladas, determinantes de disipadores de calor. 12. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el descargador de gas metal cerámico (5) dispone de terminales para rosca métrica 8, quedando atornillado a las pletinas de aluminio de conexión. 13. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicaciones 1ª y 5ª, caracterizado porque el seccionador con sus cuchillas de continuidad tierracarril (6), se establece en la parte inferior de la placa de montaje. 11 ES 2 355 681 A1 14. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la borna de conexión (7) del polo positivo del dispositivo a la instalación del sistema de tierras está dimensionalmente adecuada para cable de 150 mm 2 de sección, al igual que la borna de conexión del polo negativo al carril (8). 15. Descargador de intervalos y sobretensiones polarizado para líneas de ferrocarril electrificadas en corriente continua, según reivindicación 1ª, caracterizado porque todas las conexiones entre los diferentes elementos que participan en el dispositivo son de aluminio y están sobredimensionadas, constituyen un disipador de calor adicional. 12 ES 2 355 681 A1 13 ES 2 355 681 A1 14 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA