MÁS APUNTES SOBRE LA HISTORIA DE LA TRACCIÓN ELÉCTRICA: LA GENERACIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE CORRIENTE

Hasta el desarrollo de la alta velocidad, el ferrocarril del Irati (Pamplona-Sangüesa) fue el único electrificado en corriente alterna monofásica

 

En España, hasta la irrupción de las líneas de alta velocidad y salvo las excepciones del Gergal-Santa Fe y del ferrocarril del Irati, todas las electrificaciones ferroviarias y tranviarias se realizaron en corriente continua. Por ello, en esta entrada se analizarán algunos aspectos históricos relativos a la generación y transformación de la corriente eléctrica.

 

Las centrales generadoras

Conjunto de motor de vapor alternativo y dinamo de los tranvías de Tenerife, equipos suministrados por la firma belga ACEC de Charleroi

 

Las primeras electrificaciones se realizaron cuando todavía no existían las grandes redes de producción y distribución de energía eléctrica, por lo que, a la hora de electrificar un tranvía o un ferrocarril era preciso construir una central generadora propia. Este fue el caso de las electrificaciones de los primeros tranvías en Bilbao, San Sebastián, Madrid, Barcelona, Valencia, Sevilla o Tenerife. Para atender el servicio las empresas tranviarias levantaron pequeñas centrales térmicas, donde la quema de carbón generaba el vapor necesario para impulsar máquinas de vapor alternativas que, a su vez, hacían funcionar la dinamos generadoras que producían la corriente contínua directamente a la tensión de alimentación, normalmente entre 500 y 600 voltios. Posteriormente también se emplearon turbinas de vapor, en lugar de máquinas alternativas, como es el caso de la central del ferrocarril de San Sebastián a la frontera francesa y, también, motores diesel. De este último tipo se conserva el excepcional ejemplo de la Nave de Motores del Metro de Madrid en Pacífico.

El ferrocarril del Urola también contó con una central auxiliar generadora dotada de motores diesel

 

Las subestaciones de tracción

 

El desarrollo de las redes de producción y distribución de electricidad hizo que paulatinamente se fuera prescindiendo de las instalaciones autónomas de generación, al poder firmar contratos de abastecimiento con las grandes empresas del sector. Sin embargo, la distribución de energía eléctrica se realiza en alta tensión y en corriente alterna trifásica, por lo que es necesario proceder a su transformación y rectificación, antes de alimentar la catenaria del ferrocarril. Esta operación se desarrolla en las subestaciones de tracción.

Detalle de la subestación del ferrocarril de Bilbao a Plencia en Luchana, levantada en 1928 por la Compañía de los Ferrocarriles de Santander a Bilbao y hoy en servicio en la línea 1 de Metro Bilbao

 

En una primera fase, mediante transformadores, se reduce la tensión procedente de las acometidas de la red de distribución (por ejemplo, a 30.000 voltios en corriente alterna trifásica), para posteriormente proceder a su rectificación y transformación en corriente continua según el valor propio de la electrificación. Esta operación se ha realizado históricamente mediante los siguientes procedimientos:

Interior de la subestación de Luchana. En primer plano, a la derecha, un grupo motor-generador. Al fondo, a la izquierda, dos rectificadores de vapor de mercurio

 

Grupo motor-generador: Es el sistema más simple, que consiste en un motor de corriente alterna trifásica que impulsa una dinamo de corriente continua que directamente genera la tensión deseada. Sin embargo, al contar con dos máquinas rotativas, sometidas a grandes desgastes y averías, este sistema solamente se ha utilizado en las instalaciones más primitivas.

Conmutatrices de la subestación de Bergara (Ferrocarriles Vascongados)

 

Conmutatrices: Se trata de una evolución del sistema anterior, desarrollado a partir de la segunda década del siglo XX. En ellas, bajo un único armazón, se combinan una máquina de corriente alterna y otra de corriente continua, en las cuales se aprovechan las mismas bobinas para formar los devanados de motor y dinamo. Una de las grandes ventajas de este sistema era la posibilidad de utilizar el frenado de recuperación en las locomotoras, que permitía devolver a la red de suministro la energía generada en caso de que no fuera consumida por otro tren. Sin embargo, al constar de grandes masas rotativas, también estaban sometidas a fuertes desgastes, con los consiguientes problemas de mantenimiento.

El Museo Vasco del Ferrocarril conserva los equipos de la antigua subestación de tracción del Ferrocarril del Urola, equipado de dos rectificadores de vapor de mercurio Brown Boveri de 1925 y otro, en la imagen, de la General Eléctrica Española, de 1958

 

Rectificadores de vapor de mercurio: Este sistema comenzó a aplicarse en las subestaciones de tracción a partir de los años veinte del pasado siglo. Su funcionamiento se basaba en una característica específica del vapor de mercurio, el cual, en un espacio en el que previamente se ha realizado el vacío, solamente deja pasar la corriente en un sentido. Entre sus virtudes frente a las conmutatrices se encontraba la de su mayor rendimiento y su elevada fiabilidad, al tratarse de máquinas estáticas, no rotativas. Sin embargo, con ellos no era posible aprovechar las ventajas del freno eléctrico de recuperación. 

Interior de una moderna subestación de tracción de Metro Bilbao

 

Rectificadores de diodos de silicio: Uno de los primeros pasos de la electrónica moderna fue el desarrollo de los diodos de silicio, que permiten rectificar la corriente de forma análoga a los de vapor de mercurio pero sin necesidad de realizar el vacío (lo que permite prescindir de las pertinentes bombas aspirantes rotativas). Más fiables y seguros que sus predecesores, son también más respetuosos con el medio ambiente, al no emplear un metal pesado altamente contaminante como es el mercurio. En la actualidad, todas las subestaciones de tracción ferroviaria en España están dotadas de esta clase de rectificadores.

Subestación de tracción de Lasarte. La Compañía de los Ferrocarriles Vascongados levantó cinco subestaciones para la electrificación de su línea de Bilbao a San Sebastián y el ramal de Málzaga a Zumárraga

 

En las líneas electrificadas a corriente continua es preciso disponer de subestaciones de tracción como mínimo cada 20 kilómetros, ya que las caídas de tensión a mayores distancias serían muy importantes. En cambio, en las líneas electrificadas en corriente alterna es posible situarlas a distancias de 50 o más kilómetros.
 

 

Cuadro de distribución de la central generadora de los tranvías de Valencia

 

Las subestaciones pueden abastecer de energía a la catenaria, directamente, mediante conexiones situadas en el lugar en que ésta se ubica, o realizando acometidas a otros puntos intermedios utilizando líneas de alimentación específicas, denominadas feeder en el argot ferroviario, con lo que se consigue evitar en lo posible las caídas de tensión en las zonas más alejadas de ellas.

El retorno de la corriente a las subestaciones de tracción se realiza a través de los carriles. Por ello, era fundamental realizar conexiones eléctricas en las juntas de los carriles