Un circuito de vía es un dispositivo eléctrico que se utiliza para demostrar a los señalizadores la ausencia de un tren en las vías y controlar las señales pertinentes. Una alternativa a los circuitos de vía son los contadores de ejes .
El principio básico del circuito de vía consiste en conectar los dos carriles mediante las ruedas y el eje de las locomotoras y el material rodante para cortocircuitar un circuito eléctrico. Este circuito está monitorizado por equipos eléctricos para detectar la ausencia de los trenes. Dado que se trata de un dispositivo de seguridad, el funcionamiento a prueba de fallos es crucial. De ahí que el circuito esté diseñado para indicar la presencia de un tren cuando se produzcan averías. Por otro lado, las lecturas de ocupación falsas perturban las operaciones ferroviarias y deben minimizarse.
Los circuitos de vía permiten que los sistemas de señalización ferroviaria funcionen de forma semiautomática, mostrando señales para que los trenes reduzcan la velocidad o se detengan en presencia de una vía ocupada delante de ellos. Ayudan a evitar que los despachadores y operadores provoquen accidentes, informándoles de la ocupación de la vía y evitando que las señales muestren indicaciones inseguras.
Un circuito de vía generalmente tiene energía aplicada a cada riel y una bobina de relé conectada a través de ellos. Cuando no hay ningún tren presente, el relé se activa mediante la corriente que fluye desde la fuente de alimentación a través de los rieles. Cuando hay un tren presente, sus ejes acortan ( desvían ) los rieles entre sí. La corriente que llega a la bobina del relé de vía cae y se desactiva. Por lo tanto, los circuitos a través de los contactos del relé informan si la vía está ocupada o no.
Cada circuito detecta un tramo definido de vía, como por ejemplo un bloque . Estos tramos están separados por juntas aisladas , normalmente en ambos carriles. Para evitar que un circuito alimente erróneamente a otro en caso de falla del aislamiento, la polaridad eléctrica generalmente se invierte de una sección a una sección adyacente. Los circuitos se alimentan a bajos voltajes (1,5 a 12 V CC). Los relés y la fuente de alimentación están unidos a extremos opuestos de la sección para evitar que los rieles rotos aíslen eléctricamente parte de la vía del circuito. Una resistencia en serie limita la corriente cuando el circuito de la vía está en cortocircuito.
En algunos proyectos de electrificación ferroviaria , uno o ambos carriles se utilizan para transportar la corriente de tracción de retorno. Esto impide el uso del circuito de vía CC básico porque las importantes corrientes de tracción superan las muy pequeñas corrientes del circuito de vía.
Cuando se utiliza tracción de CC en la línea de circulación o en vías cercanas, no se pueden utilizar circuitos de vía de CC; de manera similar, si se utiliza electrificación de CA de 50 Hz, no se pueden utilizar circuitos de vía de CA de 50 Hz.
Para adaptarse a esto, los circuitos de vía de CA utilizan señales de corriente alterna (CA) en lugar de corriente continua (CC), pero normalmente, la frecuencia de CA está en el rango de frecuencias de audio , desde 91 Hz hasta 10 kHz. Los relés están dispuestos para detectar la frecuencia seleccionada e ignorar las señales de frecuencia de tracción de CC y CA. Nuevamente, los principios de seguridad dictan que el relé interpreta la presencia de la señal como una vía desocupada, mientras que la falta de una señal indica la presencia de un tren. La señal de CA se puede codificar y equipar las locomotoras con captadores inductivos para crear un sistema de señalización en la cabina .
Hay dos enfoques comunes para proporcionar una ruta continua para la corriente de tracción que abarque múltiples bloques de circuitos de vía. El método más sencillo instala juntas aisladas del circuito de vía en sólo uno de los dos carriles, siendo el segundo un camino para la corriente de retorno y una tierra para el carril del circuito de vía. Esto tiene la desventaja de solo poder detectar roturas en un riel, por lo que el sistema de dos rieles más popular utiliza enlaces de impedancia para permitir que la corriente de tracción pase entre bloques de circuitos de vía aislados mientras bloquea la corriente en las frecuencias del circuito de vía.
Los circuitos de CA a veces se utilizan en áreas donde las condiciones introducen corrientes parásitas, que interfieren con los circuitos de vía de CC.
Las vías modernas suelen estar soldadas continuamente y las uniones se sueldan durante la instalación. Esto ofrece muchos beneficios, excepto al sistema de señalización, que ya no tiene roturas naturales en el carril para formar tramos en bloque. El único método para formar bloques discretos en este escenario es utilizar diferentes frecuencias de audio (AF) en cada sección de bloque. Para evitar que la señal de audio de una sección pase a una sección adyacente, se conectan pares de circuitos sintonizados a través de los rieles en el límite de la sección. El circuito sintonizado a menudo incorpora el circuito para aplicar la señal transmitida a la pista o recuperar la señal recibida desde el otro extremo de la sección.
Considere un ferrocarril con dos secciones de bloques como se muestra en el diagrama. La sección 1 tiene la frecuencia A inyectada en el extremo izquierdo y recibida en el extremo derecho. La sección 2 continúa desde el extremo derecho de la sección 1 donde se inyecta la frecuencia B y luego se recibe en el extremo derecho de la sección 2.
A menudo existe una brecha entre el lugar donde se recibe la frecuencia A y donde se inyecta la frecuencia B. Esto se conoce como "zona sintonizada" y es una sección de la pista donde la amplitud de la frecuencia A se reduce en la dirección de la sección 2 y la amplitud de la frecuencia B se reduce en la dirección de la sección 1. La zona sintonizada puede ser del tipo orden de 20 m de largo.
Ventajas de los circuitos de vía sin juntas:
Desventajas de los circuitos de vía sin juntas:
CSEE (ahora Ansaldo STS ) UM71 es otro tipo de circuito de vía sin juntas. Utiliza 1700 Hz y 2300 Hz en una pista y 2000 Hz y 2600 Hz en la otra. [1] Para reducir la posibilidad de que las corrientes parásitas causen una falla en el lado equivocado, la frecuencia de modulación se calcula dividiendo la frecuencia base por 128. Los equipos de los trenes pueden detectar diferentes velocidades de modulación y utilizarlas para el control automático del tren , siempre que el extremo del transmisor (Tx) está en la parte delantera del tren.
Los circuitos de vía sin juntas EBItrack (anteriormente TI21 ) y Westinghouse FS2500 son similares al UM71.
Un circuito de vía sin juntas como el CSEE se puede dividir con una unidad de recogida de datos (DPU), que es más económico que dividirlo en dos circuitos de vía. Una DPU evita la necesidad de cambiar la frecuencia de toda una serie de circuitos de vía en cascada. La DPU consta de una bobina sintonizada que detecta la presencia o ausencia de corriente en el riel adyacente y activa o desactiva un relé en consecuencia. Un uso de las DPU es para circuitos de sincronización. Cada frecuencia del circuito de vía tiene su propia DPU sintonizada a esa frecuencia. Las DPU pueden ubicarse casi en cualquier lugar; superan la limitación de que las vías sin juntas tengan una longitud mínima.
En áreas no electrificadas, se pueden utilizar circuitos de vía codificados en CC. Estos modulan la corriente que va desde el extremo de la fuente de alimentación hasta el extremo del relé y controlan las señales y las señales de la cabina sin necesidad de cables de línea. Las corrientes moduladas pueden ser detectadas por equipos conectados a la vía para proporcionar información de señalización e indicación para activar la señalización adecuada en la cabina, si está disponible. [2] Pueden superponerse a sistemas predictores para operar pasos a nivel. [3]
Las marcas de circuitos de vías codificadas incluyen:
Cuando la longitud de una sección excede la longitud práctica de un circuito de vía, se pueden proporcionar vías cortadas. Con una vía cortada, el relé de la última vía corta la alimentación de la fuente de alimentación del penúltimo circuito de vía, y así sucesivamente. Las vías cortadas sólo son adecuadas para vías unidireccionales.
Los circuitos de vía con contaminación de lastre serán más cortos que aquellos con buen lastre, por lo que necesitarán más vías cortadas.
Jeumont-Schneider fabrica una marca común de circuito de pista de impulso de alto voltaje (HVIT) . El alto voltaje penetra el óxido y otros problemas.
El HVIT transmite dos pulsos alternativamente, uno positivo estrecho de aproximadamente 100 VCC y uno negativo más amplio de aproximadamente 30 VCC. La energía de los dos pulsos es la misma. En el extremo del receptor, un circuito RC integra los dos pulsos que deben tener las proporciones correctas para que el relé capte. Los circuitos RC comprueban que los pulsos positivo y negativo estén en fase correcta. Los dos pulsos funcionan a aproximadamente 1 Hz.
El circuito funcionará sobre líneas electrificadas en CA y CC, con equipamiento adicional.
En áreas no electrificadas, los bloques aislados vienen en pares, uno en cada riel.
En áreas electrificadas, se necesita una solución para permitir que la corriente de tracción, del orden de miles de amperios, regrese a la subestación. Esto se puede lograr al no tener juntas de bloque aisladas en uno de los rieles, llamado riel de retorno.
Si se necesitan ambos rieles para transportar la fuerte corriente de retorno de tracción, entonces se proporcionan juntas de bloque aisladas en ambos rieles y se proporcionan uniones de impedancia para transportar la corriente de tracción alrededor de las juntas aisladas. Los enlaces de impedancia son esencialmente bobinas con derivación central, que ofrecen baja impedancia a la corriente de tracción, por ejemplo, 50 Hz, mientras que ofrecen alta impedancia a la corriente de señalización, por ejemplo, 1,7 kHz.
Las ruedas de ferrocarril están hechas de acero y proporcionan un buen cortocircuito de un carril a otro ( resistencia en derivación ).
Los trenes más largos y con más ruedas tienen mejor conductividad. Los trenes cortos, los trenes ligeros o los monomotores pueden suponer un problema. En Nueva Zelanda hubo problemas con los motores de carril ligeros de clase Rm que no siempre se detectaban; véase Señalización ferroviaria en Nueva Zelanda . Los trenes con un solo motor de carril Budd , también ligeros, y con frenos de disco, tenían algunos problemas a la hora de detenerse, debiendo realizar una doble parada para asegurar un buen contacto con los carriles. [ cita necesaria ]
Las zapatas de freno de hierro fundido tienden a limpiar las ruedas de residuos no conductores (como hojas y compuestos de tracción a base de arena), mientras que los frenos de disco no lo hacen. Como resultado, algunos vehículos con frenos de disco tienen "pastillas de fregado" que limpian las ruedas para ayudar en el funcionamiento adecuado del circuito de vía. [ cita necesaria ]
Los relés del circuito de vía , a los que los mantenedores de señales se refieren como "relés vitales", están especialmente diseñados para reducir la posibilidad de fallas en el lado equivocado . Pueden, por ejemplo, tener contactos de carbono y plata para reducir la probabilidad de que los contactos incorrectos se suelden después de sobretensiones y rayos.
El circuito está diseñado de manera que la gran mayoría de las fallas provoquen una indicación de "pista ocupada" (conocida como falla del lado derecho). Por ejemplo:
Por otro lado, son posibles modos de fallo que impiden que el circuito detecte trenes (lo que se conoce como fallo del lado equivocado). Ejemplos incluyen:
Los modos de falla que resultan en una señal incorrecta de "vía libre" (conocida generalmente en los EE. UU. como "falso claro") pueden permitir que un tren ingrese a un bloque ocupado, creando el riesgo de una colisión. La escala de ruedas y los trenes cortos también pueden ser un problema. También pueden provocar que los sistemas de alerta en un paso a nivel no se activen. Esta es la razón por la que en la práctica del Reino Unido también se utiliza un pedal en los circuitos de cruce.
Se utilizan diferentes medios para responder a este tipo de fallos. Por ejemplo, los relés están diseñados con un nivel de fiabilidad muy alto. En áreas con problemas eléctricos, se pueden usar diferentes tipos de circuitos de vía que son menos susceptibles a interferencias. Las velocidades pueden restringirse cuando y donde las hojas caídas sean un problema. Se puede embargar el tráfico para permitir el paso de equipos que no desvían los rieles de manera confiable.
El sabotaje es posible. En el descarrilamiento de Palo Verde en 1995 , los saboteadores conectaron eléctricamente secciones de riel que habían desplazado para ocultar las roturas en la vía que habían abierto. Por lo tanto, el circuito no detectó las frenadas y el maquinista no recibió la indicación de "Parada". Otra forma de sabotaje, que no pretende provocar un accidente de tren sino simplemente hacer que los trenes se detengan y reduzcan la velocidad innecesariamente en un esfuerzo por sabotear la economía o posibles lesiones, es atar un cable entre los dos rieles, provocando una señal de obstrucción falsa. [5] [6]
El circuito de vía se basa en un contacto eléctrico adecuado entre el carril y la rueda; la contaminación puede aislar uno del otro. Un problema común son las hojas caídas, aunque ha habido casos en los que los insectos aplastados también han provocado fallos en la detección. [7]
Un problema más persistente es el óxido. Por lo general, la cabecera del ferrocarril se mantiene limpia de óxido gracias al paso regular de las ruedas de los trenes. Las líneas que no se utilizan con regularidad pueden oxidarse hasta el punto de impedir la detección de vehículos. Los puntos y cruces poco utilizados y los extremos de las líneas de plataformas terminales también son propensos a oxidarse. Las medidas para superar esto incluyen:
En algunas circunstancias, las juntas de bloques aisladas pueden puentearse con básculas de ruedas, lo que provoca que fallen uno o dos circuitos de vía. Este problema se puede reducir teniendo un par de juntas de bloque en serie a una distancia de aproximadamente 4 m. La sección corta de 4 m no estaría en sí misma circunscrita. [8]
Las locomotoras eléctricas deben evitar generar ruido en las frecuencias que utilizan los circuitos de vía. La SNCB Clase 13 tuvo estos problemas.
Un tren corto, ligero y rápido que pasa sobre una unión de bloques aislada puede desaparecer del circuito de salida antes de aparecer en el circuito de llegada, permitiendo que se den señales claras y falsas. Este problema se puede superar introduciendo un retraso de, digamos, 1 a 2 segundos en el circuito de salida. Los circuitos de vía electrónicos como el CSEE pueden incorporar fácilmente dicho retardo.
A veces es conveniente cablear los detectores de un conjunto de puntos a través del circuito de vía sobre esos puntos. Esto se puede hacer de dos maneras:
Un elemento sencillo de equipo de seguridad que llevan todos los trenes ferroviarios pesados de Gran Bretaña es un clip de operación de circuito de vía (TCOC) . [9] Se trata de un trozo de cable que conecta dos clips de resorte metálicos que se sujetan a un riel. En caso de accidente u obstrucción un clip aplicado a ambos carriles indicará que esa línea está ocupada, poniendo la señal de peligro para ese tramo.
El procedimiento de protección de emergencia [9] en el Reino Unido requiere que se coloquen TCOC en todas las líneas de circulación afectadas si no se puede establecer contacto inmediatamente con el señalizador después de un accidente en el que las líneas adyacentes están bloqueadas.
Los TCOC son ineficaces cuando la detección de trenes no se realiza mediante circuitos de vía, como contadores de ejes o pedales .
El primer uso del circuito de vía fue por William Robert Sykes en un tramo corto de vía del ferrocarril London Chatham and Dover Railway en Brixton en 1864. [10] El circuito de vía a prueba de fallos fue inventado en 1872 por William Robinson , un ingeniero eléctrico y mecánico estadounidense. . Su introducción de un método confiable de detección de ocupación de cuadras fue clave para el desarrollo de los sistemas de señalización automática que ahora se utilizan casi universalmente. [11] : 3 y siguientes
Las primeras señales ferroviarias fueron operadas manualmente por encargados de señales o agentes de la estación. A menudo se dejaba a criterio del operador cuándo cambiar el aspecto de la señal. El error humano o la falta de atención ocasionalmente resultaron en señalización inadecuada y colisiones de trenes.
La introducción del telégrafo a mediados del siglo XIX demostró que la información podía transmitirse eléctricamente a distancias considerables, lo que impulsó la investigación de métodos para controlar eléctricamente las señales ferroviarias. Aunque se desarrollaron varios sistemas antes del de Robinson, ninguno podía responder automáticamente a los movimientos del tren.
Robinson demostró por primera vez un sistema de señalización ferroviaria completamente automático en forma de modelo en 1870. Posteriormente se instaló una versión de tamaño completo en el ferrocarril de Filadelfia y Erie en Ludlow, Pensilvania (también conocido como Kinzua, PA), donde demostró ser práctico. Su diseño consistía en discos operados eléctricamente ubicados encima de pequeñas casetas de señales junto a la vía y se basaba en un circuito de vía abierto. Cuando no había ningún tren dentro del bloque, no se aplicó energía a la señal, lo que indicaba una vía despejada. [11] : 4
Una debilidad inherente de este acuerdo era que podía fallar en un estado inseguro. Por ejemplo, un cable roto en el circuito de la vía indicaría falsamente que no había ningún tren en el bloque, incluso si lo hubiera. Al reconocer esto, Robinson ideó el circuito de vía de circuito cerrado descrito anteriormente y, en 1872, lo instaló en lugar del circuito anterior. El resultado fue un sistema de señalización totalmente automático y a prueba de fallos que sirvió de prototipo para el desarrollo posterior. [11] : 6–9
Aunque fue pionero en el uso de señales para controlar trenes, el Reino Unido tardó en adoptar el diseño de Robinson. En ese momento, muchos vagones de los ferrocarriles del Reino Unido tenían ejes de madera y/o ruedas con cubos de madera, lo que los hacía incompatibles con los circuitos de vía.
Se habrían evitado numerosos accidentes gracias a la instalación de circuitos de vía, entre ellos:
Accidente ferroviario de Norton Fitzwarren (1890) Accidente ferroviario de Hawes Junction (1910) Accidente ferroviario de Quintinshill (1915).svg/1280px-Flag_of_Australia_(converted).svg.png){kind=small}
Colisión del circuito de cruce de Geurie (1963).svg/1280px-Flag_of_Canada_(Pantone).svg.png){kind=small}
Desastre ferroviario de Lac-Mégantic (2013)Mucho menos frecuentes son los accidentes causados por fallos en los propios circuitos de las vías. Por ejemplo:
Desastre ferroviario de Cowan , que ocurrió cuando la arena en los rieles aisló las ruedas de los rieles, lo que provocó una falla en la desviación que permitió que una señal de bloque posterior mostrara incorrectamente un aspecto claro, lo que resultó en una colisión trasera.
Accidente ferroviario de Moravany, ocurrido en la estación de tren de Moravany . La rotura del dispensador de arena provocó que se creara una capa de arena en el carril, haciendo que éste perdiera el derivador. El equipo de la estación interpretó esto como que la vía estaba libre y permitió que otro tren entrara en la estación, que luego chocó contra el tren anterior por detrás. [12]
22 de junio de 2009 Colisión de trenes del Metro de Washington , que ocurrió cuando se desarrolló una oscilación parásita en un módulo de control del circuito de la vía. [4]Debido a que los circuitos de vía funcionan haciendo pasar una corriente a través de una o ambas vías, a veces pueden detectar si un riel se ha roto por completo. Sin embargo, si la ruptura es sólo parcial o se produce en un desvío (conjunto de puntos), es posible que no sea posible la detección.
Accidente ferroviario de Hither Green (1967): descarrilamiento debido a que la parte superior del riel se rompió Descarrilamiento de Weyauwega (1996): riel roto no detectado en la participación. Accidente ferroviario de Big Bayou Canot (1993): riel soldado continuo no detectado, intacto pero muy torcido en un puente que aún indicaba una condición clara en la señal.