Mediciones en entornos de alta tensión: mantenimiento de catenarias y pantógrafos

Las catenarias son un componente vital de la infraestructura ferroviaria. Podríamos describirlas como el sistema circulatorio que proporciona energía a los trenes. Los trenes eléctricos hacen contacto con la catenaria por medio del pantógrafo. Y, para que el tren funcione de forma eficiente, es fundamental que ese contacto sea correcto.

Las líneas aéreas de contacto de alta tensión para los trenes eléctricos deben tener unas determinadas características, con el fin de minimizar las pérdidas eléctricas, limitar el desgaste y reducir lo más posible el riesgo de que se corte la transmisión de corriente a la locomotora del tren. Para que se den esas condiciones operativas, existen normas internacionales que especifican la posición vertical y horizontal de la catenaria, y su tensión mecánica.

Monitorización para unas operaciones ferroviarias más seguras y fiables

La monitorización de las fuerzas y aceleraciones a las que se ve sometida la estructura del pantógrafo —en condiciones de alta tensión— reduce el riesgo de que el pantógrafo llegue a dañar la catenaria.

Aplicaciones típicas

  • Mantenimiento predictivo de las líneas aéreas de contacto: monitorización de líneas aéreas las 24 horas del día utilizando los trenes normales.
  • Control activo de la fuerza de contacto del pantógrafo: especialmente importante en aplicaciones de alta velocidad.
  • Homologación y ensayos de pantógrafos (EN50317).

Un sistema de monitorización fiable debe proporcionar información valiosa sobre el estado de la catenaria, en conexión con la posición de los trenes a lo largo de la vía.

El sistema debe medir cosas como la fuerza de contacto vertical y la aceleración vertical, y calcular el desplazamiento lateral de la catenaria a partir de las fuerzas de contacto.

Las mediciones en el pantógrafo y la evaluación del estado de la catenaria se pueden efectuar desde una locomotora estándar, durante su funcionamiento normal, a condición de que esté equipada con el sistema de medición adecuado. Todos los datos se recopilan en una base de datos, que permite llevar un seguimiento de tramos específicos de la línea aérea a lo largo de un periodo de tiempo de interés. Por tanto, los datos adquiridos son de utilidad para el mantenimiento predictivo de la línea.

Entonces, ¿qué requisitos debe cumplir un sistema de monitorización para ser fiable y para ofrecer capacidad de diagnosis a largo plazo?

Soluciones robustas, precisas y estables: mejor con tecnología óptica

El requisito principal de un sistema de monitorización de catenarias y pantógrafos es que debe proporcionar medidas precisas, trabajando en un entorno de alta tensión (15 - 25 kV). Los sensores ópticos son elementos pasivos . Su principio de medición se basa en la luz y no requieren una alimentación eléctrica activa. Eso significa que no registran interferencias durante la medición.

La tecnología óptica es inmune a las interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia, por lo que es perfecta para realizar mediciones en catenarias y pantógrafos. Las medidas ópticas son fiables, precisas y estables en situaciones en las que los sensores eléctricos fallan o requieren métodos de protección sofisticados.

La información más valiosa que aporta un sistema de sensores de fibra óptica es el desplazamiento lateral del cable de contacto de la catenaria, las fuerzas de contacto verticales instantáneas y la detección de picos de fuerza o pérdidas de contacto inaceptables.

HBK suministra un sistema de medición de fibra con rejilla de Bragg (FBG) para pantógrafos, que cumple varias funciones:

  • Detección de caídas en la fuerza de contacto del pantógrafo

  • Medición del desplazamiento lateral del cable de contacto

  • Detección de picos indeseables en la fuerza de contacto

  • Posibilidad de geolocalizar todas las mediciones realizadas (precisión de la posición: 1 m)

  • Definición de umbrales y activación de alarmas instantáneas cuando se detecta una condición crítica

  • Funcionamiento continuo 24/7

  • Conformidad con la norma EN 50317 (norma sobre medida de la interacción entre el pantógrafo y las líneas aéreas de contacto)

  • El sistema utiliza bandas de contacto estándar, que tienen una repercusión mínima en el mantenimiento del tren.

Funcionamiento seguro en entornos de alta tensión

Los elementos sensores están integrados en una fibra óptica y son pasivos en condiciones de alta tensión.

Fiabilidad a largo plazo

Tecnología bien contrastada, estable a largo plazo; adquisición de longitudes de onda utilizando una referencia con trazabilidad NIST.

Soluciones híbridas flexibles

El módulo MXFS forma parte del conocido sistema de adquisición de datos QuantumX y simplifica enormemente la combinación de medidas ópticas y eléctricas en una misma cadena de medida.

Soluciones de HBK para la monitorización de pantógrafos y catenarias

El sistema de detección de fibra óptica de HBK es apto para modelos de pantógrafos normales, probados y homologados. Tiene todo lo que se puede pedir a un sistema de este tipo: mide con la precisión necesaria en un entorno de alta tensión (15 - 25 kV), puede geolocalizar la ubicación del tren, y se encarga de grabar, fusionar y evaluar grandes volúmenes de datos, de conformidad con la norma EN 50317.

Esta solución de medición óptica de HBK se compone de tres elementos: un interrogador QuantumX MXFS BraggMETER, un transductor de fuerza óptico FBG para aplicaciones pesadas newLight FS66HDL y un acelerómetro newLight FS65HDA, también para aplicaciones pesadas. Se complementa con los accesorios necesarios para transmitir los datos desde el entorno de alta tensión al interior del tren.

 

Transductor de fuerza FS66HDL para aplicaciones pesadas

 

Acelerómetro FS65HDA para aplicaciones pesadas

 

QuantumX MXFS BraggMETER

 

FS66HDL

FS65HDA

Interrogador óptico QuantumX MXFS BraggMETER

Desarrollo innovador

  • Tecnología newLight®
  • Alta resolución
  • Peso reducido, 99 g
  • Diseño compacto

Desarrollo innovador

  • Tecnología newLight®
  • Alta resolución
  • Peso muy reducido, 34 g
  • Diseño compacto

Interrogador óptico para sensores FBG (fibra con rejilla de Bragg)

  • 8 conectores ópticos paralelos
  • Frecuencia de adquisición de 100 S/s y 2000 S/s

Rango de medida ± 500 N

Rango de medida ± 20 g

Totalmente integrado con la plataforma QuantumX

  • Compacto y ligero, para aplicaciones móviles
  • Diseño robusto para uso intensivo

Medición de fuerza mediante el principio de barra de cizalladura

  • Cancelación de los efectos de temperatura

Medición de aceleración mediante el principio de masa sísmica

  • Cancelación de los efectos de temperatura

Tecnología de escaneo láser de barrido continuo altamemente fiable

Carcasa con conectores para dos cables de fibra óptica

  • Posibilidad de conectar sensores en serie

Carcasa con conectores para dos cables de fibra óptica

  • Posibilidad de conectar sensores en serie

Calibración continua mediante referencia de longitud de onda con trazabilidad NIST

  • Garantía de precisión del sistema a largo plazo

Robusto

  • Sensor cerrado y protegido, resistente a la intemperie
  • Cables y conectores aptos para aplicaciones ferroviarias

Robusto

  • Sensor cerrado y protegido, resistente a la intemperie
  • Cables y conectores aptos para aplicaciones ferroviarias

Alta resolución

  • Garantizada por algoritmos eficaces de detección de picos
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