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Normalmente un tren necesita una distancia importante para frenar, que puede ser superior a un kilómetro. Es por ello que las señales anuncian al tren cuándo debe parar con bastantes metros de antelación al punto de parada. Esto también es aplicable a las reducciones de velocidad, que deben ser anunciadas con mayor antelación cuanto mayor sea la reducción.
Esta situación suele resolverse con pares de señales: la que se sitúa en primer lugar indica que se debe comenzar a frenar, y la segunda indica el punto donde el tren debe detenerse o haber reducido su velocidad. En el caso de los semáforos, la secuencia que se encuentra el tren para detenerse es una primera señal de anuncio de parada (brazo inclinado en señales mecánicas, o ámbar en señales luminosas) y una segunda señal de parada (brazo horizontal en señales mecánicas, o rojo en señales luminosas) que es la que el tren no debe rebasar. En el caso de las señales de límite de velocidad, el tren se encuentra en primer lugar una señal que le indica que debe comenzar a frenar y la velocidad hasta la que debe hacerlo, y en segundo lugar le indica el punto a partir del cual la velocidad está limitada.
Las señales son muy variables de unos sistemas ferroviarios a otros, existiendo numerosas excepciones. En el caso de su posición, en algunos sistemas ferroviarios las señales de limitación de velocidad no disponen de un anuncio previo para que el tren frene, ya que los agentes de conducción conocen suficientemente la línea como para adaptar su velocidad con la debida antelación. Asimismo, en líneas con una gran capacidad de frenada, como las líneas de metro "Metro (sistema de transporte)"), puede no ser necesario la existencia de señales de anuncio, ya que los trenes son capaces de frenar sin problemas ante una señal en parada.
En un origen, el control de tráfico se realizaba entre estación y estación, de modo que se garantizaba que dos trenes no coincidieran en la misma vía, manteniendo un único tren entre dos estaciones contiguas. Para ello las señales se sitúan a la entrada y salida de la estación:.
Para la regulación del tráfico se han ido añadiendo nuevas señales:.
La generalización de bloqueos automáticos "Bloqueo (ferrocarril)") permitió situar más de un tren entre estaciones contiguas, dividiendo la vía en varios cantones. Con ellos se introdujeron las «señales intermedias», que protegen cada uno de los cantones. Al existir varias señales entre estaciones contiguas, cada una de las señales actúa como señal avanzada de la siguiente, situándose en anuncio de parada si la señal siguiente indica parada.
Señales permisivas
En aquellas señales intermedias en vías en las que solo se circula en un sentido y no hay aparatos de vía, se puede asumir que una señal de parada indica que nos estamos acercando al tren precedente. En este caso, entrar en un cantón ocupado no implica peligro siempre que no se produzca una colisión por alcance con el tren precedente. Por ello este tipo de señales se pueden rebasar cuando se tomen las precauciones necesarias para evitar la colisión, siendo estas condiciones habitualmente las de detenerse ante la señal en rojo para después reiniciar la marcha a muy poca velocidad hasta la señal siguiente. La escasa velocidad permite al operario del tren detenerse antes de la cola del tren anterior en caso de cualquier incidencia.
Este tipo de señales se denominan habitualmente «permisivas», ya que permiten ser rebasadas en rojo bajo ciertas condiciones. Se identifican con un cartelón en el poste de la señal que indica la permisividad (o la no permisividad en sistemas que consideran todas las señales permisivas por defecto), cartelón diferente según la normativa de cada país.
Cuando es posible entrar con precaución en un tramo donde hay otro tren, pero existen otros elementos protegidos por las señales (como que los aparatos de vía estén correctamente configurados), es necesario que el rebase sea autorizado por el gabinete de circulación, considerándose una señal no permisiva.
Señalización en cabina
La aparición de la alta velocidad y la imposibilidad de los agentes de conducción de observar adecuadamente las señales a esas velocidades, han llevado al desarrollo de sistemas de señalización en cabina. Hay una gran variedad de sistemas de señalización en cabina.
Entre los más sencillos están los sistemas de alarma automáticos "Sistema de alarma automático (ferrocarriles)"), que tienen la función de garantizar que el agente del tren haya comprendido las señales. Algunos disponen de un botón que el agente ha de pulsar tras pasar cada señal, y si el maquinista no reconoce la señal o la pasa en rojo, el tren frena automáticamente. La transmisión de la posición de las señales se realiza mediante balizas situadas puntualmente.
Los sistemas habitualmente utilizados en alta velocidad disponen de una pantalla donde indican la situación de las señales. Eventualmente pueden mostrarse otras indicaciones como el resto de las señales por delante en la línea, las limitaciones de velocidad u otras. Algunos sistemas incluyen indicadores analógicos, como indicadores de velocidad máxima. La transmisión se efectúa mediante balizas puntuales, cables radiantes, a través del carril o mediante radio.
Cuando el sistema de señalización es suficientemente avanzado, se puede llegar a prescindir de la señalización lateral. En el caso del sistema ERMTS existe la posibilidad de solo colocar un símbolo que indica el fin de cada cantón, para saber el punto ante el que tren se debe detener si la señalización en cabina así lo indica, sin que exista ninguna señalización luminosa. Muchas líneas de alta velocidad mantienen la señalización lateral para poder funcionar a baja velocidad en caso de incidencia del sistema de señalización en cabina y permitir la circulación de trenes que no disponen de cabinas preparadas.