Equipo de monitorización de un hilo de contacto de una catenaria ferroviaria,

que comprendeun sensor de temperatura (10) para medir valores de temperaturas reales en el poste de compensación;un sensor de inclinación (11) montado en la horquilla (2c), para medir valores de inclinaciones reales de la horquilla (2c) con respecto una horizontal del suelo;un sensor de posición lineal (12) para medir valores de posiciones lineales reales del contrapeso (3);un módulo de recogida de datos (13) con medios generadores de mensajes (18) conectados a un módulo de telecomunicaciones (14) para enviar mensajes identificativos de los parámetros recogidos.También se describe un sistema de monitorización de los hilos de contacto en el que al menos una parte de los postes de compensación comprende un equipo de monitorización como el descrito

Equipo de monitorización de un hilo de contacto de una catenaria ferroviaria y sistema que comprende tales equipos.

Campo de técnico de la invención

La presente invención se encuadra en el campo técnico de las catenarias ferroviarias y, particularmente, en el sector de los equipos y sistemas para monitorizar la tensión mecánica de tales catenarias.

Antecedentes de la invención

En ferrocarriles se denomina catenaria a la linea aérea de alimentación con suspensión catenaria, sistema que transmite potencia eléctrica a las locomotoras u otro material motor. Se trata de sistemas en los que coexisten cientos de elementos formando un conjunto inmenso, basta decir, que solamente en la linea de A.V. Madrid-Barcelona tiene más de 1.000 kilómetros de equipamiento básicamente mecánico.

Habitualmente las averías o incidencias graves en las catenarias están originadas por un fallo en una de las múltiples piezas que forman el sistema, tales como preformados, grapas, tornillos o grifas. Normalmente estas incidencias, cuando no van ligadas a una interrupción del suministro eléctrico, son detectadas sólo cuando las circulaciones acceden a esa zona de la catenaria, originando adicionalmente más daños ya que el pantógrafo arrastra a su paso parte de la instalación, además de los daños causados en el propio material rodante y los perjuicios originados a los clientes y a la imagen de la empresa de ferrocarriles. A estos hechos fortuitos originados por averías hay que añadir los deterioros provocados por acciones vandálicas como robos de hilo de contacto, de pesas y sabotajes en los equipos de compensación.

Cuando estos fallos se producen en líneas ferroviarias de Alta Velocidad con circulaciones a más de 300 km/h, la problemática crece exponencialmente ya que a los perjuicios económicos se deben añadir los problemas de imagen y de falta de confianza del usuario en este tipo de infraestructuras.

Era, por tanto, deseable desarrollar un sistema que permitiera detectar mediante monitorización remota las averías, fallos e incidencias en las catenarias ferroviarias, proporcionando así en tiempo real al explotador de la infraestructura información valiosa para actuar con eficiencia y así prevenir y controlar los problemas que puede originar las roturas del hilo de contacto o la calda de tensión mecánica de los hilos de la catenaria, ya sea por robo, sabotaje, problemas mecánicos debido a roturas o al mal funcionamiento de los equipos de compensación o anclajes, y que a la vez fuera fácil de instalar en las infraestructuras actuales y futuras, así como sencillo, fiable y económico.

Descripción de la invención

La presente invención tiene por objeto superar los inconvenientes del estado de la técnica más arriba detallados, mediante un equipo de monitorización de un hilo de contacto de una catenaria ferroviaria, que comprende medios sensores instalados en un poste de compensación de tensión mecánica del hilo de contacto para detectar parámetros de estado de la catenaria, comprendiendo el poste de compensación al menos un juego de poleas de ejes solidarios conectado de forma basculable al poste de compensación en un eje de articulación mediante una horquilla, un contrapeso conectado a una polea de mayor radio del juego de poleas a través de un cable tensor, estando el hilo de contacto conectado a una polea de menor radio del juego de poleas, un módulo de recogida de datos para recoger los parámetros de estado detectados, y un módulo de telecomunicaciones para enviar los parámetros recogidos a una unidad central, en el que

los medios sensores están montados en el poste de compensación para detectar valores representativos de la tensión mecánica del hilo de contacto, y comprenden un sensor de temperatura para medir valores de temperaturas reales en el poste de compensación; un sensor de inclinación montado en dicha horquilla, para medir valores de inclinaciones reales de la horquilla con respecto una horizontal del suelo; y un sensor de posición lineal para medir valores de posiciones lineales reales del contrapeso;

el módulo de recogida de datos está conectado a los medios sensores, y comprende medios generadores de mensajes conectados al módulo de telecomunicaciones para enviar mensajes identificativos de los parámetros recogidos.

Las fuerzas que acontecen en el primer juego de poleas de ejes solidarios pueden ser calculadas mediante la aplicación de la teoría de vectores. Así, las fuerzas que intervienen son la tensión mecánica del hilo de contacto -TH- y la tensión mecánica -TP- provocada por el contrapeso, y la conjunción de ambas fuerzas origina una resultante R que proporciona la información esencial a cerca del estado de la catenaria.

De un triángulo rectángulo imaginario (como el mostrado en la figura 1) en el que la fuerzas -TH- y -TP- son los componentes que forman los catetos y la resultante -R- es la hipotenusa, se desprende que se puede aplicar los principios básicos de la trigonometría. Así, en este caso, el seno es la razón entre el cateto opuesto sobre la hipotenusa,

mientras que el coseno es la razón entre el cateto adyacente sobre la hipotenusa,

y la tangente es la razón entre el cateto opuesto sobre el cateto adyacente,

Aplicando la tangente al ángulo que se forma entre la resultante y la componente TH se puede concluir que:

De esta manera se obtiene con facilidad la tensión mecánica que hay en la catenaria en todo momento ya que se conoce el ángulo.

De acuerdo con la invención, el sensor de inclinación proporciona los grados de inclinación de la horquilla respecto a la inclinación con la horizontal del suelo, de manera que se puede medir el ángulo que forma la componente de la tensión mecánica del hilo de contacto -TH- con la resultante -R-. Este ángulo se mide en sentido de las agujas del reloj, es decir, si la resultante -R- coincidiese con la componente de la tensión mecánica del hilo de contacto -TH-, el dato que devolvería el sensor de inclinación tendría como valor 0. De esta manera, el sensor de inclinación permite medir el mencionado ángulo que, en el caso de una situación de tensión mecánica normal, con el número de pesas prefijado que forman el contrapeso deberá oscilar entre valores de inclinación comprendidos en un intervalo de inclinaciones. Gracias al ángulo detectado por el sensor se pueden obtener conclusiones sobre si se ha producido una anomalía, es decir, si están robando pesas, si la compensación no es la correcta para mantener la tensión mecánica prevista en el hilo de contacto, etc.

El ángulo obtenido, es además un dato imprescindible para poder conocer la tensión mecánica que soporta el hilo de contacto. La fórmula que permite calcular dicha tensión mecánica:

donde:

- TM = Tensión Mecánica

- VSA = Vano de Semieje a Anclaje

- PHC = Peso Hilo de Contacto

- PCCHC = Peso Conjunto Compensación Hilo de Contacto

- PCPC = Peso Conjunto de Polea de Contrapeso

- PCACA = Peso del Conjunto de Aisladores de la Cola de Anclaje

- TAN = Tangente del ángulo detectada por el sensor de inclinación (en radianes).

La temperatura ambiente tiene una importancia vital para el estudio del comportamiento de una catenaria. A la vista de que la mayoría de los componentes de la catenaria son metálicos, el incremento de temperatura hace que los metales se dilaten, además de que, en particular, el hilo de contacto que forma la catenaria es de cobre con un gran coeficiente de dilatación. Con el coeficiente de dilatación de los metales que componen la catenaria puede calcularse la dilatación sufrida en una determinada variación de temperatura y en consecuencia que longitud teórica debería dilatar...

1. Equipo de monitorización de un hilo de contacto de una catenaria ferroviaria, que comprende

medios sensores (10, 11, 12) instalados en un poste de compensación (1) de tensión mecánica del hilo de contacto (5a) para detectar parámetros de estado de la catenaria, comprendiendo el poste de compensación (1) al menos un juego de poleas (2) de ejes solidarios conectado de forma basculable al poste de compensación (1) en un eje de articulación (2d) mediante una horquilla (2c), un contrapeso (3) conectado a una polea de mayor radio (2a) del juego de poleas (2) a través de un cable tensor (4), estando el hilo de contacto (5a) conectado a una polea de menor radio (2b) del juego de poleas (2),

un módulo de recogida de datos (13) para recoger los parámetros de estado detectados, y

un módulo de telecomunicaciones (14) para enviar los parámetros recogidos a una unidad central (20), caracterizado porque

los medios sensores (10, 11, 12) están montados en al menos un poste de compensación (1) para detectar valores representativos de la tensión mecánica del hilo de contacto (5a) , y comprenden un sensor de temperatura (10) para medir valores de temperaturas reales en el poste de compensación; un sensor de inclinación (11) montado en dicha horquilla (2c), para medir valores de inclinaciones reales de la horquilla (2c) con respecto una horizontal del suelo; y un sensor de posición lineal (12) para medir valores de posiciones lineales reales del contrapeso;

el módulo de recogida de datos (13) está conectado a los medios sensores (10, 11, 12), y comprende medios generadores de mensajes (18) conectados al módulo de telecomunicaciones (14) para enviar mensajes identificativos de los parámetros recogidos.

2. Equipo de monitorización según la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo de recogida de datos (13) comprende una memoria interna (19).

3. Equipo de monitorización según la reivindicación 2, caracterizado porque la memoria interna (19) almacena los valores reales detectados.

4. Equipo de monitorización según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el módulo de recogida de datos (13) comprende

una base de datos de referencia (17) almacenada en la memoria interna programable (19), que contiene valores de intervalos de temperaturas de referencia, a cada uno de los que está asignado un intervalo de inclinaciones de referencia con un valor de referencia de inclinación mínima y un valor de inclinación máxima así como un intervalo de longitudes de referencia con un valor de longitud mínima y un valor de longitud máxima;

medios de generación de mensajes (18);

medios verificadores (16) para verificar en la base de datos de valores de referencia (17) si cada inclinación y longitud reales detectadas respectivamente por el sensor de inclinación (11) y por el sensor de posición lineal (12) están dentro de un intervalo de valores de referencia de inclinación y longitud asignados al intervalo de temperaturas de referencia correspondiente a la temperatura real detectada por el sensor de temperatura (12), y para notificar si alguno de los valores reales detectados de inclinación y de longitud está fuera del intervalo correspondiente asignado, notificar valores reales detectados discrepantes a los medios de generación de mensajes (18) para que generen un mensaje de alerta para su transmisión por el módulo de telecomunicaciones (14) a la unidad de proceso de datos (20).

5. Equipo de monitorización según la reivindicación 4, caracterizado porque la memoria interna (19) almacena los mensajes de alerta generados.

6. Equipo de monitorización según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque la memoria interna (19) es una memoria interna programable.

7. Equipo de monitorización según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque la memoria interna (19) es consultable a través de los medios de telecomunicación (14).

8. Equipo de monitorización según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque la memoria interna (19) es reprogramable a través de los medios de telecomunicación (14).

9. Sistema de monitorización de los hilos de contacto de una catenaria ferroviaria que comprende una pluralidad de postes de compensación (1) de la tensión mecánica de los hilos de contacto (5a) comprendiendo cada poste de compensación (1) al menos un juego de poleas (2) de ejes solidarios conectado de forma basculable al poste de compensación (1) en un eje de articulación (2d) mediante una horquilla (2c), un contrapeso (3) conectado a una polea de mayor radio (2a) del juego de poleas (2) a través de un cable tensor (4), estando el hilo de contacto (5a) conectado a una polea de menor radio (2b) del juego de poleas (2), caracterizado porque al menos una parte de los postes de compensación comprende un equipo de monitorización como el que se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

10. Sistema de monitorización según la reivindicación 9, caracterizado porque comprende una unidad central de proceso de datos (20) comunicada con los equipos de monitorización por medios de telecomunicaciones.

11. Sistema de monitorización según la reivindicación 9, caracterizado porque la unidad central de proceso de datos (20) comprende una base de datos de referencia general que comprende una base de datos de referencia (17) para cada poste de compensación (1) y que contiene valores de intervalos de temperaturas de referencia, a cada uno de los que está asignado un intervalo específico de inclinaciones de referencia con un valor de referencia de inclinación mínima y un valor de inclinación máxima así como un intervalo especifico de longitudes de referencia con un valor de longitud mínima y un valor de longitud máxima; medios verificadores (16) para verificar en la base de datos de valores de referencia (17) si los valores reales detectados recibidos desde los respectivos equipos de monitorización de los postes de compensación (1) están dentro de dichos intervalos específicos de valores de referencia de inclinación y longitud asignados al intervalo de temperaturas de referencia correspondiente a la temperatura real detectada por el sensor de temperatura (12), y para generar un mensaje de alerta si alguno de los valores reales detectados de inclinación y de longitud está fuera del intervalo correspondiente asignado, para generar un mensaje de alerta.