Elementos de una catenaria
Estructuras de soporte de catenaria
Las estructuras de soporte tienen como fin sostener los cables (conductores) sobre el tren de la manera adecuada.
La estructura de soporte de la catenaria consta, en el caso más sencillo, de dos partes: el poste y la ménsula. Evidentemente el poste debe fijarse al terreno, ya sea este natural o no. En el caso de terreno natural se suele fundamentar con una zapata "Zapata (cimentación)") de hormigón, que en el argot ferroviario se denomina «macizo», «macizo de fundación» o «fundación». En el caso de fijarse sobre estructuras, existen múltiples métodos, siendo algunos de los más comunes los anclajes gewi, anclajes express, resinas epoxi, etc.
Los postes son pilares verticales que se levantan desde la altura del terreno hasta la altura adecuada para soportar la línea aérea de contacto. Existen infinidad de tipos, siendo los más comunes los metálicos y los de hormigón armado. Los de madera están actualmente casi olvidados, salvo en alguna línea minera o turística.
Las ménsulas son elementos estructurales, en voladizo desde el poste, que tienen como función sostener la línea aérea de contacto en su posición correcta sobre el tren.
Otras estructuras de soporte pueden ser los pórticos. Estos pueden dividirse en flexibles y rígidos.
Los pórticos flexibles (comúnmente llamados «funiculares») se componen de dos postes a ambos lados de las vías y uno o más cables que cruzan transversalmente sobre estas, amarrándose a los postes. Las catenarias cuelgan de estos cables, paralelas al trazado de las vías.
Los pórticos rígidos se componen igualmente de dos postes y en este caso de un dintel rígido entre ambos postes, que será el encargado de soportar las catenarias.
Conductores
Llamamos conductores a los cables que conducen la corriente eléctrica desde la subestación al tren. Los conductores normalmente asociados al sistema de línea aérea de contacto, o catenaria, pueden ser los siguientes:.
Regulación de la tensión mecánica
Los cables conductores que forman la catenaria (sustentador e hilo[s] de contacto) se ven sujetos a variaciones de longitud debidas a la dilatación térmica producida por los cambios de temperatura. Al variar la longitud de los cables, la geometría de la catenaria se modifica, aumentando la flecha de los cables al elevarse la temperatura.
Este efecto es indeseable para la calidad de captación del pantógrafo, por lo cual se instalan elementos de regulación automática de la tensión mecánica.
El elemento más sencillo para evitar este efecto (y el más efectivo) es la instalación de un equipo de contrapesos que tiran del cable manteniendo constante su tensión mecánica, lo cual mantiene constante la geometría del mismo.
Para disminuir el número de contrapesos necesarios se instala algún dispositivo que multiplique la efectividad del contrapeso. Los dispositivos utilizados fundamentalmente en este método son las poleas de ejes solidarios (concéntricas) y los sistemas de poleas de ejes paralelos (polipastos).
El principio de acción para las poleas de ejes solidarios se basa en que, al estar unidas a un mismo eje, componen un sólido rígido. Para que se mantenga el equilibrio en el mismo, debe cumplirse que la suma de momentos respecto al centro del eje sea cero; por lo tanto, la fuerza que ejercen los contrapesos multiplicada por la distancia desde su línea de acción hasta el eje es igual a la tensión (mecánica) de la línea por la distancia desde su línea de acción hasta el eje. Por consiguiente, la razón entre las fuerzas en ambos cables es inversamente proporcional a los radios de las poleas sobre las que se arrollan. Esta razón se conoce como 'factor de multiplicación' o 'relación de compensación'. Los valores usuales están entre 1:3 y 1:5.
El principio de acción para los polipastos se basa igualmente en que todos los elementos que componen el sistema son sólidos rígidos. Cada polea se encuentra sujeta por su eje a algún elemento rígido, o a otro de los cables que componen el polipasto, y la vez sobre ella se encuentra arrollado alguno de los cables. Para cada una de las poleas las fuerzas ejercidas en los distintos puntos de la misma deben cumplir el tercer principio de Newton (acción/reacción), de tal manera que la suma vectorial de todas estas fuerzas debe ser nula.
En este caso existe también el factor de multiplicación o relación de compensación, si bien esta vez no tiene que ver con el tamaño de las poleas, sino con el número de estas y la forma en que se fijan entre sí, y al poste o elemento de estructura sobre el que se ancla el conjunto.
Otro sistema empleado en la compensación mecánica son los resortes (muelles). Estos sistemas son también conocidos por su marca comercial "Tensorex".
El principio de acción del resorte es la Ley de Hooke.
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Como vemos, el resorte proporciona una fuerza variable en función de su elongación, lo cual es indeseable para mantener una tensión constante. La manera de convertir la tensión en un valor constante es introducir en el dispositivo una leva "Leva (mecánica)"), es decir, una polea de radio variable. Dicha leva debe estar perfectamente ajustada, de tal modo que la posición angular de la misma para cada elongación del resorte compense la constante de Hooke de dicho resorte.
Protecciones
Entendemos por protecciones los elementos de la instalación de la línea aérea de contacto no asociados a la transmisión de la corriente, sino que ejercen funciones de protección de la instalación frente a eventuales problemas como pueden ser: cortocircuitos, derivaciones, sobretensiones, vandalismo, etc. Las protecciones instaladas en las líneas aéreas de contacto dependen en gran medida de si la corriente que circula por dicha línea es alterna o continua y de la tensión de las mismas.
En corriente continua las protecciones más comunes son:.
En corriente alterna.
Sistemas asociados
Se agrupan en este campo los sistemas cuya finalidad principal no es conducir la corriente ni proteger la instalación, pero cuya función va asociada a la gestión de la línea aérea de contacto o a servicios alimentados por la tensión de la línea aérea de contacto.
En esta categoría podrían agruparse sistemas de medida y monitorización, sistemas de telemando de seccionadores, sistemas de reaprovechamiento de la energía de la frenada, alimentación desde la línea aérea de contacto a sistemas ajenos al sistema de electrificación (antenas GPRS, telefonía móvil, calefacción de agujas), etc.