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Una línea aérea o cable aéreo es un cable eléctrico que se utiliza para transmitir energía eléctrica a locomotoras eléctricas , unidades eléctricas múltiples , trolebuses o tranvías . El término genérico utilizado por la Unión Internacional de Ferrocarriles para esta tecnología es línea aérea . [1] Se conoce indistintamente como catenaria aérea , línea aérea de contacto ( OCL ), sistema aéreo de contacto ( OCS ), equipo aéreo ( OHE ), equipo de línea aérea ( OLE u OHLE ), líneas aéreas ( OHL ), cableado aéreo ( OHW) . ), alambre de tracción y alambre de trole .
Una línea aérea consta de uno o más cables (o carriles , especialmente en túneles) situados sobre vías de ferrocarril , elevados a un alto potencial eléctrico mediante conexión a estaciones alimentadoras a intervalos regulares. Las estaciones de alimentación suelen alimentarse de una red eléctrica de alto voltaje .
Los trenes eléctricos que recogen su corriente de las líneas aéreas utilizan un dispositivo como un pantógrafo , un colector de arco o un poste de trole . Presiona contra la parte inferior del cable aéreo más bajo, el cable de contacto. Los colectores de corriente son conductores de electricidad y permiten que la corriente fluya hasta el tren o tranvía y de regreso a la estación de alimentación a través de ruedas de acero en uno o ambos carriles. Por estas vías podrán circular locomotoras no eléctricas (como las diésel ) sin afectar a la catenaria, aunque puede haber dificultades con el espacio libre . Los esquemas alternativos de transmisión de energía eléctrica para trenes incluyen el tercer carril , el suministro de energía a nivel del suelo , baterías e inducción electromagnética .
Para lograr una buena captación de corriente a alta velocidad, es necesario mantener la geometría del cable de contacto dentro de límites definidos. Esto generalmente se logra sosteniendo el cable de contacto desde un segundo cable conocido comocable mensajero (en EE. UU. y Canadá) ocatenaria(en el Reino Unido y otros lugares). Este cable se aproxima a la trayectoria natural de un cable tendido entre dos puntos, unacatenaria, de ahí el uso de "catenaria" para describir este cable o, a veces, todo el sistema. Este hilo está unido al hilo de contacto a intervalos regulares mediante hilos verticales conocidos como "droppers" o "drop wires". Se apoya regularmente en estructuras, mediante unapolea, eslabón oabrazadera. Luego todo el sistema se somete atensión.
A medida que el pantógrafo se mueve bajo el cable de contacto, el inserto de carbono en la parte superior del pantógrafo se desgasta con el tiempo. En vías rectas, el cable de contacto se desplaza ligeramente en zigzag a la izquierda y a la derecha del centro de cada soporte al siguiente para que el inserto se desgaste uniformemente, evitando así muescas. En las curvas, el cable "recto" entre los soportes hace que el punto de contacto atraviese la superficie del pantógrafo a medida que el tren recorre la curva. El movimiento del hilo de contacto a través del cabezal del pantógrafo se denomina "barrido".
El zigzag de la línea aérea no es necesario para los postes de trole. Para los tranvías se utiliza un hilo de contacto sin hilo mensajero.
Las áreas de depósito tienden a tener un solo cable y se conocen como "equipo simple" o "cable de tranvía". Cuando se concibieron por primera vez los sistemas de líneas aéreas, una buena captación de corriente sólo era posible a bajas velocidades, utilizando un solo cable. Para permitir velocidades más altas, se desarrollaron dos tipos adicionales de equipos:
Los primeros alambres cuentagotas proporcionaban soporte físico al alambre de contacto sin unir eléctricamente la catenaria y los alambres de contacto. Los sistemas modernos utilizan goteros que transportan corriente, lo que elimina la necesidad de cables separados.
El sistema de transmisión actual se originó hace unos 100 años. En la década de 1970, Pirelli Construction Company propuso un sistema más simple, que consistía en un solo cable incrustado en cada soporte durante 2,5 metros (8 pies 2 pulgadas) de su longitud en una viga de aluminio extruido recortada con la cara de contacto del cable expuesta. Una tensión algo mayor que la utilizada antes de sujetar la viga produjo un perfil desviado para el cable que podía manejarse fácilmente a 400 km/h (250 mph) mediante un servo pantógrafo neumático con solo 3 g de aceleración. [ cita necesaria ]
Un circuito eléctrico requiere al menos dos conductores. Los tranvías y los ferrocarriles utilizan la línea aérea como un lado del circuito y los rieles de acero como el otro lado del circuito. Para un trolebús o un trolebús no hay carriles disponibles para la corriente de retorno, ya que los vehículos utilizan neumáticos de goma en la superficie de la carretera. Los trolebuses utilizan una segunda línea aérea paralela para el regreso y dos postes de trole , uno en contacto con cada cable aéreo. ( Los pantógrafos son generalmente incompatibles con líneas aéreas paralelas.) El circuito se completa utilizando ambos cables. Los cables aéreos paralelos también se utilizan en los raros ferrocarriles con electrificación ferroviaria de CA trifásica .
En la Unión Soviética se utilizaban los siguientes tipos de alambres/cables. [2] Para el cable de contacto, se utilizó cobre sólido estirado en frío para garantizar una buena conductividad . El alambre no es redondo pero tiene ranuras a los lados para permitir que se sujeten las perchas. Los tamaños fueron (en área de sección transversal) 85, 100 o 150 mm2 . Para fortalecer el cable, se puede agregar un 0,04% de estaño. El cable debe resistir el calor generado por el arco y, por lo tanto, dichos cables nunca deben empalmarse por medios térmicos.
El cable mensajero (o catenaria) debe ser resistente y tener buena conductividad. Usaron alambres (o cables) de múltiples hilos con 19 hilos en cada cable (o alambre). Para los cordones se utilizó cobre, aluminio y/o acero. Los 19 hilos podrían ser del mismo metal o algunos hilos podrían ser de acero para mayor resistencia y los hilos restantes de aluminio o cobre para mayor conductividad. [3] Otro tipo parecía tener todos cables de cobre, pero dentro de cada cable había un núcleo de acero para mayor resistencia. Los cordones de acero estaban galvanizados, pero para una mejor protección contra la corrosión se podían recubrir con una sustancia anticorrosión.
En Eslovenia , donde se utiliza el sistema de 3 kV, los tamaños estándar para los cables de contacto son 100 y 150 mm 2 . El alambre de catenaria está fabricado de cobre o aleaciones de cobre de 70, 120 o 150 mm 2 . Las secciones transversales más pequeñas están hechas de 19 hilos, mientras que la más grande tiene 37 hilos. Dos configuraciones estándar para líneas principales constan de dos hilos de contacto de 100 mm 2 y uno o dos hilos de catenaria de 120 mm 2 , con un total de 320 o 440 mm 2 . A menudo se utiliza sólo un cable de contacto para carriles laterales. [4]
Los cables de catenaria se mantienen en tensión mecánica porque el pantógrafo provoca oscilaciones mecánicas en el cable. Las ondas deben viajar más rápido que el tren para evitar que se produzcan ondas estacionarias , que podrían romper el cable. Tensar la línea hace que las ondas viajen más rápido y también reduce el hundimiento debido a la gravedad.
Para velocidades medias y altas, los cables se tensan generalmente mediante pesas u ocasionalmente mediante tensores hidráulicos. Cualquiera de los métodos se conoce como "autotensado" (AT) o "tensión constante" y garantiza que la tensión sea prácticamente independiente de la temperatura. Las tensiones suelen estar entre 9 y 20 kN (2000 y 4500 lbf ) por cable. Cuando se utilizan pesas, estas se deslizan hacia arriba y hacia abajo sobre una varilla o tubo sujeto al mástil, para evitar que se balanceen.
Para velocidades bajas y en túneles donde las temperaturas son constantes, se pueden usar equipos de terminación fija (FT), con los cables terminados directamente en estructuras en cada extremo de la línea aérea. La tensión es generalmente de unos 10 kN (2200 lbf). Este tipo de equipo se hunde en condiciones de calor y se tensa en condiciones de frío.
Con AT, la longitud continua de la línea aérea está limitada debido al cambio en la altura de los pesos a medida que la línea aérea se expande y contrae con los cambios de temperatura. Este movimiento es proporcional a la distancia entre anclajes. La longitud de la tensión tiene un máximo. Para la mayoría de los equipos OHL de 25 kV en el Reino Unido, la longitud máxima de tensión es de 1.970 m (6.460 pies). [5]
Un problema adicional con los equipos AT es que, si se colocan contrapesos en ambos extremos, toda la longitud de tensión puede moverse libremente a lo largo de la vía. Para evitar esto, un anclaje de punto medio (MPA), cerca del centro de la longitud de tensión, restringe el movimiento del cable mensajero/catenaria anclándolo; el cable de contacto y sus soportes de suspensión sólo pueden moverse dentro de las limitaciones del MPA. Las AMP a veces se fijan a puentes bajos o se anclan de otro modo a postes de catenaria verticales o soportes de catenaria de portal. Un tramo de tensión puede verse como un punto central fijo, con los dos tramos de media tensión expandiéndose y contrayéndose con la temperatura.
La mayoría de los sistemas incluyen un freno para evitar que los cables se desenreden por completo si se rompe o se pierde tensión. Los sistemas alemanes suelen utilizar una única polea tensora grande (básicamente un mecanismo de trinquete ) con un borde dentado, montada en un brazo articulado al mástil. Normalmente, el tirón hacia abajo de las pesas y el tirón reactivo hacia arriba de los cables tensados levantan la polea de modo que sus dientes estén bien alejados de un tope en el mástil. La polea puede girar libremente mientras las pesas se mueven hacia arriba o hacia abajo a medida que los cables se contraen o expanden. Si se pierde tensión, la polea cae hacia el mástil y uno de sus dientes se atasca contra el tope. Esto detiene una mayor rotación, limita el daño y mantiene intacta la parte no dañada del cable hasta que pueda repararse. Otros sistemas utilizan varios mecanismos de frenado, generalmente con múltiples poleas más pequeñas en una disposición de bloque y aparejo .
Las líneas se dividen en secciones para limitar el alcance de una interrupción y permitir el mantenimiento.
Para permitir el mantenimiento de la línea aérea sin tener que apagar todo el sistema, la línea se divide en porciones separadas eléctricamente conocidas como "secciones". Las secciones suelen corresponderse con longitudes de tensión. El paso de tramo a tramo se conoce como "rotura de tramo" y se configura de manera que el pantógrafo del vehículo esté en contacto continuo con uno u otro cable.
En el caso de los colectores de proa y los pantógrafos, esto se realiza colocando dos cables de contacto uno al lado del otro a lo largo de la longitud entre 2 o 4 soportes de cables. Uno nuevo desciende y el viejo se eleva, permitiendo que el pantógrafo se transfiera suavemente de uno a otro. Los dos cables no se tocan (aunque el colector de proa o el pantógrafo están brevemente en contacto con ambos cables). En servicio normal, las dos secciones están conectadas eléctricamente; Dependiendo del sistema, puede ser un aislador, un contacto fijo o un transformador elevador. El aislador permite interrumpir la corriente a la sección para mantenimiento.
En los cables aéreos diseñados para postes de trole, esto se hace teniendo una sección neutra entre los cables, lo que requiere un aislante. El conductor del tranvía o trolebús debe reducir temporalmente el consumo de energía antes de que pase el poste del trolebús, para evitar daños por arco en el aislador.
Las locomotoras equipadas con pantógrafo no deben atravesar una rotura de sección cuando un lado esté sin energía. La locomotora quedaría atrapada, pero al pasar la rotura del tramo el pantógrafo cortocircuita brevemente las dos líneas de catenaria. Si la línea opuesta está desenergizada, este voltaje transitorio puede disparar los disyuntores de suministro. Si la línea está bajo mantenimiento, puede ocurrir una lesión ya que la catenaria se energiza repentinamente. Incluso si la catenaria está adecuadamente conectada a tierra para proteger al personal, el arco generado a través del pantógrafo puede dañar el pantógrafo, el aislador de la catenaria o ambos.
A veces, en un sistema ferroviario, de tranvía o de trolebús electrificado de mayor tamaño, es necesario alimentar diferentes zonas de vía desde diferentes redes eléctricas, sin garantizar la sincronización de las fases. Las líneas largas podrán conectarse a la red nacional del país en varios puntos y en diferentes fases. (A veces, las secciones se alimentan con diferentes voltajes o frecuencias). Las redes pueden sincronizarse de forma normal, pero los eventos pueden interrumpir la sincronización. Esto no es un problema para los sistemas DC . Los sistemas de CA tienen una implicación de seguridad particular en el sentido de que el sistema de electrificación ferroviaria actuaría como una conexión de "puerta trasera" entre diferentes partes, lo que daría como resultado, entre otras cosas, que una sección de la red desenergizada por mantenimiento se reenergizara desde la subestación ferroviaria. creando peligro.
Por estos motivos, los tramos neutros se colocan en la electrificación entre tramos alimentados desde distintos puntos de una red nacional, o de distintas fases, o redes que no están sincronizadas. Es muy indeseable conectar redes no sincronizadas. Una simple rotura de tramo no es suficiente para evitarlo, ya que el pantógrafo conecta brevemente ambos tramos. [6]
En países como Francia, Sudáfrica, Australia y el Reino Unido, un par de imanes permanentes al lado de los rieles a cada lado de la sección neutral operan un transductor montado en un bogie en el tren, lo que hace que se abra un gran disyuntor eléctrico y cerrarán cuando pase sobre ellas la locomotora o el vehículo pantógrafo de una unidad múltiple. [7] En el Reino Unido se utiliza un equipo similar al Sistema de Advertencia Automática (AWS), pero con pares de imanes colocados fuera de los rieles (a diferencia de los imanes AWS colocados a medio camino entre los rieles). Las señales al costado de la línea en el acceso a la sección neutral advierten al conductor que apague la energía de tracción y atraviese la sección muerta.
Una sección neutra o interrupción de fase consta de dos interrupciones aisladas una detrás de otra con una sección corta de línea que no pertenece a ninguna de las redes. Algunos sistemas aumentan el nivel de seguridad en el punto medio de la sección neutral que se conecta a tierra. La presencia de la sección conectada a tierra en el medio es para garantizar que, en caso de que falle el aparato controlado por el transductor y el conductor tampoco corte la energía, la energía en el arco generado por el pantógrafo cuando pasa a la sección neutral se conduzca a tierra. , operar disyuntores de subestaciones, en lugar de que el arco conecte los aisladores a una sección inactiva para mantenimiento, una sección alimentada desde una fase diferente o establezca una conexión de puerta trasera entre diferentes partes de la red nacional del país.
En el Ferrocarril de Pensilvania , los cambios de fase se indicaban mediante una señal luminosa de posición con las ocho posiciones radiales con lentes y sin luz central. Cuando el corte de fase estaba activo (los tramos de catenaria desfasados), todas las luces estaban encendidas. El aspecto de la señal de luz de posición fue ideado originalmente por el Ferrocarril de Pensilvania y fue continuado por Amtrak y adoptado por Metro North . De los soportes de la catenaria se colgaron carteles metálicos con las letras "PB" creadas mediante un patrón de agujeros perforados.
En Estados Unidos se desarrolló una categoría especial de ruptura de fase, principalmente por el Ferrocarril de Pensilvania. Dado que su red eléctrica de tracción estaba suministrada de forma centralizada y sólo estaba segmentada en función de condiciones anormales, los cortes de fase normales generalmente no estaban activos. Los cortes de fase que siempre estaban activados se conocían como "Secciones muertas": a menudo se usaban para separar sistemas de energía (por ejemplo, el límite del puente Hell's Gate entre las electrificaciones de Amtrak y Metro North ) que nunca estarían en fase. Como una sección muerta siempre está muerta, no se desarrolló ningún elemento de señalización especial para advertir a los conductores de su presencia, y de los soportes de la catenaria se colgó un cartel metálico con la palabra "DS" en letras perforadas.
Ocasionalmente, pueden aparecer espacios en las líneas aéreas, al cambiar de un voltaje a otro o para proporcionar espacio libre para los barcos en puentes móviles, como una alternativa más económica a los rieles eléctricos aéreos móviles. Los trenes eléctricos cruzan los huecos. Para evitar la formación de arcos, se debe desconectar la alimentación antes de llegar al espacio y, por lo general, se bajará el pantógrafo.
En caso de espacio libre limitado , como en los túneles , el cable aéreo puede reemplazarse por un riel elevado rígido. Un ejemplo temprano fue en los túneles de Baltimore Belt Line , donde se usó una barra de sección Π (fabricada con tres tiras de hierro y montada sobre madera), con el contacto de latón dentro de la ranura. [8] Cuando se levantó la catenaria en el túnel Simplon para dar cabida al material rodante más alto, se utilizó un carril. También se puede utilizar un carril elevado rígido en lugares donde no resulta práctico tensar los cables, por ejemplo en puentes móviles . En los usos modernos, es muy común que las secciones subterráneas de tranvías, metros y ferrocarriles principales utilicen un cable aéreo rígido en sus túneles, mientras que usan cables aéreos normales en sus secciones aéreas.
En un puente móvil que utiliza un carril elevado rígido, existe la necesidad de realizar la transición del sistema de cables de catenaria a un carril conductor aéreo en el portal del puente (el último pilón de corriente de tracción antes del puente móvil). Por ejemplo, el suministro de energía se puede realizar a través de un sistema de cables de catenaria cerca de un puente giratorio . El cable de catenaria normalmente comprende un cable mensajero (también llamado cable de catenaria) y un cable de contacto donde se encuentra con el pantógrafo. El hilo mensajero termina en el portal, mientras que el hilo de contacto pasa por el perfil del carril conductor aéreo en el tramo final de transición antes de terminar en el portal. Entre la vía aérea en el tramo final de transición y la vía aérea que recorre todo el tramo del puente giratorio existe una ranura. El hueco es necesario para abrir y cerrar el puente giratorio. Para unir los carriles conductores entre sí cuando el puente está cerrado, existe otro tramo de carril conductor llamado "solapamiento giratorio" que está equipado con un motor. Cuando el puente está completamente cerrado, se acciona el motor de la superposición giratoria para girarlo desde una posición inclinada a la posición horizontal, conectando los rieles conductores en la sección del extremo de transición y el puente para suministrar energía. [9]
Al igual que en el Combino Supra, en las paradas de tranvía se instalan carriles conductores cortos . [10]
Los tranvías obtienen su energía de un único cable aéreo de aproximadamente 500 a 750 V CC. Los trolebuses se alimentan de dos cables aéreos de voltaje similar, y al menos uno de los cables del trolebús debe estar aislado de los cables del tranvía. Esto suele realizarse mediante cables de trolebús que pasan continuamente por el cruce, con los conductores del tranvía unos centímetros más abajo. Cerca del cruce, a cada lado, el cable del tranvía se convierte en una barra sólida que corre paralela a los cables del trolebús durante aproximadamente medio metro. Entre los cables del trolebús se cuelga otra barra con un ángulo similar en sus extremos, conectada eléctricamente por encima al cable del tranvía. El pantógrafo del tranvía sirve de puente entre los diferentes conductores, proporcionándole una captación continua.
Donde se cruza el cable del tranvía, los cables del trolebús están protegidos por una cubeta invertida de material aislante que se extiende 20 o 30 mm (0,79 o 1,18 pulgadas) por debajo.
Hasta 1946, un paso a nivel en Estocolmo , Suecia , conectaba el ferrocarril al sur de la Estación Central de Estocolmo y un tranvía. El tranvía funcionaba con 600-700 V CC y el ferrocarril con 15 kV CA. En el pueblo suizo de Oberentfelden , la línea Menziken-Aarau-Schöftland que opera a 750 V CC cruza la línea SBB a 15 kV CA; Solía haber un cruce similar entre las dos líneas en Suhr , pero fue reemplazado por un paso subterráneo en 2010. En Alemania existen algunos cruces entre tranvía/tren ligero y ferrocarriles. En Zúrich , Suiza, la línea 32 de trolebús VBZ tiene un paso a nivel con la línea ferroviaria Uetliberg de 1200 V CC ; En muchos lugares, las líneas de trolebús cruzan el tranvía. En algunas ciudades, los trolebuses y tranvías compartían un cable positivo (de alimentación). En tales casos, se puede utilizar una rana de trolebús normal.
Alternativamente, se pueden colocar cortes de sección en el punto de cruce, de modo que el cruce esté eléctricamente muerto.
Muchas ciudades tenían tranvías y trolebuses que utilizaban postes de trolebús. Utilizaron cruces aislados, lo que requería que los conductores de tranvía pusieran el controlador en punto muerto y pasaran por inercia. Los conductores de trolebuses tuvieron que quitar el acelerador o cambiar a la energía auxiliar.
En Melbourne , Victoria, los conductores de tranvía ponen el controlador en punto muerto y en punto muerto a través de los aisladores de sección, indicados por marcas de aisladores entre los rieles.
Melbourne tiene pasos a nivel entre ferrocarriles suburbanos electrificados y líneas de tranvía. Tienen dispositivos de conmutación mecánicos (conmutador) para conmutar los 1500 V CC aéreos del ferrocarril y los 650 V CC de los tranvías, llamado Tram Square. [11] Se han presentado propuestas para separar a nivel estos cruces o desviar las rutas del tranvía.
Atenas tiene dos cruces de cables de tranvía y trolebús, en Vas. Avenida Amalias y Vas. Olgas Avenue, y en las calles Ardittou y Athanasiou Diakou. Utilizan la solución mencionada anteriormente.
En Roma , en el cruce entre Viale Regina Margherita y Via Nomentana se cruzan líneas de tranvía y trolebús: tranvía en Viale Regina Margherita y trolebús en Via Nomentana. El cruce es ortogonal, por lo que no estaba disponible la disposición típica.
En Milán , la mayoría de las líneas de tranvía cruzan su línea circular de trolebús una o dos veces. En calles como viale Stelvio, viale Umbria y viale Tibaldi discurren paralelas líneas de trolebuses y tranvías.
Algunos ferrocarriles utilizaban dos o tres líneas aéreas, normalmente para transportar corriente trifásica . Este se utiliza únicamente en el Ferrocarril Gornergrat y el Ferrocarril Jungfrau en Suiza, el Petit train de la Rhune en Francia y el Ferrocarril Corcovado en Brasil. Hasta 1976 fue ampliamente utilizado en Italia. En estos ferrocarriles, los dos conductores se utilizan para dos fases diferentes de la corriente alterna trifásica, mientras que el carril se utiliza para la tercera fase. El neutro no se utilizó.
Algunos ferrocarriles de corriente alterna trifásicos utilizaban tres cables aéreos. Se trataba de una línea ferroviaria experimental de Siemens en Berlín-Lichtenberg en 1898 (longitud 1,8 kilómetros (1,1 millas)), el ferrocarril militar entre Marienfelde y Zossen entre 1901 y 1904 (longitud 23,4 kilómetros (14,5 millas)) y una línea ferroviaria de 800 metros ( Tramo de 800 metros de largo de un ferrocarril del carbón cerca de Colonia entre 1940 y 1949.
En los sistemas de corriente continua, a veces se utilizaban líneas aéreas bipolares para evitar la corrosión galvánica de las piezas metálicas cercanas al ferrocarril, como en el Chemin de fer de la Mure .
Todos los sistemas con múltiples líneas aéreas tienen un alto riesgo de cortocircuitos en los interruptores y, por lo tanto, tienden a ser poco prácticos de usar, especialmente cuando se utilizan altos voltajes o cuando los trenes pasan por los puntos a alta velocidad.
El Sihltal Zürich Uetliberg Bahn tenía dos líneas con diferente electrificación. Para poder utilizar diferentes sistemas eléctricos en vías compartidas, la línea Sihltal tenía su catenaria justo encima del tren, mientras que la línea Uetliberg tenía su catenaria a un lado. Esta configuración se utilizó hasta el verano de 2022; desde entonces, la línea Uetliberg se cambió a la configuración estándar de 15 kV 16,7 Hz. [12]
Una catenaria es un sistema de cables aéreos utilizados para suministrar electricidad a una locomotora , tranvía ( tranvía ) o vehículo de tren ligero que está equipado con un pantógrafo .
A diferencia de los cables aéreos simples, en los que el cable sin aislamiento se sujeta mediante abrazaderas a cables transversales muy espaciados y sostenidos por postes, los sistemas de catenaria utilizan al menos dos cables. El cable de catenaria o mensajero se cuelga con una tensión específica entre estructuras de línea, y un segundo cable se mantiene en tensión mediante el cable mensajero, sujeto a él a intervalos frecuentes mediante abrazaderas y cables de conexión conocidos como cuentagotas . El segundo cable es recto y nivelado, paralelo a la vía del tren , suspendido sobre ella como la calzada de un puente colgante sobre el agua.
Los sistemas de catenaria son adecuados para operaciones de alta velocidad, mientras que los sistemas de cables simples, que son menos costosos de construir y mantener, son comunes en las líneas de tren ligero o tranvía (tranvía), especialmente en las calles de la ciudad. Estos vehículos pueden estar equipados con un pantógrafo o con un poste de trole .
El Corredor Noreste de Estados Unidos tiene catenaria sobre las 600 millas (970 km) entre Boston , Massachusetts y Washington, DC , para los trenes interurbanos de Amtrak . Las agencias de trenes de cercanías , incluidas MARC , SEPTA , NJ Transit y Metro-North Railroad, utilizan la catenaria para brindar servicio local.
En Cleveland, Ohio , las líneas de tren interurbano/ligero y la línea de tren pesado utilizan los mismos cables aéreos, debido a una ordenanza de la ciudad destinada a limitar la contaminación del aire causada por la gran cantidad de trenes de vapor que pasaban por Cleveland entre la costa este y Chicago. Los trenes cambiaron de locomotoras de vapor a eléctricas en las terminales ferroviarias de Collinwood, a unas 10 millas (16 km) al este del centro y en Linndale en el lado oeste. Cuando Cleveland construyó su línea de tránsito rápido (tren pesado) entre el aeropuerto, el centro y más allá, empleó una catenaria similar, utilizando equipos de electrificación que quedaron después de que los ferrocarriles cambiaron del vapor al diésel. Los trenes ligeros y pesados comparten vías durante aproximadamente 3 millas (4,8 km) a lo largo de la línea roja (tren pesado) del Aeropuerto Internacional Hopkins de Cleveland , las líneas interurbanas/ligeras azules y verdes entre Cleveland Union Terminal y justo después de la estación East 55th Street, donde las líneas separado.
Parte de la Línea Azul de Boston que atraviesa los suburbios del noreste utiliza líneas aéreas, al igual que la Línea Verde.
En la península de San Francisco en California , el sistema ferroviario de cercanías Caltrain completó la instalación de un sistema de contacto aéreo (OCS) en 2023, para prepararse para la conversión de su corredor de 160 años de San Francisco a la Península de San José a un ingreso totalmente electrificado. servicio en septiembre de 2024.
La altura de la línea aérea puede crear peligros en los pasos a nivel , donde pueden ser atropellados por vehículos de carretera. En los accesos se colocan señales de advertencia que advierten a los conductores sobre la altura máxima de seguridad.
El cableado en la mayoría de los países es demasiado bajo para permitir trenes de contenedores de doble pila . El Túnel del Canal tiene una línea aérea de altura extendida para dar cabida a vehículos de transporte de automóviles y camiones de doble altura. China y la India operan líneas electrificadas con cableado de altura adicional y pantógrafos para permitir el paso de trenes de contenedores de doble pila. [13] [14] [15]
Las líneas aéreas pueden verse afectadas negativamente por fuertes vientos que hacen que los cables se balanceen. [16] Las tormentas eléctricas pueden cortar el suministro eléctrico al caer rayos en los sistemas [17] con cables aéreos, deteniendo los trenes después de una subida de tensión .
Durante climas fríos o helados, el hielo puede cubrir las líneas aéreas. Esto puede resultar en un contacto eléctrico deficiente entre el colector y la línea aérea, lo que resulta en arcos eléctricos y sobretensiones. [18]
Las líneas pueden combarse durante el clima cálido y si un pantógrafo se enreda, esto puede resultar en una desconexión. De manera similar, en climas muy fríos pueden contraerse y romperse.
La instalación de líneas aéreas puede requerir la reconstrucción de puentes para proporcionar un espacio eléctrico seguro. [19]
Las líneas aéreas, como la mayoría de los sistemas electrificados, requieren un mayor gasto de capital al construir el sistema que un sistema no eléctrico equivalente. Mientras que una línea ferroviaria convencional requiere sólo nivel, lastre, tirantes y rieles, un sistema aéreo también requiere un sistema complejo de estructuras de soporte, líneas, aisladores, sistemas de control de energía y líneas eléctricas, todos los cuales requieren mantenimiento. Esto hace que los sistemas no eléctricos sean más atractivos a corto plazo, aunque los sistemas eléctricos eventualmente podrán amortizarse por sí solos. Además, el costo adicional por milla de construcción y mantenimiento hace que los sistemas aéreos sean menos atractivos en los ferrocarriles de larga distancia, como los que se encuentran en América del Norte, donde las distancias entre ciudades suelen ser mucho mayores que en Europa. Líneas tan largas requieren una enorme inversión en equipos de líneas aéreas, y se enfrentan grandes dificultades para energizar largas porciones de cables aéreos de forma permanente, especialmente en áreas donde la demanda de energía ya supera la oferta.
Mucha gente considera que las líneas aéreas son " contaminación visual ", debido a las numerosas estructuras de soporte y al complicado sistema de alambres y cables que llenan el aire. Estas consideraciones han impulsado la tendencia a sustituir las líneas aéreas de energía y comunicaciones por cables enterrados siempre que sea posible. La cuestión llegó a un punto crítico en el Reino Unido con el plan de electrificación de la Great Western Main Line , especialmente a través de Goring Gap . Se ha formado un grupo de protesta con su propio sitio web. [20]
El valioso conductor de cobre también puede ser objeto de robo, como por ejemplo en la línea Lahore-Khanewal en Pakistán y en el tramo Gweru-Harare en Zimbabwe .
El primer tranvía con catenaria fue presentado por Werner von Siemens en la Exposición Internacional de Electricidad de París de 1881 : la instalación fue retirada después de ese evento. En octubre de 1883 se inauguró el primer servicio de tranvía permanente con catenaria en el tranvía de Mödling y Hinterbrühl en Austria. Los tranvías tenían líneas aéreas bipolares, formadas por dos tubos en U, de los que colgaban los pantógrafos y circulaban como lanzaderas. De abril a junio de 1882, Siemens había probado un sistema similar en su Electromote , uno de los primeros precursores del trolebús .
Mucho más simple y funcional era un cable aéreo en combinación con un pantógrafo que llevaba el vehículo y se presionaba desde abajo en la línea. Este sistema, para el tráfico ferroviario con línea unipolar, fue inventado por Frank J. Sprague en 1888. A partir de 1889 se utilizó en el Richmond Union Passenger Railway en Richmond, Virginia , siendo pionero en la tracción eléctrica.
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