¿Por qué se permite que los cables eléctricos aéreos tengan voltajes más altos que los terceros rieles para los ferrocarriles de tránsito rápido?

Espero que esta pregunta sea sobre el tema de este sitio.

La ciudad en la que vivo (Chennai, en India) obtuvo un metro de tránsito rápido hace unos años que utiliza electrificación aérea de 25 kV, 50 Hz de voltaje de CA para alimentar los trenes. También sé que varios otros tránsitos rápidos en el mundo a veces usan un método diferente para impulsar los trenes llamado "tercer riel", donde un riel sólido cierra el suelo, que transporta un voltaje de 700-1000 V CC para alimentar los trenes.

Investigando un poco, leí que los voltajes aéreos pueden transportar altos voltajes ya que están ubicados muy por encima del suelo y, por lo tanto, no se arquearán hacia el suelo debido a la capacitancia y la gran magnitud del voltaje de CA. Esta parece ser la razón por la cual los terceros rieles usan rieles tan gruesos, para transportar una corriente alta con voltajes tan bajos para generar la misma potencia que un riel aéreo.

Ahora bien, el tránsito rápido en mi ciudad tiene algunos tramos elevados y otros subterráneos. Las secciones elevadas tienen un arreglo similar a un cable de catenaria para la electrificación aérea, mientras que las partes subterráneas tienen una barra de metal sólida unida a la parte superior de un túnel circular. Una imagen de este túnel de tránsito rápido en un cruce está aquí:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Ahora, dado que el túnel es subterráneo, la tierra rodea el túnel desde todas las direcciones, incluso hacia arriba. ¿No ocurriría aquí el mismo problema del tercer raíl, es decir , la formación de arcos hasta el suelo? ¿Qué impide que la CA de 25 kV se arquee hacia el techo (que de hecho es la tierra, por lo que es más o menos similar a la conexión a tierra)?

¿Alguien puede ayudarme a entender lo que me estoy perdiendo aquí?

Editar: otra imagen relevante del túnel en sí para el espectadoringrese la descripción de la imagen aquí

¿Está seguro de que son líneas aéreas de 25 kV y no solo el mismo sistema eléctrico que el 3er carril o algún intermedio? Si son de mayor voltaje, observe cómo el espacio es mucho mayor que el tercer riel, considere cómo no se sumergirá tan fácilmente, no tendrá basura, ratas corriendo debajo de él o trabajadores de la vía caminando cerca de él. Probablemente quiera preguntarle a alguien con conocimiento local del sistema, muchos sistemas de tránsito tienen una comunidad de entusiastas con mucho conocimiento acumulado.
@ChrisStratton Estoy 100% seguro de que son líneas de 25kV 50Hz, he leído los letreros de "peligro" en los postes de la catenaria (en las secciones elevadas), también el artículo de Wikipedia lo confirma. Además, rara vez se encuentran ratas y basura, ya que las secciones subterráneas de este tránsito rápido en particular tienen puertas de vidrio de altura completa en la plataforma, por lo que es imposible que alguien acceda a las vías.
... Rastrear a los trabajadores parece ser una posibilidad.
¿Qué es un tercer carril?
@DKNguyen Un tercer riel es un riel adicional en un ferrocarril que transporta energía para locomotoras eléctricas. Está ubicado entre los dos rieles ordinarios.
@Hogar oh. Siempre supuse que el riel normal se usaba para eso.
@DKNguyen, el riel normal se usa para el lado de la tierra. Pero a diferencia de un modelo de ferrocarril donde es razonable aislar los rieles entre sí y las ruedas de los ejes, no usan los rieles para proporcionar ambos lados del circuito. El tercer raíl no soporta realmente ninguna carga mecánica aparte de su propio peso y la presión de contacto de la zapata de rodadura por encima o por debajo.

Respuestas (1)

Según las respuestas a esta pregunta :

El voltaje de ruptura del aire varía significativamente debido a cambios en la humedad, la presión y la temperatura. Sin embargo, una guía aproximada es que toma 1 kV por milímetro .

Por lo tanto, sus varillas aéreas de 25 kV estarán adecuadamente separadas del techo a un mínimo de 25 mm / 1 pulgada; parece que tienen varias veces eso.

La razón principal para usar voltajes más bajos en los sistemas de 3er riel es probablemente el tamaño de los aisladores para soportar mecánicamente el riel. Los aisladores no son espacios libres de aire; como explica la respuesta:

El gradiente de ruptura para la fuga es más bajo que para el espacio libre , ya que la suciedad se puede acumular en las superficies. Parte de la suciedad es parcialmente conductora por sí sola, pero muchas cosas pueden proporcionar vías de fuga después de absorber algo de humedad.

Su segunda foto del túnel parece mostrar que el espacio libre desde el techo es bastante menor que la distancia de fuga a lo largo de los aisladores horizontales. Sería imposible montar un tercer riel en aisladores de ese tamaño.

La seguridad del personal de línea en el tercer riel es un factor para el voltaje más bajo, pero no el único: es probable que el contacto directo con un tercer riel a menos de 1 kV sea fatal para una persona.

A alto voltaje, la seguridad puede ser un problema de proximidad y gradiente de campo, no solo de contacto directo. De hecho, he visto a los trabajadores de las vías tocar la cubierta de los sistemas de tercer riel energizados con las perneras de sus pantalones, y un intruso borracho sobrevivió sentado en la tabla de la cubierta hace un tiempo.
Gracias por su respuesta, acabo de revisar la pregunta y la respuesta vinculadas. Una cosa que no me queda clara: la pregunta vinculada considera estos voltajes como CC. En una situación de CA, ¿no sería necesario tener en cuenta los efectos capacitivos?
A nivel de detalle, sí, pero el principio general sigue siendo el mismo. La fuga y el espacio libre son diferentes para el mismo voltaje, y el tamaño del aislador y la resistencia mecánica son un problema para el tercer riel, pero menos para el cable aéreo.
¿Por qué se permite que los cables eléctricos aéreos tengan voltajes más altos que los terceros rieles para los ferrocarriles de tránsito rápido?
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