Análisis de las Corrientes vagabundas

Analizaremos las corrientes vagabundas. En líneas ferroviarias urbanas tipo LRT (Light Rail Transit, por sus siglas en inglés), con trazados en superficie, los carriles suelen implantarse en plataformas reservadas o compartidas, embebidos generalmente en revestimientos de pavimento rígido y/o verdes (césped natural o artificial).

Esto se debe a que en entornos urbanos existe, en muchos casos, la necesidad de transitar sobre la plataforma tranviaria (por ejemplo: cruces con calzadas de vehículos, calles peatonales…, etc.) y la obligación de integrar visual y paisajísticamente la nueva infraestructura.

La existencia de canalizaciones metálicas soterradas en entornos urbanos (canalizaciones de servicios) obliga a aislar los carriles debido a que éstos forman parte del circuito eléctrico de alimentación de los tranvías (circuito de retorno).

Esta circunstancia puede afectar a las canalizaciones por el efecto de las corrientes vagabundas que pueden transmitirse a través del suelo hasta las citadas canalizaciones metálicas.

La norma UNE EN 50122-2:2023 (Aplicaciones ferroviarias. Instalaciones fijas. Seguridad eléctrica, puesta a tierra y circuito de retorno. Parte 2: Medidas de protección contra los efectos de las corrientes vagabundas producidas por los sistemas de tracción de corriente continua) indica expresamente que “la experiencia durante más de tres décadas demuestra que no se producen daños en las vías durante este periodo, si la corriente vagabunda media por longitud no sobrepasa el valor de 2,5 mA/m” para una vía ferroviaria en concreto.

En el presente blog se describe cómo se ha realizado un ensayo para medir el valor de las mencionadas corrientes vagabundas en una infraestructura ferroviaria de tipo LRT en funcionamiento, así como los resultados que se han obtenido.

Metodología del ensayo Corrientes vagabundas

El esquema establecido en la norma UNE EN 50122-2:2023 para realizar estas mediciones es el que se muestra a continuación.

En donde:

• R1 y R2 son los raíles de la vía sobre la que se va a realizar la medición
• E1 y E2 son electrodos de sulfato de cobre, denominados de referencia y remoto, respectivamente
• S_tg es el ancho de vía
• a es la distancia entre el carril de rodadura exterior y el electrodo de referencia (E1), que se establece en 1 m
• b es la distancia entre el carril de rodadura exterior y el electrodo remoto (E2), que se establece en 80 m
• U_RE es la medición del potencial del carril exterior que se realizará durante el ensayo
• U_1-2 es la medición de la tensión existente entre los electrodos E1 y E2 que se realizará durante el ensayo

Una vez seleccionados los puntos donde se van a realizar las medidas, teniendo en cuenta la disponibilidad de terreno natural junto al carril exterior de la vía en una franja de al menos 80 m de ancho, se realizaron las siguientes operaciones:

• Medida de la resistividad del terreno natural (ρ_e) situado en las inmediaciones de la vía, mediante el método Wenner
• Montaje del conexionado y realización de la medida de la conductividad de los carriles, de acuerdo a lo indicado en el apartado A-4 de la norma UNE EN 50122-2:2023

Los datos, tanto de la tensión en el carril con referencia al electrodo E2 como la del electrodo E1 se recogieron en un data logger, con una frecuencia de dos datos por segundo. Estos datos son tratados informáticamente para ajustar los valores para la tensión entre carril y tierra y eliminar los valores negativos (colocando un cero en su lugar). Posteriormente se realiza la misma operación para la diferencia de potencial entre los electrodos E1 y E2.

A partir de los valores obtenidos y las distancias de fijación de los electrodos se determina la conductividad de los carriles para la vía doble. Determinada la conductividad de la vía doble, se ajusta su valor para obtenerlo en siemens/km y se multiplica por el de la tensión para obtener la intensidad de la corriente vagabunda. Con la intensidad calculada, se evalúa su cumplimiento respecto a la norma UNE EN 50122-2:2023

Resultados obtenidos Corrientes vagabundas

La conductancia local por unidad de longitud se calcula mediante la siguiente expresión:

Siendo

• G´_RE la conductancia local por unidad de longitud entre los carriles de rodadura y la tierra en siemens por kilómetro (S/km)
• m_sr es la tasa de transferencia de la corriente vagabunda
• ρ_e es la resistividad del terreno, en ohmios por metro (Ω m)
• a es la distancia entre el carril de rodadura exterior y el electrodo junto al carril en metros
• b es la distancia entre el carril de rodadura exterior y el electrodo remoto en metros
• s el ancho de vía S_tg en vía única o la distancia entre los centros de las vías en vía doble, medida en metros.

El valor de la intensidad de la corriente lo obtenemos mediante la expresión:

I = G´_RE  x U_RE

Las mediciones se realizaron durante las 18 horas de servicio comercial en dos puntos diferentes de la línea tranviaria. Para el primero de ellos se obtuvieron los siguientes resultados:

Valores obtenidos en las mediciones del primer punto de ensayo

Para obtener el valor medio ponderado diario de los datos anteriores se ha de considerar un intervalo de 24 horas, en el que desde las 0:00 hasta las 06:00 horas no hay circulación de tranvías. El resultado del valor ponderado se muestra en la siguiente tabla:

 Valores ponderados para 24 horas en el primer punto de medida

Medida en ese punto la resistividad del terreno (ρ_e = 150 Ω · m) y tomando los valores de las distancias de colocación de los electrodos cercano y remoto (a = 4 m y b = 80 m, respectivamente), así como el ancho de vía s = 1,435 m se obtiene, utilizando la fórmula anterior, una conductancia local por unidad de longitud G´_RE = 0,003689 S/m. Por tanto, el valor medio de la intensidad de la corriente vagabunda en este punto de medida, para el sistema formado por las dos vías será:

I = G´_RE  x U_RE = 0,8515 V x 0,003689 S/m = 3,14 mA/m

Para el otro punto de medida las mediciones y valores ponderados durante 24 horas son los que se muestran en la siguiente tabla:

Valores obtenidos en las mediciones y ponderados del segundo punto de ensayo Corrientes vagabundas

Medida en ese punto la resistividad del terreno (ρ_e = 175 Ω · m) y tomando los valores de las distancias de colocación de los electrodos cercano y remoto (a = 4 m y b = 80 m), así como el ancho de vía s = 1,435 m se obtiene, utilizando la fórmula anterior, una conductancia local por unidad de longitud G´_RE = 0,003017 S/m. Por tanto, el valor medio de la intensidad de la corriente vagabunda para el sistema formado por las dos vías será:

I = G´_RE  x U_RE = 1,288 V x 0,003017 S/m = 3,88 mA/m

Conclusiones

Los resultados obtenidos de las corrientes vagabundas en la vía doble analizada han sido los siguientes:

• Primer punto de medición: Intensidad de corriente vagabunda = 3,14 mA/m
• Segundo punto de medición: Intensidad de corriente vagabunda = 3,88 mA/m

Ambos valores obtenidos son menores que 5 mA/m, es decir, el valor por cada una de las vías es inferior a 2,5 mA/m. Esta circunstancia corrobora que el grado de aislamiento de las vías estudiadas es tal que permite concluir que se cumple con lo indicado en el apartado 5.2 Criterios para la protección de las vías según UNE EN 50122-2:2023, donde se indica expresamente que “la experiencia durante más de tres décadas demuestra que no se producen daños en las vías durante ese periodo, si la corriente vagabunda media por longitud no sobrepasa el valor de 2,5 mA/m” para cada una de las vías

Autor: Raúl Parra Hermida. Docente en el Máster en Construcción, Mantenimiento y Explotación de Metros, Tranvías y Ferrocarriles.