Transformador ferroviario (transformador de tracción): tipos y usos

Transformador ferroviario (transformador de tracción): qué es, tipos y cómo funciona

¿Qué es untransformador ferroviario? También oirás que se le llama transformador de tracción. Básicamente, es la pieza del kit que hace que la energía eléctrica sea utilizable para los trenes y la infraestructura que los sustenta. Aunque importa dónde vive-o está escondido en unsubestación de tracciónalimenta las líneas aéreas o el tercer carril desde la red, o está atornillado al propio tren (locomotora o UEM), donde reduce ese retorcido voltaje aéreo para que el convertidor de tracción, los motores y todos los auxiliares a bordo puedan usarlo.

Ahora bien, esta es la cuestión: estos no son transformadores de potencia-de uso común. Los sistemas de energía ferroviarios sufren-sobrecargas intensas, conmutación constante, vibraciones constantes y armónicos de la electrónica de potencia que harían llorar a un transformador normal. Por eso, los transformadores ferroviarios se construyen de manera más resistente, más inteligente y con un conjunto de prioridades completamente diferente.

En pocas palabras, un transformador ferroviario (de tracción) es un transformador eléctrico diseñado específicamente para la electrificación ferroviaria. ¿Su trabajo principal? Tome alto voltaje y bájelo a algo con lo que pueda funcionar el equipo de tracción. Pero no se trata solo de conversión de voltaje-sino que también proporciona aislamiento eléctrico, funciona bien con los sistemas de protección y tiene que manejar todas las condiciones operativas desagradables, como cargas cíclicas, armónicos y estrés mecánico que vienen con el territorio.

Suelen aparecer en dos lugares principales:

1) Transformador de subestación de tracción (lado de la red-)

Éste se encuentra entre la red pública y la red ferroviaria. Su concierto incluye:

 Reducir el voltaje desde niveles de transmisión (piense en 66-220 kV) a niveles de suministro ferroviario como25 kV CA.

 Alimentar uno o más tramos de línea aérea.

 Respaldar esquemas de protección y control para que las fallas no derriben todo el sistema.

En la mayoría de los ferrocarriles de corriente alterna, encontrará estas subestaciones espaciadas a lo largo de la ruta para mantener el voltaje bajo control a medida que los trenes consumen energía.

2) Transformador de tracción a bordo (lado del tren-)

Este es el que encontrarás en los trenes electrificados con corriente alterna (25 kV CA o 15 kV CAredes). Eléctricamente, se encuentra entre el pantógrafo y el convertidor de tracción-por lo que la cadena se parece a:

Pantógrafo → Disyuntor principal → Transformador de tracción → Convertidor de tracción → Motores de tracción.

Sus principales tareas:

 Reducir el voltaje de las líneas aéreas a niveles que la electrónica de potencia pueda manejar.

 Proporciona múltiples salidas secundarias-no solo para tracción, sino también para HVAC, compresores, cargadores de baterías, iluminación y energía de control.

Cabe señalar que no todos los trenes eléctricos tienen uno.sistemas CC(más sobre eso a continuación) a menudo no necesitan un transformador integrado en el mismo sentido.

En esencia, esinducción electromagnéticahaciendo el trabajo pesado:

El devanado primario recibe CA de alto-voltaje.

El núcleo magnético acopla esa energía a uno o más devanados secundarios.

Los devanados secundarios entregan voltajes más bajos pero corrientes más altas.

Sin embargo, en el uso ferroviario, el diseño debe hacer frente a:

 Cambios rápidos de carga (los trenes que aceleran consumen una tonelada de corriente).

 Sobrecargas-a corto plazo.

 Armoníaycorrientes no-sinusoidalesde esos convertidores de tracción.

 Los ciclos térmicos-las temperaturas suben y bajan durante todo el día a medida que cambian las demandas del servicio.

El diseño de un transformador ferroviario está estrechamente ligado al voltaje y la frecuencia del sistema. Aquí está el resumen rápido:

1) Transformadores de tracción monofásicos-(trenes de CA)

La mayoría de los ferrocarriles de corriente alterna funcionan efectivamente con un suministro aéreo monofásico-. Los transformadores a bordo aquí suelen tener:

 Un primario monofásico-.

 Múltiples devanados secundarios (tracción + auxiliares).

 Coordinación de aislamiento específica para hacer frente a sobretensiones y eventos de conmutación de líneas aéreas.

2) Transformadores de servicio multi-devanado/convertidor-

Los trenes modernos dependen deIGBT-convertidores basados ​​en. Entonces los devanados secundarios están dispuestos para:

 Alimentarrectificadores/inversoreseficientemente.

 Reduzca la fluctuación y aumente el rendimiento del convertidor.

 Manejarcalentamiento armónicomejor-porque los armónicos son un verdadero dolor de cabeza.

3) Autotransformadores en Sistemas 2×25 kV

Alguno25 kilovoltiosLas redes utilizan un2×25 kVEsquema de autotransformador para reducir las caídas de voltaje y las pérdidas en recorridos largos. En esta configuración:

El sistema aéreo utiliza un conductor alimentador y una catenaria a diferentes potenciales.

Se colocan autotransformadores a lo largo de la ruta para estabilizar el voltaje y gestionar las corrientes de retorno.

Para que quede claro: estos no son transformadores de tracción a bordo-son parte delarquitectura de suministro.

4) Transformadores a bordo de tipo-llenos de aceite versus secos-

Dependiendo del diseño del tren y las preferencias del operador, verá:

Lleno de aceite-:Excelente transferencia de calor, compacto para la clasificación, pero necesita contención y controles ambientales/contra incendios.

Tipo-seco/molde de resina:Sin líquido, menor riesgo de derrame, pero a menudo más grande o más pesado, y el enfriamiento debe ser perfecto-.

La elección "correcta" depende de los estándares, el espacio, el flujo de aire, los objetivos-de seguridad contra incendios y el nivel de mantenimiento que esté dispuesto a realizar a largo plazo.

Los transformadores ferroviarios están construidos para una vida más dura. Esto es lo que los distingue:

Los diseños varían, pero un transformador ferroviario típico incluye:

Núcleo y devanados:Optimizado para eficiencia, rendimiento térmico y calentamiento armónico.

Sistema de aislamiento:Diseñado para soportar tensiones de impulso de alto-voltaje y envejecimiento-a largo plazo.

Bujes/terminaciones:Lo suficientemente robusto para vibraciones y ciclos térmicos.

Sistema de refrigeración:Radiadores, ventiladores, bombas o conductos{0}}de aire forzado según el tipo.

Instrumentación:Sensores de temperatura, dispositivos-de nivel/presión de aceite (para llenados-de aceite) e interfaces de monitoreo.

Estructura de montaje:Diseñado para cumplir con las especificaciones de choque y vibración ferroviarias.

Cuando los ingenieros se sientan a especificar o comparar transformadores ferroviarios, esto es lo que miran:

Mantener estos transformadores en buen estado significa monitoreo y pruebas regulares. Las prácticas comunes incluyen:

 Inspección visual (fugas, contaminación, estado de enfriamiento).

 Comprobaciones de resistencia de aislamiento y resistencia de devanado.

 Prueba de relación de vueltas.

 Monitoreo y tendencias de temperatura.

 Pruebas de aceite para unidades-llenas de aceite (humedad, rigidez dieléctrica, acidez).

 Análisis de gases disueltos (DGA), cuando corresponda-excelente para detectar fallas internas de manera temprana.

 Pruebas de descarga parcial en algunos programas de diagnóstico.

Los programas normalmente se rigen por los estándares de los operadores ferroviarios y las regulaciones nacionales-la seguridad es lo primero, obviamente.

Algunos dolores de cabeza frecuentes:

Calentamiento excesivodebido a sobrecargas, fallas de enfriamiento o pérdidas armónicas.

Envejecimiento del aislamientoacelerado por el calor, la humedad y el estrés eléctrico.

Conexiones sueltaso daños al plomo por vibración y ciclos térmicos.

Fallas de bujes/terminaciones-seguimiento, contaminación, estrés mecánico.

Degradación del petróleo(oxidación, entrada de humedad) en diseños-llenos de aceite.

Consejo profesional: el seguimiento-basado en tendencias-observar los cambios a lo largo del tiempo-es mucho más útil que un único resultado de prueba.

¿Todos los trenes eléctricos tienen transformador de tracción?
No. Los trenes AC suelen hacerlo. Muchos sistemas de CC no utilizan un transformador de tracción integrado de la misma manera-aunque todavía tienen equipo de conversión.

¿Cuál es la diferencia entre un transformador de tracción y un transformador normal?
Los transformadores de tracción están-diseñados específicamente para trabajos ferroviarios-vibraciones, sobrecargas, cambios rápidos de carga y armónicos. Los transformadores industriales normales no están diseñados para ese tipo de abuso.

¿Qué es un transformador de subestación de tracción?
Es el transformador de la subestación el que reduce la tensión de la red a la tensión de alimentación del ferrocarril (p. ej., 25 kV CA) y suministra las secciones de la línea aérea.

Un transformador ferroviario-o un transformador de tracción, si lo prefieres-es un equipo especializado que es absolutamente esencial para los ferrocarriles electrificados. Ya sea alimentando la red desde una subestación o viajando en el tren para reducir el voltaje, su diseño tiene que ver con el manejo de las cosas difíciles: ciclos de sobrecarga, armónicos, vibraciones, espacios reducidos y estrictos estándares de seguridad. Si está especificando, manteniendo o simplemente tratando de aprovechar al máximo uno, querrá apoyarse tanto en los estándares internacionales como en los requisitos técnicos-específicos del ferrocarril. No es solo un transformador-es un transformador que ha estado en el gimnasio.

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