Sistemas de Electrificación Ferroviaria: Corriente Alterna vs. Corriente Continua

Diferencias entre Sistemas de Electrificación en Corriente Alterna (AC) y Corriente Continua (DC)

En los sistemas de corriente alterna (AC), la distancia entre subestaciones puede ser de hasta 90 km, mientras que en los sistemas de corriente continua (DC) es de aproximadamente 25 km. En los sistemas AC, la conexión a la red se realiza directamente y la reducción de tensión se efectúa en la propia catenaria. En cambio, en los sistemas DC, la conexión a la red se realiza mediante un transformador que reduce la tensión, y luego un rectificador convierte la corriente alterna en corriente continua, que finalmente se alimenta a la catenaria.

La infraestructura AC se comporta como una carga monofásica, lo que puede generar desequilibrios en la red. Para evitar esto, se suelen utilizar **compensadores de energía reactiva** como los **SVC** (Static Var Compensator) o **STATCOM** (Static Synchronous Compensator). En los sistemas DC, el retorno de la corriente se realiza a través de los carriles y el negativo del rectificador, mientras que en los sistemas AC se utiliza los carriles y un cable de retorno o tierra.

Rectificadores Hexafásicos y Dodecafásicos

Hexafásica (6 pulsos)

• Introduce una **mayor distorsión** en la corriente de red (primario del transformador), lo que se traduce en un **THD (Total Harmonic Distortion) más elevado**.
• Tiene una **complejidad baja** y, por lo tanto, es **más económico**.
• Presenta picos de armónicos en la tensión de salida de orden menor (300, 600, 900 Hz) y de mayor amplitud, lo que requiere un **filtrado más robusto**.

Dodecafásica (12 pulsos)

• Introduce una **menor distorsión** en la corriente de red (primario del transformador) debido a la eliminación de los armónicos de orden 6, lo que resulta en un **THD más bajo**.
• Tiene un **mejor factor de potencia** que un rectificador de 6 pulsos, por lo que utiliza de manera más eficiente la potencia aparente del transformador.
• Ofrece la posibilidad de una **arquitectura más robusta** en caso de utilizar dos rectificadores en paralelo, ya que uno puede seguir funcionando si el otro falla.
• Presenta un **menor rizado** en la tensión de salida, lo que implica la necesidad de **filtros menos exigentes** a la entrada del convertidor en el tren.

Compensadores de Energía Reactiva: SVC y STATCOM

SVC (Static Var Compensator)

El compensador SVC permite utilizar redes de distribución de hasta 36 kV con potencias de cortocircuito relativamente bajas (redes débiles). Estas redes son más accesibles a lo largo de la geografía.

Inconvenientes:

• Generan una **alta tasa de distorsión de corriente** que aumenta el THD de la tensión en el punto de conexión (PCC).
• La solución se basa en el empleo de inductancias asociadas a los bancos de capacitores de los TCR (Thyristor Controlled Reactor) para generar filtros L-C sintonizados. Estos componentes, que trabajan a 50 Hz, tienen un **tamaño considerable** y requieren un área y obra civil grande para su instalación.

Ventajas:

• La principal ventaja del SVC es su **rapidez de respuesta**. En un ciclo de red, el interruptor a tiristores puede reaccionar.
• El **tiristor** es un elemento robusto, utilizado desde los años 70, con una **alta tasa de fiabilidad**.

STATCOM (Static Synchronous Compensator)

Ventajas:

• **No requiere filtro de armónicos**.
• Tiempos de respuesta **inferiores a un ciclo**.
• **Reducción del tamaño** de los equipos, lo que implica una menor área de instalación.

Desventajas:

• Requiere un transformador reductor, lo que supone un **aumento del coste**.
• Soporta **potencias menores** que el compensador SVC.

Sistemas de Alimentación: 1x25 kV y 2x25 kV

Disposición 1x25 kV

Ventajas:

• Instalación **más simple**, lo que facilita su explotación.

Desventajas:

• **Corrientes de retorno elevadas** por las capas de tierra, lo que incrementa las **corrientes vagabundas**.
• Induce **altas perturbaciones electromagnéticas** que interfieren con las comunicaciones y la señalización.
• **Mayor corriente de catenaria**, lo que provoca una mayor caída de tensión y, por lo tanto, una **menor distancia entre subestaciones**.

Disposición 2x25 kV

Ventajas:

• **Corriente reducida** por la vía debido a los autotransformadores, lo que **disminuye las perturbaciones electromagnéticas**.
• **Menor corrosión electrolítica** de las vías.
• **Menor corriente de catenaria**, lo que implica una menor caída de voltaje y permite una **mayor distancia entre subestaciones**.

Desventajas:

• **Mayor complejidad** de la instalación.
• Requiere **mayor mantenimiento**.