En el sistema de catenaria de los ferrocarriles electrificados y del ferrocarril urbano, el aislador de sección es un componente de volumen reducido que, sin embargo, condiciona directamente la fiabilidad del suministro eléctrico. Se intercala en el cable de contacto o en la barra colectora y divide la catenaria, de por sí continua y en tensión, en tramos eléctricamente aislados entre sí, creando la base para la gestión de las zonas de alimentación, el corte de tensión para mantenimiento y el aislamiento de averías. Al aproximarse a la catenaria, muchos lectores se preguntan: ¿qué funciones cumple el aislador de sección? ¿cómo funciona el aislador de sección? Este artículo trata de las funciones y del principio de funcionamiento del aislador de sección de catenaria, abarcando tanto las líneas ferroviarias principales como el ferrocarril urbano, para referencia del personal de diseño de suministro, de construcción y de explotación.
Por qué la catenaria necesita seccionamiento eléctrico
La catenaria se instala de forma continua a lo largo de la línea, pero desde el punto de vista del suministro y de la organización de la explotación no puede permanecer siempre en tensión como un todo, por tres razones principales.
La primera es la necesidad de establecer zonas de alimentación. La capacidad de suministro de una subestación de tracción es limitada, por lo que una línea suele dividirse en varios ramales de alimentación y zonas de alimentación, cada una alimentada por un alimentador distinto. Solo si la catenaria queda separada eléctricamente, las zonas no se influyen mutuamente y las protecciones de los alimentadores pueden actuar con precisión y despejar correctamente el fallo.
La segunda es la necesidad del corte de tensión para mantenimiento. La catenaria requiere inspecciones periódicas, limpieza y sustitución de componentes, trabajos que deben realizarse sin tensión. Gracias a la combinación del aislador de sección con el seccionador, es posible cortar la tensión únicamente en la vía o en el tramo que se va a mantener mientras las líneas contiguas siguen en servicio, reduciendo al mínimo el impacto de los trabajos en ventana sobre la organización del tráfico.
La tercera es la necesidad de aislar las averías. Cuando se produce un fallo en la catenaria o en el tren, o cuando un objeto invade el gálibo, la estructura seccionada permite limitar los efectos al tramo afectado y evitar el corte de todo el alimentador o de todo el haz de vías de la estación, lo que facilita localizar el punto de fallo, organizar la reparación y restablecer el suministro.
Puede decirse que el seccionamiento eléctrico es la base para que la catenaria sea controlable, gestionable y mantenible, y el aislador de sección es uno de los componentes más utilizados para materializarlo.
Qué funciones cumple el aislador de sección de catenaria
La función del aislador de sección puede resumirse así: conectado mecánicamente, aislado eléctricamente. Sus dos extremos se unen de forma fiable al cable de contacto (o a la barra colectora) y soportan la tensión de la catenaria y el paso del pantógrafo con toma de corriente; su parte central aislante separa eléctricamente los conductores de ambos lados, de modo que cada lado constituye un tramo que puede ponerse en tensión o cortarse de forma independiente. En concreto, sus funciones principales son las siguientes:
- Delimitar zonas de alimentación: junto con los alimentadores de la subestación y los seccionadores, divide la catenaria en unidades de alimentación eléctricamente independientes;
- Permitir el corte de tensión para mantenimiento: basta abrir el seccionamiento de la vía que se va a mantener para trabajar sin tensión, sin afectar a la circulación en las líneas contiguas;
- Aislar las averías: en caso de fallo reduce el alcance del corte y acorta el tiempo de localización y de restablecimiento del suministro;
- Separar las líneas de uso específico: separa eléctricamente del tronco las vías de depósito, de carga y descarga, de preparación y otras líneas específicas, para gestionarlas por separado;
- Reforzar la seguridad de los trabajos: entre el tramo sin tensión y el tramo en tensión existe un punto de seccionamiento eléctrico inequívoco, lo que reduce el riesgo de reenganche o de contacto accidental.
Debe tenerse en cuenta que la catenaria situada a ambos lados del aislador de sección pertenece normalmente a un seccionamiento dentro de la misma fase, con idéntica fase y potencial, lo que difiere funcionalmente del aislador de sección neutra empleado en las zonas de cambio de fase en corriente alterna; la elección debe hacerse conforme a la documentación de diseño.
Cómo funciona el aislador de sección
El aislador de sección consta de un cuerpo aislante principal, un dispositivo de extinción de arco, placas de deslizamiento y elementos de unión en ambos extremos (los nombres de cada componente se detallan en las preguntas frecuentes y en el artículo específico sobre la estructura disponible en el sitio). Para entender cómo funciona, la clave está en ver cómo pasa el pantógrafo por el tramo aislante.
En reposo, el tramo aislante separa los cables de contacto de ambos lados y las dos zonas de alimentación funcionan de forma independiente, sin influirse entre sí.
Cuando se aproxima una locomotora eléctrica o una unidad de tren, la placa de contacto del pantógrafo toca primero la placa de deslizamiento del lado de entrada. La placa de deslizamiento es una pista metálica que enlaza suavemente con los cables de contacto de ambos lados y ofrece a la placa de contacto un camino de transición continuo, evitando que golpee directamente los elementos aislantes. Mientras la placa de contacto recorre el tramo aislante, en los pantógrafos habituales de dos placas las placas delantera y trasera tocan sucesivamente los conductores de cada lado y completan el cruce en un tiempo muy breve, de modo que la toma de corriente de la locomotora sufre una interrupción o conmutación momentánea: es la llamada transición con corte breve de tensión.
En el instante de la transición puede aparecer un arco breve entre la placa de contacto y la pista. Aquí actúa el dispositivo de extinción de arco del aislador de sección: conduce el arco hacia una zona de protección específica, donde se alarga y se extingue, evitando que erosione la superficie de los elementos aislantes y el extremo de la pista.
Por esta razón, en servicio no se permite generalmente que las locomotoras o los trenes se detengan sobre el aislador de sección tomando corriente; el paso debe realizarse conforme a lo establecido en el reglamento de circulación y en el de suministro eléctrico, para evitar que un arco prolongado dañe los componentes.
Dónde se instala habitualmente el aislador de sección
La posición de instalación la determina el diseño en planta de la catenaria; entre las ubicaciones típicas figuran las siguientes:
- Vías de mercancías y de carga y descarga: durante las operaciones de carga y descarga esta vía puede cortarse de forma independiente sin afectar al resto de las vías de la estación;
- Vías de preparación y vías de depósito: en las vías de preparación y en las naves de mantenimiento de los depósitos de tracción y de material móvil, permiten gestionar por separado el corte de tensión dentro y fuera de la nave;
- Separación de playas y zonas en estaciones: en las grandes estaciones la alimentación se divide por playas o por zonas de trabajo, y entre ellas se instalan seccionamientos;
- Entre las vías de sentido ascendente y descendente: las catenarias de ambos sentidos forman zonas independientes, de modo que las averías y el mantenimiento de una no afectan a la otra;
- Vías de acceso a depósitos y aparcamientos: entre las vías del depósito y la vía principal se establece una frontera eléctrica inequívoca.
Al elegir el punto, el proyectista considera conjuntamente la división en zonas de alimentación, la programación de las ventanas de mantenimiento, la posición de los seccionadores y las condiciones de paso del pantógrafo, de modo que el aislador de sección cumpla tanto los requisitos de aislamiento eléctrico como un buen comportamiento de deslizamiento.
Diferencias de aplicación entre los 25 kV ferroviarios y el sistema de DC 1500 V del ferrocarril urbano
El aislador de sección está presente en sistemas de distintos tipos, pero las condiciones de uso de las líneas ferroviarias principales y del ferrocarril urbano difieren notablemente.
Las líneas principales electrificadas utilizan alimentación en corriente alterna monofásica a frecuencia industrial, con una tensión nominal de catenaria de 25 kV; la velocidad de circulación es alta y la interacción dinámica entre pantógrafo y catenaria es intensa, por lo que el aislador de sección debe garantizar el margen de aislamiento y la estabilidad del deslizamiento en condiciones de alta tensión y alta velocidad.
El ferrocarril urbano emplea mayoritariamente alimentación de DC 1500 V; aunque el nivel de tensión es menor, la densidad de circulación es alta, las paradas y arranques son frecuentes y el espacio de montaje en túnel es limitado, por lo que además de la catenaria flexible se utiliza mucho la catenaria rígida; en consecuencia, el aislador de sección debe diseñarse específicamente para cada forma de suspensión y cada interfaz de montaje.
Los aisladores de sección de Henan Chuangwit Railway Equipment Co., Ltd. cubren ambas aplicaciones: la serie FYFH para los 25 kV ferroviarios se fabrica conforme a la norma TB/T 3036-2016; para los sistemas de DC 1500 V del ferrocarril urbano existen los tipos FYFH-0.6T-DC, apto para catenaria rígida, y 1.0TG y 2.0TG, aptos para catenaria flexible, fabricados conforme a la norma TB/T 3252-2022 y con velocidad admisible no superior a 120 km/h. Ambos grupos de productos difieren en nivel de aislamiento, configuración estructural y forma de montaje, por lo que la selección debe corresponder al sistema de la línea y al tipo de suspensión.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre un aislador de sección y un aislador de sección neutra?
El aislador de sección realiza un seccionamiento dentro de la misma fase: la catenaria de ambos lados tiene la misma fase y el mismo potencial, y se emplea principalmente para separar eléctricamente unas vías de otras y unas zonas de alimentación de otras. El aislador de sección neutra se utiliza en las zonas de cambio de fase en corriente alterna, donde cada lado pertenece a un ramal de alimentación con fase distinta, y el paso de la locomotora exige maniobras conforme a los requisitos de paso por cambio de fase. Ambos tienen un aspecto similar pero funciones distintas y no son intercambiables.
¿Cómo se denominan los componentes de un aislador de sección?
Un aislador de sección típico consta de un cuerpo aislante principal (varilla aislante compuesta o aislador), un dispositivo de extinción de arco (cuernos de extinción), placas de deslizamiento (pista de transición) y grapas de anclaje y elementos de unión en ambos extremos. La estructura y los materiales detallados de cada componente pueden consultarse en el esquema de estructura del aislador de sección y en el artículo específico sobre la denominación de sus componentes disponibles en el sitio.
¿Se produce un corte momentáneo de tensión al paso de la locomotora por el aislador de sección?
Se produce una transición con un corte breve de tensión. Al deslizarse la placa de contacto del pantógrafo por el tramo aislante, la toma de corriente se interrumpe o conmuta durante un tiempo muy breve, y esta es la forma normal de funcionamiento del aislador de sección; si es necesario cortar la tensión previamente y cómo hacerlo debe ajustarse a la organización de la circulación y al reglamento de suministro eléctrico de cada línea.
¿Qué efectos tiene la contaminación o el deterioro del aislador de sección?
La suciedad y la humedad en la superficie de los elementos aislantes pueden aumentar la corriente de fuga e incluso provocar un contorneo, con la consiguiente conexión accidental de los tramos de ambos lados o un cortocircuito a tierra; el desgaste de las placas de deslizamiento y la erosión del dispositivo de extinción de arco, por su parte, empeoran las condiciones de paso del pantógrafo y agravan la formación de arcos y el desgaste de los componentes. Por ello debe mantenerse limpio y seco el aislamiento y revisarse periódicamente el estado de la pista y de los elementos de extinción de arco.
¿Qué comprobaciones deben hacerse tras sustituir un aislador de sección?
Debe confirmarse que el modelo corresponde al sistema de la línea y al tipo de suspensión, comprobar el desnivel y la transición suave entre las placas de deslizamiento y los cables de contacto de ambos lados para que el pantógrafo pase con estabilidad, y completar la recepción y las comprobaciones previas al reenganche conforme al reglamento. Los requisitos concretos se rigen por la documentación técnica del producto y por la documentación de diseño.
En conjunto, la función del aislador de sección atraviesa la división en zonas de alimentación, el corte de tensión para mantenimiento y el aislamiento de averías, lo que lo convierte en un componente básico insustituible del sistema de catenaria. Si desea conocer con más detalle las especificaciones y la selección de modelos, puede consultar la página de la serie de aisladores de sección de Henan Chuangwit Railway Equipment Co., Ltd.; si le interesan además los dispositivos de aislamiento para el cambio de fase en corriente alterna, puede consultar la información sobre el aislador de sección neutra o ponerse en contacto directo con nosotros para obtener asistencia técnica.
