enginyeria ferroviària

23/04/2014
II edició del curs d’especialització en:
ENGINYERIA FERROVIÀRIA
Del 7 de març al 20 de juny 2014
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MÓDULO 3: EXPLOTACIÓN FERROVIARIA
TEMA 6: Señalización y sistemas de protección ferroviaria
Subtema: Introducción al ERTMS
FECHA: 25 de abril de 2014
PROFESOR: Adrina Bachiller Saña
Contenido
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
Interoperabilidad
Espacio ferroviario Europeo Integrado
Marco Legal
ERTMS





Sistema ERTMS
Estado de implementación
Niveles ETCS
Modos de explotación del sistema ERTMS
Referencias
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Interoperabilidad
Interoperabilidad




Los ferrocarriles europeos durante siglo y medio se han desarrollado
con arreglo a regímenes nacionales, sujetos a normas técnicas y
reglas de explotación conformes a los requisitos nacionales.
El resultado de no existir una visión global de red europea es que la
red de ferrocarril europea actual está compuesta por un mosaico de
redes ferroviarias no integradas e incompatibles que hacen realmente
complicado la interoperabilidad eficiente sin que los costes se
disparen.
Existe, por tanto, una situación de falta de competitividad del ferrocarril
frente a otros medios de transporte, especialmente grave en lo que se
refiere al transporte de mercancías.
La fragmentación de la red ferroviaria europea se manifiesta
principalmente en aspectos técnicos referentes a la infraestructura,
como:






sistemas de señalización
sistemas eléctricos
ancho de vía
carga máxima autorizada por eje
velocidad máxima
longitud del tren.
Interoperabilidad
Ancho de vía

El ancho predominante en Europa es el ancho
internacional (1435 mm), pero también hay otros tipos
de anchos:




Ancho ibérico: 1668 mm
Ancho ruso: 1524 mm
...
En España se han
implantado cambiadores
de ancho para conectar la
red de ancho ibérico con
la de ancho internacional
(sólo utilizados por trenes
de viajeros) así como la
tecnología del tercer carril.
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Interoperabilidad
Sistema de electrificación
Existen distintas tipologías de alimentación eléctrica:
Corriente continua: En España e Italia 3 kV, en el sur
de Francia y Portugal 1’5 kV.



Corriente alterna: En las líneas de alta velocidad españolas y
francesas, en la red del Reino Unido, norte de Francia,
Portugal, etc 25 kV 50 Hz, en el centro y el norte de Europa 15
kV 16,7 Hz.
El paso por distintos tipos
de electrificación obliga a
cambiar la locomotora o a
que ésta disponga de
distintos tipos de
alimentación eléctrica.

Interoperabilidad
Sistema de señalización

En la red ferroviaria europea conviven hasta 24
sistemas de señalización y seguridad distintos. Sus
implicaciones son diversas:




Material rodante incompatible entre redes
Carencia de formación del personal en todos los sistemas.
El paso por distintos
tipos de señalización
también obliga a cambiar
de material motor o bien
que el tren vaya
equipado con más de un
tipo de señalización.
Es una de las mayores
barreras técnicas
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Interoperabilidad
Material rodante para tráfico transfronterizo

En trenes internacionales, se disponen distintos tipos de
señalización. Sin embargo, se trata de soluciones
económicamente inviables, debido a la creciente
sofisticación y carestía de los equipos:
Disposición bajo el bastidor de las antenas de los sistemas de control del tren en la serie 185 de los ferrocarriles alemanes DB AG
Interoperabilidad
Material rodante para tráfico transfronterizo

Un ejemplo es el tren Thalys PBKA que presta servicios
entre Paris, Bruselas, Colonia y Amsterdam:

Es un tren tetratensión:





7 sistemas de señalización:







25 kV 50Hz CA
15 kV 16,7HZ CA
3KV DC
1’5 kV DC
TVM
KVB
ATB
TBL y TBL 2
Indusi
LZB
El mantemiento de todos los sistemas ocupa espacio,
supone unos altos costes y complica el trabajo de los
maquinistas.
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Interoperabilidad
Concepto de interoperabilidad


Interoperabilidad es la capacidad de dos o más sistemas de
diferente origen para cooperar dentro de unos límites indefinidos
En el ámbito del ferrocarril, la interoperabilidad consiste en que ya
no sea necesario parar en las fronteras para cambiar de tren,
locomotora o conductor debido a que los sistemas de diferentes
fabricantes puedan trabajar juntos.


En referencia a la señalización, lo que debe suceder es que el
equipamiento embarcado y el instalado en la vía puedan ser de
distintos fabricantes.
Desde un punto de vista más teórico:

La interoperabilidad es la capacidad de un tren para circular por
cualquier tramo de la red ferroviaria de la Unión Europea de forma
segura y sin interrupciones, alcanzando los niveles previstos de
prestaciones.
Espacio ferroviario europeo integrado
Espacio Ferroviario Europeo Integrado


El Tratado de la Unión Europea establece que se deben
tomar las medidas necesarias para garantizar que las
redes sean compatibles mediante una normalización
técnica.
Se puede distinguir entre:


Interoperabilidad técnica: condición previa necesaria para que
los trenes circulen sin problemas a lo largo de toda la red
Interoperabilidad operativa: que ha de tenerse en cuenta,
además, para facilitar la circulación segura y sin interrupciones
de los trenes en corredores internacionales (one-stop-shop, por
ejemplo)
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Espacio ferroviario europeo integrado
Marco legal y normativo general
Espacio ferroviario europeo integrado
Marco legal y normativo específico

TSI específicas para control de trenes y señalización:
La consecuencia de estas TSIs es la obligación legal a los ferrocarriles de los Estados Miembros
de la UE de adquirir los sistemas ETCS y GSM-R para las líneas de nueva construcción y para la
sustitución de activos móviles, así como para las renovaciones de mayor alcance en líneas y
material rodante, para líneas de alta velocidad y líneas convencionales.
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Sistema ERTMS
SISTEMA ERTMS


ERTMS (European Rail Traffic Management System) es el sistema europeo
de control , comando y señalización de trenes, creado a comienzos de la
década de los 90.
Originalmente se financió con los fondos de los programa marco de
investigación y posteriormente a través de los recursos destinados a las
redes transeuropeas.
Sistema ERTMS
SISTEMA ERTMS

Está compuesto básicamente por dos subsistemas:

GSM-R (Global System for Mobile communication – Rail) basado en la
tecnología GSM estándar pero usando frecuencias específicas del
sector ferroviario y con ciertas funciones avanzadas. Este es el
sistema de telecomunicaciones que permite intercambiar
información (voz y datos) entre los equipos terrestres y los
embarcados.

El ETCS (European Train Control System), con el que se transmite
información de tierra al tren. Un ordenador a bordo (Eurocab) compara
la velocidad del tren con la velocidad máxima autorizada en el tramo
correspondiente y, en caso necesario, frena automáticamente el tren.
Existen diversos niveles de aplicación del sistema ETCS: En el nivel 1,
se transmite información mediante señales laterales y balizas estándar
(Eurobalizas), situadas a lo largo de la vía. En el nivel 2, se transmite
información por radio (GSM-R), por lo que las señales laterales resultan
innecesarias. Por último, en el nivel 3, el tren transmite directamente los
datos de posición correspondientes.
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Sistema ERTMS

Ventajas del ERTMS:






En caso de que el ERTMS se convierta en el sistema estándar, sus
componentes pasarían a fabricarse en grandes cantidades, con la consiguiente
reducción de costes. Los costes de la señalización a lo largo de la vía asociados
al sistema ETCS (en caso de que su uso sea exclusivo) son claramente
inferiores a los costes correspondientes a los sistemas convencionales. En
cuanto a los costes de los sistemas embarcados, cabe suponer que equivaldrían
a los de los sistemas actuales. Dado que, en lo sucesivo, sólo sería necesario
un sistema, también se lograrían ahorros en este ámbito.
La limitación a un único sistema en toda Europa reduciría la complejidad del uso
y el mantenimiento y simplificaría la formación de los maquinistas.
El sistema ETCS elevaría el nivel de seguridad de las líneas ferroviarias
convencionales (líneas que no sean de alta velocidad y transporte de
mercancías).
El rendimiento de las infraestructuras de la red ferroviaria podría incrementarse
gracias al sistema ETCS.
Por último, cabe suponer que la fijación de una única norma europea contribuiría
a fomentar el interés fuera de la Unión y redundaría en beneficio de la demanda
de los productos ERTMS para su exportación.
En síntesis, el despliegue de los sistemas ERTMS/ETCS debería suponer
un impulso para el tráfico ferroviario transfronterizo, tanto de mercancías
como de viajeros.
Sistema ERTMS: Estado de implementación
Estado de implementación




Proyectos de ETCS en Europa
desde finales de los noventa.
ETCS es cada vez más un
criterio de acceso de red.
Miles de km de líneas en 16
países se encuentran ya
equipados o en proceso de
equipamiento.
El sistema ferroviario ETCS
continuo se convertirá en una
realidad en el futuro debido a
los corredores priorizados por
la UE.
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
De hecho, más de 67.000
km de vías y 9.000
vehículos estan equipados
o contratados los equipos
para ser equipados con
ERTMS. Además, se ha
incrementado
significativamente en los
últimos 3 años.
En Europa,
principalmente en
Bélgica, Francia,
España, Dinamarca y
Suiza, pero también
en el resto del mundo
ERTMS contratos para equipar
infraestructuras, Septiembre
2013. Fuente: UNIFE
En el resto del mundo se está aplicando el ERTMS en todo tipo de
líneas (alta velocidad, mercancías, suburbanos,...). Los mayores
desarrollos se estan dando en Asia y el Norte de África.
Por tanto, parece que el ERTMS puede convertirse en el sistema de
señalización global.
ERTMS contractos para equipar infraestructuras, Septiembre 2013.
Fuente: UNIFE.

Pero este proceso no es nada sencillo. En este sentido, destacar que 80
expertos de UNIFE/UNISING, con la ERA, finalizaron en el año 2012 las nuevas
especificaciones ERTMS: Baseline 3.
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Sistema ERTMS: Niveles ETCS
Niveles ETCS

Nivel 0:


Nivel 1:




Señalización lateral y señalización en cabina.
Comunicación entre tren y vía por Eurobaliza
Detección de vía libre/ocupada (circuitos de vía).
Nivel 2:





Infraestructura no equipada con elementos
ERTMS (líneas antiguas).
Sin señales laterales, señalización en cabina
Comunicación entre tren y vía por radio (GSM-R)
Detección de vía libre/ocupada (circuitos de vía)
Eurobalizas para la sincronización de la
distancia
Nivel 3





Sin señales laterales, señalización en cabina
Comunicación entre tren y vía por radio (GSM-R)
Sin detección de vía libre/ocupada (sin circuitos
de vía)
Eurobalizas para la sincronización de la
distancia
Cantón Móvil (Moving Block)
Sistema ERTMS: Niveles ETCS
Descripción de los niveles de operación del ETCS

Nivel 1: La posición del tren es detectada por
los sistemas tradicionales en vía, los circuitos
de vía, que están conectados con los
enclavamientos. En este sistema se mantiene
la señalización lateral luminosa, y la transmisión
de la vía a los trenes se realiza sólo por
eurobalizas, situadas, al menos, al principio y al
final de cada cantón.
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Sistema ERTMS: Niveles ETCS

Nivel 2: en este nivel la señalización vertical es
prescindible, el intercambio de información entre
la vía y el tren es continuo y en las dos
direcciones, y se produce a través del sistema
GSM-R entre el centro de bloqueo de radio en la
línea (RBC, radio block center) y los trenes y
balizas pasivas, que son utilizadas para la
calibración odométrica y la transmisión de
algunos datos de la vía a los trenes. La
información se recibe de los enclavamientos y se
mantiene el sistema de bloqueo con un
cantonamiento muy inferior al del nivel 1.


Así, el bloqueo de trenes se realiza desde un
centro de bloqueo por radio (RBC, radio block
center) que recibe la información, por una parte de
los enclavamientos mientras que por otra transmite
la información a los trenes a través del sistema
GSM-R.
Nivel 3: En este nivel, desaparecen tanto las
señales laterales luminosas como los circuitos de
vía. La transmisión se realiza principalmente por
GSM-R si bien se mantienen las balizas de
relocalización. Existen tres grandes diferencias
con los niveles anteriores:



Localización del tren sin circuitos de vía
Aseguramiento de la integridad por el propio tren.
Sistema de bloqueo y cantonamiento móvil con el
subsiguiente incremento de la capacidad.
Sistema ERTMS: Modos de explotación
Modos de explotación del sistema ERTMS

Niveles de ETCS:

Nivel 1.



A) Las informaciones se transmiten por eurobalizas
situadas a lo largo la vía y conectadas a la señalización
existente. En principio, cada señal tiene su baliza. El
tren 2, pasa sobre la baliza A junto a la señal “verde” y
recibe la autorización de circular hasta el final de la
sección 2. Esta autorización le permite en principio
circular à la velocidad máxima de la línea (160 km/h en
nuestro ejemplo) hasta la baliza B que se encuentra en
la señal siguiente. Si no recibe otra información,
después de haber pasado la baliza B, el tren debería
frenar para parar antes de la señal de la baliza C.
B) En situación “normal” cuando el tren 2 pasa sobre la
baliza B, el tren 1 habrá liberado la sección 3. El tren 2
recibirá una nueva autorización para circular, esta vez
hasta la señal correspondiente a la baliza D. El tren
podrá seguir circulando a la velocidad máxima de la
línea, en nuestro caso a 160 km/h.
C) Sin embargo, si, por alguna razón, el tren 1 no ha
liberado la sección 3, la baliza B confirma la prohibición
de cruzar la señal que se encuentra en la baliza C, lo
que implicará que el tren deberá circular a velocidad
cada vez más reducida hasta detenerse en la baliza C.
El conductor no cruzará la baliza C hasta que la señal
pase a ámbar o a verde.
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Sistema ERTMS: Modos de explotación
Modos de explotación del sistema ERTMS

Niveles de ETCS:

Nivel 2.


D) Toda esas informaciones puede ser transmitidas por
radio (GSM-R) sin necesidad de señales laterales lo
que permite ahorros sustanciales en inversión y en
mantenimiento. La detección de la posición de los
trenes sigue efectuándose en el suelo (mediante
circuitos de vía, contadores de ejes...) pero el tren con
ETCS puede recibir por radio una nueva “autorización
de avanzar” en todo momento. Mientras que en nivel 1,
la información de que el cantón está liberado sólo podía
ser recibida al final de la sección 2, obligando así el
tren a circular a baja velocidad, con el nivel 2 la
información es disponible inmediatamente, lo que
contribuye à hacer el tráfico mas fluido.
Nivel 3.

E) Con el nivel 3, los trenes podrán enviar ellos mismos
su posición exacta, lo que permitirá crear cantones
móviles y optimizar la capacidad de las líneas y reducir
las instalaciones fijas y, al ,mismo tiempo, reducir de
forma importante los costes de inversión y
mantenimiento.
Sistema ERTMS Nivel 1
ERTMS Nivel 1

Se basa en el envío de información de la vía al tren, de forma puntual, a
través de las denominadas Eurobalizas.

Hay dos tipos de Eurobalizas:

Fijas: la información se programa en la baliza y es siempre la misma (es
independiente de las rutas). No están conectadas a ningún elemento de vía.

Conmutables: están conectadas al LEU (Lineside Electronic Unit), quien
proporciona a la baliza la información necesaria, variable, en función del estado
de la vía.
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Sistema ERTMS Nivel 1
Sistema ERTMS Nivel 2
ERTMS Nivel 2


La comunicación es bidireccional tren-vía. El equipo de vía encargado de
dicha comunicación es el RBC (Radio Block Centre). Ambos usan el
sistema GSM-R para comunicarse.
El RBC recibirá del tren su posición en la vía. A partir de ese dato y de la
información de señalización obtenida del enclavamiento, generará los datos
de Autoridad de movimiento que se enviarán al tren.

El RBC tiene internamente la posición de todos los elementos de vía y sus
características : balizas, agujas y velocidad asociada, circuitos de vía con su
longitud, restricciones de velocidad, gradientes, condiciones de vía,....
 Aunque el tren leerá la información de las balizas, no procesará la información
contenida en ellas (Autoridad de movimiento, condiciones de vía,....) y usará las
balizas para reportar su posición al tren y para relocalizarse.
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Sistema ERTMS Nivel 2

Para poder adquirir la información correspondiente a la señalización, el
RBC se ha de comunicar con los enclavamientos que gestionen su área de
influencia.
Referencias
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
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


Progress with Railway Interoperability in the European Union, 2011. Biennial Report.
European Railway Agency. http://www.era.europa.eu/DocumentRegister/Documents/Interoperability%20biennial%20report%202011_EN.pdf.
ERTMS/ETCS VIEWS AND EXPERIENCES. Written and edited by Jacques PORÉ,
IRSE-ITC on behalf of the International Technical Committee of the IRSE.
http://www.irse.org/knowledge/publicdocuments/2007_07_02_ERTMS_views_and_ex
periences.pdf
UN NUEVO SISTEMA DE SEÑALIZACIÓN PARA LOS TRENES DE EUROPA. A new
signaling system for Europe’s trains. Comunity of European Railway and
Infrastructure Companies CER, Marzo 2007.
ERTMS deployment in Spain: the advantages and disadvantages of being pioneers.
ERTMS Conference. Copenhagen 16-17 April 2012.
Understanding the railway System: ERTMS European Rail Traffic Management
System. Michiel Tom. Shuntingyard.com
Perspectivas Globales para ERTMS, ETCS y GSM-R. Informe de UIC para el
Congreso Annual de ERTMS. Berna, 11-13 de Septiembre de 2007.
http://www.docutren.com/archivos/doc_internacionales/docs/docu30.pdf
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II edició del curs d’especialització en:
ENGINYERIA FERROVIÀRIA
Del 7 de març al 20 de juny 2014
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MÓDULO 3: EXPLOTACIÓN FERROVIARIA
TEMA 6: Señalización y sistemas de protección ferroviaria
Subtema: ERTMS
FECHA: 25 de abril de 2014
PROFESOR: Adrina Bachiller Saña
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