El Comportamiento Eléctrico de los Arcos de Pantógrafo Ferroviario

El arco eléctrico es una consecuencia inevitable del proceso de recolección de corriente por contacto deslizante en ferrocarriles y metros, y en general en muchos sistemas de transporte electrificados (ETS). Las consecuencias más relevantes desde una perspectiva eléctrica son: la ocurrencia de transitorios que desencadenan comportamientos resonantes y respuestas transitorias, la reducción de la eficiencia energética del sistema, perturbaciones conducidas y radiadas, en particular para los nuevos sistemas de radio ampliamente empleados para señalización y comunicación. Los parámetros involucrados son muchos (tipo de materiales, intensidad de corriente, suministro de CC y CA, velocidad relativa, temperatura), así como las características estudiadas (inestabilidad del arco y vida útil, comportamiento dinámico, respuesta del sistema eléctrico, eficiencia de radiación y acoplamiento a sistemas de radio externos). Este trabajo informa sobre el estado del arte en modelado de arcos, caracterización experimental del arco, interacción con el sistema de suministro, emisiones radiadas y perturbaciones a sistemas de radio, proporcionando una descripción completa de fenómenos y de datos de referencia, discutiendo críticamente las similitudes y diferencias entre las fuentes. Los modelos de arco propuestos son muchos con diferentes suposiciones y simplificaciones para varias aplicaciones, por lo que una revisión y discusión crítica son una necesidad, considerando los muchos enfoques diferentes y su aplicabilidad no tan obvia. La comparación con resultados experimentales destaca discrepancias inevitables, también debido a la variabilidad intrínseca del arco y a los muchos parámetros y condiciones de operación involucrados. Luego se considera el impacto del arco como parte del sistema ferroviario, hablando de fenómenos conducidos y radiados, incluyendo la interferencia a sistemas de comunicación por radio y la detección de arcos. El efecto más notable para las emisiones conducidas es la excitación de las resonancias del sistema, incluidos los filtros LC a bordo del material rodante y las subestaciones en ferrocarriles de CC, con consecuencias para la perturbación y la eficiencia energética, y esto se discute en detalle. Por el contrario, para emisiones de alta frecuencia, la atenuación a lo largo del circuito de línea es significativa y la distancia efectiva de propagación es limitada; sin embargo, las emisiones del campo electromagnético radiado son una fuente relevante de perturbación para los sistemas de radio dentro de las instalaciones del ETS y afuera (por ejemplo, en aeropuertos). Se discuten los enfoques publicados para cuantificar la reducción del rendimiento, con énfasis en métodos experimentales.