Este documento trata sobre la electrificación de ferrocarriles. Explica que la electrificación depende fuertemente del diseño mecánico de las líneas aéreas de contacto debido a que la calidad del servicio depende del rendimiento mecánico de estas líneas. También describe los diferentes sistemas de electrificación de ferrocarriles como corriente continua y corriente alterna, dando detalles sobre los sistemas monotensión y bitensión. Finalmente, analiza brevemente la historia y estado actual de la

1. ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA
ESCUELA DE ELECTRÓNICA EN CONTROL Y REDES INDUSTRIALES
MÁQUINAS ELECTRICAS 1
IEEE Electrification
Sexto Nivel
CRISTHIAN PATRICIO VINUEZA ESCOBAR 258
RIOBAMBA, 13 DE ENERO DEL 2014

2. IEEE ELECTRIFICATION MAGAZINE
SEPTEMBER 2013, VOLUMEN 1, NUMBER 1
SPARKING INNOVATION
THE DEPENDANCE ON MECHANICAL DESIGN IN RAILWAY ELECTRIFICATION
LA DEPENDENCIA DEL DISEÑO MECANICO EN LA ELECTRIFICACIÓN DE LOS RIELES DEL
FERROCARRIL
La electrificación del ferrocarril de sistemas se convierte en un tema muy delicado en el diseño de
las líneas aéreas de contacto (OCLs). En este artículo se pone de manifiesto la fuerte dependencia
del diseño mecánico en la electrificación ferroviaria. De hecho, sólo la alta sensibilidad de la
calidad de servicio para el rendimiento mecánico de la línea aérea de contacto puede explicar los
complejos diseños de las líneas ferroviarias existentes. El marco de interoperabilidad de la Unión
Europea, junto con las normas que abordan los indicadores y cálculos de liquidación se
introducen brevemente, tanto para los análisis estáticos y dinámicos.
Un sistema de electrificación ferroviaria se compone de todas las instalaciones que se construyen
para el transporte de la electricidad de la red eléctrica de alta tensión a cualquier punto de la
línea ferroviaria capaz de proporcionar energía. Este sistema incluye una instalación de líneas,
por lo general para el transporte o entrega, la conexión a la red, y subestaciones de tracción, que
estableció la tensión de red a los voltajes requeridos, autotransformadores, y la línea aérea de
contacto, también conocido como catenaria, que se extiende a lo largo de la toda la línea, el
suministro de electricidad a la población de material rodante ferroviario. La principal diferencia
entre el sistema de electrificación ferroviaria y de transmisión de potencia o líneas de
distribución es su dificultad inherente de la alimentación de material rodante como una carga en
movimiento. Esta característica ha dado opciones de electrificación diferentes, como OCLs
basados en cable, terceros carriles, u OCLs rígidas, en lugar de utilizar los cables generalizados.
Ferrocarril del Sistema de Electrificación Desde corriente alterna (AC): es el más común en
líneas de alta velocidad, este artículo se centrará principalmente en este punto de vista a pesar
de que las conclusiones de este trabajo pueden extrapolarse directamente a corriente continua
(dc).
Desde un punto de vista eléctrico, la línea de ferrocarril se divide en secciones que están
separadas eléctricamente entre sí por tramos cortos sin alimentación, que se denominan zonas
neutrales. Generalmente, las líneas de alta velocidad se alimentan desde la red trifásica, que es
una red de alta tensión a través de las subestaciones de tracción, que por lo general se alimentan
a dos subsectores por transformadores separados.
En cuanto a la magnitud del consumo de las líneas de alta velocidad, la electrificación de los
ferrocarriles está conectado a la red de transmisión o de distribución (132, 220, o 400 kV en
función del sistema nacional) para reducir el impacto de las cargas ferroviarias en la red.
En el caso de AC, cada uno de los subsectores puede emplear cualquiera de los sistemas de
alimentación con un voltaje o con dos voltajes.
En materia, este sistema se denomina un sistema de monotensión, o 1 x 25 kV, debido a la
utilización de 25 kV. En este sistema, todo el consumo de corriente de un cierto tren cubre la
sección entre la subestación y el tren. Por el contrario, los sistemas de bitensión se utilizan para
transportar tensión superior a la tensión de suministro del material rodante, que se reduce
mediante el uso de autotransformadores dispersos a lo largo de la línea aérea de contacto. En
ciertas publicaciones técnicas, este sistema se llama bitensión, o 2 x 25 kV, debido a la utilización
de 25 kV, porque implica el uso de dos niveles diferentes de tensión en la catenaria, que requiere
el uso de un tercer conjunto de conductores. Este sistema reduce la corriente eléctrica en la
mayor parte del tramo entre la subestación de tracción y el material rodante, de hecho, sólo una
parte de la corriente de consumo tiene que ir sobre toda la distancia.

3. FASTER THAN A SPEEDING BULLET
MÁS RAPIDO QUE UNA BALA
Afortunadamente, grandes ciudades de Japón han abarcado ferrocarriles electrificados como
método principal de transporte desde el siglo 20. De acuerdo con los resultados de la
investigación del gobierno japonés, los ferrocarriles eléctricos transmiten más del 90% de los
viajes totales de las personas, que lleva cerca de 30% de todos los viajes de personas en Japón y
el resto realiza 54% en coche, 7% en autobús, y 7% en aire. Por lo tanto, podemos considerar el
ferrocarril eléctrico para ser una de las tecnologías de red hereditaria de la vida japonesa.En
1964, el primer tren de alta velocidad dedicado del mundo (HSR) construido entre Tokio y
Osaka.ElShinkansen abrió la puerta para la edad HSR de hoy. Ferrocarriles electrificados
japoneses se caracterizan por su gran densidad de tráfico y la gran variedad de sistemas.
Tráfico denso.- La alta densidad de población en Japón como resultado del tráfico ferroviario
intenso. Por ejemplo, hasta 187 trenes, TokaidoShinkansen, pueden apartarse de la estación de
Tokio en un día. Compañías JR necesitan para mantener la puntualidad, la fiabilidad y la
disponibilidad a un alto nivel para garantizar un funcionamiento eficaz. Para mantener un sistema
de transporte masivo como el sistema en funcionamiento japonesa, se requiere algo de
redundancia para las instalaciones fijas.
Variedad de Sistemas.- Japón es un país de islas y no tiene fronteras terrestres. Sin embargo, en
el siglo 20, varias empresas ferroviarias y las empresas de energía eléctrica importaron de Europa
y los Estados Unidos.
Historia y actualidad.- La electrificación de los antiguos Ferrocarriles Nacionales del Japón (JNR)
comenzó con dc 600 V en 1904 y fue ascendido a 1,2 kV en 1914. Entonces, JNR decidió dc la
tracción de 1,5 kV de serie en 1925. En los primeros días, todos los dispositivos relacionados con
la electrificación que se necesitan para ser importados de Europa o Estados Unidos y eran muy
caros. Por lo tanto, JNR y las industrias eléctricas japonesas comenzaron a fabricar dispositivos en
Japón. Antes de la Segunda Guerra Mundial, JNR y muchas compañías ferroviarias privadas tenían
cerca de 6.000 km de líneas electrificadas. Después de la guerra, JNR comenzó a electrificar todas
las líneas troncales y de cercanías alrededor de las grandes ciudades. Además, muchas ciudades
ampliaron las líneas de ferrocarril de metro en su área.A partir de abril de 2013, las líneas de
cercanías de JR en Tokio , Osaka y Nagoya el área y la línea troncal de Tokio-Osaka y otras líneas
utilizan dc 1,5 kV en una longitud total de 6363.7 km. Los ferrocarriles privados más grandes con
aproximadamente 2.600 kilómetros de líneas de corriente continua de 1,5 kVsirven para
transmitir muchos viajeros desde zonas suburbanas a los centros urbanos, y diez ciudades tienen
una longitud de línea de metro totalmente combinado de 857 kilómetros alrededor de 1.650
subestaciones con unos 2.700 rectificadores que apoyan 49.000 unidades múltiples eléctricas (
EMU ). A partir de la década de 1970, EMU dc japonés utilizó la tecnología de control del chopper
para motores de tracción de corriente continua que permite el frenado regenerativo. Después de
la década de 1980 se adoptaron los motores de tracción asíncronos con tecnología invertida,
alimentado por voltaje. Ahora, más de 80 % losEMUs japoneses pueden usar el frenado
regenerativo. Nuevos materiales como el aluminio y el acero inoxidable ayuda a ahorrar peso en
los cuerpos. Después del terremoto de Tohoku de la costa del Pacífico el 11 de marzo de 2011 y la
escasez de energía resultantes, JR tuvo que ahorrar más energía. De este modo, varias empresas
ferroviarias instalaron sistemas de almacenamiento de energía con baterías de iones de litio,
supercondensadores, o volantes.
En la actualidad, un total de 3.667 kilómetros de líneas convencionales están electrificadas con
corriente alterna de 20 kV.
COURTING AND SPARKING
CORTES Y CHISPAS
Es la mejor edad " nueva " idea que ha existido durante el último siglo. Los diseños han cambiado
para que los vehículos eléctricos popular, pero hasta ahora, ningún diseño ha capturado la

4. imaginación del público o ganado fuerza del mercado. Esto se debe a que los consumidores
necesitan más datos sobre los vehículos eléctricos, sino que necesitan ser cortejada en la
fabricación de un mayor compromiso con la EV.Todos sabemos que los vehículos eléctricos son
buenos para nosotros. El hecho de que todos no tenemos más de ellos en nuestra dieta diaria de
transporte no es culpa de los fabricantes de automóviles o de los consumidores.
Los consumidores saben que, como la fibra, los vehículos eléctricos tienen sentido económico, se
benefician el medio ambiente y se han mejorado con "vitaminas ", como las últimas tecnologías.
Todos los ingredientes necesarios para una sutileza EV saludable y significativa ya están en el
mercado.Lo que falta es un cierto je nesaisquoi - una combinación ganadora de la tecnología, el
deseo y la comercialización para que los vehículos eléctricos indispensables para el promedio de
América del Norte. Todos los ingenieros y diseñadores de políticas pueden hacer que esto sea
una realidad, pero necesitan llevar con algo más que la cabeza, necesitan apelar al corazón de los
consumidores también.
Para avanzar, a veces hay que mirar hacia atrás y volver a evaluar los fracasos y los logros del
pasado. Las generaciones pasadas de diseños EV captaron la atención del público. La innovación y
la evolución son los pilares del desarrollo de EV.Escocés Robert Anderson construyó el primer
prototipo de un carro que funciona con electricidad, y durante el mismo período de tiempo, el
ingeniero alemán Andreas Flocken construyó el primer coche eléctrico en cuatro ruedas. Papa
Manufacturing, Connecticut, el primer fabricante de EV a gran escala en América del Norte, hizo
los coches eléctricos en la flota de taxis de Nueva York. Estas innovaciones impulsadas tecnología
EV en una industria en auge en los Estados Unidos que, en 1900, había abarcado el 28% del
mercado de vehículos de carretera. Este impulso se vio seriamente humedecido con la
introducción del Ford Modelo T de coche que funciona con petróleo. El mercado de vehículos
eléctricos se desplomó a cerca de la extinción debido a la predominancia de los motores de
combustión interna (ICE) y la disponibilidad de petróleo barato.
En los últimos años han visto un renovado interés en los vehículos eléctricos debido a los
crecientes precios del petróleo, así como los programas de investigación y desarrollo que han
mejorado significativamente la tecnología. Las iniciativas del Gobierno, como el programa de
vehículos de cero emisiones en California, que ha hecho que la tecnología sea más atractiva para
los fabricantes de automóviles. Toyota fue el primer auto híbrido comercial, vendiendo 18.000 en
1997.
¿Tiene nuestra relación tiene futuro?
Hoy en día, los vehículos ICE convencionales son una necesidad moderna, que se apoya en la
sociedad. Sin embargo, un gran número de autos en todo el mundo han causado graves
problemas de salud y ambientales. Calentamiento global,polución en el aire, y el rápido
agotamiento de los recursos de la Tierra son problemas de suma importancia.
La Agencia Internacional de la Energía ha presentado un mapa positivo y ambicioso camino para
lograr la adopción generalizada y el uso de los vehículos eléctricos y los PHEV en todo el mundo
para el año 2050. La hoja de ruta se dirige a una reducción del 30% en los niveles globales de C02
en el 2050 en relación con el 2005. La reducción se ejecutará a través de mejoras en la eficiencia
y el transporte electrificado, con una cuota de EV de al menos el 50% de las ventas globales de
vehículos ligeros. Para lograr ese objetivo, el apoyo de políticas es fundamental para garantizar
que el costo inicial es lo más asequibles posible y de que existe una infraestructura de recarga
adecuada. Por otra parte, la colaboración entre las empresas del sector público y privado debe
ser establecida y fortalecida a través de programas de investigación, estándares y el desarrollo de
infraestructura.
SHIPBOARD SOLID-STATE PROTECTION
A BORDO DE UN ESTADO SÓLIDO DE PROTECCIÓN
HIPBOARD SISTEMAS ELÉCTRICOS uso cada vez más la distribución de corriente continua como
parte integral de bajo voltaje (LV) de potencia de servicio del barco para la conexión directa de las
unidades de frecuencia variable (VFD) y otras cargas de misión a una fuente de corriente
continua, el espacio,eliminando el espacio y la sobrecarga de peso de front-end conversión ac /
dc . Los futuros sistemas de a bordo tendrán muchas de las mismas características y requisitos

5. que las micro redes dc, porque van a permitir que múltiples fuentes de generación y carga para
interactuar en un bus común. Una consideración fundamental para los sistemas de a bordo es la
supervivencia. Así los sistemas de corriente continua tienen la ventaja, ya que pueden interactuar
fácilmente con los sistemas de almacenamiento de energía, y que son capaces de conectar los
buses redundantes a través de diodos de subastas. La visión para la transmisión de potenciación
de generación en zonas eléctricas en los futuros sistemas de a bordo se está inclinando hacia los
sistemas de media tensión.
Criterios de diseño clave para la protección de fallo de tales sistemas son la previsibilidad de la
respuesta del sistema a los fallos, la velocidad a la que se elimina el fallo del sistema, y la
continuidad del servicio a las cargas. Al igual que con cualquier sistema de distribución eléctrica,
sistemas de continua tablero-nave tienen una arquitectura de manera que los fallos se pueden
aislar entre zonas eléctricas y dentro de una zona. Esto ha motivado a muchas investigaciones en
el desarrollo y uso de dispositivos de estado sólido protectoras (SSPDs). Además, se necesitan
nuevos paradigmas para la protección de falla a la que se aplican SSPDs. Este artículo relaciona
una visión general del arte actual de la protección de corriente continua utilizando SSPDs ,
incluyendo tiristor conmutado de puerta integrada (IGCT) frente de puerta aislada transistor
bipolar soluciones (IGBT) , para los sistemas de baja tensión y mVdc .
Distribución y Protección dentro de una zona eléctrica.- Dentro de una zona eléctrica y entre las
fuentes y cargas, existe un reto adicional presentado por la naturaleza de limitación de corriente
de SSPDs. Debido a que la SSPD limita activamente la corriente durante el proceso de falloaislamiento, la corriente es la misma aguas arriba y aguas abajo de la ubicación de la falla. Por lo
tanto, los enfoques convencionales de error de protección y coordinación-que dependen de caída
de tensión para asegurarse de que los dispositivos de protección más cercanos a la desconexión
por fallo de primera no funcionarán. En cambio, la inteligencia y la velocidad de los SSPDs locales
deben ser utilizadas en su totalidad para garantizar la previsibilidad en la respuesta del sistema
de protección a cortocircuitos, no importa en qué parte del sistema que puede ocurrir una
ERSPECTIVA.
El sistema logra tanto la segmentación de bus y aislamiento de fallos del bus para la gestión de
fallos. Usando SSPDs, este sistema implementa protección de falla entre las zonas eléctricas
utilizando los SSPDspara conducir rápidamente las corrientes de defecto a cero o bajo nivel y
doble hacia atrás el bus de distribución de corriente continua afectada (si es necesario ) en lugar
de permitir que los PCR lleven a cabo esa función. Esto permite que los conmutadores
electromecánicos (S1A ,S2A , S2, S3 , S3A) para abrir, aislar la avería del resto del sistema .
Cuando se producen fallos interna a una zona, en cascada SSPDs en combinación con
interruptores electromecánicos (S2B, S2C) realizar funciones protectoras coordinadas con
disyuntores convencionales sólo se utilizan para la protección de los usuarios alimentados
individuales o paneles de carga con corriente baja.
CUTTING CAMPUS
ENERGY COSTS WITH HIERARCHICAL CONTROL
CAMPUS DE CORTE
COSTOS DE ENERGÍA CON CONTROL JERÁRQUICO
Con la introducción de la red inteligente, hay un gran interés en la integración de las micro redes
inteligentes y flexibles en los sistemas de energía a gran escala. Las microredes se operarían a
nivel local en los modos de conexión a red y de la isla y puede proporcionar operación de
arranque negro.Las micro redes podrían agruparse en los niveles de distribución para mejorar la
economía "y la fiabilidad de las pequeñas DG como microturbinas y turbinas de viento de
generación, así como las Direcciones Generales con interfaces electrónicas de alimentación (PE)
como la fotovoltaica (PV) y pilas de combustible. Las interfaces de PE son rápidas, lo que permite
un control total de los transitorios mediante la introducción de inercia virtuales implementadas a
través de lazos de control conocidos como luce caída. La implementación de Droops permitiría
ajustar fundamentos en la frecuencia y el voltaje, los cuales son en proporción a la potencia real y

6. reactiva en los terminales del convertidor. Las micro redes utilizan pequeñas generadores de baja
o nula inercia, que son en su mayoría equipados con interfaces de educación física en las redes
de resistencia, mientras que la red de suministro eléctrico incluye grandes máquinas síncronas
con altas inercias y una red inductiva.
Las arquitecturas de control micro red se ofrecen en los modos de conexión a red y de la isla. Las
micro redes utilizan dos arquitecturas de control,el control de sistema multiagente y control
jerárquico. El sistema de control multiagente ofrece una unidad de generación de la autonomía,
reduce la manipulación de datos de gran tamaño, y aumenta la fiabilidad del sistema de control,
sin embargo, la puesta en práctica requeriría una infraestructura de control más complicado, que
no se recomienda para aplicaciones industriales. El control jerárquico de micro redes incluye
operaciones, primaria a nivel secundario y terciario. El control primario sería compartir la carga
entre las unidades DER utilizando Droops, tiempo que elimina las corrientes circulantes. El
control secundario eliminaría errores de estado estacionario impuestas por el control primario. El
control superior se garantizaría el funcionamiento económico y seguro del micro red y gestionar
las importaciones y exportaciones de energía del micro red con la red de suministro eléctrico. El
control jerárquico de micro redes minimizaría los costos de operación y aumentar la fiabilidad de
micro redes y mejorar el rendimiento dinámico de un sistema altamente no lineal a través de
diversas estrategias de control. El control jerárquico de micro redes “Islanded” usaría DER
existentes para la regulación de la frecuencia del sistema en diferentes períodos de tiempo.
Además, el uso de micro redes reduciría los requerimientos de comunicación entre las unidades
locales DER.
CUTTING THE CORD
CORTAR EL CORDÓN
AMID las crecientes preocupaciones sobre la seguridad energética, los impactos ambientales y las
limitaciones de recursos, grupos del sector privad, tanto pública y piden una mayor inversión en
energías renovables y fuentes de energía alternativas. Sin embargo, pese a los llamados para
reducir la dependencia del país del petróleo, alejándose del petróleo como fuente de energía ha
demostrado ser extremadamente difícil, especialmente en el sector de transporte de alto
consumo energético. Petróleo, con su alta energía y densidad de potencia, es ideal para el
transporte. Para empeorar las cosas, se espera que el número de vehículos en todo el mundo
para aumentar dramáticamente en los próximos años debido al aumento del poder adquisitivo
en los países en desarrollo, lo que lleva a una mayor proporción de la contaminación del aire y
gases de efecto invernadero procedentes del transporte, así como una mayor competencia por el
petróleo.
Los sistemas de transporte propulsados por electricidad pueden ayudar a reducir el consumo de
petróleo. En el caso del transporte eléctrico personal, los vehículos se pueden conectar a la red y
sus sistemas de almacenamiento de energía a bordo se recargan usando electricidad limpia y
renovable.Si se gestiona adecuadamente, plug-in de vehículos podría ser acusado durante los
períodos de demanda ley (por la noche) cuando hay un exceso de capacidad en la red, lo que
minimiza la presión sobre la red y evitar las adiciones importantes de generación y de
infraestructura de transmisión.