Transformadores de tracción para la electrificación ferroviaria

Casi todos los proyectos ferroviarios llegan al mismo punto de bifurcación. A transformador de tracción se especifica para una subestación, y luego aparece una frase que reescribe por completo la disposición: la unidad viaja montada sobre el vehículo. Esa frase traslada la máquina desde una plataforma de hormigón tras una valla metálica hasta un bastidor de acero fijado mediante pernos bajo la carrocería de un tren, y modifica por completo la lógica térmica, mecánica y de certificación con la que se había comenzado.

 

Las unidades embarcadas y las unidades fijas en vía son dos problemas de ingeniería distintos

Estas máquinas se dividen en dos familias que comparten un nombre y casi nada más. Las unidades embarcadas viajan junto al tren y se alimentan mediante una catenaria aérea o un tercer riel. Las unidades fijas en vía se ubican dentro de una subestación de tracción y alimentan directamente la catenaria. Cuando un comprador solicita a un proveedor una cotización para ambos tipos sin diferenciar claramente sus funciones, el resultado suele ser dos diseños incompatibles colocados uno al lado del otro en la misma tabla comparativa.

Los voltajes cuentan la historia. Las redes principales europeas funcionan a 15 kV y 16,7 Hz, mientras que la mayoría de los demás sistemas electrificados operan a 25 kV y 50 Hz. A bordo, ese voltaje de catenaria se reduce a aproximadamente 1,5 kV para el convertidor de tracción, con devanados secundarios independientes de alrededor de 400 V que alimentan los sistemas de climatización, iluminación y compresores.

Los factores de diseño apuntan en direcciones opuestas. Una unidad exterior se dimensiona según su capacidad de soporte ante cortocircuitos y su margen térmico, y normalmente hay espacio suficiente sobre su base para aumentar su tamaño. Una unidad a bordo se dimensiona según su masa y volumen, porque cada kilogramo del núcleo y los devanados representa masa que el bogie debe soportar y energía que el tren gasta al acelerarla.

 

Qué cambió la norma IEC 60310:2026 — y por qué su especificación de transformador de tracción requiere una segunda revisión

Integrado transformador de tracción el diseño se rige por la norma IEC 60310. La quinta edición se publicó el 13 de abril de 2026 y anula la cuarta edición de 2016. Se trata de una revisión técnica, no de una actualización meramente editorial, y su alcance publicado figura en la Página de la tienda web de IEC 60310:2026 .

Seis cambios resultan relevantes para cualquier persona que redacte o revise una especificación técnica. Se han incorporado circuitos típicos para transformadores e inductores, lo que brinda a los diseñadores una referencia común para las disposiciones habituales de devanados. Ahora se definen los símbolos literales para los métodos de refrigeración. Se ha modificado la tabla de ensayos dieléctricos. Las cláusulas relativas a los ensayos se han reestructurado. El ensayo de temperatura para transformadores de tipo seco e inductores de tipo seco se ha dividido en dos cláusulas separadas. Los requisitos relativos a choque y vibración se han actualizado conforme a la norma IEC 61373.

Ese último elemento es el que hace fracasar los proyectos. Si su plan de pruebas de aceptación en fábrica se redactó con base en la edición de 2016 y consideraba las pruebas de temperatura en transformadores secos como una única cláusula, dicho plan ya no coincide con la norma que cita su cliente. También vale la pena leer la línea de alcance: la norma IEC 60310 no se aplica a los transformadores de medida, a los transformadores con potencia nominal inferior a 1 kVA monofásicos o 5 kVA polifásicos, ni a los pequeños inductores.

 

Inmersión en líquido o tipo seco: tome primero la decisión sobre refrigeración

Las unidades integradas suelen ser de inmersión en líquido, ya sea en aceite mineral o en un fluido éster, porque la circulación del líquido disipa el calor de los devanados mucho más eficazmente que el aire y permite obtener la mayor potencia por kilogramo. En un vehículo, esa eficiencia justifica la complejidad de un depósito hermético y el mantenimiento que ello implica.

Existe un lugar bien definido para el transformador de tipo seco en trabajos ferroviarios, sin embargo, y no es una solución alternativa. Los túneles, las estaciones subterráneas y cualquier ubicación donde un derrame de líquido o una carga de incendio importante sea inaceptable impulsan la especificación hacia construcciones VPI o con resina fundida. La misma lógica se aplica a los transformadores auxiliares y de estación montados dentro de un edificio público.

A lo largo de la vía, el transformador Sumergido en Aceite sigue dominando las subestaciones principales a 25 kV y las funciones de rectificación en redes de corriente continua, porque la unidad se instala dentro de un recinto vallado donde el margen térmico importa mucho más que la masa. Para esas aplicaciones, la selección de la clase de refrigeración — únicamente ONAN o ONAN con etapas de ventilación forzada — es lo que determina la potencia nominal continua.

En nuestras propias revisiones de diseño, la decisión sobre refrigeración suele ser el último elemento fijado y el primero que debería haberse definido. Establézcala antes del diseño del devanado: ya sea un depósito con inmersión en líquido o un transformador de tipo seco en una carcasa con clasificación IP, la elección de refrigeración fija el sistema de aislamiento, la geometría y las distancias de seguridad alrededor de las cuales debe adaptarse todo lo demás.

 

Los elementos de la hoja de especificaciones que determinan si la unidad es adecuada

Dos unidades pueden tener la misma potencia en kVA y, aun así, no ser adecuadas para las funciones recíprocas. La tabla siguiente es una versión resumida de los aspectos que cambian cuando una transformador de tracción pasa de un pedestal de subestación a un vehículo.

Elemento de especificación	Unidad embarcada	Unidad lateral de vía
Entrada	catenaria de 25 kV a 50 Hz o de 15 kV a 16,7 Hz	25 kV, 15 kV, 33 kV o 11 kV
Secundario típico	Aproximadamente 1,5 kV para el convertidor de tracción; aproximadamente 400 V auxiliar	alimentación de rectificador de 1,5 kV CC o 750 V CC; distribución de 11 kV
Factor de diseño predominante	Masa y volumen	Resistencia a cortocircuitos y margen térmico
Enfriamiento	Inmerso en líquido o tipo seco con impregnación al vacío y presión (VPI) o resina moldeada	Inmerso en aceite ONAN o ONAF; tipo seco para interiores
Norma reguladora	IEC 60310:2026	EN 50329 con IEC 60076
Cualificación mecánica	IEC 61373: ensayos de choque y vibración	Cualificación sísmica cuando el emplazamiento lo exija
Coordinación del aislamiento	Espacios reducidos, alto dv/dt procedente del convertidor	Juegos de holgura impulsados por BIL
Restricción de incendio y derrame	Normas para túneles y zonas de pasajeros	Normas de separación de subestaciones

El porcentaje de impedancia determina más parámetros que cualquier otra línea de la hoja de datos. A bordo, una impedancia mayor limita la corriente de cortocircuito y protege el convertidor, pero también incrementa la regulación y las pérdidas bajo carga. En vía, la impedancia debe coincidir con los ajustes de protección y con cualquier unidad en paralelo, ya que una discrepancia se manifiesta como una repartición desigual de la carga la primera vez que ambos transformadores se energizan simultáneamente —y la unidad más débil opera sobrecalentada desde el primer día.

Especifique la tolerancia de impedancia en la orden de compra, no solo el valor nominal, y declare explícitamente el rango de tomas. Un transformador diseñado para una tensión de alimentación determinada rara vez funciona bien si posteriormente la red se realimenta desde un alimentador distinto.

 

Certificación y ensayos de fábrica para proyectos ferroviarios

Los proyectos norteamericanos de transporte e industriales superponen sus propias aprobaciones al marco IEC. ANSI/UL 1561 cubre transformadores secos de propósito general y de potencia, y su alcance publicado finaliza en una tensión nominal primaria o secundaria de 600 V; por lo tanto, cualquier nivel superior sigue una vía de certificación distinta. La edición 4 es la vigente, revisada por última vez el 31 de agosto de 2023, y el texto del alcance aparece publicado en la Página del estándar UL 1561 .

 

 

Más allá de la propia lista, lo que distingue un proyecto fluido de uno problemático es el paquete de ensayos. Para un transformador de tipo seco esperaríamos la relación y la polaridad, la resistencia de devanado en cada devanado, la resistencia de aislamiento, el ensayo dieléctrico de corriente alterna con fuente separada, la sobretensión inducida, la medición de descargas parciales con el límite en pC especificado en la orden de compra y un ensayo de elevación de temperatura. transformador Sumergido en Aceite añade la prueba de aceite y una prueba de presión o de fugas en el depósito. Las pruebas de tipo, como la impulsión por rayo y la resistencia al cortocircuito, deben acreditarse mediante un informe emitido por un laboratorio reconocido, en lugar de limitarse a prometerse en una cotización.

El orden es tan importante como la lista. Algunos compradores que no especifican el orden reciben, en ocasiones, un valor de descarga parcial medido en una unidad fría, cuando lo que realmente necesitaban era el valor tras el aumento de temperatura; ambos valores no son intercambiables en una revisión de diseño.

 

Por qué estas unidades se fabrican bajo pedido

Los diseños de catálogo rara vez se adaptan al trabajo ferroviario. Las restricciones de calibre, los múltiples devanados secundarios, una ventana específica de impedancia, devanados auxiliares con una tensión inusual y una disposición de montaje impuesta por el fabricante de vagones empujan sistemáticamente un proyecto hacia una transformador trifásico personalizado fabricado según los planos del proyecto, y no seleccionado a partir de una hoja de datos.

Ryan Electric fabrica transformadores desde 2007 y opera como socio oficial de empresa conjunta de Eaton desde 2023, un acuerdo que respalda las mismas líneas de producción con un marco consolidado de ingeniería y calidad norteamericano. La planta fabril abarca 120 000 m² y cuenta con más de 180 conjuntos de equipos de producción y ensayo; la empresa posee las certificaciones UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS y CE.

Para consultas sobre ferrocarril, estructuramos la revisión de diseño en torno a tres preguntas previas a cualquier otra consideración: qué masa puede soportar el punto de fijación, qué corriente de cortocircuito deben resistir los devanados y qué condiciones ambientales y de ventilación ofrece realmente la instalación. Obtener esas tres respuestas al principio elimina la mayor parte del trabajo de rediseño posterior.

 

Plazos de adquisición para pedidos de transformadores ferroviarios

Los programas ferroviarios avanzan según puertas fijas de aprobación, y el transformador de tracción rara vez está en la ruta crítica hasta el momento en que, de repente, lo está. El fabricante del tren congela la disposición del bastidor inferior, el diseño de la subestación congela la base y las rutas de los cables, y ambas fechas suelen coincidir mucho después de la firma del contrato comercial. Realizar el pedido en ese momento comprime la fabricación dentro de la ventana de tiempo restante.

Los compradores que evitan ese problema realizan el pedido en el momento de la congelación del diseño, en lugar de hacerlo al liberar la construcción, y aceptan que una pequeña parte del diseño aún pueda modificarse. Asimismo, extraen el elemento de larga entrega del paquete principal, de modo que un cambio tardío en el alcance de señalización o de obras civiles no retrase el transformador.

Si está preparando una consulta sobre ferrocarril o transporte público, envíenos la carga nominal, las restricciones de montaje o de base, el nivel de cortocircuito y las condiciones ambientales. Le enviaremos una transformador trifásico personalizado propuesta que se ajuste correctamente desde la primera vez; puede contactar con nuestro equipo de ingeniería mediante el formulario de contacto de nuestra página de inicio.

 

Sobre el autor

Este artículo fue elaborado por el equipo de contenido técnico de Ryan Electric, un fabricante de transformadores fundado en 2007 y socio oficial de empresa conjunta de Eaton desde 2023. El equipo brinda apoyo a empresas de servicios públicos, contratistas EPC y proyectos de transporte en Norteamérica, Oriente Medio, Asia Sudoriental y África, con diseños personalizados de transformadores secos y sumergidos en aceite. Para consultas técnicas, póngase en contacto con el equipo de ingeniería a través del sitio web de Ryan Electric.