TRACCIÓN ELÉCTRICA DEL TGV-SE

En 1983 entraba en servicio comercial la línea de alta velocidad francesa entre Combs la Ville a Saint-Florentin, que junto con el tramo que ya estaba en servicio desde 1981 y que desde Saint-Florentin llegaba hasta Sathonay; completaba la línea que unía París con Lyon. Para dar servicio adecuado a las características de explotación que permitía la línea, SNCF encargó a Alsthom-Atlantique y Francorail-MTE la construcción de 97 ramas TGV, todas ellas capaces de alcanzar la velocidad máxima comercial de 270 km/h y circular bajo catenaria de 1.5 kV c.c. y 25 kV c.a.; sin embargo seis de las ramas están concebidas para circular también bajo catenaria de 15 kV 16 2/3 Hz c.a., de este modo pueden dar servicio en las líneas helvéticas y unir París con Lausanne.

Lo interesante de este material, y el objetivo de este artículo, es recordar, muy someramente, las características eléctricas que hicieron posible el primer servicio comercial de un tren de alta velocidad en Europa. Cada rama de TGV está compuesta por dos cabezas tractoras y ocho remolques intermedios. Cada cabeza tractora es una locomotora carenada aerodinámicamente y con una única cabina de conducción en un extremo, existen dos bogies de dos ejes cada uno y un motor por eje en cada cabeza tractora. De este modo, se obtienen un total de ocho ejes motores en las dos cabezas tractoras que componen una unidad o rama. Los remolques están a su vez unidos de un modo articulado, es decir, dos remolques contiguos se apoyan en un único bogie, excepto los extremos que al estar unidos por los aparatos clásicos de tracción y choque (topes y gancho de husillo), deben, a su vez apoyarse en un bogie sin compartir. Esta particularidad añade rigidez a todo el conjunto de coches remolques, permite aligerar el tren y respetar un límite de carga de 17 toneladas por eje, condición que se debe cumplir debido a las características de rodaje a alta velocidad. En total existen ocho coches remolques, como decíamos, y nueve bogies remolques, sin embargo, en el caso de las ramas TGV SE (Train à Grand Vitésse Sud-Est), los bogies extremos de los coches remolques, aquellos que no están compartidos, son también motores. 

Existen tres modos de funcionamiento del equipo eléctrico (cuatro si añadimos el funcionamiento bajo catenaria de 15 kV, pero no lo haremos en este momento), a saber: tracción bajo catenaria de corriente contínua, tracción bajo catenaria de corriente alterna y frenado reostático. El equipo eléctrico está constituido por tiristores y diodos de potencia, que conectados como puente rectificador mixto, permite la circulación bajo catenaria de corriente alterna y contectados como 'choppers' permite la circulación bajo catenaria de corriente contínua. Los equipos de cada motriz están distribuidos en tres bloques, uno por bogie (dos bogies en la propia motriz y el tercer bogie motor en el contiguo del coche remolque).

Al circular bajo catenaria de corriente alterna, que es la que está instalada en la línea de alta velocidad, el transformador reduce la tensión de alimentación y alimenta a cada bloque motor mediante tres arrollamientos secundarios diferentes. El puente mixto de cada bloque motor, formado por dos ramas de tiristores y otras dos de diodos, rectifica la corriente alterna y regula, mediante los tiristores, la tensión de alimentación de los motores de tracción de su bogie correspondiente. 

Circuito simplificado bajo corriente alterna:

Cuando se circula bajo catenaria de corriente contínua, la que se encuentra en numerosas regiones de Francia, los tiristores y diodos se conectan formando un equipo 'chopper', cada 'chopper' de cada bloque motor regula la tensión de alimentación de los motores de tracción del bogie correspondiente.

Circuito simplificado bajo corriente contínua:

Durante el frenado reostático, cada bloque motor asegura el funcionamiento del equipo correspondiente a su bogie motor, de forma totalmente independiente a los otros bloques motores. El 'chopper' se utiliza para regular el valor de la resistencia óhmnica de frenado. La corriente de excitación de los motores se obtiene de una batería independiente para cada bloque motor.

Circuito simplificado en frenado reostático:

Los 12 motores de tracción son de colector y funcionan con corriente contínua, no existiendo 'shuntado' o debilitamiento del campo inductor, cada motor posee una potencia contínua de 525 kW.

La tecnología de los años 80 permitió dar el primer paso firme en el desarrollo tecnológico de la alta velocidad en Europa. El hecho de regular las máquinas eléctricas con puentes mixtos rectificadores o 'choppers' era un firme paso en la utilización de semiconductores de potencia en la tracción ferroviaria, paso que más adelante llevaría al desarrollo de los sistemas de tracción actuales.

¿LA 252 EN SERVICIO DE MERCANCÍAS?

Este comentario tiene como objetivo la contextualización de un artículo más extenso que será debidamente publicado en cuanto esté terminado. A raíz de las compras de nuevo material realizadas en renfe en los últimos años, orientadas, con gran acierto, a la explotación de material TALGO denominado serie 7, se están liberando de numerosos servicios a las potentes locomotoras de la serie 252. Sin entrar en la discusión sobre la política comercial de renfe, desde el punto de vista de explotación, la necesidad de locomotoras de potencia adecuada a los trenes que arrastran, con capacidad de circular en dos anchos diferentes y bajo dos tensiones/corrientes diferentes y con velocidades adecuadas a las nuevas líneas de alta velocidad ha impulsado la compra de las nuevas cabezas tractoras constituyento, junto con el material TALGO serie 7, la nueva serie de trenes autopropulsados 130.

Es interesante recordar que las cabezas tractoras de la serie 130 son la aplicación concreta de los parámetros constituyentes de la familia ferroviaria TRAXX, de Bombardier, concepto de modularidad llevado a la práctica con gran éxito, teniendo en cuenta que con mínimos cambios, la familia TRAXX abarca desde locomotoras monotensión exclusivas de servicio de mercancías hasta locomotoras capaces de arrastrar trenes de alta velocidad hasta una velocidad comercial de 330 km/h.

Pero volviendo al tema que nos ocupa, la entrada en servicio de estas locomotoras, como decíamos, ha liberado a las locomotoras de la serie 252, existiendo la posibilidad de asignarlas a servicios de mercancías, y más teniendo en cuenta que siempre se las ha considerado de 'servicio universal' es decir, capaces de arrastrar tanto trenes de viajeros como de mercancías, con las características propias de cada uno de ellos, siempre teniendo en cuenta las limitaciones físicas.

Teniendo en cuenta los cálculos dinámicos que permiten obtener esfuerzos de tracción, velocidades máximas y demás información, de la observación de las características de la locomotora, obtenemos que para un peso adherente de entre 86 y 90 toneladas, teniendo en cuentas las diferencias que existen entre las locomotoras monotensión y bitensión, el esfuerzo máximo en el arranque y hasta una velocidad en torno a los 70 km/h es de unos 300 kN, limitación impuesta, como decíamos, por lel coeficiente de adherencia relativo al peso (obviando los imponderables debidos a condiciones del carril o climatológicas).

Dadas las características de los motores que poseen las locomotoras 252, es posible modificar el par en llanta a partir del par motor eléctrico modificando las coronas dentadas del rotor del motor y del eje. De este modo, a partir de los 70 km/h obtendríamos más par motor, pero perderíamos velocidad punta; condición asumible si lo que se desea es especificar más las capacidades de las locomotoras hacia servicios de mercancías, ya que no son necesarias velocidades por encima de 140 km/h o incluso 100 km/h.

Otras modificaciones que surtirían efecto, pero que suponen una modificación en profundidad, casi un rediseño de la locomotora, podrían ser rebajar la altura del punto de tracción entre bogie y caja, recordemos que en el caso de las 252 consiste en un pivote, o el lastrado de la locomotora hasta conseguir las 100 toneladas de peso adherente o más.

En cualquier caso, una política inteligente de adaptación de las locomotoras 252 a servicios de mercancías incluye un pormenorizado estudio de las necesidades de tracción; es evidente que reasignarlas a mercancías desde viajeros porque 'sobran' no es un criterio serio y coherente. Del resultado de ese estudio , si se desprende que existen una serie de servicios que se avienen a las características de las 252 con las modificaciones económicamente viables, realizarlas. Sin tener los resultados de las simulaciones teóricas que el artículo contemplará, se podría afirmar que trenes de mercancías de entre 600 y 1000 toneladas que deban circular a una elevada velocidad, dadas las características de las velocidades de trenes de mercancías, podrían ser una buena reutilización de las mismas.