Modernización de la infraestructura ferroviaria con transductores de alta tensión de Knick y sistemas DAQ de Dewesoft

En las ciudades, ya sean grandes o pequeñas, miles de millones de personas en todo el mundo utilizan a diario el transporte público. El funcionamiento ferroviario requiere la supervisión y el mantenimiento de cientos de subestaciones de corriente de tracción, disyuntores, transformadores, rectificadores y relés de protección. En la infraestructura ferroviaria es necesario registrar continuamente numerosos parámetros, por ejemplo, el voltaje, la corriente y la temperatura. Una empresa de transporte público se enfrentaba al problema de que el gran número de canales no podía registrarse con los sistemas de medición existentes. Para superar este desafío, la empresa de transporte público buscó medidores de alta tensión y sistemas de registro de datos para la tecnología ferroviaria. En el siguiente artículo descubrirá qué solución encontró y cuáles fueron los beneficios que obtuvo.

El desafío

La supervisión del voltaje, la corriente y las temperaturas en las subestaciones de corriente ferroviarias y los puntos de acoplamiento plantean grandes exigencias técnicas, especialmente en instalaciones con disyuntores de alta velocidad, transformadores, rectificadores y relés de protección. La supervisión de vehículos ferroviarios, valores de corriente y voltaje, así como componentes de las subestaciones está estrechamente relacionada entre sí y requiere sistemas DAQ de gran aislamiento, así como transductores de alta tensión. Los ingenieros de la empresa de transporte reconocieron la necesidad de un sistema descentralizado para el registro sincronizado de datos y se propusieron encontrar una solución.

Como los trenes de la empresa de transporte funcionan con electricidad, es muy importante supervisar los altos voltajes y corrientes. El hardware utilizado debe disponer de una separación galvánica fiable con el fin de garantizar la seguridad al registrar estos datos. Además, las mediciones deben realizarse con extrema exactitud y rapidez. La clasificación correcta de estos parámetros eléctricos en relación con el rendimiento del equipo de la subestación es determinante.

Los cortocircuitos y otros eventos potencialmente peligrosos pueden detectarse con antelación y solucionarse rápidamente gracias a la comunicación directa entre el transductor, el relé de protección y el disyuntor de alta velocidad. La seguridad, la velocidad y la precisión son fundamentales para registrar de forma fiable los procesos transitorios en condiciones de funcionamiento variables.

Los transformadores y rectificadores transforman la corriente de la tensión alterna de la red eléctrica y la alimentan al sistema eléctrico ferroviario. Los aumentos de temperatura pueden indicar conexiones eléctricas sueltas, desgastadas o defectuosas, de modo que es imprescindible supervisarlas en diferentes puntos de medición.

Gracias a una supervisión precisa del voltaje, la corriente y la temperatura, la empresa de transporte público puede solucionar los problemas antes de que afecten al funcionamiento o provoquen fallos de seguridad. La supervisión continua permite a la empresa de transporte determinar el estado general de las instalaciones ferroviarias y, simultáneamente, registrar valiosos datos históricos con el fin de analizar las causas de los fallos del sistema. De este modo, los equipos de mantenimiento están siempre informados sobre el estado de las instalaciones y se pueden evitar puntualmente posibles interrupciones del funcionamiento.

Los ingenieros de la empresa de transporte público estudiaron el mercado y descubrieron los transductores de alto aislamiento de Knick y el sistema DAQ Krypton de Dewesoft:

Solución n.° 1: Transductor de Knick

Las especificaciones eléctricas de la empresa de transporte incluyen una amplia lista de requisitos para los transductores. Entre ellas se encuentra un aislamiento eficaz y duradero a partir de 2,2 kV para la protección contra tensiones continuas, así como una tensión de prueba de 10 kV para la protección contra sobretensiones transitorias. Para registrar exactamente las curvas de señales transitorias, los valores medidos deben ser lineales hasta al menos el 200 % del rango nominal del transductor. La velocidad de transferencia juega un papel fundamental: un cambio del 90 % en la señal de entrada debe aparecer en la salida en un plazo de 110 microsegundos, conocido como T90.

Los datos de prueba con transductores de Knick de la serie P41000 demuestran la linealidad hasta el doble del rango nominal.

La empresa de transporte público se decidió por los transductores de corriente de Knick de la serie P41000 y los transductores de tensión de Knick de la serie P42000. Estos modelos cumplen los requisitos del proyecto, o incluso los superan, y se han afianzado a lo largo de muchos años como transductores estándar para aplicaciones exigentes en la industria ferroviaria.

Estos dispositivos compactos pueden montarse en carriles DIN de 35 mm. La parametrización de entrada y salida puede seleccionarse de forma flexible. La fuente de alimentación universal soporta entre 20 y 253 V CA/CC. La separación de 3 puertos galvánica entre la entrada, la salida y la alimentación ofrece una protección contra tensión continua de hasta 3600 V CA/CC.

El P41000 mide la corriente a través del voltaje shunt, en este caso con una entrada nominal de ±50 mV seleccionada por la empresa de transporte. En combinación con un shunt potente, se pueden medir con precisión y seguridad corrientes de hasta 25 kA CC.

Con el transductor de tensión P42000, la empresa de transporte público quería supervisar un rango nominal bipolar de 1000 V CC y detectar fallos del sistema de hasta ±2000 V CC. Las ventajas de los transductores de alta tensión de Knick en los sistemas ferroviarios resultaron evidentes de inmediato: proporcionan datos incluso con frecuencias de corte superiores a 5 kHz.

Transductores de alta tensión de las series P41000 y P42000 de Knick

Solución n.° 2: KRYPTON

Los módulos DAQ KRYPTON combinan el grado de protección IP67, un rango de temperatura de funcionamiento extremo de -40 a +85 °C (-40 a +185 °F) y una inmunidad a los golpes de hasta 100 g, sin pérdida de rendimiento. Gracias a su diseño compacto, los módulos KRYPTON se pueden integrar fácilmente en los armarios de control de la infraestructura de transporte público.

La serie DAQ KRYPTON de Dewesoft abarca módulos monocanal y multicanal.

Los módulos KRYPTON utilizan ADC de 24 bits con filtrado anti-aliasing integrado en cada canal, lo que garantiza el máximo rendimiento DAQ. Los módulos KRYPTON proporcionan resultados de medición precisos con un ancho de banda elevado. El aislamiento y las conexiones industriales estandarizadas también jugaron un papel clave. Los módulos KRYPTON se comunican a través de EtherCAT, una interfaz Ethernet especialmente adaptada para sistemas DAQ que permite transferir corriente, señales e información temporal a través de un solo cable. El protocolo EtherCAT garantiza la sincronización temporal de todos los módulos en la cadena de medición.

Con una frecuencia de muestreo de 20 kHz, el módulo KRYPTONi-8xLA realiza simultáneamente análisis FFT y de armónicos de todas las entradas analógicas. Funciones como la creación de fórmulas propias, filtros y estadísticas en tiempo real hacen de Dewesoft la solución ideal.

Las entradas digitales de los módulos KRYPTONi-16xDI registran con precisión las señales digitales de encendido/apagado de los relés de CC. Estas señales digitales activan una grabación con la frecuencia de muestreo máxima antes y después de la desconexión de un disyuntor, registrando así picos de tensión momentáneos sin pérdidas y con gran precisión. Estas grabaciones de alta velocidad son fundamentales para determinar las causas de los fallos y ayudan a los ingenieros de la empresa de transporte público a desarrollar soluciones y evitar futuros fallos.

Módulo KRYPTONi-8xLA

Módulo KRYPTONi-16xDI

Conclusión

La empresa de transporte público invirtió estratégicamente en soluciones de Knick y Dewesoft para modernizar su infraestructura ferroviaria. Las salidas escaladas de los transductores de Knick se adaptan perfectamente a las entradas de los módulos KRYPTON de Dewesoft. Estos dispositivos registran y analizan datos históricos y en tiempo real, lo que permite a los ingenieros de la empresa de transporte tomar decisiones fundamentadas. De este modo, es posible detectar y reaccionar en tiempo real ante fallos inesperados del sistema de distribución eléctrica. La seguridad de sus sistemas eléctricos, y de las personas que los utilizan, es su máxima prioridad.

La supervisión y el mantenimiento de instalaciones de corriente de tracción suponen un auténtico reto. La combinación de las soluciones presentadas y los conocimientos especializados de los ingenieros de la empresa de transporte público redujo los tiempos de inactividad, mejoró el rendimiento y aumentó la eficiencia. Estas mejoras aumentan la satisfacción de los pasajeros.