La señalización de circuitos es una de las tecnologías más críticas que sustentan la seguridad y la eficiencia operativa de las redes ferroviarias modernas. Desde su invención a finales del siglo XIX, ha permitido la detección automática de posiciones de trenes, la prevención de colisiones y la densibilidad de tráfico más elevada tanto en las líneas de metro urbano como en los corredores interurbanos de alta velocidad. Entendir los principios detrás de circuitos es esencial para cualquier persona involucrada en ingeniería ferroviaria, operaciones o mantenimiento.

¿Qué es señalización de circuito de pista?

El control de señalización es un sistema en el que los propios ferrocarriles forman parte de un circuito eléctrico que detecta la presencia de un tren dentro de una sección definida de la pista. La línea ferroviaria se divide en segmentos aislados eléctricamente, cada uno formando un circuito de pista. Cuando un tren entra en una sección, sus ruedas y ejes crean un cortocircuito entre los dos carriles de funcionamiento, alterando las condiciones eléctricas en ese circuito.

Primero patentado en los Estados Unidos en 1872 por William Robinson, el circuito de pistas se convirtió en comercialmente viable en los años 1890 y rápidamente se extendió a través de redes de tránsito rápido y en línea principal en todo el mundo. Hoy sigue siendo un elemento fundamental de señalización convencional, con miles de millones de millas de circuito de circuitos instalados a nivel mundial.

Cómo funciona la señalización de circuitos de seguimiento

Principio eléctrico básico

Un circuito de pista funciona en un principio eléctrico simple: los dos carriles de una sección de pista están conectados en un extremo a una fuente de energía (batería o transformador) y en el otro extremo a un relé sensible u otro dispositivo de detección. Los propios carriles actúan como conductores. En ausencia de un tren, corrientes corrientes corrientes de la fuente a través de un carril, a través de la bobina de relé, y detrás por el otro carril, manteniendo el camino de la vía de relé

Componentes clave

  • Fuente de potencia: Suponga la energía eléctrica para el circuito. Típicamente, una fuente de AC o DC de baja tensión, a menudo alrededor de 1–12 voltios, para evitar interferencias con la potencia de tracción y para garantizar la seguridad.
  • ] Juntas aisladas:] Juntas mecánicas que aislan las secciones de pista adyacentes eléctricamente. Se colocan en los límites de cada circuito de pista y evitan que la corriente se escape entre bloques.
  • Running Rails: Los propios carriles de acero sirven como los dos conductores del circuito. Deben ser eléctricomente continuos dentro del bloque y libres de los lazos rotos.
  • Relay: Un dispositivo electromecánico o de estado sólido que cambia de estado cuando las gotas actuales por debajo de un umbral. Los contactos del relé controlan directamente el aspecto de las señales de bordes o alimentan datos en la lógica interconectante.
  • Bonding Wires: Conductores de cobre flexibles que conectan secciones de ferrocarril entre juntas y interruptores, manteniendo la continuidad eléctrica a través de los desvíos y cruces.
  • Equipo de alimentación de la red: En circuitos de pista AC, esto incluye bonos de impedancia y unidades de sintonía para filtrar armónicos actuales de tracción y permitir la detección de trenes.

Tipos de circuitos de pista

Los circuitos de pista no son un tamaño-fits; se han desarrollado varias variantes para adaptarse a diferentes entornos operativos, sistemas de tracción y requisitos de fiabilidad.

DC Track Circuits

La forma más simple utiliza una fuente de energía DC (típicamente una batería) y un relé DC. Son baratas y fáciles de mantener, pero son susceptibles a las corrientes de tráfico eléctrico y fuga de tierra. Por consiguiente, los circuitos de pista DC se encuentran principalmente en líneas no electrificadas o en sistemas de tracción DC dedicados como redes de metro de tercera velocidad.

Circuitos de pista AC

Los circuitos de circuitos de corriente alternan con fuentes de alimentación AC y relés sensibles a AC. Ofrecen una mejor inmunidad a las corrientes de tracción de DC y pueden ser sintonizados con frecuencias específicas (por ejemplo, 50 Hz, 60 Hz, 83.3 Hz, etc.) para evitar interferencias. Los circuitos de pista de AC son ampliamente utilizados en los sistemas de electricidad de transmisión de frecuencias principales.

Circuitos de pista de código

En circuitos de circuitos codificados, la potencia se pulsa en una serie de códigos (por ejemplo, 75, 120 o 180 tipos de código por minuto). El patrón de código se transmite a través de los carriles y se detecta a bordo del tren a través de bobinas de receptor. Esto permite la transmisión de comandos de velocidad directamente al sistema de señalización de cabina del tren. Los circuitos de pistas codificados son un componente clave de sistemas de señalización de cab como el PúlsePC de señalización de señalización de señalización de señalización de señalización de señalización de señalización de señalización de señalización de señalización de señalización de señalización de la US-C.

Circuitos de pista sin articulaciones

Las líneas modernas de alta velocidad y alta densidad suelen utilizar circuitos de circuitos sin articulaciones (también llamados audio-frecuencia). En lugar de las articulaciones aisladas, dependen de frecuencias eléctricas sintonizadas que están aisladas por los bonos de impedancia. Diferentes bandas de frecuencia son asignadas a bloques adyacentes. Los circuitos de circuitos sin junta eliminan la debilidad mecánica y la carga de mantenimiento de las articulaciones, haciéndolos ideal para operaciones largas de alta velocidad

Ventajas de la señalización de circuitos de pista

  • Detección Automática de Tren: No se requiere intervención humana para detectar la presencia de un tren; el sistema funciona continuamente y de forma fiable en condiciones normales.
  • Diseño de la seguridad: En la abrumadora mayoría de los diseños de circuitos de pista, el estado predeterminado cuando un componente falla es indicar “ocupado” (peligro), causando señales para mostrar rojo. Este principio seguro de fallo es una piedra angular de la seguridad ferroviaria.
  • Monitoreo continuo: El circuito de circuitos también puede detectar los raíles rotos, si se rompe el circuito, se rompe el circuito y se despliega el relé para indicar un bloque ocupado, proporcionando un beneficio adicional de seguridad.
  • Scalability:] Los circuitos de seguimiento se pueden aplicar a líneas de cualquier longitud o complejidad, desde líneas simples de ramas hasta densos metros urbanos con cientos de bloques.
  • Low Costo operativo: Una vez instalados, los circuitos de circuito requieren energía mínima (a menudo alimentada por energía solar para líneas remotas) y tienen largas vidas de servicio.
  • Compatibilidad con los sistemas existentes: Los circuitos de seguimiento se integran bien con las señales tradicionales de la carretera, los interbloqueos y los sistemas de control de trenes.

Limitaciones y desafíos

A pesar de su adopción generalizada, la señalización de circuitos de circuitos tiene limitaciones muy conocidas que los ingenieros ferroviarios deben manejar.

  • ]Susceptibilidad a las condiciones ambientales: Las hojas húmedas, la oxidación o las superficies ferroviarias grasientas pueden reducir el contacto eléctrico entre ruedas y carriles, lo que lleva a “el remolino de pobres” donde no se detecta un tren correctamente. Esta es una causa conocida de fallas de detección de trenes.
  • Interferencia electrónica:] Las corrientes de tracción, especialmente de las líneas de alto voladizo DC o AC con alto contenido armónico, pueden interferir con el rendimiento de circuito de circuitos. Se requiere un ajuste y filtrado cuidadoso.
  • ] Confiabilidad conjunta aislada: Las articulaciones aisladas mecánicas son puntos débiles; pueden romper o romperse bajo estrés térmico o cargas de eje pesado, causando falsas indicaciones de ocupación.
  • ]Ancho de banda reducido para la transmisión de datos: Los circuitos de pista tradicionales sólo pueden transmitir un estado binario único (ocupado/claro) o, al mejor, unas cuantas velocidades codificadas. No soportan el intercambio de datos de alta ancho de banda requerido por los sistemas modernos de control de trenes.
  • Mantenimiento en complejos diseños: Las estaciones, patios y cruces requieren muchas articulaciones aisladas y arreglos complejos de unión, aumentando el costo de instalación y mantenimiento.

Modern Developments and Alternatives

Como las redes ferroviarias exigen velocidades más altas, cortas las pistas y mayor capacidad, la señalización tradicional de circuitos de circuitos se complementa o reemplaza por tecnologías más avanzadas.

Contratistas de eje

Los contadores de eje detectan el paso de las ruedas de tren contando el número de ejes que entran y salen de una sección. Dos sensores (tecnológicos de ruedas) colocados en los límites del incremento de bloques y decremento de un contador. Si el contador lee cero, el bloque es claro; de lo contrario, está ocupado. Los contadores de eje no se ven afectados por el despilfarro de mal y son inmunes a la tracción eléctrica.

Control de Trenes basados en la comunicación (CBTC)

CBTC está ampliamente desplegado en sistemas de metro urbanos. Utiliza la comunicación continua de radio de dos vías entre trenes y un sistema de control de distancia para determinar la posición de tren con alta precisión (a menudo a unos pocos metros). CBTC puede funcionar con bloques móviles en lugar de bloques fijos, permitiendo un funcionamiento mucho más corto y mayor capacidad. Mientras que CBTC no confía en circuitos de pista para la detección de trenes, a menudo utiliza circuitos de eje como un modo de seguridad y de retroceso.

Sistema Europeo de Control de Trenes (ETCS)

ETCS es el estándar para los ferrocarriles de alta velocidad y línea principal en toda Europa y muchas otras regiones. Utiliza balises (transponders) y radiocomunicaciones (GSM‐R) para transmitir las autoridades de movimiento al tren. En el nivel más alto (ETCS Level 2 y 3), la posición de tren es reportada por el propio tren a través de la radio, reduciendo la necesidad de circuitos de circuitos de circuitos.

Circuitos de pista digital

Los circuitos de circuitos digitales modernos pueden codificar múltiples bits de información, permitiéndoles transmitir comandos de velocidad y otros datos mientras se realiza la detección tradicional de trenes. Sistemas como el sistema italiano BAcc o el ATC-1 japonés operan en este principio, combinando la detección robusta de circuitos de pista con capacidad limitada de transmisión de datos.

Aplicaciones y estudios de casos en el mundo real

La red ferroviaria británica, por ejemplo, utiliza una mezcla de circuitos de circuitos AC (50 Hz y 83.3 Hz) a través de su sistema de red de red de señalización de alta velocidad, con contadores de ejes que se están reelaborando en rutas de baja densidad. El metro de Nueva York opera en gran medida en circuitos de circuitos de circuitos de circuitos de circuitos de alta velocidad, mientras que el metro de Londres utiliza una combinación de circuitos de circuitos de circuitos de circuitos de circuitos de circuitos de circuitos de circuitos de circuitos de cableados para su red de cableados.

Un ejemplo notable de fallo de circuito de circuitos que causó un accidente importante es el accidente de tren de Ladbroke Grove en el Reino Unido, donde una señal pasó en peligro debido en parte a un circuito de pista que no detectó adecuadamente un tren debido a las malas condiciones de remojo. Este incidente subrayó la necesidad de estándares de remojo robustos y llevó a la adopción más amplia de contadores de eje como un método complementario de detección.

Para una lectura más detallada de la evolución técnica de los circuitos de circuitos, el artículo Wikipedia sobre circuitos de circuitos ofrece una perspectiva histórica detallada. Instituto de Ingenieros de Señal de Ferrocarriles (IRSE) publica numerosos documentos técnicos sobre diseño y rendimiento de circuitos de circuitos.

Retos de mantenimiento y fiabilidad

Para mitigar este efecto, los controles de control de la presión de la tierra son la mayor categoría de incidentes de señalización, a menudo causados por factores ambientales como el de la presión de la hoja o la contaminación de agua de lluvia. Para mitigar este efecto, los controles de la presión de la superficie son una medida de presión de presión de alta resistencia.

El mantenimiento predictivo mediante análisis de datos se está volviendo más común. Al monitorear el voltaje de relé de circuitos y los tiempos de respuesta con el tiempo, las fallas incipientes (por ejemplo, un cable de unión de debilitamiento lento) pueden ser detectadas antes de que causen un fallo operativo. El uso de sistemas de control remoto de condiciones ayuda a los ferrocarriles a reducir el número de fallas de señalización no planificadas.

Futuro de señalización de circuitos de pista

Los circuitos de seguimiento se volverán obsoletos? No en un futuro cercano. Muchas redes tienen un capital enorme invertido en infraestructura de circuitos de circuitos, y reemplazar cada bloque con contadores de ejes o CBTC sería económicamente infesible. En cambio, la tendencia es hacia sistemas híbridos: los circuitos de seguimiento permanecen en su lugar para la detección de trenes vitales y detección de fugas rotas, mientras que los sistemas de control de señales de circuitos (por ejemplo, ETCS o CBTV) pueden proporcionar funcionalidades más precisas

La clave para la confiabilidad futura radica en una mejor comprensión de la física de la reluciente de la rueda y el desarrollo de circuitos de pista que pueden autofinanciarse a cambiar las condiciones ambientales. Investigación en la transmisión de energía inalámbrica para circuitos aislados y el uso de la máquina de aprendizaje para detectar fallos incipientes son áreas activas de estudio.

Conclusión

La señalización de circuito de seguimiento sigue siendo una tecnología esencial para operaciones ferroviarias seguras y eficientes. A pesar de sus limitaciones, su principio de seguridad de fallos, costo relativamente bajo y capacidad para detectar los ferrocarriles rotos lo mantienen relevante en una era de control de trenes cada vez más digital. Entendiendo los principios, desde los circuitos eléctricos básicos hasta los sistemas de frecuencia de audio codificados, proporciona una base para cualquier persona que trabaje en señalización ferroviaria.