Electrificación del metro de Londres

Hay dos rieles de contacto en el metro de Londres: uno con 420 V CC y otro con -210 V CC.

¿Por qué no usar 630 V y 0 V? ¿No haría que uno de los rieles fuera seguro para las personas?

Respuestas (4)

La razón para utilizar un sistema de retorno aislado y no una alimentación aislada (tercer riel) y retorno a través de los rieles de rodadura es histórica, ya que el gobierno en c. 1900 requirió que la caída de voltaje total se limitara a 7 voltios para evitar daños por electrólisis por corrientes vagabundas en estructuras metálicas enterradas cercanas (una gran parte del metro está en túnel). Un cuarto riel era más barato que los cables pesados ​​y los refuerzos.

Aunque el suministro de tracción no está referenciado directamente a tierra, cada estación de alimentación de sección tiene resistencias divisoras de potencial. Los rieles de tracción positivos y negativos están conectados al riel continuo (que está conectado a tierra) a través de resistencias de alto vataje (generalmente del orden de 7,5 a 10 kilohmios) para referenciar 420 V positivos sobre la tierra y 210 V negativos debajo de la tierra.

Esta fijación arbitraria de la tensión permite que los relés de falla a tierra en cada sección principal detecten fallas a tierra de tracción positivas y negativas y las indiquen en el Centro de Operaciones de Red y Salas de Control de Línea. Una falla a tierra en un riel de tracción conducirá al otro riel a un total de 630 V positivo o negativo. Los trenes en esa sección no se ven afectados por una sola falla a tierra y aún pueden circular.

Existe un programa de modernización para aumentar el suministro de tracción a 750 V (+500 y -250) y las líneas se están convirtiendo a medida que se introduce material rodante compatible más nuevo.

Cuando las secciones de la línea se comparten con ferrocarriles de superficie convencionales que solo tienen material rodante de tercer carril, el carril central está conectado a tierra y unido al carril de rodadura, y el carril exterior está alimentado a +630 voltios en la actualidad. Ambos tipos de trenes pueden funcionar con este arreglo.

Ha habido un par de casos (la línea Great Northern y City de 1977, y la línea East London de 2010) en los que las líneas anteriormente operadas por el metro de Londres se transfirieron a la propiedad de National Rail y se operaron como parte de servicios ferroviarios principalmente sobre el suelo. Estos se han convertido de cuatro rieles al suministro estándar de tres rieles de National Rail. Desde 1900, los avances tecnológicos (por ejemplo, soportes aislados para el riel de rodadura) han eliminado el riesgo de corrosión del metal enterrado. El costo de convertir todo el sistema de suministro subterráneo de Londres y todo el material rodante es demasiado alto.

Con respecto al problema de seguridad, los incidentes de electrocución son afortunadamente raros y es poco probable que cambiar el riel central a 0V tenga algún efecto; para cualquiera que se desvíe por las vías, el mayor riesgo es ser atropellado por un tren.
@jayben - De hecho. Supongo que una descarga de 210v CC podría sobrevivir más que una de 630 a 750 voltios, pero la gente no debería estar en la pista de todos modos. Todo el personal ferroviario está capacitado para nunca tocar o pisar un riel conductor, incluso si se supone que está 'muerto'. La única excepción es el personal de electrificación, que primero aplica los dispositivos de cortocircuito. En el Reino Unido, los ferrocarriles están cercados y cualquier invasión por parte del público es un delito penal.
¿No sería mejor una división simétrica (+/- 315V) para el propósito de detección de fallas? (que, según tengo entendido, es la única razón para no usar un split 0/+630V)
@DmitryGrigoryev: la razón para dividir el suministro fue evitar o minimizar las corrientes de retorno perdidas que pasan a través del suelo y causan daños electrolíticos/corrosión en las estructuras metálicas enterradas cercanas. La detección de fallas fue una ventaja. Creo que es la corriente negativa la que causa el daño, por lo que tiene la menor de las divisiones. Un ferrocarril de superficie (The South Eastern Railway) contempló un esquema con 1500v divididos +750 y -750 voltios utilizando dos rieles exteriores, uno a cada lado de los rieles de circulación, pero eso nunca sucedió debido a la Agrupación de 1922 y el Ferrocarril del Sur eligió +660 voltios

Ninguno de los rieles de alimentación está referenciado a tierra, es decir, están flotando con respecto a la tierra (y las pistas de rodadura). Si uno de ellos estuviera a 0 V (supongo que te refieres a la tierra), significaría que el riel estaba esencialmente inerte, pero el otro riel sería extremadamente peligroso de tocar. Esto no sería una mejora en la seguridad.

La razón por la que los voltajes son diferentes es que el riel positivo se encuentra más alto que el riel negativo. Esto le permite tener aisladores más gruesos y, por lo tanto, puede soportar un diferencial de voltaje más alto antes de la ruptura.

Estoy confundido. Si los rieles de alimentación están flotando con respecto a la tierra, ¿eso no hace que no tenga sentido decir que los voltajes son diferentes, ya que el (valor absoluto del) voltaje de cualquiera de los rieles puede oscilar libremente entre 0 V y 630 V?
@TannerSwett Creo que están flotando con respecto a la tierra, pero la diferencia entre ellos es fija. Si uno está a -500 V respecto a tierra, el otro está a 130 V.
@TannerSwett: los voltajes están referenciados a tierra por el divisor de potencial en cada subestación.
No creo que haya mucha seguridad en un riel de +420V en comparación con +630V. Tocar cualquiera de ellos es mortal.
Los aisladores que sostienen los rieles actuales soportarán mucho más que incluso los 630 voltios completos. El riel positivo tiene aisladores más altos para que pueda sentarse más alto. Los aisladores del antiguo sistema de tercer carril de 1200 voltios de Manchester a Bury eran prácticamente del mismo tamaño que los de LT.

Usar +630V en lugar de +420V es una opción posible, y haría que el equipo ferroviario fuera un poco más simple y seguro. Esto es lo que se hace a menudo con la electricidad doméstica en la mayoría de los países, donde solo un cable está "vivo".

Sin embargo, requeriría mejores aisladores para hacer frente a un voltaje más alto. Tal vez tales aisladores no estaban disponibles o eran demasiado caros cuando se construyeron los primeros tramos ferroviarios, por lo que se dividió el voltaje. Y una vez que estas primeras secciones establecieron un estándar de facto, otras secciones lo respetaron por compatibilidad, incluso si los aisladores de alto voltaje estaban disponibles.

Dividir equitativamente (+/- 315V) hubiera sido mejor desde el punto de vista eléctrico, pero parece que la mayor altura de los aisladores de 420V es útil en sí misma, ya que evita que las zapatas del colector de 420V toquen accidentalmente el riel de -210V, que es más bajo. .

Había aisladores disponibles para 630 voltios, el motivo de la división no es economizar en material aislante, eso era solo un efecto secundario.

Creo que una razón original fue poder arrancar los trenes con 210 voltios y luego cambiar a 420 voltios y luego a 630 voltios a medida que los motores se aceleraban. Evitando la necesidad de tales resistencias limitadoras de corriente productoras de calor masivo a bordo de los trenes.

Según un ingeniero que trabaja en el metro, en las líneas subterráneas profundas, eliminar el calor residual es un problema de ingeniería importante ya que la ventilación es más difícil.

Esta respuesta es parcialmente inexacta. Los trenes siempre están conectados a la tensión de tracción total de 630 o 750 voltios. La limitación de la corriente de arranque con los motores de CC clásicos se logra conectando primero cada par en serie con resistencias en serie, desconectando las resistencias en pasos y luego volviendo a conectar los motores en paralelo con todas las resistencias nuevamente en el circuito y desconectando la resistencia hasta que los motores tengan el voltaje de línea completo. Sí, esto genera calor. Los trenes modernos tienen motores de CA trifásicos con accionamiento de velocidad variable, por lo que el calor no es un problema.
@MichaelHarvey Buscando en Google información sobre el control de velocidad, su comentario es, con mucho, la descripción más limpia que he visto. ¿Tiene una fuente, para leer más?
@ChrisH para motores de tracción de CC clásicos, este es un sitio tan bueno como cualquier mytech-info.com/2014/12/…
Si funciona con 210 V o 420 V, ¿dónde estaba la ruta de retorno? Los carriles de rodadura tienen circuitos de vía. Cambiar el retorno a los ejes suena problemático. Esta respuesta no suena bien.
@Transistor: las rutas de 'alimentación' y 'retorno' siempre se realizan a través de los dos rieles conductores.
@MichaelHarvey, ese es mi punto. La respuesta de Mike sugiere que los trenes podrían funcionar con -210 V usando el riel negativo y los rieles en movimiento, luego cambiar a +420 V usando el riel positivo y los rieles en movimiento y finalmente a 630 V usando rieles tanto positivos como negativos.
La respuesta de @Transistor Mike es incorrecta. Los trenes siempre 'ven' 630v entre los rieles de circulación positivos y negativos. En el subterráneo propiamente dicho, los rieles de rodadura no se utilizan para el retorno de la corriente de tracción, por razones históricas relacionadas con la corrosión electrolítica de las estructuras metálicas enterradas cercanas. Los trenes subterráneos comparten vías sobre el suelo en algunos lugares con los trenes del tercer carril de National Rail y allí, el carril exterior es de +630v y el carril central está conectado a un carril de circulación para el retorno de la tracción. Entonces los zapatos pos y neg ven el voltaje correcto. En las vías LU y NR se utilizan circuitos de vía AC.
@MichaelHarvey. Acordado. (Una vez fui miembro de la Institución de Ingenieros de Señales Ferroviarias y aprobé su examen profesional hace muchas décadas mientras trabajaba para Irish Rail).
@Transistor: donde hay una transición entre las vías LU y NR, hay espacios en los rieles conductores para que un tren no pueda tener zapatas conectadas en ambos sistemas. Por cierto, el suministro de corriente subterráneo se está actualizando gradualmente a 750v (+500v y -250v nominal) donde sea posible.
@Transistor: me atrevo a decir que habrás oído hablar de OS ('Ossie') ¿Nock?
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