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II edició del curs d’especialització en:

ENGINYERIA FERROVIÀRIA

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

Del 7 de març al 20 de juny 2014

Contenido

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

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.

Interoperabilidad

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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

Interoperabilidad

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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:

25 kV 50Hz CA 15 kV 16,7HZ CA 3KV DC 1’5 kV DC

7 sistemas de señalización: 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.

Interoperabilidad

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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 yano sea necesario parar en las fronteras para cambiar de tren, locomotora o conductor debido a que los sistemas de diferentesfabricantes 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.

Interoperabilidad

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)

Espacio ferroviario europeo integrado

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Marco legal y normativo general

Espacio ferroviario europeo integrado

Marco legal y normativo específico

TSI específicas para control de trenes y señalización:

Espacio ferroviario europeo integrado

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

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.

Sistema ERTMS

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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

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.

Sistema ERTMS: Estado de implementación

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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.

ERTMS contratos para equipar infraestructuras, Septiembre 2013. Fuente: UNIFE

En Europa, principalmente en Bélgica, Francia, España, Dinamarca y Suiza, pero también en el resto del mundo

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.

ERTMS contractos 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 mayoresdesarrollos se estan dando en Asia y el Norte de África.Por tanto, parece que el ERTMS puede convertirse en el sistema de señalización global.

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Niveles ETCS

Nivel 0: Infraestructura no equipada con elementos

ERTMS (líneas antiguas). 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: 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.

Sistema ERTMS: Niveles ETCS

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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: Niveles ETCS

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.

Sistema ERTMS: Modos de explotación

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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: Modos de explotación

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.

Sistema ERTMS Nivel 1

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Sistema ERTMS Nivel 1

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.

Sistema ERTMS Nivel 2

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Para poder adquirir la información correspondiente a la señalización, el RBC se ha de comunicar con los enclavamientos que gestionen su área de influencia.

Sistema ERTMS Nivel 2

Referencias

Progress with Railway Interoperability in the European Union, 2011. Biennial Report. European Railway Agency. http://www.era.europa.eu/Document-Register/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_experiences.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

MÓDULO 3: EXPLOTACIÓN FERROVIARIA TEMA 6: Señalización y sistemas de protección ferroviaria Subtema: ERTMS FECHA: 25 de abril de 2014 PROFESOR: Adrina Bachiller Saña

Del 7 de març al 20 de juny 2014